給動植物做CT：守住檢驗檢疫安全防線 加快成果轉化

2017年8月31日上午，河南郵政口岸使用同方威視檢驗檢疫專用CT對國際郵件進行檢疫查驗時從一個來自馬來西亞的掛號郵件內查獲4只大型甲蟲和20只螞蟻。

過境郵包一字碼開，通過傳送帶送進設備一端，很快便從設備另一端出來了。

其中的物品，通過掃描圖像比對，一目了然，無所遁形。

這是海關的過境貨物查驗。而整個過程，僅僅花了幾十秒鐘的時間。

由清華大學和同方威視技術股份有限公司共同研發的“雙能CT動植物檢疫智能查驗系統關鍵技術開發及應用”項目, 在“雙能X射線CT無損檢測技術”上，成功實現技術突破和成果轉化，獲得2018年度北京市科學技術獎一等獎。項目在國內外首次提出使用CT方法進行動植物查驗這一重要技術路線，目前，已查獲多起非法夾帶的活體螞蟻、甲蟲、毒蛇、植物盆景等動植物違禁品，在生態環境保護、嚴防外來物種入侵領域創造了顯著的經濟效益和社會效益。

更高效的“雙能CT”，改變動植物檢疫方式

“改革開放以來，隨著國民經濟的高速發展、國際交流的日益頻繁，進出境旅客數量和國際郵件數量出現了快速的增長，隨之而來的外來動植物、疫病疫情的入侵形勢也日益嚴峻。”該項目負責人、同方威視董事長兼總裁陳志強講道，這給我們的安檢行業提出了越來越高的要求。

農業部和國家質檢總局發布的1712號公告中明確了禁止攜帶和郵寄入境的檢疫物，涉及動植物及其產品等16大類的近百萬種商品，動植物檢疫不僅在種類和數量上遠遠多于醫療診斷和爆炸物檢測，而且其形狀多樣，密度、原子序數等物理屬性和大部分食品、日用品非常接近，僅憑單一數值特征很難進行有效檢出。

更好的安檢體驗離不開對于圖像的真實還原。此前，動植物檢疫查驗的先進技術裝備僅為X射線透視安檢機。由于透視影像存在物體重疊，很大程度上干擾了判圖，難以有效識別，給快速、準確查驗帶來困難。雙能X射線CT無損檢測技術通過雙能材料分解和物質分類算法獲得待檢測物品內部的三維結構和成分信息，實現了從平面圖像到立體圖像的轉變。

在解決了物體重疊的問題之后，如何更加明晰地顯像?那就需要顏色的區分。“以往醫院里面都是黑白片子，而我們是通過加入了雙素，使得有機物和無機物能夠分別顯現出不同的顏色，肉眼一下子就能區分。因而具有很強的辨識度。”陳志強說。

在此基礎之上，“出入境檢疫”的應用場景更需要盡可能地“快”。“以上海虹橋郵件中心為例，其日均入境包裹數量達6萬多件，每小時查驗數量超過7500件。要在短時間內快速完成大量包件的快速掃描，避免包件的滯留，這是工業、醫療等CT應用中所無法想象的。”陳志強告訴記者，團隊首次提出了大螺距多拍螺旋CT用于行包檢查的新成像方法，率先實現了大層厚、快速連續掃描的核心技術，有效提升了查驗通過率，通過硬件、軟件、算法的共同提升，實現了完全還原成三維圖像的快速化。

“該項目專用于動植物檢驗檢疫，在通用技術突破的基礎上，實現了專業化的突破。”陳志強說，考慮到動植物檢測對輻射劑量的敏感性，CT掃描需要有效控制掃描成像時的X射線劑量，照射劑量率水平遠低于醫療CT掃描，劑量率的降低將帶來信號噪聲的增加，給動植物查驗的準確性造成影響。他們提出了采用廣義Anscombe變換進行CT投影數據去噪的方法。此外，還創造性地開辟了小窗口式的檢驗，只集中在查驗人員感興趣的一段，從而使得動植物檢測查驗效果更好、效率更高。

面向市場需求,加快成果轉化

雙能CT動植物檢疫智能查驗系統關鍵技術開發及應用從首次提出，到成熟應用，花了近20年的時間。在此過程中，同方威視依托清華大學在核技術、高能加速器、輻射成像、計算機科學和信息技術等眾多領域的頂尖人才，開展聯合研發探索，實現了高校科研力量與市場需求的緊密對接。

上世紀90年代，陳志強就成功研制了一系列具有自主知識產權的高科技成果，并形成了“帶土移植，回報苗圃”的科技成果轉化思路。同時，項目團隊在開拓海外市場的過程中發現，用戶除了會買標準產品之外，還總是會帶有一些特殊的需求，希望某些地方能夠改進，這促使同方威視在產學研用合作中探索形成了“定制化”生產模式。定制化就是量體裁衣，把過去科研做完之后再做成果轉化、再做產業化，這樣的“三段式”直接變成“兩段式”，科研直接產業化，形成了成果轉化的新局面。通過自身的市場體系、技術體系、生產體系和工程體系的全鏈條服務，被動變主動，贏得了市場，節約了資金，節約了時間。

2004年，項目團隊開始進行CT基礎技術的研究。2005年，在世界上首次提出了采用雙能DR+CT成像技術對液體進行快速無損檢查的方法，并成功地推出了世界第一套X射線CT液體安全檢查系統;隨后，結合世界安全形勢的需求，繼續探索把醫療領域的CT技術引入到行李/物品安全檢查的可能性，創新性地提出了大間距多排探測器螺旋掃描方式，研發出了第一代CT型行李/物品安全檢查系統，并持續進行產品的功能完善和升級換代。

“第一臺設備是2012年正式投入應用的。”陳志強告訴記者，2012年，XT2080 CT型行李/物品安全檢查系統順利通過了歐盟ECAC爆炸物認證最高級別標準三的嚴格測試，這使得同方威視成為目前世界上僅有的擁有這一最高級別認證的四家企業之一。在獲得了中國民航、歐盟ECAC認證后不久，威視CT類產品便成功在國內及海外市場上實現了銷售突破。

2013年，我國物流急速發展，項目團隊加快了研發的步伐，用了大概兩年的時間，完成了安檢CT產品的系列化，讓雙能CT系統，實現了從小通道到大通道，從慢速的0.2米/秒到0.5米/秒，適合于不同行業領域、不同應用場景的需求。

向世界提供源源不斷的創新經驗

全球動植物檢疫CT零的突破，使我國成為全球唯一掌握動植物CT檢疫技術的國家。先后在國內23個重點口岸投入使用，創造了顯著的經濟和社會效益。

“本項目在國外市場取得了重大突破，源源不斷地向世界提供著高科技產品和先進的創新經驗。”同方威視高級副總裁苗齊田非常自豪。他講到，作為世界性創新技術，目前該系統已在哈薩克斯坦等“一帶一路”沿線國家推廣應用，同時也成功進入荷蘭、挪威、澳大利亞等發達國家市場。在今年的“一帶一路”國際合作高峰論壇上，作為企業代表，同方威視參加了企業家大會和貿易暢通分論壇。為配合“一帶一路”布局，其計劃與重慶渝新歐集團合作，積極參與“關鐵通”項目，參與“中歐班列”及“陸海貿易新通道”的建設，助力打造國際物流樞紐和內陸開放高地。

截至目前，該雙能CT研發項目共獲授權國內外發明專利172項，核心技術已成功實現科技成果轉化，成為具有自主知識產權的原創性高科技產品。“雙能X射線CT無損檢測技術通過雙能材料分解和物質分類算法獲得待檢測物品內部的三維結構和成分信息，在醫療臨床診斷、工業無損檢測和反恐安檢等領域發揮著越來越重要的作用。”陳志強說。

如今研究團隊更是勇敢進入“技術無人區”，研制出“人無我有”的單一來源獨家供貨，具有自主知識產權和定價權的高科技產品。最新研制出的無滑環靜態CT和航空集裝箱CT就是典型的在技術上遙遙領先歐美的新產品;在航空集裝箱CT的研制上大膽創新，顛覆了傳統CT的概念，獲取了CT掃描的完備數據。目前，這兩款技術領先的高科技產品即將進入批量裝備階段。

“接下來，除了更新現有軟件和算法，并進行硬件創新之外，我們還將有AI人工智能的接入、機器操作、電子檢疫犬等，積極擁抱新技術。”苗齊田說，無滑環、超大型、移動港、無人化，是他們面向未來，更新升級安檢行業的重要著力點。