全球首款静态CT启动临床,介观成像实现细胞级信息识别成为可能

作者: 张靖 2022-11-25 08:00

动脉网第一时间获悉,11月23日13:00,全球首台全身医用多源静态CT——复眼24静态CT系统临床启动会在第86届中国国际医疗器械博览会顺利举行。


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据介绍,复眼24静态CT由北京纳米维景科技有限公司(简称:纳米维景)自主研发,是全球首创的新一代无滑环全身医用CT,采用了“64个光子流探测器阵列群和24个扫描射线源阵列群”构成双环结构,由于扫描时球管、探测器无需旋转,从而再无拖尾效应,从根本上实现了空间分辨率的显著提升,体素分辨率64倍优于螺旋CT技术,并具有多能谱成像能力。

 

同时,基于底层技术的创新,纳米维景的首款静态CT产品已实现0.165mm的扫描层厚及各向同性,预计下一代产品将突破0.100mm(100微米),真正实现介观成像。

 

更为精准的扫描可以得到更多有价值的诊断信息及更早期发现病灶的能力,从而实现更精准的诊断及疾病的超早期筛查。基于疾病的超早期筛查,静态CT有望真正推动多种疾病实现“早发现、早诊断、早治疗”,使诸如慢阻肺等原本诊断即已是终末期的疾病提前至早期诊断,使该类疾病的治疗由不可逆转变为可逆性治疗,最终有望改变疾病谱。

 

值得一提的是,静态CT的阵列式一体化射线源、光子流探测器等核心零部件均为纳米维景自主研发,且静态CT及核心零部件此前已入选“中国医疗产业关键核心技术及关键零配件CT类设备”名单,受到国家的大力支持。

 

同时,该静态CT产品还受到全球顶级医疗机构的高度关注,如Mayo Clinic、克利夫兰、哈佛大学麻省总院、华盛顿大学医学院、MD安德森癌症中心等。

 

超越器官层面的信息识别能力,医疗CT将突破介观成像

 

在临床上,普遍认为毫米及以上的成像是宏观成像,如关于脏器、血管等各类器官、组织的成像,此类成像通常以厘米、毫米为单位。

 

而微米级别的成像则被认为是介观成像,如组织、细胞等,通常以微米为单位。其中,100微米被看作是宏观成像与介观成像的分界线。


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(图片来源:计算医学白皮书)


资料显示,宏观成像主要是查看器官、组织的解剖结构,由临床医生根据组织器官的形态学、解剖学变化做出诊断。介观成像则是根据组织、细胞层面的生物学特性改变进行诊断。

 

基于此,介观成像能够更早地识别、筛查出疾病,而宏观成像需要疾病发展至中期出现大体形态学变化后才能做出诊断。

 

目前,医疗CT技术经过数十年发展,图像质量以及临床功能日趋完善,但从成像精度的角度上看仍停留在宏观成像领域。另外,由于细胞治疗、基因治疗等技术的发展,临床的治疗方式已进入细胞层面乃至分子领域,现有的宏观影像学成像难以满足临床诊疗乃至于医学发展的需求,临床急需能够精准探查细胞与组织的介观成像手段。强烈的临床需求必然成为推动医疗CT不断向更精细的介观成像发展的源动力。

 

例如,市场上应用最广的螺旋CT从诞生之初便开始了球管-探测器转速与探测器宽度的竞赛之中。具体而言,螺旋CT是通过滑环的旋转,从各个角度对人体进行扫描,从而获得X射线穿透人体的衰减信息。在发展过程中,各企业厂商持续增加螺旋CT的球管-探测器转速和探测器宽度,以获取更丰富的信息和更精准地诊断。

 

不过,螺旋CT如今已逼近两个极限,却未能突破介观成像的界限


第一,螺旋CT在围绕人体高速旋转时会产生极大的离心力,其能承受的最大离心力是75G,对应的最快转速是0.25秒/圈。目前,市场上现有的螺旋CT已逼近该速度极限。

 

第二,探测器像素化的大小和单位像素所获得的有效信息量决定了每次拍摄CT影像的空间分辨率。目前全球最领先的螺旋CT已经将探测器的物理分割做到了极致,其空间分辨率也已逼近螺旋CT的极限。

 

与螺旋CT不同,本次启动临床试验的纳米维景首款产品“复眼24”静态CT采用了独特的技术路线,实现了165微米的扫描层厚,接近专家公认的100微米介观成像分界线,预计其下一款产品将真正实现介观成像

 

螺旋CT的顶尖产品难以突破介观成像,而静态CT的首款产品便接近介观成像,这是因为静态CT在技术原理上实现了颠覆。

 

据介绍,静态CT取消了滑环设计,采用电子扫描射线源和光子流探测器构成双环结构,并利用环形分布的多个固定射线源依次曝光,完成CT的扫描。

 

其中,组成圆环结构的射线源在曝光控制时序下轮流发射X射线,并由对应的探测器接收,产生类似螺旋CT设备的射线源旋转投影的效果,从而使CT设备的时间分辨率不再依赖机械旋转速度。这使静态CT能够轻易突破螺旋CT的离心力限制,从而大幅提升时间分辨率。例如,基于该技术的创新,静态CT的时间分辨率相比传统螺旋CT提升了10倍,最快扫描速度达0.08秒/圈。

 

同时,静态CT 的每个射线源,其曝光时间、曝光能量都可以根据临床需求进行设置,使静态CT可适用于全身各个部位的成像。

 

空间分辨率方面,静态CT探测器的物理像素从1mm减小到0.25mm以下,重建分辨率可达到0.165mm。相较于传统螺旋CT,静态CT对精细解剖结构成像实现了跨越式突破,空间分辨率提升64倍。除此外,静态CT还具有多能谱成像能力,且其信息捕捉更清晰、扫描辐射量更低,辐射剂量下降至传统CT的40-50%。

 

综合来看,螺旋CT已趋于极限,恐难有颠覆性突破;而静态CT则是徐徐上升的朝阳,首款产品便接近介观成像,预计下一款产品将真正实现介观成像,并有望随着技术进步实现纳米级别成像。

 

静态CT即将落地,介观成像走向临床

 

纳米维景的静态CT产品“复眼24”启动临床试验,不仅意味着全球首款静态CT应用于临床,还意味着介观成像将从概念走向现实。

 

基于颠覆性的创新,静态CT在临床上极具优势。

 

第一,“复眼24”静态CT可实现高精度成像,空间分辨率达到21LP/cm @10%MTF,扫描层厚达0.165mm(165微米)。相比于传统CT用于组织器官的解剖学成像,静态CT凭借更高的空间分辨率使组织细胞的生物学成像成为可能。

 

通过高精度成像,静态CT可在更早期发现更小的病灶,使疾病的发现和诊断进一步提前,有望真正做到肿瘤等疾病的超早期诊断,从而帮助临床实现“早筛、早诊、早治”,提高肿瘤等恶性疾病的生存率。

 

第二,“复眼24”静态CT可实现0.165mm@2048x2048 超大矩阵扫描、重建,相比于传统CT,静态CT 的像素信息量提升了16倍,能够更真实地反应疾病和病灶的本质”。

 

第三,“复眼24”静态CT可实现低剂量成像和静音扫描。与传统CT相比,在相同图像质量前提下,静态CT的扫描剂量可降低40%以上。同时,静态CT在扫描时,机房噪音小于60分贝,大幅减少检查时的噪音干扰。

 

第四,“复眼24”静态CT的时间分辨率更高,其最快扫描速度为0.08秒/圈,可以更有效地避免运动伪影的产生,提供更精准的临床图像。

 

临床专家认为:“根据静态CT的高精度成像、大矩阵成像、高时间分辨率等特性,其或将实现癌症超早期筛查、疾病精准诊断功能。”

 

例如,临床上有大量病例证明,5mm以下的肺小结节仍有恶性可能。但诸多临床指南均明确指出:小于5mm的肺小结节仅需随访而无需临床干预。这是因为现有的CT设备成像精度仅达到0.5-0.6mm,且扫描/重建矩阵仅为512×512,对5mm以下的病灶只能发现而无法精准鉴别。

 

可喜的是,即将应用于临床的静态CT基于高精度成像特点,可清晰观察到5mm以下病灶的细节,有助于对小于5mm的病灶做出精准诊断及鉴别。因此,静态CT有望将肺癌的诊断和治疗时间进一步提前,实现癌症的超早期筛查,并帮助肺癌等肿瘤患者实现“早发现、早治疗、早康复”。

 

在人类历史上,随着医疗技术的不断进步,疾病谱也在持续变迁。例如,曾经肆虐全球的天花病毒已随着疫苗技术兴起而被消灭,心脑血管疾病也随着血管介入技术的成熟而被遏制。据此,我们认为颠覆性创新的静态CT也将推动疾病谱的改变。

 

以慢阻肺为例,该疾病目前确诊时已发展至中期,对肺部已造成不可逆的损害。静态CT则基于高精度成像、精准诊断等特点,可在慢阻肺早期(未造成不可逆损害前)做出精确诊断,使医生更早介入治疗,从而大幅降低慢阻肺的致死率,最终推动疾病谱的改变。

 

除上述应用外,静态CT还有更多应用有待探索。正如从2G发展到4G一样,从宏观成像到介观成像打开了医疗CT的新世界,预计静态CT及介观成像将对临床产生颠覆性影响。

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张靖

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