深圳幀觀德芯科技有限公司宣布： 量子計數X光探測芯片，已經實現大規模量產；人類歷史上第一臺醫用面陣型量子計數乳腺機也已經開發完成，最快今年年底或明年年初上市銷售。量子計數乳腺機只是幀觀德芯的第一個產品，未來還會有多個產品發布。

深圳幀觀德芯科技有限公司2015年初在深圳前海自貿區成立，獲得了IDG資本、中金公司、北極光創投、國科投資等國內外著名投資機構的多輪投資。幀觀德芯是世界上第一個在量子計數領域做到大規模產業化的企業，解決了此領域大量技術難題，申請了大量國際專利。

量子計數技術的突破是底層芯片技術革命性的突破：在醫學影像、工業和科研X光領域的意義，不亞于液晶顯示器替換掉球面顯示器，不亞于智能手機取代老式手機。

下圖展示了幀觀德芯量子計數探測器拍攝圖像和傳統探測器的圖像清晰度區別，左圖為傳統探測器圖像效果，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。

幀觀德芯的量子計數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節結構，圖像清晰到甚至可以給這只河蝦做關節手術；可以實現之前探測器無法實現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氫氧，和人體皮膚的組分類似，意味著這種探測器甚至可以看到皮膚上被蚊子咬的一個包。下圖為幀觀德芯量子計數探測器的實拍圖像，讀者可以細細體會。

那么什么是量子計數技術？ 什么又是量子計數芯片呢？這要從X射線成像技術的發展史說起。

倫琴和第一代屏片X射線成像技術

1895年，倫琴發現X射線，并獲得了歷史上第一個諾貝爾獎。X射線的發現催生了20世紀的物理學、生物學、醫學等各個領域的井噴式地發展。

在19世紀末到20世紀中葉很長一段時間里，X射線成像一直沿用倫琴當時所用的辦法： 通過對熒光膠片上的感光層曝光，感光層發出熒光，熒光造成膠片感光，再對膠片顯影處理得到X射線圖像。這種方法需要在暗室里“洗”膠片，獲得照片時間長，操作復雜，而且不易保存。隨著人類進入信息化時代，科學家們想：能不能找到一種取代膠片的成像方式？

“嫁接”而來的第一代數字X光機：CCD成像系統

1969年，美國貝爾實驗室的兩位科學家發明了電荷耦合元件（簡稱CCD），并且在40年后獲得了諾貝爾獎。CCD是使用硅基平面工藝制造的可見光傳感器，比如我們常用的數碼相機就使用CCD。然而CCD在探測X光時有嚴重問題： X光能量太高，CCD很難將光子攔截，導致無法成像。怎么辦呢？

一些在高能物理科學家，使用一種叫做閃爍體的物質將X光轉換成可見光，然后再用CCD對可見光進行探測，通過這種間接的方式完成了X光成像。此技術后來演變成為了第一代數字X光機。

但是人們發現，這種X光機也存在問題： CCD由于制造工藝的限制，不能做成大平面，需要用光學耦合把大像素投影到CCD的小像素上，這種結構非常笨重。為了解決這個問題，平板探測器出現了。

間接探測型平板探測器

從1995年美國杜邦公司在北美放射年會上推出第一臺平板探測器以來，平板探測技術獲得飛速發展。間接平板探測器主要分為非晶硅平板和CMOS間接平板。

非晶硅平板探測器依靠閃爍體將X光轉化為可見光，再通過非晶硅將可見光信號轉為電信號, 電信號再被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。“閃爍體+太陽能電池+液晶顯示器”三種技術組合，就得到了非晶硅平板。

CMOS間接平板探測器的原理類似，都是使用閃爍體先把X光轉化為可見光，然后再探測可見光，不同的是：用類似手機攝像頭的CMOS技術替換了“太陽能電池+液晶顯示器”的工藝。這種CMOS電路和手機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） 探測器面積較大，需要一種叫做Stitching的工藝（把微電子生產過程中的相鄰曝光區域連接在一起），做出一個完整的曝光區。目前Xfab，TowerJazz等微電子代工廠提供標準的stitching工藝服務。芯片stitch之后，面積增大，良率下降，所以一般會把芯片結構做得盡量簡單。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間接成像探測器常被用于口腔CT等對動態性能要求較高的領域。

直接探測（非晶硒）平板探測器

人們又發現，間接成像的探測器，都存在一個問題：如果提升分辨率，圖像就會變模糊。這是為什么呢？

原來，在間接成像方式中，由于有X光轉為可見光的過程，而可見光會發生散射，散射的可見光導致了圖像的分辨率降低。

打個比方，一個房間的地磚是一個個的像素，屋頂的電燈是對應像素上方的發光點，打開“電燈”，所有的地磚都被照亮。如果每個像素上方都有“電燈”打開，就會造成彼此的燈光相互干擾，圖像模糊。要想只照亮一個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，治標不治本。

非晶硒平板探測器的出現解決了散射導致圖象模糊的問題：它采用直接探測的方式，和間接探測方式有本質的不同。非晶硒平板直接在非晶硒介質內將X光光子轉化為電荷，由于在介質層兩端加了高壓，在電場的作用下，所產生的電荷會朝著一個方向運動，不像閃爍體中的光子一樣四處散射，沒有了像素間串擾，圖像清晰度獲得極大提高。

非晶硒平板探測器的優異性能早被業界所關注。上世紀90年代，美國杜邦公司投入巨資研發非晶硒探測器，此業務幾經并購重組，更名為Direct Ray Company(簡稱DRC)；1999年，豪洛捷公司（Hologic）收購DRC，進而幾乎壟斷了非晶硒平板的供應。非晶硒平板探測器被廣泛應用于乳腺癌的檢查，每年產能供不應求，豪洛捷掙得盆滿缽滿，市值超過100億美元。然而，除了乳腺癌檢查，非晶硒平板很難在其他領域推廣，這又是為何呢？

乳腺癌篩查主要是觀察乳房中癌變導致的鈣化點和周圍組織的形態，這對圖像質量的要求很高，非晶硒平板探測器有著絕對優勢。但是，非晶硒對工作環境要求苛刻：環境濕度是30%到70%，溫度是20度到25度，環境不達標會造成探測器損壞。另外，非晶硒探測器的使用壽命為2年，全球產能一年只有幾千個，單價高達將近10萬美元。非晶硒探測器靠著優越的圖像質量，牢牢地占據著乳腺機的市場，但是昂貴和可靠性差等缺陷，導致其很難在其他領域推廣。

有沒有性能好，穩定性高，成本低，還能夠大規模量產的探測器呢？有！這就是面陣式量子計數探測器。

技術革命： 量子計數型探測器

X光領域的先驅往往來自高能物理領域，量子計數探測器更是如此。上世紀八十年代，高能物理領域對半導體材料的研究達到前所未有的高峰，研制出了很多新型的探測器，如條型(stripe)，和后來出現的面陣式(pixel array)探測器等。這類探測器被稱之為混合探測器，并先后經歷了積分和量子計數兩代技術。目前，面陣型量子計數探測器，靠著優異的性能，成為了高能物理實驗中效果最好且應用最廣的X光探測器。

面陣型量子計數技術也是直接探測，但和非晶硒技術相比，量子計數可以直接過濾掉暗噪聲，在像素內產生數字信號，具有近乎完美的線性度，圖象質量遠超過非晶硒產品，而且對溫度濕度完全不敏感，可靠耐用。然而，量子計數芯片異常復雜：每個像素都是一個復雜的微型系統，數以百萬計的這種微型系統還要組成一個復雜的大系統，如果進入民用市場的話，還需要解決諸如像素大小、功耗、散熱、良率、成本、產能等一系列問題，這些問題都非常困難，往往顧此失彼，如同走鋼絲一般。

目前面陣型量子計數技術廣泛應用于世界上最先進的同步輻射加速器，比如歐洲原子能中心（CERN），美國的APS、費米實驗室等等。

幀觀德芯：面陣型量子計數領域的開拓者

2004年，一位瑞典教授創辦了一家叫Sectra的公司，研發了世界上第一臺基于條形探測器的量子計數乳腺機,命名為Microdose。7年后，飛利浦用1億美元買斷Microdose乳腺機的銷售權，然后給它起了中文名字“木蘭”。木蘭量子乳腺機圖像質量異常優異，但由于采用條形探測器，需要掃描成像，導致曝光時間長達8-20秒。相比面陣型探測器的瞬間成像，條形探測器要落后很多。

至于面陣型探測器，在1997年，CERN就研發出了Medipix系列的面陣型量子計數探測器，前后發展了三代。2006年，Dectris公司在歐洲成立，為同步輻射實驗室提供面陣型量子計數探測器，單價高達1400萬人民幣。由于受到各種技術難題的限制，他們都無法實現民用化量產。

幀觀德芯的面陣型量子計數探測器原理相同，不同的是，依靠技術創新，幀觀德芯在世界上率先解決了諸如成本、產能、良率、功耗、散熱等諸多技術難題，申請了大量國際專利，實現了民用化量產。民用化設備和科研設備的區別有多大呢？見下圖。

幀觀德芯推出的清照系列量子計數乳腺機，內部搭載自主研發的新一代面陣型量子計數探測器，具有圖像更清晰，對溫度濕度不敏感，量產成本低，產能大等諸多優勢。清照乳腺機還搭載了自主開發的人工智能AI輔助識片平臺，協助醫生進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。

清照系列量子計數乳腺機，除了成本和產能大幅度優于飛利浦木蘭乳腺機之外，還有個重大的性能優勢：清照系列是基于面陣型探測器，可以瞬間成像，而木蘭是基于條形探測器，需要掃描成像。清照系列乳腺機可以實現乳腺成像中的三維Tomo功能，Tomo需要數秒鐘之內拍攝幾十張圖像進行算法重建，木蘭由于單張圖像掃描時間是8-20秒，根本無法實現此功能。

在同步輻射領域，幀觀德芯“泰山”系列探測器的性能也超過了世界上同類產品：幀速高達3500幀/秒，單個像素邊長為70um,未來可以達到40um，優于Dectris的75um的像素。另外，目前世界最先進的Dectris的Eiger系列探測器的計數率隨著入射光子的密度增大而迅速飽和，進而下降；泰山探測器計數率卻隨著光子流密度增大而增大，極限計數率超過了每平方毫米500兆光子，穩如“泰山”。

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

清照量子乳腺機能能給我們帶來什么

宮頸癌疫苗現在市場反應火熱，但是女性朋友們也許不知道：宮頸癌在女性高發癌癥中排名第九，乳腺癌排名第一，而且發病率越來越高。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，進行微創手術治療。歐美已經廣泛使用X線乳腺機進行乳腺癌篩查，這種篩查方法也是唯一被統計數據證實的，可以降低死亡率的方法。X射線乳腺機操作方便，不需要醫生就可以完成操作，圖象標準化，可以采用人工智能提高篩查效率，最容易推廣和鋪開。

非晶硒乳腺機產能很低，單價往往超過350萬/臺，而且保養和維護費用極高，導致目前能夠普及乳腺癌篩查的國家，人均GDP都在4萬美元以上。中國人均GDP在八千美元左右，無法支撐像美國一樣的大規模乳腺癌篩查所產生的巨大財政開支。

幀觀德芯的量子計數乳腺機上市之后，價格有望降低80%以上，同時可靠性大增，對環境不敏感，維護費用很低，產能幾乎沒有上限。再加上幀觀德芯布局了大量國際PCT專利，將進入全球市場，乳腺癌篩查領域的游戲規則將被改寫。

幀觀德芯不光可以向中國婦女提供高性價比的乳腺癌篩查產品，還可以向一帶一路和世界上絕大多數國家提供，造福全世界人民。依靠底層核心芯片技術突破，幀觀德芯不僅將為中國人民的健康事業做出卓越貢獻，也將為世界人民的健康事業做出應有的貢獻。

附： X光關鍵核心技術發展時間軸

（第一次出現中國人）