CZT科技引領醫學影像革命，肺部檢查時程縮短至15分鐘
'It's amazing' – the wonder material very few can make
作者: Chris Baraniuk | 時間: Fri, 12 Dec 2025 00:03:10 GMT | 來源: BBC
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躺在大型醫院掃描儀中，盡量保持不動，雙臂舉過頭頂——持續45分鐘。聽起來不太有趣。
這是倫敦皇家布朗普頓醫院的患者在進行某些肺部掃描時必須做的事情，直到去年醫院安裝了一種新設備，將這些檢查時間縮短至僅15分鐘。
這部分要歸功於掃描儀中的圖像處理技術，也得益於一種名為碲化鎘鋅（CZT）的特殊材料，該材料使機器能夠生成患者肺部的高細節3D圖像。
「這台掃描儀能拍出漂亮的圖片，」核醫學與PET部門主管韋切萊卡博士說，「這是一項令人驚嘆的工程和物理學成就。」
去年8月安裝在該醫院的這台機器中的CZT由英國公司Kromek製造。Kromek是全球少數幾家能生產CZT的公司之一。你可能從未聽說過這種材料，但用韋切萊卡博士的話來說，它正在推動醫學成像領域的一場「 revolution」。
這種神奇材料還有許多其他用途，例如用於X射線望遠鏡、輻射探測器和機場安檢掃描儀。而且它越來越受歡迎。
韋切萊卡博士及其同事對患者肺部的檢查包括尋找長新冠患者體內的許多微小血塊，或像肺栓塞這樣的較大血塊。
這台價值100萬英鎊的掃描儀通過檢測注入患者體內的放射性物質發出的伽馬射線來工作。
但掃描儀的靈敏度意味著所需的這種物質比以前更少：「我們可以將劑量減少約30%，」韋切萊卡博士說。雖然基於CZT的掃描儀總體而言並非新事物，但像這類大型全身掃描儀卻是相對較新的創新。
CZT本身已有數十年歷史，但製造起來臭名昭著地困難。「它花了很長時間才發展成工業規模的生產流程，」Kromek聯合創始人兼首席執行官巴蘇說。
在該公司位於塞奇菲爾德的設施中，有一個房間內有170台小型熔爐，巴蘇博士形容它「看起來像服務器農場」。
這種特殊粉末在這些熔爐中被加熱、熔化，然後凝固成單晶結構。整個過程需要數週。「原子層面，晶體被重新排列……使其完全對齊，」巴蘇博士說。
新形成的CZT是一種半導體，能夠以驚人的精度檢測X射線和伽馬射線中的微小光子粒子——類似於你智慧手機相機中基於硅的光感應圖像感測器的專用版本。
當高能光子撞擊CZT時，它會移動一個電子，這種電信號可用來生成圖像。較早的掃描技術使用兩步驟流程，精度較低。
「它是數位的，」巴蘇博士說，「這是一個單一轉換步驟。它保留了所有重要資訊，如時間、撞擊CZT探測器的X射線能量——你可以創建彩色或光譜圖像。」
他補充說，基於CZT的掃描儀目前用於英國機場的爆炸物檢測，以及美國一些機場的托運行李掃描。「我們預期CZT將在未來幾年內應用於手提行李檢測領域。」
但獲得CZT並不容易。
美國聖路易斯華盛頓大學的亨里克·克拉夫欽斯基曾將這種材料用於高海拔氣球上的太空望遠鏡。這些探測器可以接收中子星和黑洞周圍等離子體發出的X射線。
克拉夫欽斯基教授希望他的望遠鏡使用非常薄的0.8毫米CZT，因為這有助於減少接收到的背景輻射量，從而獲得更清晰的信號。「我們想購買17個新探測器，」他說，「獲取這些薄片真的非常困難。」
他無法從Kromek獲取CZT。巴蘇博士表示，他的公司目前需求旺盛。「我們支持許多研究機構，」他補充道，「我們很難同時應對上百種不同的任務。每個研究項目都需要一種非常特殊的探測器結構。」
對克拉夫欽斯基教授來說，這並非危機——他表示，他可能在下次任務中使用先前研究中已有的CZT，或者替代材料碲化鎘。
然而，目前有更大的難題。這項即將進行的任務原定於12月從南極起飛，但克拉夫欽斯基教授表示，由於美國政府關閉，「所有日期都在變動」。
許多其他科學家也使用CZT。在英國，牛津郡的Diamond Light Source研究設施的一項重大升級——耗資5億英鎊——將通過安裝基於CZT的探測器來提升其能力。
Diamond Light Source是一種同步加速器，它將電子以接近光速的速度環繞巨大的環形軌道發射。磁鐵使這些高速電子以X射線的形式損失部分能量，這些X射線通過光束線從環中導出，可用於分析材料等。
一些近期實驗涉及在鋁熔化時探測其雜質。更好地理解這些雜質有助於改進金屬的回收形式。
隨著Diamond Light Source的升級，預計將於2030年完成，所產生的X射線將顯著更亮，這意味著現有傳感器無法正確檢測它們。
「如果無法檢測它們產生的光，花費巨資升級這些設施就沒有意義，」科學技術設施委員會的探測器開發小組負責人馬特·維爾說道，該委員會是Diamond Light Source的投資方。
這就是為什麼在這裡，CZT也是首選材料。