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国外领先了几十年,我国企业还有机会吗?“追光”十年,他们终于迎头赶上
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来源:上观新闻 作者:俱鹤飞 宰飞 2023-06-08 06:30
摘要:​上海企业在高端医学影像领域实现“中国研制”。

 睁开眼睛,光进入视线——这个过程,大约是万亿分之一秒,也叫做1皮秒。1皮秒转瞬即逝,却让联影医疗分子影像研发团队投入10年精力。

今年,联影医疗首次将分子影像设备时间分辨率提升到200皮秒以内,达到业内领先水平。从追赶、并行到超越,联影医疗在国外领先了几十年的赛道迎难而上,走上高质量发展快车道。

站在“负起点”

PET-CT全称为正电子发射断层与计算机断层显像,被誉为观测人体内部的“哈勃望远镜”,在肿瘤方面的应用占其临床应用的90%以上,是肿瘤筛查诊断的“神器”。

十多年前,联影医疗决定进军PET-CT。创业之初,联影医疗分子影像事业部核心团队前往医院调研,了解行业需求。“我清楚记得的那个场景,我们说联影要做PET-CT,医院的人露出了惊讶的表情。”联影医疗分子影像事业部现任副总裁安少辉至今记得那一幕,虽然没有直说,但“不可能”这三个字已经写在了对方脸上。

产品还“飘在天上”,业界也不看好,安少辉形容当时是站在“负起点”前行。“只有第一代产品做出来的时候,我们才有资格说自己站在了起跑线上。”

可是,光站在起跑线还不够。联影医疗的对手是西门子、通用电气、飞利浦等行业巨头,这些外企已经垄断市场,在医疗行业里的认可度更高,哪怕联影医疗造出了PET-CT,又有谁愿意买单?

创业不能光靠一腔情怀。要打破垄断突出重围,联影医疗明确了两个目标。一是自主创新,否则依赖国外的芯片、算法等核心技术,永远只会被别人卡着脖子走;二是人无我有、人有我优,要比市场上的设备做得更好,才有可能让客户买单。

PET-CT的原理是接收发自人体不同方向的伽马光子,通过测量两个光子到达探测器的时间差,可以把病灶定位在一个较小的区域内。时间分辨率数值越小,探测的精度越高,对病灶的识别就越准确。

当时,业界普遍水平在300到400皮秒左右。能不能打破行业纪录,把时间分辨率降到200皮秒以下?为此,联影医疗决定设计专用芯片、算法,打造高性能、小型化的探测器。

 铸心造魂

“研发芯片并不是我们专长。”联影医疗分子影像事业部总裁王超回忆,外部支持团队听到严苛的指标后,纷纷畏而却步。“时间不等人,我们没有退路,只能自己干。”

研发芯片那几年,还没等到过完年,大年初二,联合联影微电子团队成员就陆续回公司了。

“当时真是夜以继日地在做,想尽一切办法拼命去提高各方面性能。”联影医疗分子影像事业部资深总监刘士涛说。

不过,并不是所有努力都能换来回报。“在第一版芯片出来的时候,其实没有达到我们的预期。”那时候,安少辉心里其实是没有底的,“我也会质疑,我们自己的设计路线到底对不对?”

自研芯片的难点在于“摸黑前行”。芯片被封在探测器里,根本不知道是哪里出了问题。“我们只能从芯片输出的蛛丝马迹上,去探寻芯片里面到底是哪个模块没有达到要求。就这样一点一点摸索,找到问题、解决问题。”

从芯片的晶体到加工尺寸再到设计结构,研发团队进行了一系列尝试。第二版芯片做出来以后,时间分辨率从400多皮秒降低到280多皮秒。“已经算是业界比较好的指标了,但是离我们的预期还是差了一点点。”安少辉说。

王超说:“想做行业引领者,怎能不冒点风险。200皮秒这道关口,我们一定要跨过去。”

每降低1皮秒,研发难度几何级增加。“如果我们的电路方面再做一些改进,是不是有希望达到200皮秒以下?”“从单晶体到多晶体对芯片影响不同,是不是可以尝试不同晶体模块?”……一块小小的芯片上,研发团队投入了大量的时间和精力。

除了芯片,国产PET—CT还需要“有自己的灵魂”——算法。分子影像事业部高级总监董筠说:“PET传统的算法是迭代的,信号提升的同时,噪声也在增加。”

董筠带领团队瞄准业界尚未涉足的人工智能算法,其优势是可以对输出的图像进行“学习”,在把噪声控制住的基础上,逐渐提升信号质量,让扫描时间更短一些、用的药更少一些。

第三版探测器做出来的时候,安少辉心里依旧没有底。不过,测试结果显示,新一代数字化探测器时间分辨率突破了200皮秒,达到了190皮秒级。

“从此,在高端医疗影像设备这条西方人领先了几十年的赛道上,我们终于在弯道处‘迎头赶上’了!”董筠说。

联影医疗研发的PET-CT

 更艰难的路

联影医疗最新一代的分子影像设备陆续交付到医院后,医生第一个反应是特别惊喜。不仅因为扫描速度更快,图像质量也更高了。

高质量图像不单依赖于PET-CT某一性能指标的提升,而是要同时实现空间分辨率、时间分辨率、灵敏度和轴向视野的全方位突破。这背后依靠的是探测器的模块化设计。

“像搭积木一样,我们可以根据客户的需求定制功能,赋予影像设备更大自由度。”刘士涛说。

大约一个魔方大小,这就是联影医疗研发的探测器模块。从底层元器件、核心零部件到整机系统,联影医疗聚沙成塔,实现全链自主可控的垂直创新体系,打破了我国高端医疗装备依赖进口的现状。

去年,在医疗影像设备领域,联影医疗全国影像新增市场综合占有率第一,其生产的多款高端医疗装备已能与外资巨头抗衡。目前,联影医疗向市场推出90余款完全自主知识产权产品,入驻全球50多个国家的上万家医疗机构。

为服务国家战略,联影医疗正向着基础研究的“无人区”挺进,走更艰难的路,从科学体系的源头助推我国医疗行业发展。安少辉说:“创新不是有一波人突然就完成了创新,创新实际上是一个过程。大家一点点寻求突破,最终才能发生改变。”

“高端医疗器械研制,我们不只是追赶者,还要有信心当引领者。”王超说,10多年前,联影医疗启动开发PET-CT时,很少人相信能做成。7年前,我们提出飞行时间突破200皮秒目标时,大家也不看好。“现在,我们都做到了。”

题图来源:图虫 图片编辑:笪曦
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