中國(guó)科學(xué)報(bào)?|?從依賴進(jìn)口到全球領(lǐng)先,國(guó)產(chǎn)磁共振的“突圍”之路
長(zhǎng)期以來(lái),磁共振是三甲醫(yī)院必備的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備,也是多種重大疾病臨床診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。十幾年前,我國(guó)這類(lèi)高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的核心技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)整體落后,近90%的高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備依賴從歐美進(jìn)口。我國(guó)高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備如何“突圍”,實(shí)現(xiàn)自主可控甚至走向國(guó)際前列?
“十四五”期間,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(以下簡(jiǎn)稱深圳先進(jìn)院)聯(lián)合上海聯(lián)影醫(yī)療科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱聯(lián)影醫(yī)療),成功研制出全球首臺(tái)5.0T磁共振,并獲批上市,填補(bǔ)了國(guó)際上持續(xù)20余年的人體超高場(chǎng)全身磁共振技術(shù)空白。目前,國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振已在全國(guó)多家醫(yī)院和機(jī)構(gòu)完成裝機(jī)。
磁共振的誕生不僅標(biāo)志著我國(guó)在高場(chǎng)磁共振技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”,再到“領(lǐng)跑”的歷史性跨越,也展現(xiàn)了中國(guó)科學(xué)院團(tuán)隊(duì)聚焦核心技術(shù)難題,攻堅(jiān)克難、勇于創(chuàng)新的使命擔(dān)當(dāng)。
邁進(jìn)磁共振研發(fā)“無(wú)人區(qū)”
高端醫(yī)學(xué)影像技術(shù)與裝備作為重大疾病診斷的重要手段,技術(shù)研發(fā)壁壘極高,磁共振的研發(fā)更被稱為高端制造“皇冠上的明珠”。10年前,我國(guó)三甲醫(yī)院里的磁共振大部分來(lái)自歐美國(guó)家,高端型號(hào)動(dòng)輒三四千萬(wàn)元,加重了患者的就醫(yī)負(fù)擔(dān)。
“高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備不能只靠買(mǎi),關(guān)鍵還得自己造?!泵鎸?duì)我國(guó)在高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備上的困局,中國(guó)科學(xué)院院士鄭海榮接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)強(qiáng)調(diào)。早在回國(guó)加入深圳先進(jìn)院之初,鄭海榮便開(kāi)始從零組建生物醫(yī)學(xué)影像團(tuán)隊(duì),聚焦醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)。
“開(kāi)局一臺(tái)成像儀,成團(tuán)全靠埋頭干”是團(tuán)隊(duì)最初的真實(shí)寫(xiě)照。實(shí)驗(yàn)室剛剛成立,人手短缺、設(shè)備不足,但研發(fā)進(jìn)度不能等。在深圳先進(jìn)院的支持下,研發(fā)團(tuán)隊(duì)“斥巨資”購(gòu)置了一臺(tái)科研專(zhuān)用磁共振儀器。這臺(tái)設(shè)備成了團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)最珍貴的家當(dāng),也點(diǎn)燃了所有人的熱情。
為了造出中國(guó)人自己的磁共振,深圳先進(jìn)院與聯(lián)影醫(yī)療組成聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì),歷經(jīng)多年攻關(guān),在譜儀、射頻功放、梯度功放、梯度線圈、射頻發(fā)射線圈、超導(dǎo)磁體、快速成像等核心技術(shù)和部件上實(shí)現(xiàn)突破,成功研制出我國(guó)首臺(tái)3.0T磁共振成像儀,實(shí)現(xiàn)了該設(shè)備的國(guó)產(chǎn)替代。
“想要做到世界領(lǐng)先,實(shí)現(xiàn)磁共振的國(guó)產(chǎn)替代只是第一步?!鄙钲谙冗M(jìn)院副院長(zhǎng)梁棟是最早加入生物醫(yī)學(xué)影像團(tuán)隊(duì)的成員之一。他回憶,在拿下3.0T磁共振醫(yī)療器械注冊(cè)證后,團(tuán)隊(duì)沒(méi)有止步于此,因?yàn)樗麄冃闹羞€有更大的目標(biāo)——朝著磁共振研發(fā)的“深水區(qū)”“無(wú)人區(qū)”邁進(jìn)。
在磁共振研發(fā)領(lǐng)域,場(chǎng)強(qiáng)越高,設(shè)備性能越好。過(guò)去20多年來(lái),3.0T是國(guó)際上人體全身磁共振的場(chǎng)強(qiáng)上限。更高場(chǎng)強(qiáng)的磁共振,由于存在短波射頻介電效應(yīng)偽影和熱沉積等嚴(yán)重問(wèn)題,臨床應(yīng)用一直未獲突破。因此,在中國(guó)科學(xué)院、科技部等的重大項(xiàng)目的支持下,研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先選擇了5.0T磁共振作為臨床型超高場(chǎng)磁共振設(shè)備的突破口。
“對(duì)于每一道技術(shù)挑戰(zhàn),我們拆解、驗(yàn)證、重構(gòu),最終將不可能變?yōu)榭赡??!鄙钲谙冗M(jìn)院研究員李燁說(shuō)。在攻關(guān)過(guò)程中,他們先后突破了超高場(chǎng)磁共振信號(hào)激發(fā)不均勻、能量沉積嚴(yán)重、成像速度慢等瓶頸,攻克了射頻線圈、射頻功放等核心部件,發(fā)明了超高場(chǎng)短波射頻調(diào)制與成像技術(shù),破解了超高場(chǎng)大視野全身成像難題,并創(chuàng)建了基于學(xué)習(xí)模型的磁共振快速成像理論與方法。
2022年,深圳先進(jìn)院與聯(lián)影醫(yī)療組成的產(chǎn)學(xué)研醫(yī)聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì),成功研制出全球首款可用于人體全身超高磁場(chǎng)成像的國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振。其核心部件和技術(shù)全部自主研發(fā),多項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,標(biāo)志著我國(guó)成為全面掌握超高場(chǎng)磁共振核心技術(shù)及整機(jī)制造的國(guó)家,進(jìn)入磁共振設(shè)備的國(guó)際排頭兵行列。
國(guó)產(chǎn)5.0T看病灶更快、更清、更準(zhǔn)
國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振的獲批上市,在國(guó)際上引發(fā)了廣泛關(guān)注和強(qiáng)烈反響。相比國(guó)產(chǎn)3.0T磁共振,國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振全面突破了分辨率、速度和成像視野等方面的技術(shù)指標(biāo),將病灶“看得更清、掃得更快、判得更準(zhǔn)”。李燁介紹,5.0T磁共振的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
一是成像分辨率高。設(shè)備分辨率由3.0T磁共振的毫米級(jí)提高到5.0T磁共振的亞毫米級(jí),為腫瘤、神經(jīng)精神疾病和心腦血管重大疾病的早期發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)診療和科學(xué)研究提供了重要支撐。
二是成像速度快。與傳統(tǒng)方法相比,國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振系統(tǒng)可用于腦中風(fēng)預(yù)警的亞毫米高分辨血管斑塊成像,成像時(shí)間由11分鐘縮短至3.5分鐘。
三是實(shí)現(xiàn)安全的大視野全身成像。攻關(guān)團(tuán)隊(duì)研制出世界首臺(tái)3.5兆瓦梯度功率放大器,比進(jìn)口品牌的最新產(chǎn)品提高了29.6%;千瓦級(jí)大功率高精度功率放大器,較現(xiàn)有進(jìn)口設(shè)備提高75%以上,為超高場(chǎng)大視野全身成像提供了核心部件。
此外,攻關(guān)團(tuán)隊(duì)還率先建立了腦疾病、心臟、體部微小腫瘤的超高場(chǎng)磁共振成像臨床診斷新模式,構(gòu)建了國(guó)際上首個(gè)超高場(chǎng)全身磁共振成像臨床應(yīng)用體系。
這些技術(shù)突破的最終落腳點(diǎn)在于能否真正服務(wù)于臨床。為此,攻關(guān)團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)多家頂尖醫(yī)院緊密合作,共同開(kāi)展國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振的臨床驗(yàn)證與應(yīng)用探索。
例如,作為國(guó)內(nèi)首批安裝使用國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振的醫(yī)院之一,北京協(xié)和醫(yī)院用它破解了不少以往難以看清的“謎題”。一位44歲的女患者因突然肢體無(wú)力前來(lái)就醫(yī)。此前,患者在常規(guī)3.0T磁共振檢查中并未看出問(wèn)題所在,但經(jīng)5.0T磁共振掃描檢查,醫(yī)生迅速發(fā)現(xiàn)了影像異常,隨后確診為危險(xiǎn)的動(dòng)脈夾層。
“3.0T系統(tǒng)檢查分辨率仍然不夠,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)微小腦血管的問(wèn)題。5.0T系統(tǒng)的高分辨率成像可以幫助我們找到病因,更早進(jìn)行診治?!北本﹨f(xié)和醫(yī)院放射科主任醫(yī)師王怡寧介紹。
推動(dòng)我國(guó)高端醫(yī)療設(shè)備走向前列
從打破國(guó)際壟斷的3.0T磁共振,到引領(lǐng)全球的國(guó)產(chǎn)5.0T磁共振,深圳先進(jìn)院生物醫(yī)學(xué)影像團(tuán)隊(duì)在科技創(chuàng)新的路上從未停歇。如今,他們?cè)诖殴舱裱邪l(fā)領(lǐng)域又有了新進(jìn)展。
不久前,深圳先進(jìn)院聯(lián)合聯(lián)影醫(yī)療共同推出了全球首款“攝像”磁共振。該設(shè)備搭載了團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的LIVE Imaging技術(shù),能把磁共振設(shè)備變成一臺(tái)“攝像機(jī)”,讓以往靜態(tài)的磁共振圖像變?yōu)閯?dòng)態(tài)圖像,從而反映人體全身組織和器官的真實(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。目前,該設(shè)備已獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn),同時(shí)獲美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局、歐洲CE認(rèn)證,全球同步上市。
除了磁共振,深圳先進(jìn)院的勞特伯生物醫(yī)學(xué)成像實(shí)驗(yàn)室還陳列著引領(lǐng)前沿的高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備——世界首臺(tái)超聲深部腦刺激與神經(jīng)調(diào)控儀器、國(guó)內(nèi)首臺(tái)高清磁兼容腦PET功能成像儀、國(guó)內(nèi)首個(gè)大視野高分辨小動(dòng)物顯微CT、國(guó)內(nèi)首款全視場(chǎng)口腔CT設(shè)備等。
這些“首臺(tái)”“首款”成果的背后,是一支平均年齡36.9歲的多學(xué)科交叉團(tuán)隊(duì)。他們將個(gè)人理想融入國(guó)家戰(zhàn)略,在科技高峰上持續(xù)攀登。
“做國(guó)家最需要的科研,創(chuàng)世界未見(jiàn)過(guò)的技術(shù),是團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持的信條?!绷簵澖榻B,目前深圳先進(jìn)院生物醫(yī)學(xué)影像團(tuán)隊(duì)已發(fā)展成為一支500余人的科研力量,圍繞磁共振技術(shù)研發(fā),累計(jì)形成知識(shí)產(chǎn)權(quán)400余項(xiàng),發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文200余篇。
一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的突破,不僅彰顯了我國(guó)科研人員將核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中的決心,更逐步重塑全球高端醫(yī)療裝備的產(chǎn)業(yè)格局,推動(dòng)我國(guó)高端醫(yī)療設(shè)備走向國(guó)際前列。
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