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仪器仪表工业
磁共振成像设备 这群人的研发转化快、准、狠
      “我国磁共振成像设备的市场需求量巨大,每年近两千台,未来市场潜力有望占全球半壁江山。”中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)生物医学与健康工程研究所副所长刘新说。
      然而,受制于医学影像核心技术缺乏,长期以来我国磁共振医疗设备依赖进口,高端的3.0T磁共振更是全靠进口。高昂的进口医疗设备成本,让病人的检查费用也居高不下。如今,我国首型3.0T人体磁共振的研发成功,打破了跨国公司对我国的长期垄断,实现了大规模产业化,进入近百家大型三甲医院临床应用。
      该系统由上海联影医疗科技有限公司(以下简称联影)的技术团队和深圳先进院医学成像科研团队历时8年攻关完成,双方走出一条研产融合,实现成果转化的创新之路。同时,以深圳先进院医学成像中心主任、项目首席科学家郑海荣领衔的“超导磁共振快速成像技术、系统与应用”项目成果荣获2018年度广东省技术发明一等奖,技术创新获得同行、产业和医学临床认可。
      坚持为民族品牌提供技术支撑
      磁共振成像仪是物理、数学、信息和工程完美融合的尖端仪器,因其无辐射、多参数、高对比,已成为医学临床疾病诊断的权威手段。但其技术门槛极高,“磁体、射频、梯度和谱仪是制约磁共振成像设备的四大‘卡脖子’关键技术及核心部件。”据刘新介绍,磁共振从诞生发展至今,其临床应用的最大瓶颈仍然是成像速度慢。“快、准是全球研发磁共振成像的主要技术目标,大家一直在研究,但始终没有大的突破。”
      深圳先进院磁共振团队在郑海荣的带领下自2007年开始布局、参与到这场竞争中。刘新说:“从一开始,我们就坚持学术引领,服务产业的创新之路,瞄准国际前沿,为民族品牌产品提供核心技术支撑。”
      与此同时,矢志打造中国的世界级高端医疗影像设备研发的联影专注于核心部件的自主研发,为的是不在关键核心技术上受制于人。双方一拍即合,并自2010年开始了战略合作,针对“成像速度慢、扫描时间长”这一国际公认的磁共振成像瓶颈问题,联手进行软硬件协同的核心技术攻关。
      2014年双方合作研发出第一款产品1.5T人体磁共振,并进入市场。随后,他们向3.0T磁共振发起挑战。此时,我国没有一家企业能够研制生产3.0T磁共振系统,国外连核心部件也不卖给中国企业。
      彼时,美国、德国、韩国等全球研发机构和公司都在加紧研发新一代的快速成像技术。
      “没有针对磁共振快速成像的有效新理论,缺乏高精度大功率射频电子技术及核心部件,以及面向大脑和心脏成像的临床急需的应用序列。”刘新说,实实在在的挑战摆在了研发团队面前。
      转化成功迫使进口产品大幅降价
      反复试验、研究,团队提出用压缩感知理论来解决磁共振快速成像难题。
      什么是压缩感知理论?团队骨干梁栋用一个通俗易懂的例子作解释。“手机拍摄的图片像素越大,照片越清晰,传输的速度就越慢。假如用压缩感知理论,拍摄4000万像素图片时,只需采集其中的部分像素,进行编码、解码。这种新方法采集的图片传输速度快,不影响图片质量。”梁栋说,但要把此理论应用到磁共振上难度大,因为既要保持图片分辨率,还要保持图像细节,医生才能进行诊断。
      “围绕这个新构架,仪器研制的整个技术路线都要相应创新。”刘新感叹道。
      经过合作团队的努力,提出了软硬件协同的磁共振快速成像新思路和技术路线,打破了传统方法存在的瓶颈;发明了动态多极多通道射频发射系统;攻克了场强波动仅有百万分之一的高均匀的3.0T超导磁体。
      突破了“卡脖子”核心部件,整机研制迎刃而解。2015年,具有完全自主知识产权的我国首型号3.0T磁共振系统——联影3.0T人体磁共振问世,获得国家三类医疗器械注册证和美国FDA认证。该系统研发成功并转化成产品后,打破了几十年来我国超导磁共振设备市场被国外垄断的局面,迫使进口同类产品价格大幅下降。
      “许多重大疾病,如癌症和某些心脏疾病,通过高端的医学影像设备,可在病变早期发现。3.0T磁共振的竞争点是为临床应用提供了更加先进的技术。”刘新告诉记者,结合快速成像方法和高性能硬件,团队成功开发出脑中风预警三维斑块成像、实时心脏成像、腹部肿瘤动态增强成像与脑功能成像等临床应用,实现最高16倍的采集加速。
      形成把技术变生产力的“流水线”
      经过10余年前沿布局探索和技术攻关,郑海荣带领的3.0T快速磁共振研发团队提出了“快速成像理论方法创新—核心部件突破—临床应用实现”技术主线,构建了软件与硬件协同融合的技术路线,实现了“既快又清”的3.0T成像系统在快速成像技术上的突破与规模临床应用。
      “深圳先进院与联影是多年的亲密合作伙伴,双方强强联合,建立了创新融合机制,从学术和产业两个不同维度,推动影像医学领域的一系列研究和转化。”深圳先进院院长樊建平指出,这种产研结合的模式,高效促进了技术成果快速向产业化转化。
      “我们一开始就在走成果转化路径,而不是出了成果再去找企业转化。”刘新说,“我们边研发边根据联影反馈来的市场需求不断调整。这种合作优势在于实现了无缝对接,技术团队心无旁骛的搞研发,实验室里的新技术可直接走向市场,无需等待就转化,直接产生竞争力。”
      “成果转化关键还取决于技术的价值以及产研伙伴的融合能力,毕竟要把实验室里具有竞争力技术转化成产品,还得看企业能否有实力来承接。”刘新认为,“因为双方在技术研发和产业化上有着相同的理念,一旦完成了竞争性技术开发后,公司马上接过去进行转化应用。我们再继续进行前瞻性或引领性技术的开发,从而形成良性循环。”
      刘新做过十几年的医生,在他看来,国产首型3.0T人体磁共振研发成功的意义,除了实现高端医疗设备技术自主可控,还在于为医生以及科学家进行原创研究提供的真正开放的平台。
      他说:“医院过去买国外的新机型、新产品搞科研,实则是在为进口设备做临床验证,我们没有自己的原创研究,难以形成技术创新平台。国产设备生产单位与医院开展紧密科研合作,技术界面全开放,这样仪器设备不仅是医学检查的平台,更是一个创新研究的载体,有助于提高我们的医学研究水平和技术发展。”
      “不忘初心,我们和联影的创新合作还会更深入。”刘新透露,双方正在紧锣密鼓筹划规模更大的合作研发转化基地,研发更加先进的医学成像技术和未来产品,服务亿万百姓健康。
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科技日报
2019年05月09日

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