中国静态CT技术从“追赶”到“领跑”

  1972年4月，在英国放射学研究院年会上，亨斯菲尔德和安普鲁斯宣读了关于CT的第一篇论文，宣告了CT机的诞生。随着辐射成像技术不断迭代发展，至今CT已成为行包、货物安全检查的基础设备。传统螺旋CT通过滑环承载X射线源和探测器高速旋转，从各个角度对物体进行快速扫描，实现对被检物的高清三维成像。然而由于向心加速度的限制，螺旋CT的扫描效率已接近极限。

  与螺旋CT的设计思路完全不同，静态CT的实现原理是通过环布在物体周围的一系列密集排布的冷阴极射线源协同出束曝光，每个射线源焦点发出的X射线由对面的探测器获取投影，以此来代替滑环CT中单个射线源旋转的扫描模式，从而突破转速限制，实现以“静”制“动”。

  可以说，全球范围内谁最先掌握了这项技术，谁就可以在未来的辐射成像探测技术领域占得先机。

  2011年8月，中国的静态CT技术竟被他方研究机构指认为专利抵触，并要求陈志强团队放弃专利权并支付15万美元赔偿，该专利可在其他国家与陈志强团队共享。

  面对这一无理行径和要求，清华大学工程物理系核技术及应用研究所所长、危爆物品探测技术国家工程研究中心主任陈志强表示：我们有信心打赢这场官司，不谈判，不和解。

  最终，这场国际专利争夺战以早于对方 37天的先发优势取得全面胜利!让中国的静态CT技术在国际上建立起了自己的技术壁垒，也为中国在世界科技领域赢得了尊重和认可。

  这场“战役”不仅代表了对我国自主知识产权的维护，也代表了对国际竞争中公平原则的坚持。

  2012-2014年，陈志强团队开始着手搭建第一台原理样机，由于在设计上沿用滑环CT的思路，导致核心器件的结构非常特殊，又大又重，装机调试都极困难，最终以失败告终。陈志强坚定鼓励大家，“这条路走不通，我们必须完全摒弃滑环思路。”

  有了新的努力方向，研发团队重整旗鼓，再次全身心投入到研发工作中。静态CT成像的关键核心之一是碳纳米管冷阴极X射线源。

  2015年，团队开始与国内外合作单位一起进行静态CT核心器件分布式光源的研发。团队经过分析，认为它的尺寸小至几十微米，可以在常温工作状态瞬间启停，非常符合静态CT脉冲成像的要求，而学界“寿命短、流强低”的看法并不是因为碳纳米管本身不行，而是X射线源的设计理念和工艺路线不对，致使其本身极为优异的物理特性没有发挥出来。

  因此，团队联合当时冷阴极球管技术全球领先的新鸿电子有限公司合作攻关，通过不断论证、调整、优化，在烧坏无数块碳纳米管阴极组件之后，逐个攻克几十项技术难题，终于找到适合制备性能稳定、长寿命碳纳米管阴极的独有设计和完善的工艺路线，使得碳纳米管冷阴极X射线源稳定工作流强比国内外同行提高了10倍以上!

  这使得数百个独立X射线焦点通过靶点的高速切换替代传统螺旋CT扫描模式成为可能。

  在国内找不到有这方面加工经验的企业，研发人员只能驻扎到外协厂家研发、试制和生产，从加工模具的工具开始，到模具、再到最后的关键器件，历经4年攻关，终于实现了特种材料和关键部件的全部国产化，使成本大幅降低。

  2018年，团队在光源完全国产化、小型化、轻量化且性能不断改进提高的基础上，搭建了第二台原理样机，2019年12月，这台样机以接近满分的成绩完成了中国民航爆炸物探测认证。此后，团队不断打破思维的围墙，瞄准世界科技前沿。

  2021年5月，静态CT智能查验系统通过科技部认定的第三方科技成果评价，整体技术达到国际领先水平。

  2022年4月，碳纳米管冷阴极分布式X射线源和静态CT查验系统分别荣获2022年日内瓦国际发明展金、银奖。2022年9月21日，“世界首套基于碳纳米管冷阴极分布式X射线源的静态CT智能安检系统研制成功”获评国家原子能机构发布的核技术应用领域十件大事。

  颠覆式的技术路线，是一种“弯道超车”的思路。静态CT与螺旋CT拥有完全不同的复杂系统，独特的分布式光源扫描成像方案需要匹配全新的图像重建、物质识别、数据采集与处理等技术。

  团队通过理论研究结合实验验证的手段，填补了静态CT在成像理论上的空白，突破了多焦点X射线源这一全新成像器件的关键技术难题，研制成功全新的无滑环CT成像系统，保证了高通过率下的高清三维图像，使得查验准确率高达97%以上，全球首创的AI智能审图功能使得物体传送速度达到1米/秒，平均每2秒不到，就可以对一个拉杆箱及其内部物品完成重建，是现有最快安检CT设备速度的两倍。

  静态CT的无滑环设计也降低了对设备通道尺寸及传送带速度、高度的限制需求，通道尺寸可达1米x 1米，实现了从“皮厚肉小”到“薄皮大馅”的飞跃，真正满足了高性能安检高通量、大通道的要求，无需机架，提高了设备的可靠性、稳定性，降低了维护成本，拓展了应用场景。

  经过不断优化迭代，静态CT系统从光路整体布局、三维成像及可视化、智能探测能力，到整机运行功耗、灵活性和可靠性等诸多方面都有了大幅提升，能够满足民航、海关、物流、医疗等行业领域的不同需求。

  在海口美兰机场，静态CT系统可实现对进出口货物的非侵入式、无纸化、智能化、全天候通关监管，使得每个航班托运行李全部完成机检平均只需20分钟。通过物流链的可视化系统，可以实时监控进出境货物的进、出、转、存等情况。

  依托AI、大数据技术，系统协助海关建立以安全和信用监管为核心的事后监管制度，通过风险分析，实施分级查验，形成闭合式的全链条信息化监管系统，实现数据实时跟踪和汇总统计的隐形化监管，真正做到 “一次过检、一机同屏、无感通关”。

  在邮局海关，静态CT智能查验系统能够满足海关对入境包裹的自动扫码、智能查验、远程集中判图、自动分拣、智能仓储等需求。全球首创的智能审图技术，使得静态CT系统能够对快件中的危险品、爆炸物品、毒品、涉税商品进行智能识别，实现商品申报信息与快件实物进行品名、数量及重量的智能比对。

  在医疗领域，静态CT的使用有利于推动疾病的超早期筛查和更为精准的诊断，为疾病的全周期管理做出贡献。团队所推出的牙科数字层析成像系统已通过美国FDA认证，是世界第一款获得FDA认证的采用碳纳米管阴极分布式X射线源的医疗设备。

  陈志强带领团队走出了一条中国人自己的静态CT安检技术解决之路，使中国成为第一个掌握静态CT技术的国家。是技术的开拓者，更是梦想的追逐者。在技术革新的道路上，将继续书写关于坚持和热爱的传奇。

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