深圳幀觀德芯科技有限公司宣布： 量子計(jì)數(shù)X光探測(cè)芯片，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)；人類歷史上第一臺(tái)醫(yī)用面陣型量子計(jì)數(shù)乳腺機(jī)也已經(jīng)開發(fā)完成，最快今年年底或明年年初上市銷售。量子計(jì)數(shù)乳腺機(jī)只是幀觀德芯的第一個(gè)產(chǎn)品，未來(lái)還會(huì)有多個(gè)產(chǎn)品發(fā)布。

深圳幀觀德芯科技有限公司2015年初在深圳前海自貿(mào)區(qū)成立，獲得了IDG資本、中金公司、北極光創(chuàng)投、國(guó)科投資等國(guó)內(nèi)外著名投資機(jī)構(gòu)的多輪投資。幀觀德芯是世界上第一個(gè)在量子計(jì)數(shù)領(lǐng)域做到大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，解決了此領(lǐng)域大量技術(shù)難題，申請(qǐng)了大量國(guó)際專利。

量子計(jì)數(shù)技術(shù)的突破是底層芯片技術(shù)革命性的突破：在醫(yī)學(xué)影像、工業(yè)和科研X光領(lǐng)域的意義，不亞于液晶顯示器替換掉球面顯示器，不亞于智能手機(jī)取代老式手機(jī)。

下圖展示了幀觀德芯量子計(jì)數(shù)探測(cè)器拍攝圖像和傳統(tǒng)探測(cè)器的圖像清晰度區(qū)別，左圖為傳統(tǒng)探測(cè)器圖像效果，空間分辨率在3lp/mm左右，右圖為幀觀德芯量子探測(cè)器圖像效果，分辨率在7lp/mm以上，分辨率高了一倍多。

幀觀德芯的量子計(jì)數(shù)芯片展示了一些令人驚訝的性能，比如：可以看清一只河蝦的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，圖像清晰到甚至可以給這只河蝦做關(guān)節(jié)手術(shù)；可以實(shí)現(xiàn)之前探測(cè)器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的超高灰度和軟組織分辨，甚至可以看清楚一片很薄的樹葉。樹葉的組成成分是碳?xì)溲?，和人體皮膚的組分類似，意味著這種探測(cè)器甚至可以看到皮膚上被蚊子咬的一個(gè)包。下圖為幀觀德芯量子計(jì)數(shù)探測(cè)器的實(shí)拍圖像，讀者可以細(xì)細(xì)體會(huì)。

那么什么是量子計(jì)數(shù)技術(shù)？ 什么又是量子計(jì)數(shù)芯片呢？這要從X射線成像技術(shù)的發(fā)展史說(shuō)起。

倫琴和第一代屏片X射線成像技術(shù)

1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線，并獲得了歷史上第一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。X射線的發(fā)現(xiàn)催生了20世紀(jì)的物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的井噴式地發(fā)展。

在19世紀(jì)末到20世紀(jì)中葉很長(zhǎng)一段時(shí)間里，X射線成像一直沿用倫琴當(dāng)時(shí)所用的辦法： 通過(guò)對(duì)熒光膠片上的感光層曝光，感光層發(fā)出熒光，熒光造成膠片感光，再對(duì)膠片顯影處理得到X射線圖像。這種方法需要在暗室里“洗”膠片，獲得照片時(shí)間長(zhǎng)，操作復(fù)雜，而且不易保存。隨著人類進(jìn)入信息化時(shí)代，科學(xué)家們想：能不能找到一種取代膠片的成像方式？

“嫁接”而來(lái)的第一代數(shù)字X光機(jī)：CCD成像系統(tǒng)

1969年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位科學(xué)家發(fā)明了電荷耦合元件（簡(jiǎn)稱CCD），并且在40年后獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。CCD是使用硅基平面工藝制造的可見(jiàn)光傳感器，比如我們常用的數(shù)碼相機(jī)就使用CCD。然而CCD在探測(cè)X光時(shí)有嚴(yán)重問(wèn)題： X光能量太高，CCD很難將光子攔截，導(dǎo)致無(wú)法成像。怎么辦呢？

一些在高能物理科學(xué)家，使用一種叫做閃爍體的物質(zhì)將X光轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光，然后再用CCD對(duì)可見(jiàn)光進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)這種間接的方式完成了X光成像。此技術(shù)后來(lái)演變成為了第一代數(shù)字X光機(jī)。

但是人們發(fā)現(xiàn)，這種X光機(jī)也存在問(wèn)題： CCD由于制造工藝的限制，不能做成大平面，需要用光學(xué)耦合把大像素投影到CCD的小像素上，這種結(jié)構(gòu)非常笨重。為了解決這個(gè)問(wèn)題，平板探測(cè)器出現(xiàn)了。

間接探測(cè)型平板探測(cè)器

從1995年美國(guó)杜邦公司在北美放射年會(huì)上推出第一臺(tái)平板探測(cè)器以來(lái)，平板探測(cè)技術(shù)獲得飛速發(fā)展。間接平板探測(cè)器主要分為非晶硅平板和CMOS間接平板。

非晶硅平板探測(cè)器依靠閃爍體將X光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，再通過(guò)非晶硅將可見(jiàn)光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào), 電信號(hào)再被TFT（也就是thin film transistor電路，薄膜電路）電路收集，然后被ADC讀出。由于非晶硅可以像太陽(yáng)能電池一樣做成大平面，TFT電路在液晶顯示器中常用，也可以做得面積很大?！伴W爍體+太陽(yáng)能電池+液晶顯示器”三種技術(shù)組合，就得到了非晶硅平板。

CMOS間接平板探測(cè)器的原理類似，都是使用閃爍體先把X光轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光，然后再探測(cè)可見(jiàn)光，不同的是：用類似手機(jī)攝像頭的CMOS技術(shù)替換了“太陽(yáng)能電池+液晶顯示器”的工藝。這種CMOS電路和手機(jī)攝像頭不同之處在于：（1） 像素較大，可以使用更落后，但是更便宜的工藝去做。（2） 探測(cè)器面積較大，需要一種叫做Stitching的工藝（把微電子生產(chǎn)過(guò)程中的相鄰曝光區(qū)域連接在一起），做出一個(gè)完整的曝光區(qū)。目前Xfab，TowerJazz等微電子代工廠提供標(biāo)準(zhǔn)的stitching工藝服務(wù)。芯片stitch之后，面積增大，良率下降，所以一般會(huì)把芯片結(jié)構(gòu)做得盡量簡(jiǎn)單。這種成像方式，成本較高，但是得益于CMOS工藝下器件速度比TFT快，所以目前這種CMOS間接成像探測(cè)器常被用于口腔CT等對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求較高的領(lǐng)域。

直接探測(cè)（非晶硒）平板探測(cè)器

人們又發(fā)現(xiàn)，間接成像的探測(cè)器，都存在一個(gè)問(wèn)題：如果提升分辨率，圖像就會(huì)變模糊。這是為什么呢？

原來(lái)，在間接成像方式中，由于有X光轉(zhuǎn)為可見(jiàn)光的過(guò)程，而可見(jiàn)光會(huì)發(fā)生散射，散射的可見(jiàn)光導(dǎo)致了圖像的分辨率降低。

打個(gè)比方，一個(gè)房間的地磚是一個(gè)個(gè)的像素，屋頂?shù)碾姛羰菍?duì)應(yīng)像素上方的發(fā)光點(diǎn)，打開“電燈”，所有的地磚都被照亮。如果每個(gè)像素上方都有“電燈”打開，就會(huì)造成彼此的燈光相互干擾，圖像模糊。要想只照亮一個(gè)地板磚就要把電燈緊貼著地板磚放置。同樣道理，如果使用間接成像方式，讓圖像變清晰的辦法就是把閃爍體的高度降低，但這樣會(huì)降低X光吸收率，增大輻射劑量，況且即使降低高度，散射仍不可避免，治標(biāo)不治本。

非晶硒平板探測(cè)器的出現(xiàn)解決了散射導(dǎo)致圖象模糊的問(wèn)題：它采用直接探測(cè)的方式，和間接探測(cè)方式有本質(zhì)的不同。非晶硒平板直接在非晶硒介質(zhì)內(nèi)將X光光子轉(zhuǎn)化為電荷，由于在介質(zhì)層兩端加了高壓，在電場(chǎng)的作用下，所產(chǎn)生的電荷會(huì)朝著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，不像閃爍體中的光子一樣四處散射，沒(méi)有了像素間串?dāng)_，圖像清晰度獲得極大提高。

非晶硒平板探測(cè)器的優(yōu)異性能早被業(yè)界所關(guān)注。上世紀(jì)90年代，美國(guó)杜邦公司投入巨資研發(fā)非晶硒探測(cè)器，此業(yè)務(wù)幾經(jīng)并購(gòu)重組，更名為Direct Ray Company(簡(jiǎn)稱DRC)；1999年，豪洛捷公司（Hologic）收購(gòu)DRC，進(jìn)而幾乎壟斷了非晶硒平板的供應(yīng)。非晶硒平板探測(cè)器被廣泛應(yīng)用于乳腺癌的檢查，每年產(chǎn)能供不應(yīng)求，豪洛捷掙得盆滿缽滿，市值超過(guò)100億美元。然而，除了乳腺癌檢查，非晶硒平板很難在其他領(lǐng)域推廣，這又是為何呢？

乳腺癌篩查主要是觀察乳房中癌變導(dǎo)致的鈣化點(diǎn)和周圍組織的形態(tài)，這對(duì)圖像質(zhì)量的要求很高，非晶硒平板探測(cè)器有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。但是，非晶硒對(duì)工作環(huán)境要求苛刻：環(huán)境濕度是30%到70%，溫度是20度到25度，環(huán)境不達(dá)標(biāo)會(huì)造成探測(cè)器損壞。另外，非晶硒探測(cè)器的使用壽命為2年，全球產(chǎn)能一年只有幾千個(gè)，單價(jià)高達(dá)將近10萬(wàn)美元。非晶硒探測(cè)器靠著優(yōu)越的圖像質(zhì)量，牢牢地占據(jù)著乳腺機(jī)的市場(chǎng)，但是昂貴和可靠性差等缺陷，導(dǎo)致其很難在其他領(lǐng)域推廣。

有沒(méi)有性能好，穩(wěn)定性高，成本低，還能夠大規(guī)模量產(chǎn)的探測(cè)器呢？有！這就是面陣式量子計(jì)數(shù)探測(cè)器。

技術(shù)革命： 量子計(jì)數(shù)型探測(cè)器

X光領(lǐng)域的先驅(qū)往往來(lái)自高能物理領(lǐng)域，量子計(jì)數(shù)探測(cè)器更是如此。上世紀(jì)八十年代，高能物理領(lǐng)域?qū)?a target="_blank">半導(dǎo)體材料的研究達(dá)到前所未有的高峰，研制出了很多新型的探測(cè)器，如條型(stripe)，和后來(lái)出現(xiàn)的面陣式(pixel array)探測(cè)器等。這類探測(cè)器被稱之為混合探測(cè)器，并先后經(jīng)歷了積分和量子計(jì)數(shù)兩代技術(shù)。目前，面陣型量子計(jì)數(shù)探測(cè)器，靠著優(yōu)異的性能，成為了高能物理實(shí)驗(yàn)中效果最好且應(yīng)用最廣的X光探測(cè)器。

面陣型量子計(jì)數(shù)技術(shù)也是直接探測(cè)，但和非晶硒技術(shù)相比，量子計(jì)數(shù)可以直接過(guò)濾掉暗噪聲，在像素內(nèi)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)，具有近乎完美的線性度，圖象質(zhì)量遠(yuǎn)超過(guò)非晶硒產(chǎn)品，而且對(duì)溫度濕度完全不敏感，可靠耐用。然而，量子計(jì)數(shù)芯片異常復(fù)雜：每個(gè)像素都是一個(gè)復(fù)雜的微型系統(tǒng)，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的這種微型系統(tǒng)還要組成一個(gè)復(fù)雜的大系統(tǒng)，如果進(jìn)入民用市場(chǎng)的話，還需要解決諸如像素大小、功耗、散熱、良率、成本、產(chǎn)能等一系列問(wèn)題，這些問(wèn)題都非常困難，往往顧此失彼，如同走鋼絲一般。

目前面陣型量子計(jì)數(shù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于世界上最先進(jìn)的同步輻射加速器，比如歐洲原子能中心（CERN），美國(guó)的APS、費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室等等。

幀觀德芯：面陣型量子計(jì)數(shù)領(lǐng)域的開拓者

2004年，一位瑞典教授創(chuàng)辦了一家叫Sectra的公司，研發(fā)了世界上第一臺(tái)基于條形探測(cè)器的量子計(jì)數(shù)乳腺機(jī),命名為Microdose。7年后，飛利浦用1億美元買斷Microdose乳腺機(jī)的銷售權(quán)，然后給它起了中文名字“木蘭”。木蘭量子乳腺機(jī)圖像質(zhì)量異常優(yōu)異，但由于采用條形探測(cè)器，需要掃描成像，導(dǎo)致曝光時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8-20秒。相比面陣型探測(cè)器的瞬間成像，條形探測(cè)器要落后很多。

至于面陣型探測(cè)器，在1997年，CERN就研發(fā)出了Medipix系列的面陣型量子計(jì)數(shù)探測(cè)器，前后發(fā)展了三代。2006年，Dectris公司在歐洲成立，為同步輻射實(shí)驗(yàn)室提供面陣型量子計(jì)數(shù)探測(cè)器，單價(jià)高達(dá)1400萬(wàn)人民幣。由于受到各種技術(shù)難題的限制，他們都無(wú)法實(shí)現(xiàn)民用化量產(chǎn)。

幀觀德芯的面陣型量子計(jì)數(shù)探測(cè)器原理相同，不同的是，依靠技術(shù)創(chuàng)新，幀觀德芯在世界上率先解決了諸如成本、產(chǎn)能、良率、功耗、散熱等諸多技術(shù)難題，申請(qǐng)了大量國(guó)際專利，實(shí)現(xiàn)了民用化量產(chǎn)。民用化設(shè)備和科研設(shè)備的區(qū)別有多大呢？見(jiàn)下圖。

幀觀德芯推出的清照系列量子計(jì)數(shù)乳腺機(jī)，內(nèi)部搭載自主研發(fā)的新一代面陣型量子計(jì)數(shù)探測(cè)器，具有圖像更清晰，對(duì)溫度濕度不敏感，量產(chǎn)成本低，產(chǎn)能大等諸多優(yōu)勢(shì)。清照乳腺機(jī)還搭載了自主開發(fā)的人工智能AI輔助識(shí)片平臺(tái)，協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行早期乳腺癌的診斷，提高檢查效率，降低因主觀因素造成的誤診。

清照系列量子計(jì)數(shù)乳腺機(jī)，除了成本和產(chǎn)能大幅度優(yōu)于飛利浦木蘭乳腺機(jī)之外，還有個(gè)重大的性能優(yōu)勢(shì)：清照系列是基于面陣型探測(cè)器，可以瞬間成像，而木蘭是基于條形探測(cè)器，需要掃描成像。清照系列乳腺機(jī)可以實(shí)現(xiàn)乳腺成像中的三維Tomo功能，Tomo需要數(shù)秒鐘之內(nèi)拍攝幾十張圖像進(jìn)行算法重建，木蘭由于單張圖像掃描時(shí)間是8-20秒，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)此功能。

在同步輻射領(lǐng)域，幀觀德芯“泰山”系列探測(cè)器的性能也超過(guò)了世界上同類產(chǎn)品：幀速高達(dá)3500幀/秒，單個(gè)像素邊長(zhǎng)為70um,未來(lái)可以達(dá)到40um，優(yōu)于Dectris的75um的像素。另外，目前世界最先進(jìn)的Dectris的Eiger系列探測(cè)器的計(jì)數(shù)率隨著入射光子的密度增大而迅速飽和，進(jìn)而下降；泰山探測(cè)器計(jì)數(shù)率卻隨著光子流密度增大而增大，極限計(jì)數(shù)率超過(guò)了每平方毫米500兆光子，穩(wěn)如“泰山”。

同步輻射領(lǐng)域還有個(gè)更難做的探測(cè)器：自由電子激光探測(cè)器。自由電子激光是新一代的同步輻射光源，其光強(qiáng)度是之前的同步輻射光源不可比擬的，其中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的核心器件就是探測(cè)器。幀觀德芯是有能力在短時(shí)間做出這種探測(cè)器的。

清照量子乳腺機(jī)能能給我們帶來(lái)什么

宮頸癌疫苗現(xiàn)在市場(chǎng)反應(yīng)火熱，但是女性朋友們也許不知道：宮頸癌在女性高發(fā)癌癥中排名第九，乳腺癌排名第一，而且發(fā)病率越來(lái)越高。中晚期乳腺癌的各種治療方案都不理想，目前最好的辦法是早期篩查，進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)治療。歐美已經(jīng)廣泛使用X線乳腺機(jī)進(jìn)行乳腺癌篩查，這種篩查方法也是唯一被統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)證實(shí)的，可以降低死亡率的方法。X射線乳腺機(jī)操作方便，不需要醫(yī)生就可以完成操作，圖象標(biāo)準(zhǔn)化，可以采用人工智能提高篩查效率，最容易推廣和鋪開。

非晶硒乳腺機(jī)產(chǎn)能很低，單價(jià)往往超過(guò)350萬(wàn)/臺(tái)，而且保養(yǎng)和維護(hù)費(fèi)用極高，導(dǎo)致目前能夠普及乳腺癌篩查的國(guó)家，人均GDP都在4萬(wàn)美元以上。中國(guó)人均GDP在八千美元左右，無(wú)法支撐像美國(guó)一樣的大規(guī)模乳腺癌篩查所產(chǎn)生的巨大財(cái)政開支。

幀觀德芯的量子計(jì)數(shù)乳腺機(jī)上市之后，價(jià)格有望降低80%以上，同時(shí)可靠性大增，對(duì)環(huán)境不敏感，維護(hù)費(fèi)用很低，產(chǎn)能幾乎沒(méi)有上限。再加上幀觀德芯布局了大量國(guó)際PCT專利，將進(jìn)入全球市場(chǎng)，乳腺癌篩查領(lǐng)域的游戲規(guī)則將被改寫。

幀觀德芯不光可以向中國(guó)婦女提供高性價(jià)比的乳腺癌篩查產(chǎn)品，還可以向一帶一路和世界上絕大多數(shù)國(guó)家提供，造福全世界人民。依靠底層核心芯片技術(shù)突破，幀觀德芯不僅將為中國(guó)人民的健康事業(yè)做出卓越貢獻(xiàn)，也將為世界人民的健康事業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

附： X光關(guān)鍵核心技術(shù)發(fā)展時(shí)間軸

（第一次出現(xiàn)中國(guó)人）