RSNA 2024｜风至，势起，高端影像CMOS技术赛道突围

转自公众号：器械汇
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自“α世代”①的初露锋芒，到如今的渐入佳境，CMOS平板探测器在X射线动态成像市场上增势强劲。

(图片来源：Yole Développement)

影像设备的演进，往往就是由这些核心技术层面的迭代升级所驱动。

大影像的国产替代，行业目光多聚焦于CT、磁共振、DSA这些整机设备，而处于上游的关键零部件鲜少被提及。事实上，核心部件直接影响着应用端的性能表现，是影像设备重要的物质基础。

2024年行至尾声，在业内盛会RSNA上，X射线核心部件领域佼佼者奕瑞科技再次展现生产力的“上新”——实现CMOS芯片从底层设计到规模量产的全流程自主可控。这，或许是一场变革的开端，更是一次自信的宣告：风至，势起，直指全球。

高灵敏度，高分辨率，高采集速度…如果要选择，平板探测器应该最侧重哪一点？

当然是不做选择，全都要。

这三大优点，CMOS平板探测器都具备。

CMOS，英文全称Complementary Metal Oxide Semiconductor，译为互补金属氧化物半导体。CMOS传感器采用单晶硅技术，将光电二极管阵列和读出电路集成在一块晶圆上，并采用Active Pixel Sensor架构。

不同于被动像素的设计，CMOS探测器采用主动像素设计，可以在每个像素内都集成一个放大器，将电信号在像素内先放大、再传输，有效降低噪声占比，显著提升信噪比，非常适用于低剂量照射。

此外，CMOS探测器的原材料为晶圆级单晶硅，其电子迁移率较高，读取信号速度更快，能够实现更高的帧速率。

虽然有着诸多优点，但X射线探测器使用的CMOS传感器设计难度高，且小尺寸CMOS传感器拼接成大面积探测器的技术难度大。因此，尽管CMOS探测器已问世十几年，但鲜有打破技术壁垒的国内企业。法国半导体市场调研公司Yole Développement在2019年发布的分析报告显示，当时全球共有近十家生产医用CMOS探测器厂商，均来自欧美与日韩。

趋势者智，驭势者赢。

2022年，奕瑞科技分别投建“数字化X线探测器关键技术研发和创新基地项目”和“新型探测器及闪烁体材料产业化项目”，重点围绕CMOS探测器等新型探测器的相关技术和芯片的研究开发与建设产能，达产后预计将新增3.2万台CMOS平板探测器、10万个CMOS口内探测器的生产能力。

2024年7月，新型探测器用X射线传感器项目初步完成单机测试，开始进入产线联动调试，为量产迈出重要一步。该项目还将建设全球首条CMOS工艺下一代数字化X线传感器等子项目。

时至今日，在传感器设计和制程技术方面，奕瑞科技已是全球少数几家同时掌握非晶硅、IGZO、柔性和CMOS四大传感器技术并具备量产能力的X射线探测器厂商之一，在2023年，采用CMOS、IGZO、柔性等新传感器技术的产品收入超过了4.15亿元。

▲ CMOS前端制造技术原理

▲ CMOS前端+后端制造技术原理

同时采用小至极致像素结构设计，确保每个像素都能独立工作；优化的信号路径实现更高的动态范围和更低的噪声水平。

此外，奕瑞科技的CMOS设计优势还体现在：

iSoC出色架构设计：CDS(相关双采样)和16位或20位ADC可以集成在一个芯片的晶圆上，减少信号传输中的干扰，确保数据纯净无损，并且成本更低。

iSpeed高速读出拓扑技术：iSpeed的特点是对像素操作进行流水线处理，使流水线行电荷读出与模数转换并行进行,其转换速率较高 ,从而提升数据采集速度。

在生产线，从清洗晶圆设备，到前端晶圆、后端模组的制造，再到晶圆切割、封测、拼接、FOP、镀膜贴合、装配等各个环节，全部由奕瑞科技自主研发，掌握了CMOS芯片加工、封装、贴合的全部流程，成功突破全产业链的生产瓶颈，工艺成熟，成为国内少有的拥有全流程生产线的平板探测器生产厂商。

▲ 自动化ASM COB产线

无论是精密封装、拼接还是镀膜，奕瑞科技对每道复杂工艺都做到了成熟可控，特别是其高精度的三窄边拼接技术，可以轻松满足缝隙小于1像素，对齐精度在业内更胜一筹。对工艺的严格把关有效提高了产品质量和生产效率，也使得产品的良品率大大提升。

▲ 光刻机

依托规模性生产线，奕瑞科技能够迅速响应市场需求，确保产品的稳定供应。

2024年3月，奕瑞科技占地90,000平方米的硅基传感器工厂投入试运营，目标是第一阶段的年产能达到60k，第二阶段的年产能达到480k。

用于DSA和C型臂：Pluto X系列，包括Pluto0909X、 Pluto1212X/1216X；

用于数字乳腺机和断层成像：Mammo1012P；

用于齿科头颅成像和全景成像：Pluto 0900X/0600X；

用于口内扫描：Pluto0000X/0001X/0015X/0002X。

用于DSA和C型臂

Pluto系列是奕瑞科技完全独立设计开发的CMOS动态平板探测器，3k*4k像素矩阵下帧率50fps，像素尺寸达98μm，具有更高的分辨率、更小的电子噪声和残影，适配于对图像质量要求极高的心血管手术等领域。

同时，介入手术区别于常规X射线影像设备的一个重要特点，是患者和操作者都要长时间暴露在X射线下, 因此DSA的剂量控制显得尤为重要，也是所有X射线影像设备中高度敏感的。因此，剂量更小、性能更优的CMOS探测器称得上是DSA的“理想拍档”。

Pluto1212X/1216X均为中视野平板，更符合市场需求，解决了介入领域大/小平板专用机的问题，实现了心脏、头部、腹部、下肢介入检查治疗的兼容。(更多详情请点击这里)

用于乳腺

得益于制造工艺升级和核心关键材料器件自主可控，奕瑞科技开发的包含碘化铯蒸镀技术的Mammo1012P系列CMOS探测器，实现了高清细腻的像素分辨率，像素尺寸可达超精细的49.8μm，能够捕获不小于50μm的像素点，检测出乳腺微小钙化点，有利于早诊断早治疗；同时，它的读取速度更快，能够在更短的时间内完成检查。

用于齿科

Pluto0900X/0600X是CMOS动态探测器，均为100μm像素设计，全分辨率实时成像达300fps。

其中：

Pluto0900X用于齿科头颅成像，22.5cm线扫成像视野；

Pluto0600X用于齿科全景成像，15cm 线扫成像视野。

用于口内扫描

用于口内扫描、辅助齿科影像诊断辅助的四款产品均为CMOS静态探测器，包括Size 0/Size 1、Size 1.5/Size 2两个尺寸，采用20μm像素设计，低辐射剂量，全视野AED，可以适用于不同的口内射线源环境。

未来，随着技术的不断成熟和由此带来的成本下探，预计CMOS探测器在动态医学影像设备的应用将保持快速增长，进一步推动DSA、C型臂等动态成像产品的市场需求，带来探测器市场规模的整体提升。

作为行业内的佼佼者，奕瑞科技始终聚焦底层技术研发，谋求打破行业瓶颈。

未来，数字化X射线核心部件领域的发展不仅仅是技术的较量，更是对行业需求的深度洞察和满足。

因此，破局者注定是领先者。

而这，也给了影像设备整机厂商在国产替代之路上更多的底气。

奕瑞科技展台：

North Hall B，Level 3 Booth 8140