利用光学创新更快地检测癌症

本文作者：Broadcom副总裁兼工业光纤产品部总经理Martin Weigert

Broadcom工程创新和下一代技术相结合，在许多传感器应用领域取得了显著进展，尤其是在癌症检测方面。

创新

你永远不知道创新的机会何时会出现，但一旦抓住了，它可能会为人们的生活带来巨大的变化。在癌症检测领域，Broadcom抓住了这样的机会。我们在光学技术领域已经创新了50多年，主要集中在改进通信和传感器等技术上。这次，我们的创新帮助了医生及其患者，并带来了意想不到的其他应用。

这一切始于一种名为“硅光电倍增管”(SiPM)的技术。SiPM是一种下一代光学传感器，可以检测到其他技术无法探测到的东西。它能够感知、测量和量化低至单个光子的辐射水平，并且对单个光子的电响应非常迅速。这些功能使其成为PET扫描仪的基础，有助于诊断多种癌症。SiPM还可用于激光成像技术(LIDAR)，用于自动驾驶汽车和3D扫描、天体物理学等领域。

颠覆的机会

我们研究了市场，发现用于PET扫描仪和其他核成像用途的硅传感器市场主要由单一供应商主导。我们认为这是一个机会，可以利用我们在开发定制芯片方面的专业知识来进行市场颠覆。我们了解到用于核医学的主要光学技术——光电倍增管——既古老又昂贵。而潜在的合作伙伴和客户正在研究一种较新的技术：SiPM，但他们发现广泛使用它既困难又昂贵。

SiPM是一种颠覆性技术，比光电倍增管具有许多优势：尺寸更小、功耗更低、成本更低、使用寿命更长。近年来，其灵敏度和响应速度已经远远优于光电倍增管。因此，SiPM成为现代PET系统的首选。

利用好优势

我们的第一步是创建一个团队和制造工厂。我们聘请了对SiPM技术最有了解的专家，并坚持要开发最好的SiPM。通过与一家意大利小型研究机构合作，我们将制造转移到我们的代工厂合作伙伴，改变了芯片的尺寸，并在提高性能的同时降低了成本。随后，我们与全球合作伙伴一起推出了第一款产品。

在接下来的几年里，我们改进了SiPM的关键参数，为PET机器提供了优化的传感器。因此，2023年，我们的主要客户创造了“巧合时间分辨率”的世界纪录，这是PET图像分辨率和质量的重要参数。

创新新的市场机会

在开发PET扫描仪的同时，我们认识到SiPM技术可以用于其他应用。例如，汽车激光雷达技术、采矿作业中的元素检测、流式细胞术设备等。

不仅检测，而且处理数据

对于最先进的PET扫描仪来说，尽快记录辐射事件至关重要。机器需要在几十到几百皮秒内看到并读取闪烁体发出的光。这项功能极难改进，因为它依赖于检测模块的所有组件，包括电信号的处理。为了克服这一限制，我们创造了一种新型芯片：“读出”ASIC。我们优化了ASIC和SiPM技术，使客户可以通过我们的SiPM模块和读出ASIC生成、放大并转换电信号为数字信息，确保没有数据丢失，处理速度非常快，这对于癌症检测等应用至关重要。

我们花了八年时间开发和优化SiPM技术，颠覆了市场。现在，我们准备继续进一步创新，在核医学等领域取得更多成就。