國產微米級CT設備 破解耳科疾病看不清、看不準難題

新研發的國產耳科專用CT，其最優空間分辨力可達50微米，能分辨的最小結構或病變大概為2根髮絲粗，是通用型CT設備分辨力的6倍多。

人體中最小的骨頭是藏在耳朵內的聽小骨，包括錘骨、砧骨和鐙骨。此外，耳部還包括眾多結構微小的骨腔、氣房和骨管。

為了精準診斷耳部病變，醫生會使用CT設備檢查患者耳朵內的骨結構受損情況。但是，由於耳部一些骨頭結構微小，在影像學診斷中存在“看不清、看不準”的難題，導致一些隱匿疾病無法得到精準診斷。

北京友誼醫院影像中心主任王振常團隊與清華大學、北京朗視儀器股份有限公司聯手，成功發明了微米級耳科專用CT設備（以下簡稱耳科專用CT），填補了國內外在該領域的空白。擁有這一設備，醫生就如同有了一雙“火眼金睛”，能清晰識別耳部的微小結構，讓耳部疾病無處遁形。

能看清耳朵內細如髮絲的骨頭

北京友誼醫院放射科高級工程師尹紅霞參與了耳科專用CT的研發。她告訴科技日報記者，研發該設備源於耳部骨結構的特殊性——微小。

除了聽小骨，耳部還有構造精巧的內耳，包括耳蝸、前庭和3個半規管，即通常所説的“內耳迷路”。另外，耳部還包括眾多容納神經、血管、淋巴管走形的骨管道，比如前庭導水管、耳蝸導水管、面神經管等。一根頭髮絲直徑約為40—50微米，耳朵內這些結構的精細部位只有幾根髮絲大小。

“在這些結構中，鐙骨底板結構菲薄、厚度不均，用以封閉前庭窗。根據醫學統計，鐙骨底板的厚度在100—300微米。前庭導水管和耳蝸導水管是連通內耳到顱內的骨管道，對內耳壓力平衡具有重要作用。前庭導水管的峽部直徑為200微米左右。耳蝸導水管最狹窄處則通常小於100微米。”尹紅霞介紹。

王振常説，耳科疾病主要分3類——耳聾、耳鳴和眩暈。明確病因，每一樣都少不了拍片，影像學檢查就是給診治疾病提供可視化的客觀證據。

但是，通過臨牀通用型CT設備看清耳部的微小結構並非易事。

目前，通用型CT的最優空間分辨力一般在300—700微米（不同型號設備略有不同），能夠清楚顯示中耳的錘骨、砧骨以及內耳的耳蝸、前庭、半規管骨腔等。但是，除非出現鐙骨底板增厚的病理現象，通用型CT難以清楚顯示鐙骨底板。而對前庭導水管和耳蝸導水管，通用型CT只能觀察寬大的水管遠端，對於近端狹窄處則難以顯示。

尹紅霞介紹，新研發的國產耳科專用CT，其最優空間分辨力可達50微米，能分辨的最小結構或病變大概為2根髮絲粗，是通用型CT設備分辨力的6倍多。實驗結果顯示，耳科專用CT對鐙骨底板和前庭導水管全程可以做到100%顯示，為耳科相關疾病提供了診斷利器。

此外，研發人員從患者舒適性和操作便捷性的功能需求出發，針對耳科精準定位做了特別設計。“通用型CT設備的掃描牀一般只有上下、前後兩自由度運動。耳科專用CT採用上下、前後、左右三自由度的掃描牀設計，保證了在單側耳部高清掃描時，可以方便地精準定位掃描區域。”尹紅霞説。

重量約為通用型CT的一半

除了看得清、定位準，相比通用型CT設備，耳科專用CT小而輕便。

一般來説，通用型CT設備佔地面積約為3米×3米，高度接近2米，總重為1.5噸至2噸。耳科專用CT佔地面積約為3米×2米，高度1.7米，重量為800千克左右，約為通用型CT設備重量的一半。

小而輕便帶來兩個明顯優勢。一是佔地面積小，節省空間。“理論上可以在更小的空間內安裝，減輕了醫療機構的場地壓力。”尹紅霞説，另一個優勢是適用範圍擴大，便於普及。除了放射科，一些實力強的耳鼻喉科也可安裝配備耳科專用CT。

當然，小而輕便的背後是更大的研發難題。尹紅霞解釋，小體積的CT設備無法直接使用通用型CT設備上的一些常用部件，因此整體結構設計以及零部件設計加工都要從零開始。

在系統架構方面，與多數通用型CT設備的單源—單探測器設計不同，耳科專用CT採用了雙源—雙探測器設計，也就是在機架上安裝了兩個X射線球管和2個平板探測器。同時，耳科專用CT還要有高精度的掃描控制裝置。

然而，精度達到50微米的高分辨力成像對系統中任何不穩定因素都非常敏感，輕微晃動或偏離設計預期的運行都會導致圖像模糊。

那麼，如何在更小的機架上安裝更多部件，同時確保力學平衡和高精度控制？

首先，合理的整體佈局十分重要。研製團隊多次更改設計圖紙，反覆對結構設計進行討論和仿真，最終將眾多部件巧妙配置。其次，精密部件和高精度加工是關鍵。整個機械運動系統由軸承、傳動、電機、控制和反饋等部件組成，每一個部件必須有極高的精度，才能保證最終整合誤差能夠滿足要求。所有這些突破成就了高穩定性、高控制精度的掃描裝置，從而保證了耳科專用CT實現50微米空間分辨力的關鍵機械性能。

在保證專業化的前提下，經過多功能設計，耳科專用CT還可以進行常規的大視野成像。“通俗地説，就是耳科專用CT最大診斷區域幾乎可以覆蓋整個頜面部，不僅可以用於聽小骨受損、耳硬化症等耳部疾病的診斷，對鼻、咽喉部位的疾病診斷也有幫助，對此研發團隊正在獲取更多的臨牀實驗數據。”尹紅霞説。

對制約空間分辨力的因素各個擊破

截至目前，耳科專用CT樣機已在北京友誼醫院平穩運行8個月。

尹紅霞告訴記者，樣機研發耗時整整5年，經歷了需求提出、設計可行性分析、產品總體設計、產品詳細設計、樣機制造和改進、測試和實驗等多個階段。後期的設備性能測試和設計改進也是長期的、反覆迭代的過程。

據介紹，耳科專用CT樣機研發成功前的近20年內，CT技術在空間分辨力方面都處於發展平台期。新的CT設備要想實現空間分辨力上的大幅突破，不得不獨闢蹊徑。

“我們採用系統思維的方式，對制約空間分辨力的多個因素逐一分析，然後各個擊破。”尹紅霞介紹，“一個重大創新是雙成像系統整體架構設計，採用寬視+詳視的設計方案——用寬視進行掃描區的精準定位，通過詳視實現要觀察目標區的高分辨力成像，從而突破了X射線焦點尺寸和探測器尺寸對空間分辨力提升的限制。”

此外，研發團隊完成了提升核心器件性能、優化機械設計以及改進算法等諸多方面的技術突破。

比如，在核心器件方面，自主研製了高分辨力成像所必需的小焦點、大功率X射線發生器；在機械設計方面，通過精密軸承、傳動系統及控制系統的配合實現穩定旋轉和高精度位置反饋；在算法方面，專門針對小視野、高分辨力成像技術的特點和難點進行設計和攻關。

據尹紅霞透露，目前該設備已獲批進入國家藥品監督管理局“創新醫療器械特別審查程序”，北京友誼醫院的合作方也正在進行醫療器械註冊工作，預計明年能投入市場應用。研發團隊也有意將其推向國際市場。

未來，研發團隊還將進一步優化設備外觀、提升操作便捷性和交互友好性。同時，還將推動設備智能化發展，助力設備向基層普及。