数字化 X 线探测器是典型的高科技产品，属于“中国制造 2025”重点发展的 高科技、高性能医疗器械的核心部件。产 品广泛应用于医学诊断与治疗、工业无损检测、安防检查等领域。

分类

数字化 X 线探测器是通过间接或直接的方式将 X 射线转换为电荷，并最终 数字化为医学图像。数字化 X 线探测器按照传感器阵列形状的不同，可分为平 板探测器和线阵探测器；按照光子信号的转换方式的不同，可分为积分式探测器 和单光子计数式探测器；此外，光学传感面板，一般都由光电转化层和 TFT 阵 列开关等寻址电路组成，按照这两部分的组成材料，可分为非晶硅探测器、CMOS/ 单晶硅探测器、IGZO 探测器、非晶硒探测器和 CdTe/CZT（碲化镉/碲锌镉）探 测器等。

此外，随着柔性电子技术的发展，在消费电子领域中折叠屏幕已经广为 人知。目前，传统的 X 线探测器所用光学传感面板工艺全部采用刚性衬底，但 部分领先的 X 线探测器厂家已经开始应用这项技术生产柔性的光学传感面板。

非晶硅、IGZO、CMOS 和柔性基板四大传感器技术均有其特定的终端应用 场景，虽然各探测器技术之间也存在一定的替代关系，但任一技术无法覆盖大部 分应用场景。上述传感器技术将在各自更适用的应用场景下构成功能和性价比的 最优解。因此，上述四大传感器技术之间不存在完全的替代情形。

（1）非晶硅探测器

非晶硅是目前最主流的 X 线探测器传感器技术，具有大面积、工艺成熟稳 定、普通放射的能谱范围响应好、材料稳定可靠、环境适应性好等特点，可同时 满足静态和动态探测器的需求。全球主流医学影像设备厂商如 GE 医疗、飞利浦、西门子等的主要产 品均采用此技术。

非晶硅探测器主要由闪烁体、光学传感面板和电荷读出电路等构成。当有 X线入射时，位于探测器表面的闪烁体将透过人体后衰减的 X 线转换为可见光， 闪烁体下的非晶硅光电二极管传感器阵列又将可见光转换为电信号，在光电二极 管自身的电容上形成存储电荷，在控制电路的作用下，扫描读出各个像素的存储 电荷，经信号放大、A/D 转换后输出数字信号，传送给计算机进行图像处理从而 形成 X 线数字影像。 

非晶硅探测器根据闪烁体材料不同可分为碘化铯非晶硅探测器和硫氧化钆 非晶硅探测器两类产品，二者成像原理基本一致，性能略有差异。相比于硫氧化钆涂层，碘化铯针状晶体结构将 X 线转换成可见光的综合转换效率更高，冲激 响应的光斑弥散更小。因此，采用碘化铯作为闪烁体材料，X 线使用剂量更小， 成像更清晰，但成本相对较高。

（2）IGZO 探测器

与非晶硅探测器相比，IGZO 探测器采用了更先进的传感器阵列。在继承非 晶硅探测器易于大面积制造的特点的同时，具有更高的采集速度及更低的噪声， 是理想的大尺寸高速动态探测器技术。IGZO 探测器技术终端应用场景较为固定， 主要应用于数字减影血管造影系统（DSA）、数字胃肠机（DRF）、C 型臂 X 射线 机（C-Arm）、齿科 CBCT 等动态 X 线透视设备中，具有优于非晶硅探测器的性 能和低于CMOS探测器的成本。

IGZO 探测器技术的技术壁垒如下：

 ①各工艺间的兼容要求

 IGZO 作为一种氧化物半导体材料，用于制作 TFT SENSOR 中的开关矩阵， 其制作工艺及流程较为特殊。同时，IGZO TFT 复杂的形貌也对 TFT SENSOR 中 的非晶硅光电二级管的制作造成干扰。

②产品的稳定性及良率要求 

IGZO 为一种化合物材料，IGZO 探测器性能对各元素的组成配比及其敏感， 并直接影响产品的良率及稳定性。同时，在长时间在不同电压、及光热的综合作 用下，IGZO 探测器容易出现键断裂导致的稳定性劣化问题。

（3）CMOS 探测器

不同于非晶硅和 IGZO 探测器，CMOS 探测器高度集成化，将光电二极管阵 列、读出芯片等集成在一块单晶硅晶圆上。CMOS 探测器具有分辨率高、图像噪 声低、采集速度快的优点；但由于受到半导体产业中晶圆大小的限制，制作大尺寸探测器需要进行拼接，工艺较为复杂，因此工艺和原材料成本均高于非晶硅。

 因此，CMOS 探测器在小尺寸动态 X 线影像设备应用上具有明显的优势，在齿 科 CBCT 领域，因其低剂量和高帧率的特点而获得越来越大的市场空间。

（4）柔性基板探测器

目前，CMOS 探测器的基板为晶圆，非晶硅及 IGZO 探测器技术均采用玻璃 基板。柔性基板探测器技术目前是当前 X 光探测器最前沿的技术，通过用柔性 基板取代刚性玻璃基板，实现了可形变、可弯折、不易碎裂的柔性光学传感面板。该技术可应用于各种不同尺寸和用途的传感器面板，满足超窄边框、高抗震、高 可靠性探测器的应用需求，可适应条件恶劣的战场环境、复杂工业现场等场景下 应用，在移动医疗、野战/舰载医院、排爆检测方面将具有非常广阔的应用前景。 

由于柔性基板探测器技术工艺较为复杂，成本较为高昂，目前仅用于特定的场景。随着柔性技术工艺不断改善、成本持续降低，未来可拓展至更多主流应用场景。

柔性基板探测器技术的技术壁垒如下：

   ①闪烁体直接蒸镀的要求

碘化铯闪烁体为单晶柱状阵列，柔性基板探测器需要通过物理气象沉积的方 法将其制备在极薄的柔性基板上。由于两者力学属性差异较大，工艺难度极大。最终良品率的提升需要许多非专利核心工艺技术的支撑。

②柔性基板取下的要求

柔性基板探测器的生产模式不同于其他探测器，需要将柔性基板先贴合在玻 璃基板上完成半导体制程，完成后将柔性基板和玻璃基板分离。取下过程中，极 易出现坏点、坏线、甚至膜层剥落等问题。 

 ③柔性基板的整机设计要求

柔性基板探测器的整机设计亦与其他探测器有较大不同，包括对基板的固定、 安装及噪声抑制等要素。

 ④柔性基板的封装要求

由于材质本身的特点，柔性基板自身的防水性能低于普通基板。在长期高频 使用中，水分子若进入基板内部，将对探测器造成损坏。因此对探测器后端的封 装设计提出了更高的要求。

产品应用

数字化 X 线探测器主要用于探索人体及其他生命体或物体的内部构造并成像，可广泛应用于医学诊断与治疗、工业无损检测和安 防检查等领域，具体如下：

（1）医学诊断与治疗 数字化

X 线探测器在医学诊断与治疗领域的主要应用情况如下：

（2）工业安防

①工业无损检测

数字化 X 线探测器在工业无损检测领域的主要应用包括铸件无损检测、电 路板检测、半导体封装检测、锂电池检测、食品安全检测等，各应用具体情况如 下：

②安防检查

数字化 X 线探测器在安防检查领域的主要应用包括公共场所安检、车辆集 装箱检查、可疑包裹排查等，各应用具体情况如下：

主要工艺流程

所属行业的发展情况

随着数字化 X 摄影技术的进步，数字化 X 线探测器的成像质量不断提高、 成像速度不断加快、辐射剂量不断降低，得到世界各国的临床机构和影像学专家 认可，以探测器为核心部件的 X 线机广泛应用于医疗和工业各个领域。据统计， 2018 年全球数字化 X 线探测器的市场规模约为 17.3 亿美金，其中医疗用产品市 场份额约占 74%，工业安防产品贡献了余下的市场。预计至 2024 年，全球数字化 X 线探测器的市场规模将达到 24.5 亿美金。

数字化 X 线探测器的应用范围非常广泛，涉及医疗、工业无损检测及安防 检查等不同领域；按照工作模式又可分为静态及动态产品。不同场景下对数字化 X 线探测器的需求差异巨大，需要多种技术予以满足。

从技术发展趋势看，数字化 X 线探测器朝着更灵敏、更低噪声的方向发展， 同时 CMOS、IGZO 及柔性基板等技术也是业内的研发方向；从客户需求看，数 字化 X 线探测器朝着低辐射剂量、实时快速成像、锥束 CT 成像和 3D 渲染、轻 薄便携及智能化等方向发展。

进入行业的主要技术壁垒

数字化 X 线探测器是典型的高科技产品，属于高端制造行业。数字化 X 线 探测器作为整机的核心部件，其产品质量及性能起到决定作用。X 线探测器产品 研发周期通常较长，企业需经过多年的研发积累逐步形成核心技术及工艺，新进 入者很难在短期掌握关键技术，生产出符合市场需求的产品。

进入行业的主要技 术壁垒如下：

 ①TFT SENSOR 的设计难

TFT SENSOR 为采用非晶硅、IGZO 及柔性基板技术路线的数字化 X 线探测 器的核心部件，主要通过 TFT-LCD 的显示面板产线进行生产。但 TFT SENSOR 在设计上与 TFT-LCD 存在很大差异，且对 TFT 器件的要求远高于 TFT-LCD。

TFT SENSOR 需要装有 PIN 结构的光电二极管，该光电二极管的反向漏电流要求保持在10−15安培左右，以降低散弹噪声及漏电流对有效信号的影响，同 时光电转换效率需要达到 65%以上，以提高图像质量和降低 X 线剂量，而 TFT-LCD 并不需要 PIN 结构的光电二极管；TFT SENSOR 保持像素信号时需要 关态电流足够小，TFT-LCD 关态电流一般要求为10−12安培，而 TFT SENSOR 要求为10−14安培；TFT SENSOR 读取像素信号需要开态电阻足够低，阻值要求 小于 TFT-LCD 的 2-5 倍。

国外厂商在 TFT SENSOR 上的技术发展多年，并曾对国内形成垄断。新进入者需要体系化完善相关设计技术，并研发设计数字化 X 线探测器所需要的多 层掩膜版，并最终完成量产级别产品的设计。

②TFT SENSOR 的量产难

TFT SENSOR 的量产不仅需要业内厂商具有自主知识产权，还需要业内厂商 与面板厂通力配合，在满足传感器设计要求的前提下结合生产工艺不断进行调试。

TFT SENSOR 需要 10 道左右的光罩才能完成，而 TFT-LCD 一般只需要 5 道左右， 量产过程中产品良率控制难度较大。同时，面板厂主要聚焦于基于 TFT-LCD 工艺的显示面板的研发、生产和销售，产品大多涉及手机、笔记本电脑、电视等消 费电子类产品，缺乏聚焦医疗产品的研发工艺团队。因此，全球范围内同时具有 TFT SENSOR 自主知识产权、并完善 TFT SENSOR 的供应链，使之具备量产能 力的厂商数量非常有限。

③闪烁体的量产难

闪烁体是将 X 光转换为可见光的关键材料，闪烁体原材料性能和闪烁体制 备工艺对光转化率、余辉、空间分辨率等性能有着至关重要的影响，闪烁体生产 工艺门槛较高，且量产良率控制难度较大。因此，大部分业内厂商通过外购方式 获取闪烁体，自建闪烁体镀膜及封装产线的厂家数量较为有限。

同时，闪烁体生 产所需要的镀膜设备和封装设备均是定制设备，无成熟的商业标准产品，新进入 者需与设备公司合作研发，不断迭代工艺技术，并最终使镀膜和封装技术达到可 量产程度。

 ④多学科交叉运用及影像链集成要求高

数字化 X 线探测器行业作为将精密机械制造业与材料工程、电子信息技术 和现代医学影像等技术相结合的高新技术行业，综合了物理学、电子学、材料学 和临床医学、软件学等多种学科，与传统制造业相比具有更高的技术含量。

同时， 数字化 X 线探测器的影像链要求原始影像满足多种指标，且最终输出图像可完 美校正自身各种物理伪影，对从探测器设计到系统软件的编程整个影像链集成要 求极高。新进入者需要系统性的构建研发、中试和验证体系，基于长时间的研发 和生产实践，积累相关专利技术和技术诀窍。

静态及动态数字化 X 线探测器的主要特点及发展趋势

静态、动态数字化 X 线探测器的底层技术原理及架构无本质差异，其区别 主要为因临床需求的不同而导致在 TFT SENSOR 设计、X 线系统以及与病患交互上的指标有较大差异。以 TFT SENSOR 像素的版图设计为例，在其他条件相 同的情况下，探测器的分辨率、采集速度和感光效率三者在物理原理上相互制衡、 此消彼长。静态数字化 X 线探测器更侧重分辨率和感光效率，而动态探测器更 侧重采集速度和感光效率。

 静态数字化 X 线探测器一般采用较为低速的间歇工作方式，并在结构上强 调轻量化、便携化和防水耐摔性能；图像性能上强调单帧大动态范围，并致力于 在临床剂量可接受的情况下尽量提高分辨率。

因此，静态数字化 X 线探测器的 设计思路为牺牲采集速度换取更大的像素内感光面积从而提高图像信噪比，所以 目前主流产品的像素尺寸为 139um 以下，领先厂商可达到 100um 左右的水平。静态数字化 X 线探测器未来的发展趋势将更加强调轻薄便携、高清晰度及智能 化，且未来主流通讯方式将是无线通讯。

鉴于动态数字化 X 线探测器的应用场景，探测器需要适应高速连续工作， 强调长时间工作下极高的稳定性和可靠性；图像性能上强调高通量、低延时的实 时图像处理，以及在低剂量下达到极高的信噪比。因此，动态产品需要设置多种 模式以匹配动态范围和信噪比，并且切换时间极短；同时，产品致力于在分辨率 可接受的情况下尽量降低临床剂量，以降低患者及施术者的辐射损伤，并同时实 现极小的残影消除时间。因此，动态数字化 X 线探测器的设计思路为牺牲一定 的分辨率来换取更快的采集速度和更高的感光效率，所以目前主流产品的像素尺 寸为 150um 以上。由于动态数字化 X 线探测器对传输稳定性的优先级高于便携 性，其主流通讯方式将仍是有线通讯。

 综上所述，静态、动态数字化 X 线探测器是针对不同终端使用场景下的数 字化 X 线探测器产品。根据终端使用场景，两种探测器侧重点有较大差异，在 工作模式、设计思路、参数设置上亦有不同。鉴于上述原因，将动态产品应用于 主流的静态拍片场景并不是行业目前的发展趋势。此外，据统计，2018 年全球 静态数字化 X 线探测器的市场份额约为 65%，预计至 2024 年该比例将仍稳定在 62%以上5，静态、动态数字化 X 线探测器在 3-5 年内仍将有各自特定的终端场 景，共同发展，二者不构成替代关系。

目前，CMOS 探测器的材料性能为非晶硅探测器的千倍数量级，已可同时满 足动态、静态产品的要求，但局限于小尺寸，且成本较为高昂；对于大面积探测 器，目前 IGZO 探测器的材料性能为非晶硅的十倍数量级，仍与静态产品的要求 有较大差距。因此，当下市面上的产品都在动态、静态的性能上有所取舍，仍无 法开发出完全统一的设计。未来，若数字化 X 线探测器所需的基础半导体材料 和射线转化材料上有突破性的创新，能够弱化分辨率、采集速度和感光效率的制 衡关系，使得探测器可兼顾静态模式下分辨率、动态模式下采集速度的要求，并 通过生产工艺和技术的不断迭代升级持续提高良率、降低成本，静态、动态探测 器的界限可能会逐渐模糊并最终一体化。

动态数字化 X 线探测器的技术难点

 ①低剂量下的高信噪比要求

静态数字化 X 线探测器的终端使用场景中，操作者（一般为放射技师）一 般位于拍片室外，只有患者接受 X 光辐照；动态数字化 X 线探测器一般应用于 骨科手术、血管造影等场景，操作者（一般为手术医生）必须边曝光边手术。鉴 于单次手术时间可长达数小时，其中累计接受辐照时间可长达数分钟，对患者及 施术者有造成辐射损伤的风险。因此，动态数字化 X 线探测器对剂量的限制非 常严格。 

一般来说，静态数字化 X 线探测器的典型单帧剂量为 2,500nGy，而动态终 端应用场景中，电影模式单帧剂量仅为 200nGy，透视模式的单帧剂量可低至为 20nGy。低剂量意味着入射信号减少，类似黑暗场景中使用摄像机拍摄视频。因 此，动态数字化 X 线探测器必须提高获取入射信号的转换效率及灵敏度，并降 低探测器自身噪声，才能获得优秀的信噪比和清晰的图像。 

 ②高帧率下的扫描速度要求

静态数字化 X 线探测器的终端使用场景中，目前业内顶尖水平可实现 1 秒 上图（包括扫描时间和传图时间）；但是，动态数字化 X 线探测器为降低拍摄对 象由于呼吸、心跳等情况的图像模糊，通常采用短脉冲曝光，实际要求探测器的 扫描时间仅为约 6-18 毫秒。

③运动拍摄对象下的低迟滞效应要求

DSA 在使用时，造影剂是在使用对象的血管中流动的；齿科 CBCT 在使用 时，拍摄角度是不断变化的，上述情况均可能引起动态图像残影。因为在静态数 字化 X 线探测器的终端使用场景中每次拍摄只需拍一张图像，拍摄间隔较长，所以静态数字化 X 线探测器在设计时无需考虑迟滞效应。迟滞效应通常是由非 晶的缺陷态捕获电子后释放时间过长引起，单晶的 CMOS 探测器技术可大幅改 善迟滞效应。 

④持续视频流下的高稳定性要求

动态数字化 X 线探测器不仅需要具有较高的瞬时帧率，并且还支持长达数 小时的持续视频流拍摄。持续工作带来的温度升高通常会引起图像上不同像素点 的灰度变化，进而使得图像均匀性变差或自动亮度控制出现误判。因此动态数字 化 X 线探测器在设计上需要降低整机功耗、增加散热并降低面板漏电流，以实 现温度的稳定性。

工业安防用 X 线探测器的发展情况 

（1）在工业无损检测领域的发展情况

无损检测也称无损探伤，是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下， 采用射线、超声、红外、电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺 陷、化学、物理参数检测的技术。其中，射线技术包括放射同位素及 X 射线两 大方向，由于放射同位素有很多应用限制，国家正逐步收紧相关政策，X 射线目 前是主流的应用技术方向；相比于超声、红外、电磁等技术，X 射线较强的穿透 力在终端应用中有更广泛的需求。

工业无损检测目前广泛应用于机械制造、汽车、电子、铁路、航天航空、压 力容器、军工等产业。目前，全球工业数字化 X 线探测器占整个市场份额相对 较小，但在野外等工业现场等领域目前仍主要使用 X 线胶片，工业数字化 X 线 探测器作为 X 线胶片的升级替代产品存在较大的市场上升空间。2018 年，全球 工业数字化 X 线探测器的市场规模约为 1.9 亿美金，预计至 2024 年将达到 3.1 亿美金，年复合增长率超过 9%17。除了传统的无损探伤外，动力电池检测和半导体后段封装检测成为近年来 X 线探测器在工业领域应用新的增长点。此外，半导体行业需要对生产过程中的缺 陷进行检测，比如半导体 PCB 电路板及其 SMT 工艺过程中需要检测电路板内部 缺陷以及电路板中的微小电子器件焊接情况，检测设备的分辨率需要达到微米甚 至纳米级，只有高分辨率的 CMOS 或 IGZO 探测器配合高放大率的 X 线摄影系 统才能够满足检测要求。动力电池、半导体行业的发展将带动相关 X 线检测系 统和数字化 X 线探测器行业进一步发展。 

（2）安防检查领域发展情况

随着全球各国对公共安全问题的不断重视，以及机场、铁路、城市轨道交通 等基础设施的建设，X 线安检设备需求保持快速增长。2018 年，全球安防检查 数字化 X 线探测器的市场规模约为 2.6 亿美金，预计至 2024 年将达到 4.7 亿美 金，年复合增长率超过 10%18。数字化 X 线探测器作为所有 X 线安防设备的核 心部件，随着安防检查市场的扩张而拥有巨大的市场前景。随着国家对基建持续 的投入和一带一路沿线国家的基础建设，社会安检需求将持续增长，公司的线阵 探测器产品线在安防检查领域应用前景广阔。

（来源：上海奕瑞光电子科技股份有限公司 招股说明书）

上海奕瑞光电子科技股份有限公司是一家以全产业链技术发展趋势为导向、技术水平与国际接轨的数字化 X 线探测器生产商，主要从事数字化 X 线探测器研发、生产、销售与服务，产 品广泛应用于医学诊断与治疗、工业无损检测、安防检查等领域。公司通过向全 球知名客户提供更安全、更先进的 X 线技术，助力其提升医学诊断与治疗的水 平、工业无损检测的精度或安防检查的准确率，并提高客户的生产效率、降低生 产成本。报告期内，公司营业收入保持快速增长，盈利能力持续提升。公司的营业收 入从 2017 年的 3.56 亿元增长至 2019 年的 5.46 亿元，年均复合增长率达 23.90%。 

经过多年发展，上海奕瑞光电子科技股份有限公司已成为全球数字化 X 线探测器行业知名企业，产品远销亚 洲、美洲、欧洲等地共计 70 余个国家和地区，得到柯尼卡、锐珂、富士、西门 子、飞利浦、安科锐、DRGEM、上海联影、万东医疗、普爱医疗、蓝韵影像、 东软医疗及深圳安科等国内外知名影像设备厂商的认可。

上海奕瑞光电子科技股份有限公司正逐步改变行业的 竞争格局，报告期内，公司在国内细分市场中始终排名第一，并在全球市场中形 成局部领先地位，正加速赶超国际竞争对手。