新研发的国产耳科专用CT，其最优空间分辨力可达50微米，能分辨的最小结构或病变大概为2根发丝粗，是通用型CT设备分辨力的6倍多。视觉中国供图人体中最小的骨头是藏在耳朵内的听小骨，包括锤骨、砧骨和镫骨。此外，耳部还包括众多结构微小的骨腔、气房和骨管。为了精准诊断耳部病变，医生会使用CT设备检查患者耳朵内的骨结构受损情况。但是，由于耳部一些骨头结构微小，在影像学诊断中存在“看不清、看不准”的难题，导致一些隐匿疾病无法得到精准诊断。医院影像中心主任王振常团队与清华大学、北京朗视仪器股份有限公司联手，成功发明了微米级耳科专用CT设备（以下简称耳科专用CT），填补了国内外在该领域的空白。拥有这一设备，医生就如同有了一双“火眼金睛”，能清晰识别耳部的微小结构，让耳部疾病无处遁形。能看清耳朵内细如发丝的骨头医院放射科高级工程师尹红霞参与了耳科专用CT的研发。她告诉科技日报记者，研发该设备源于耳部骨结构的特殊性——微小。除了听小骨，耳部还有构造精巧的内耳，包括耳蜗、前庭和3个半规管，即通常所说的“内耳迷路”。另外，耳部还包括众多容纳神经、血管、淋巴管走形的骨管道，比如前庭导水管、耳蜗导水管、面神经管等。一根头发丝直径约为40—50微米，耳朵内这些结构的精细部位只有几根发丝大小。“在这些结构中，镫骨底板结构菲薄、厚度不均，用以封闭前庭窗。根据医学统计，镫骨底板的厚度在—微米。前庭导水管和耳蜗导水管是连通内耳到颅内的骨管道，对内耳压力平衡具有重要作用。前庭导水管的峡部直径为微米左右。耳蜗导水管最狭窄处则通常小于微米。”尹红霞介绍。王振常说，耳科疾病主要分3类——耳聋、耳鸣和眩晕。明确病因，每一样都少不了拍片，影像学检查就是给诊治疾病提供可视化的客观证据。但是，通过临床通用型CT设备看清耳部的微小结构并非易事。目前，通用型CT的最优空间分辨力一般在—微米（不同型号设备略有不同），能够清楚显示中耳的锤骨、砧骨以及内耳的耳蜗、前庭、半规管骨腔等。但是，除非出现镫骨底板增厚的病理现象，通用型CT难以清楚显示镫骨底板。而对前庭导水管和耳蜗导水管，通用型CT只能观察宽大的水管远端，对于近端狭窄处则难以显示。尹红霞介绍，新研发的国产耳科专用CT，其最优空间分辨力可达50微米，能分辨的最小结构或病变大概为2根发丝粗，是通用型CT设备分辨力的6倍多。实验结果显示，耳科专用CT对镫骨底板和前庭导水管全程可以做到%显示，为耳科相关疾病提供了诊断利器。此外，研发人员从患者舒适性和操作便捷性的功能需求出发，针对耳科精准定位做了特别设计。“通用型CT设备的扫描床一般只有上下、前后两自由度运动。耳科专用CT采用上下、前后、左右三自由度的扫描床设计，保证了在单侧耳部高清扫描时，可以方便地精准定位扫描区域。”尹红霞说。重量约为通用型CT的一半除了看得清、定位准，相比通用型CT设备，耳科专用CT小而轻便。一般来说，通用型CT设备占地面积约为3米×3米，高度接近2米，总重为1.5吨至2吨。耳科专用CT占地面积约为3米×2米，高度1.7米，重量为千克左右，约为通用型CT设备重量的一半。小而轻便带来两个明显优势。一是占地面积小，节省空间。“理论上可以在更小的空间内安装，减轻了医疗机构的场地压力。”尹红霞说，另一个优势是适用范围扩大，便于普及。除了放射科，一些实力强的耳鼻喉科也可安装配备耳科专用CT。当然，小而轻便的背后是更大的研发难题。尹红霞解释，小体积的CT设备无法直接使用通用型CT设备上的一些常用部件，因此整体结构设计以及零部件设计加工都要从零开始。在系统架构方面，与多数通用型CT设备的单源—单探测器设计不同，耳科专用CT采用了双源—双探测器设计，也就是在机架上安装了两个X射线球管和2个平板探测器。同时，耳科专用CT还要有高精度的扫描控制装置。然而，精度达到50微米的高分辨力成像对系统中任何不稳定因素都非常敏感，轻微晃动或偏离设计预期的运行都会导致图像模糊。那么，如何在更小的机架上安装更多部件，同时确保力学平衡和高精度控制？首先，合理的整体布局十分重要。研制团队多次更改设计图纸，反复对结构设计进行讨论和仿真，最终将众多部件巧妙配置。其次，精密部件和高精度加工是关键。整个机械运动系统由轴承、传动、电机、控制和反馈等部件组成，每一个部件必须有极高的精度，才能保证最终整合误差能够满足要求。所有这些突破成就了高稳定性、高控制精度的扫描装置，从而保证了耳科专用CT实现50微米空间分辨力的关键机械性能。在保证专业化的前提下，经过多功能设计，耳科专用CT还可以进行常规的大视野成像。“通俗地说，就是耳科专用CT最大诊断区域几乎可以覆盖整个颌面部，不仅可以用于听小骨受损、耳硬化症等耳部疾病的诊断，对鼻、咽喉部位的疾病诊断也有帮助，对此研发团队正在获取更多的临床实验数据。”尹红霞说。对制约空间分辨力的因素各个击破截至目前，耳科专用CT样机已在医院平稳运行8个月。尹红霞告诉记者，样机研发耗时整整5年，经历了需求提出、设计可行性分析、产品总体设计、产品详细设计、样机制造和改进、测试和实验等多个阶段。后期的设备性能测试和设计改进也是长期的、反复迭代的过程。据介绍，耳科专用CT样机研发成功前的近20年内，CT技术在空间分辨力方面都处于发展平台期。新的CT设备要想实现空间分辨力上的大幅突破，不得不独辟蹊径。“我们采用系统思维的方式，对制约空间分辨力的多个因素逐一分析，然后各个击破。”尹红霞介绍，“一个重大创新是双成像系统整体架构设计，采用宽视+详视的设计方案——用宽视进行扫描区的精准定位，通过详视实现要观察目标区的高分辨力成像，从而突破了X射线焦点尺寸和探测器尺寸对空间分辨力提升的限制。”此外，研发团队完成了提升核心器件性能、优化机械设计以及改进算法等诸多方面的技术突破。比如，在核心器件方面，自主研制了高分辨力成像所必需的小焦点、大功率X射线发生器；在机械设计方面，通过精密轴承、传动系统及控制系统的配合实现稳定旋转和高精度位置反馈；在算法方面，专门针对小视野、高分辨力成像技术的特点和难点进行设计和攻关。据尹红霞透露，目前该设备已获批进入国家药品监督管理局“创新医疗器械特别审查程序”，医院的合作方也正在进行医疗器械注册工作，预计明年能投入市场应用。研发团队也有意将其推向国际市场。未来，研发团队还将进一步优化设备外观、提升操作便捷性和交互友好性。同时，还将推动设备智能化发展，助力设备向基层普及。（记者代小佩）来源：科技日报

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