自研光子计数产业链关键芯片，「宇称电子」希望加速医疗及工业探测进入光子时代 | 早期项目

文 | 张冰冰

编辑 | 阿至

人体内早期的病灶、车辆驾驶中高速移动的障碍物、材料的表面应力状态——这些曾经难以捕捉的信息，借助光子探测技术的发展，有望被更清晰高效地“看见”。

以医疗影像CT探测为例，传统CT探测器采用“间接测量”原理，需先将X线转化为可见光，再转换为电信号，这一过程易导致信息丢失与噪声叠加。而光子计数CT则采用深硅、碲锌镉（CZT）、碲化镉（CdTe）等半导体探测器，可以实现X线至电信号的“直接转换”，对单个X射线光子进行精确计数并测定其能量。

光子计数探测器省掉了闪烁晶体，并引入了像素级的读出电路，因此降低了光学串扰并且可以做更小像素的探测，大幅提升探测精度和灵敏度。此外，光子计数探测器可以单独对X光子进行计数而不再需要做电荷积分，成像速度也大幅提升，成像帧率可以突破数千甚至上万fps。

对医学CT检测来说，这意味着更高的准确率和更低的辐射剂量影响。目前，西门子、佳能、东软医疗、联影医疗等光子计数CT已进入商业化阶段。

高精度、高集成度的ASIC读出芯片是光子计数CT的核心部件，需要在单个像素中放置多种电路用于计数和能量测定，同时保证每个像素之间不会互相干扰，并适配晶体的不同电学特性，全球仅有少数团队能完成。

「宇称电子」成立于2017年，专注于单光子敏感器件及读出电路设计，涵盖SPAD、SiPM、高精度单光子信号处理芯片ASIC及相关系统方案。产品可应用于医疗影像、工业检测、智能传感等领域，已推出多款产品投入实际应用。

一、从医疗影像到工业检测，光子探测提升成像效率

「宇称电子」高能射线探测领域的主要产品包括MPI501 X射线光子计数探测器模组、MPT3128能谱型X射线探测器信号读出芯片等。其中MPI501 X射线光子计数探测器模组由ASIC（信号处理）和传感器芯片（光电转换）组成，是一款用于X 射线探测的模组，单芯片有近万个独立像素，可以实现单光子级探测。ASIC可以配合多种Sensor材料，如配合CZT可用于高能量X射线光子计数探测，配合硅传感器芯片可用于物质检测，应力检测，XRF成像等多种应用。

MPT3128能谱型X射线探测器信号读出芯片，共集成128个独立通道，支持正负极性信号收集。结合CZT晶体，最高可记录3MeV的伽马射线，其511keV能峰的能量分辨率可达1%。是集成度位于行业前列的CZT探测器专用读出芯片。

「宇称电子」MPT3128芯片

芯片模组的能力体现在下游产品的性能提升上。在医疗领域，时间分辨率是PET-CT探测关注的关键指标，时间分辨率越小，PET-CT探测精度就越高，使用的核药辐射剂量就越低。

「宇称电子」CEO沈昕嘉介绍，搭载「宇称电子」芯片的PET-CT设备CTR时间分辨率可以达到180皮秒以内，“每家做PET-CT的医疗影像公司最核心的就是芯片，这颗芯片决定了机器的性能上限。我们现在提供的芯片，无论从集成度、处理性能，还是抗干扰性、功耗等其他指标来看，都是全球前列。其中整机小于180皮秒的时间分辨率是一个绝对优势。无论是采用LYSO等闪烁晶体做间接光子探测，还是使用CZT等晶体做直接光子计数，我们都已经准备好了相应方案。”

在工业检测领域，光子计数探测器具备能谱能力，可以根据能量阈值进行分类计数，从而将传统X射线成像中混合在一起的、不同物质的信号分离开来。

“通俗地讲，原有X射线成像出来是密度影像，根据透过率、密度不同，形成灰度图像。但光子探测可以通过测量材料在 K、L 等吸收边的突变能量，利用吸收边能量与元素原子序数对应的关系，实现元素的快速识别与定量分析。”沈昕嘉以安检场景举例，传统的X光安检扫描可以分辨密度高的是金属、密度低的是有机物，而光子计数安检可以精确分辨出物品的金属构成（如稀有金属元素），从而筛选出可疑物品。

在应力检测、新能源电池检测等工业无损检测中，这一特性可以支持更精确的测定数据和更简化的检测程序。

二、匹配产业发展节奏，推动产品量产导入

基于市场空间与行业发展进度，「宇称电子」针对医疗和工业两大市场，采取不同的产品及市场策略。沈昕嘉介绍，医疗影像领域更关注成像速度和能量积分，以大型影像设备探索物理极限为目标。该领域下游整机技术已相对成熟，但国产探测器芯片进度还比较落后，因此「宇称电子」将更多聚焦在材料及芯片的国产替代，目前已与下游光子计数CT大客户深度合作，实现量产和千万级营收。

人体中“最小的骨头”耳中的镫骨CT影像对比

在工业检测领域，从应力检测、缺陷无损检测到新能源电池检测、矿产探测等，需求门类众多，重点在于以探测器芯片为抓手，去解决具体的检测问题。由于行业下游技术还在摸索阶段，「宇称电子」不仅提供芯片模组，还会提供算法等更多解决方案，帮助下游快速升级到单光子技术时代。

“在新能源电池检测领域，我们目前在极片涂布、滚压等工艺检测上取得了一些突破性进展，已进入工程化阶段和领域。另外，在金属表面应力检测领域，以前探测器芯片依赖进口，现在我们跟下游客户一起，完成了整个应力仪从芯片、模组到整机的自主可控，目前已经通过了国家技术检验，迈向批量生产与产业化阶段。”沈昕嘉总结道。

中国信息通信研究院发布的《信息光子技术发展与应用研究报告（2024年）》显示，根据Photonics21等数据测算，2023年全球光子市场规模(包含信息及能量，核心芯片器件及材料、模块级、系统级产品等)约9200亿美元，其中光算存市场规模约数十亿美元，光连接市场约数百亿美元，光采集和光呈现市场约数千亿美元。在AI产业的拉动下，2027年市场规模预计可达12000亿美元。

针对未来的增长机遇和国际巨头的竞争，沈昕嘉认为「宇称电子」的核心竞争力在于“更懂物理”。碲锌镉、碲化镉等晶体材料在X光成像下有独特的物理特性，基于材料的物理特性如何配套设计电路是其中的关键。“我们一直的观点是芯片必须与材料、系统‘共生’，让芯片在每一道工序都为整体系统服务，而不是让材料和系统去迁就芯片。凭借这种深度耦合的能力，我们已经成为产业链的关键中枢，并携手产业链共同推动真正的系统级创新。”

未来发展上，「宇称电子」将进一步推动医疗和工业领域客户放量，并加速车在激光雷达领域的产品导入，预计未来营收增速保持在每年50%左右。

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本文来自微信公众号“36氪未来产业”，作者：张冰冰，阿至，36氪经授权发布。