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多焦点X射线源技术攻克“卡脖子”困境,高端器械关键部件中国造

季嘉颖 2023-12-25 08:00

新鸿电子
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分布式X射线源产品开发、生产商 | 未公开 | 运营中
中国-江苏
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今年11月,美国天文学家通过X射线观测到迄今为止发现的最遥远的黑洞,宇宙中最神秘天体的面纱正在不断被揭开,X射线推动了人类对未知领域的探索,也通过影像成像不断推动人类社会的进步。

 

X射线在医疗行业的应用最早也最广泛,1895年以前,医师需要通过解剖才能了解患者身体内部病变。X射线的发现,为医生提供了颠覆性的诊疗“新工具”——在影像的帮助下透视骨骼。这一工具以X射线源作为透视成像的核心,它不仅决定了设备性能的优劣,也对医疗诊断水平的提升起着极为关键的作用。


近20年来,X射线源技术在新材料、新技术和新工艺的加持下不断焕发生机,我国的新鸿电子作为碳纳米管“冷阴极”技术的引领者,实现了从核心器件到成像系统的创新,率先实现产业化,并拥有全部核心技术和完整知识产权。

 

三大自主核心技术,改变X射线的产生和利用方式

 

何为“冷阴极”X射线源技术?相较于传统X射线源,有何优势?新鸿电子又为何能成功完成技术转化和产业化,走在前列呢?

 

新鸿电子总工程师唐华平介绍道,“阴极材料和工作方式对X射线源的性能发挥关键作用,基于碳纳米管场致发射自由电子原理的‘冷阴极’技术,取代‘热阴极’,是X射线源技术发展百年来的重大创新,赋予了X射线源无需预热,瞬态发射、效率高、低功耗、微型化、易于集成等优势。”

 

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图1 碳纳米管冷阴极分布式X射线源工作原理演示


成立于2015年的新鸿电子基于当时领先的碳纳米管“冷阴极”技术理论,经过近10年的持续攻关和改进,围绕创新X射线源形成了三大核心技术,分别是“高发射率碳纳米管”“大流强冷阴极”和“分布式多焦点”。

 

目前,新鸿电子已基于上述核心技术开发了多种规格的射线源,阴极最小尺寸可至微米量级,易于集成,满足不同应用场景下的使用需求,同时也可以根据客户需求进行定制化设计和开发。

 

就产品优势而言,新鸿电子的高发射率碳纳米管的电子发射响应速度极快,实现了微秒级精度的脉冲控制,可满足X射线束流的快速通断。同时,公司也攻克了阴极组件的结构设计和工艺难题,并已实现稳定量产。

 

“通常我们把阴极发射的电子在靶上聚焦的一个点称作焦点,射线源内分布的焦点越多,得到的物体姿态和结构信息越丰富。”新鸿电子总经理金鑫将公司的“分布式多焦点”技术与传统热阴极X射线管技术形象地比作“LED灯带与白炽灯”,“LED灯带不仅更节能,而且由于分布的灯珠数量多,应用场景也更加丰富。”

 

据了解,新鸿电子是全球唯一能够稳定量产“冷阴极”分布式X射线源的企业,多款针对医疗、安检和工业无损探伤的产品,最大能够实现单一真空腔内阵列高密度地布置数百个焦点,并且每个焦点都可在软件控制下独立工作、快速切换,这种创新的成像模式改变了X射线的产生和利用方式,能够对目标物体开展不同视角的快速成像,突破传统三维成像需要机械移动X射线源造成的速度瓶颈。

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图2 新鸿电子应用于安检、医疗、工业领域的X射线源产品

 

基于一系列自主核心技术,新鸿电子的X射线源产品具有低能耗、瞬态响应、密集排布、寿命长等优势,也从源头上直面热阴极成像技术的理论局限,从根本上改善X射线成像系统的三维成像性能。

  

已获FDA 510K认证,实现口内低剂量的快速三维成像

 

凭借“冷阴极”分布式X射线源的技术优势,新鸿电子已为多个领域提供更为先进的快速成像解决方案。在医疗端,公司研发的创新口内低剂量3D成像技术与北美企业合作,于2021年推动相关系统获美国FDA批准上市。据悉,1年多时间里产品已在全美境内规模化销售。

 

谈及为何选择率先登陆壁垒较高的美国市场时,金鑫提到,“美国是目前全球最大的牙科影像市场,消费者健齿观念也更为成熟,对高性能新设备的需求更为迫切。” 

 

口内X射线成像检查(俗称牙片机)是目前口腔临床中应用最为普遍的检查方法之一,但现有牙片机采用透视成像技术,存在结构混叠、易误诊、漏诊等问题,并经常拍摄失败、需要重复拍片。


新鸿电子的口内低剂量3D成像系统正是从上述痛点问题出发,能在相同图像分辨率和相近辐射剂量水平的基础上,从多个角度对牙齿组织进行超快速扫描,实现无任何机械运动的静态三维成像。和现有牙片机相比,全新的“3D”牙片机图像带来了更加丰富的三维成像细节,对患者的口腔状况进行更清晰、全面的展示,更好地识别咬合面及邻位龋齿、根部骨折、表面损伤与裂缝及变异的细小根管等细微牙齿病灶,帮助医生实现更加精准、高效、安全的诊断,使得疾病的诊疗准确率大幅提升。

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图3 新鸿电子“口腔低剂量3D成像系统”


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图4 传统牙片机2D成像(左)与新鸿电子口内低剂量3D成像系统图像(右)对比图

 

2023年8月,新鸿电子的口内低剂量3D成像系统在第二届中核科创大赛中从1188个参赛项目中脱颖而出,斩获了大赛的一等奖。 


随着我国居民生活水平的提高,口腔健康意识也在不断增强,金鑫也表示:公司正在同步推进口内3D成像系统在国内的推广落地,让我国口腔疾病患者早日享受到新技术在诊疗上带来的便利。

 

此外,新鸿电子也围绕碳纳米管“冷阴极”分布式X射线源技术,同步开发多款产品,并拥有全部核心技术的自主知识产权,如移动三维成像系统、乳腺成像系统、DR成像系统和头部三维成像系统等,用新一代高性能、低成本的成像技术和产品助力全球医疗行业的高速发展。

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5 静态三维快速成像系列产品

 

从射线源到成像系统,新鸿电子已完成规模化自主生产

 

回首在新一代X射线源技术领域不断耕耘的八年时间,新鸿电子从“0”到“1”,走出了一条从实验室成果到产业化的创新之路。我国医用X射线辐射成像领域知识产权壁垒很多,核心部件如X射线源、探测器、滑环等技术的核心专利大多被欧美长期垄断。从知识产权优势来看,新鸿电子在碳纳米管“冷阴极”分布式X射线源技术领域拥有完整的核心专利,建立了全方位的知识产权保护体系并取得了一系列原创性成果。2021年,由多位院士专家组成的评价小组对新鸿电子“基于碳纳米管冷阴极多焦点X射线源关键技术研究及产品化”项目进行了科技成果评价,专家组一致认为该项目整体技术达到“国际领先”水平。

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图6 新鸿电子常州总部

 

目前,除了江苏常州的公司总部以外,新鸿电子还在北京和常州拥有双研发中心,合力推进创新技术的研发和转化。此外,新鸿电子也在持续进行生产制造工艺的完善和改良,并按照不同行业对质量管理体系的要求,对供应链的各个环节进行管理和控制,保障全新X射线源在规模化生产中质量的稳定与可靠。


结语

 

近日,新鸿电子与国内头部高校、医院等产学研机构联合申请的国家自然科学基金“国家重大科研仪器研制项目”获批立项。新鸿电子自主创新的“冷”阴极分布式X射线源技术,为研发超快高清医用X射线成像设备提供了核心部件支撑,该设备有望填补我国乃至全球在新型医用X射线超快速三维成像仪器领域的空白。

 

金鑫在采访的最后表示:“目前,中国高端器械产业正处于关键的爬坡期。作为一家技术驱动型公司,新鸿电子将以‘冷阴极’X射线源为引擎,不断推陈出新,为患者提供更精准、更高质量的诊疗仪器,为行业发展提供新动力,努力为中国高端医疗器械走向世界作出贡献。”

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注:文中如果涉及企业数据,均由受访者向分析师提供并确认。
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