'40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會'

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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


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東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


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世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


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普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

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科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


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世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


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從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

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科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


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世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

奧泰1.5T超導MRI


中國大型醫學影像設備長期落後國外十幾二十年,核心技術缺失是中國企業最大的痛,直到2016年,國內仍不具備核心零部件的自主研發能力。

以CT為例,CT核心技術包括探測器、X線球管、高壓發生器、滑環和數據傳輸、採集系統以及圖像重建算法,目前這些核心部件佔CT成本六成以上,但國產尚無能力自主生產,基本為外購。


"

1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

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科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


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世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


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東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


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世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


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普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


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從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

奧泰1.5T超導MRI


中國大型醫學影像設備長期落後國外十幾二十年,核心技術缺失是中國企業最大的痛,直到2016年,國內仍不具備核心零部件的自主研發能力。

以CT為例,CT核心技術包括探測器、X線球管、高壓發生器、滑環和數據傳輸、採集系統以及圖像重建算法,目前這些核心部件佔CT成本六成以上,但國產尚無能力自主生產,基本為外購。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

CT裝置掃描系統內部


CT的最核心部件探測器,國內生產企業目前只有組裝集成的能力,沒有生產閃爍體材料以及ASIC等核心部件的技術和人才。閃爍體材料國內主要購自東芝和日立的GOS閃爍體材料;ASIC芯片國內主要的購買廠家為Analog Device Inc和Texas Instruments。

對於國際頂尖企業,他們都擁有自身的探測器核心技術,GE採用Hilight(一種透明陶瓷)和Gemstone(寶石,公司保密具體材料組成)兩種稀土陶瓷探測器,西門子擁有自己的GOS高速稀土陶瓷探測器生產線。

進口高端CT貴就貴在探測器,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

X線球管的技術門檻也不低,目前國內能生產5MHU以下的低端產品,高端產品主要進口Dunlee和Varian的8MHU的球管。而GE、飛利浦、西門子均擁有自己的大容量球管產線。

滑環國內可以生產,但是國產的滑環帶寬一般不超過10G/s,還達不到數據傳輸對滑環帶寬的要求(20~40G/s),高速滑環的供應商主要是德國Sliefring和美國的Moog公司。

再以磁共振設備為例,MRI技術壁壘包括五個方面,分別為磁場技術、射頻技術、勻場技術、梯度技術以及成像技術。目前國內除聯影外尚無自主生產3.0T高場強磁體的能力,國內也只有聯影推出了3.0T MRI。


除了缺少核心技術,造成21世紀頭十年國產影像設備發展緩慢,還有兩大原因,一是缺少政策支持,二是缺少資本支持。

雖然存在東軟、萬東(後被魚躍收購)等有國資背景的企業,但也有鑫高益、貝斯達、奧泰等資本實力不算太強的民企,當時的資本市場,除互聯網以外的項目很難融資。

但是到了第二個十年,此前缺少的條件均已具備,國產影像設備就有了突飛猛進的發展。這個時期,一批新的參與者開始進入市場,上海聯影、開普醫療、康達洲際、明峰醫療、賽諾威盛等公司都在2010年之後成立,朗潤醫療也在稍早幾年成立。

2014年8月,國家衛計委和工信部聯合召開推進國產醫療設備發展應用會議。表示為推動國產醫療設備產業發展,將重點推動三甲醫院應用國產醫療設備,建立主動使用國產醫療設備激勵機制。

此後,國家相繼出臺了《中國製造2025》《“健康中國2030”規劃綱要》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等。

2017年,國家發改委印發了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》2016版。在醫療器械產業上,《目錄》劃定了四大重點方向,其中醫學影像設備被放在首位。

之所以國家要不遺餘力地支持醫學影像設備國產化,一個原因是市場前景廣闊,更重要的原因是,我國高端醫療設備長期依賴進口,從而造成看病貴的問題。同樣一臺1.5T MRI,在美國售價為75萬美元,在中國市場卻高達1200萬元人民幣,而且還要承擔高昂的維護費用。

最近十年的醫學影像行業,東軟、安科、奧泰、鑫高益、貝斯達等老牌企業的技術實力不斷提升,聯影、明峰、開普等初創企業也在強勢崛起,而且誕生了聯影這樣的獨角獸。

上海聯影醫療科技有限公司,在2011年成立時就含著金湯匙,公司大股東上海聯合投資有限公司是上海國資委100%控股公司,而跟聯影同一時期成立的公司都沒有這樣的背景。

聯影的迅速崛起,很大程度上在於對人才的重視,公司的多位高管都有西門子的背景。

公司在籌備之初就找來曾任西門子磁共振有限公司總經理的薛敏博士擔任董事長&CEO,聯合創始人張強博士在西門子任職長達十餘年。2017年,曾任上海西門子醫療器械有限公司首席執行官兼總裁的夏風華,離開了其任職長達13年的西門子,跳槽到聯影擔任首席運營官。

去年聯影又公佈了一則重磅消息:原西門子醫療首席執行官Hermann Requardt正式出任聯影資深科學顧問,為聯影在商業、技術、產品研發上的創新提供戰略指導。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


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東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


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世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


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普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


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從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


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奧泰1.5T超導MRI


中國大型醫學影像設備長期落後國外十幾二十年,核心技術缺失是中國企業最大的痛,直到2016年,國內仍不具備核心零部件的自主研發能力。

以CT為例,CT核心技術包括探測器、X線球管、高壓發生器、滑環和數據傳輸、採集系統以及圖像重建算法,目前這些核心部件佔CT成本六成以上,但國產尚無能力自主生產,基本為外購。


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CT裝置掃描系統內部


CT的最核心部件探測器,國內生產企業目前只有組裝集成的能力,沒有生產閃爍體材料以及ASIC等核心部件的技術和人才。閃爍體材料國內主要購自東芝和日立的GOS閃爍體材料;ASIC芯片國內主要的購買廠家為Analog Device Inc和Texas Instruments。

對於國際頂尖企業,他們都擁有自身的探測器核心技術,GE採用Hilight(一種透明陶瓷)和Gemstone(寶石,公司保密具體材料組成)兩種稀土陶瓷探測器,西門子擁有自己的GOS高速稀土陶瓷探測器生產線。

進口高端CT貴就貴在探測器,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

X線球管的技術門檻也不低,目前國內能生產5MHU以下的低端產品,高端產品主要進口Dunlee和Varian的8MHU的球管。而GE、飛利浦、西門子均擁有自己的大容量球管產線。

滑環國內可以生產,但是國產的滑環帶寬一般不超過10G/s,還達不到數據傳輸對滑環帶寬的要求(20~40G/s),高速滑環的供應商主要是德國Sliefring和美國的Moog公司。

再以磁共振設備為例,MRI技術壁壘包括五個方面,分別為磁場技術、射頻技術、勻場技術、梯度技術以及成像技術。目前國內除聯影外尚無自主生產3.0T高場強磁體的能力,國內也只有聯影推出了3.0T MRI。


除了缺少核心技術,造成21世紀頭十年國產影像設備發展緩慢,還有兩大原因,一是缺少政策支持,二是缺少資本支持。

雖然存在東軟、萬東(後被魚躍收購)等有國資背景的企業,但也有鑫高益、貝斯達、奧泰等資本實力不算太強的民企,當時的資本市場,除互聯網以外的項目很難融資。

但是到了第二個十年,此前缺少的條件均已具備,國產影像設備就有了突飛猛進的發展。這個時期,一批新的參與者開始進入市場,上海聯影、開普醫療、康達洲際、明峰醫療、賽諾威盛等公司都在2010年之後成立,朗潤醫療也在稍早幾年成立。

2014年8月,國家衛計委和工信部聯合召開推進國產醫療設備發展應用會議。表示為推動國產醫療設備產業發展,將重點推動三甲醫院應用國產醫療設備,建立主動使用國產醫療設備激勵機制。

此後,國家相繼出臺了《中國製造2025》《“健康中國2030”規劃綱要》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等。

2017年,國家發改委印發了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》2016版。在醫療器械產業上,《目錄》劃定了四大重點方向,其中醫學影像設備被放在首位。

之所以國家要不遺餘力地支持醫學影像設備國產化,一個原因是市場前景廣闊,更重要的原因是,我國高端醫療設備長期依賴進口,從而造成看病貴的問題。同樣一臺1.5T MRI,在美國售價為75萬美元,在中國市場卻高達1200萬元人民幣,而且還要承擔高昂的維護費用。

最近十年的醫學影像行業,東軟、安科、奧泰、鑫高益、貝斯達等老牌企業的技術實力不斷提升,聯影、明峰、開普等初創企業也在強勢崛起,而且誕生了聯影這樣的獨角獸。

上海聯影醫療科技有限公司,在2011年成立時就含著金湯匙,公司大股東上海聯合投資有限公司是上海國資委100%控股公司,而跟聯影同一時期成立的公司都沒有這樣的背景。

聯影的迅速崛起,很大程度上在於對人才的重視,公司的多位高管都有西門子的背景。

公司在籌備之初就找來曾任西門子磁共振有限公司總經理的薛敏博士擔任董事長&CEO,聯合創始人張強博士在西門子任職長達十餘年。2017年,曾任上海西門子醫療器械有限公司首席執行官兼總裁的夏風華,離開了其任職長達13年的西門子,跳槽到聯影擔任首席運營官。

去年聯影又公佈了一則重磅消息:原西門子醫療首席執行官Hermann Requardt正式出任聯影資深科學顧問,為聯影在商業、技術、產品研發上的創新提供戰略指導。


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原西門子醫療CEO:Hermann Requardt


目前在聯影的團隊中,包括6位“國家千人計劃”,8位“上海千人計劃”專家,110多位海歸科學家,200餘位博士,500多人具有在國際大公司和行業知名企業工作經歷。研發團隊逾1400人,佔公司全部人數的一半以上。

正是源於對人才的重視,近年來聯影在醫學影像設備上的發展突飛猛進。就在2014年,聯影研製成功中國首臺具有自主知識產權的3.0T磁體,中國首臺超大孔徑1.5T高性能MRI獲得CFDA認證並推向市場。

後來就發生了那件所有人都知道的事,同年5月,領導人蒞臨聯影參觀考察,走之前留下了一句“要讓民族品牌大放光彩”。

2015年,聯影正式推出自主設計的128層CT uCT 760,與東軟的中國首臺128層CT幾乎同時發佈。同年,聯影在3.0T磁體的基礎上研製出中國首臺3.0T磁共振系統uMR 776,以及世界首臺超清高速96環光導PET/CT uMI510,先後獲得了中國、日本、歐盟的市場準入。

從3.0T MRI到128層CT再到PET/CT,聯影是所有中國廠商中起點最高的。

除了聯影,東軟和明峰兩家也在2016年推出了各自首臺PET/CT,三家企業中,聯影的優勢是資本和人才,東軟的優勢是十幾年的技術積累,而明峰作為一家在2011年成立的民企,能成為中國第三個研製出PET/CT的公司實屬不易。

三家中國公司能夠自主研製PET/CT可謂意義非凡,打破了中國高端醫療器械市場長久被進口產品壟斷的現狀,而且國產設備價格至少比進口設備少一半,各地新醫改政策隨之下調了大型設備檢查治療價格。

2017年,聯影又發佈了其與美國分子影像科研團隊攜手打造的世界首臺全景動態掃描PET/CTuEPXLORER,號稱能夠看到大腦如何指揮各器官工作。與此同時,第一臺聯影96環光導PET-CT銷售到了日本。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

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科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


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東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


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世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


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普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


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從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


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奧泰1.5T超導MRI


中國大型醫學影像設備長期落後國外十幾二十年,核心技術缺失是中國企業最大的痛,直到2016年,國內仍不具備核心零部件的自主研發能力。

以CT為例,CT核心技術包括探測器、X線球管、高壓發生器、滑環和數據傳輸、採集系統以及圖像重建算法,目前這些核心部件佔CT成本六成以上,但國產尚無能力自主生產,基本為外購。


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CT裝置掃描系統內部


CT的最核心部件探測器,國內生產企業目前只有組裝集成的能力,沒有生產閃爍體材料以及ASIC等核心部件的技術和人才。閃爍體材料國內主要購自東芝和日立的GOS閃爍體材料;ASIC芯片國內主要的購買廠家為Analog Device Inc和Texas Instruments。

對於國際頂尖企業,他們都擁有自身的探測器核心技術,GE採用Hilight(一種透明陶瓷)和Gemstone(寶石,公司保密具體材料組成)兩種稀土陶瓷探測器,西門子擁有自己的GOS高速稀土陶瓷探測器生產線。

進口高端CT貴就貴在探測器,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

X線球管的技術門檻也不低,目前國內能生產5MHU以下的低端產品,高端產品主要進口Dunlee和Varian的8MHU的球管。而GE、飛利浦、西門子均擁有自己的大容量球管產線。

滑環國內可以生產,但是國產的滑環帶寬一般不超過10G/s,還達不到數據傳輸對滑環帶寬的要求(20~40G/s),高速滑環的供應商主要是德國Sliefring和美國的Moog公司。

再以磁共振設備為例,MRI技術壁壘包括五個方面,分別為磁場技術、射頻技術、勻場技術、梯度技術以及成像技術。目前國內除聯影外尚無自主生產3.0T高場強磁體的能力,國內也只有聯影推出了3.0T MRI。


除了缺少核心技術,造成21世紀頭十年國產影像設備發展緩慢,還有兩大原因,一是缺少政策支持,二是缺少資本支持。

雖然存在東軟、萬東(後被魚躍收購)等有國資背景的企業,但也有鑫高益、貝斯達、奧泰等資本實力不算太強的民企,當時的資本市場,除互聯網以外的項目很難融資。

但是到了第二個十年,此前缺少的條件均已具備,國產影像設備就有了突飛猛進的發展。這個時期,一批新的參與者開始進入市場,上海聯影、開普醫療、康達洲際、明峰醫療、賽諾威盛等公司都在2010年之後成立,朗潤醫療也在稍早幾年成立。

2014年8月,國家衛計委和工信部聯合召開推進國產醫療設備發展應用會議。表示為推動國產醫療設備產業發展,將重點推動三甲醫院應用國產醫療設備,建立主動使用國產醫療設備激勵機制。

此後,國家相繼出臺了《中國製造2025》《“健康中國2030”規劃綱要》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等。

2017年,國家發改委印發了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》2016版。在醫療器械產業上,《目錄》劃定了四大重點方向,其中醫學影像設備被放在首位。

之所以國家要不遺餘力地支持醫學影像設備國產化,一個原因是市場前景廣闊,更重要的原因是,我國高端醫療設備長期依賴進口,從而造成看病貴的問題。同樣一臺1.5T MRI,在美國售價為75萬美元,在中國市場卻高達1200萬元人民幣,而且還要承擔高昂的維護費用。

最近十年的醫學影像行業,東軟、安科、奧泰、鑫高益、貝斯達等老牌企業的技術實力不斷提升,聯影、明峰、開普等初創企業也在強勢崛起,而且誕生了聯影這樣的獨角獸。

上海聯影醫療科技有限公司,在2011年成立時就含著金湯匙,公司大股東上海聯合投資有限公司是上海國資委100%控股公司,而跟聯影同一時期成立的公司都沒有這樣的背景。

聯影的迅速崛起,很大程度上在於對人才的重視,公司的多位高管都有西門子的背景。

公司在籌備之初就找來曾任西門子磁共振有限公司總經理的薛敏博士擔任董事長&CEO,聯合創始人張強博士在西門子任職長達十餘年。2017年,曾任上海西門子醫療器械有限公司首席執行官兼總裁的夏風華,離開了其任職長達13年的西門子,跳槽到聯影擔任首席運營官。

去年聯影又公佈了一則重磅消息:原西門子醫療首席執行官Hermann Requardt正式出任聯影資深科學顧問,為聯影在商業、技術、產品研發上的創新提供戰略指導。


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原西門子醫療CEO:Hermann Requardt


目前在聯影的團隊中,包括6位“國家千人計劃”,8位“上海千人計劃”專家,110多位海歸科學家,200餘位博士,500多人具有在國際大公司和行業知名企業工作經歷。研發團隊逾1400人,佔公司全部人數的一半以上。

正是源於對人才的重視,近年來聯影在醫學影像設備上的發展突飛猛進。就在2014年,聯影研製成功中國首臺具有自主知識產權的3.0T磁體,中國首臺超大孔徑1.5T高性能MRI獲得CFDA認證並推向市場。

後來就發生了那件所有人都知道的事,同年5月,領導人蒞臨聯影參觀考察,走之前留下了一句“要讓民族品牌大放光彩”。

2015年,聯影正式推出自主設計的128層CT uCT 760,與東軟的中國首臺128層CT幾乎同時發佈。同年,聯影在3.0T磁體的基礎上研製出中國首臺3.0T磁共振系統uMR 776,以及世界首臺超清高速96環光導PET/CT uMI510,先後獲得了中國、日本、歐盟的市場準入。

從3.0T MRI到128層CT再到PET/CT,聯影是所有中國廠商中起點最高的。

除了聯影,東軟和明峰兩家也在2016年推出了各自首臺PET/CT,三家企業中,聯影的優勢是資本和人才,東軟的優勢是十幾年的技術積累,而明峰作為一家在2011年成立的民企,能成為中國第三個研製出PET/CT的公司實屬不易。

三家中國公司能夠自主研製PET/CT可謂意義非凡,打破了中國高端醫療器械市場長久被進口產品壟斷的現狀,而且國產設備價格至少比進口設備少一半,各地新醫改政策隨之下調了大型設備檢查治療價格。

2017年,聯影又發佈了其與美國分子影像科研團隊攜手打造的世界首臺全景動態掃描PET/CTuEPXLORER,號稱能夠看到大腦如何指揮各器官工作。與此同時,第一臺聯影96環光導PET-CT銷售到了日本。


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聯影uEXPLORER


同年9月,聯影成功完成A輪融資,融資金額33.33億元人民幣,是截至當日中國醫療設備行業最大單筆私募融資。聯影首輪融資的估值高達333.3億元,一舉躍升為行業獨角獸。

2018年是聯影又一個重要年份。10月,聯影自主研發國產首臺一體化PET/MR獲國家藥品監督管理局認證,正式推向市場。

11月,在芝加哥召開的RSNA年會上,聯影展示了中國首臺超高端640層CT,其搭載的320排寬體探測器可實現單圈軸掃16cm的覆蓋範圍,擁有0.25秒的超高轉速,與此前東芝發佈的一款超高端320排640層CT基本一致。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


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東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


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世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


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普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


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從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


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奧泰1.5T超導MRI


中國大型醫學影像設備長期落後國外十幾二十年,核心技術缺失是中國企業最大的痛,直到2016年,國內仍不具備核心零部件的自主研發能力。

以CT為例,CT核心技術包括探測器、X線球管、高壓發生器、滑環和數據傳輸、採集系統以及圖像重建算法,目前這些核心部件佔CT成本六成以上,但國產尚無能力自主生產,基本為外購。


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CT裝置掃描系統內部


CT的最核心部件探測器,國內生產企業目前只有組裝集成的能力,沒有生產閃爍體材料以及ASIC等核心部件的技術和人才。閃爍體材料國內主要購自東芝和日立的GOS閃爍體材料;ASIC芯片國內主要的購買廠家為Analog Device Inc和Texas Instruments。

對於國際頂尖企業,他們都擁有自身的探測器核心技術,GE採用Hilight(一種透明陶瓷)和Gemstone(寶石,公司保密具體材料組成)兩種稀土陶瓷探測器,西門子擁有自己的GOS高速稀土陶瓷探測器生產線。

進口高端CT貴就貴在探測器,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

X線球管的技術門檻也不低,目前國內能生產5MHU以下的低端產品,高端產品主要進口Dunlee和Varian的8MHU的球管。而GE、飛利浦、西門子均擁有自己的大容量球管產線。

滑環國內可以生產,但是國產的滑環帶寬一般不超過10G/s,還達不到數據傳輸對滑環帶寬的要求(20~40G/s),高速滑環的供應商主要是德國Sliefring和美國的Moog公司。

再以磁共振設備為例,MRI技術壁壘包括五個方面,分別為磁場技術、射頻技術、勻場技術、梯度技術以及成像技術。目前國內除聯影外尚無自主生產3.0T高場強磁體的能力,國內也只有聯影推出了3.0T MRI。


除了缺少核心技術,造成21世紀頭十年國產影像設備發展緩慢,還有兩大原因,一是缺少政策支持,二是缺少資本支持。

雖然存在東軟、萬東(後被魚躍收購)等有國資背景的企業,但也有鑫高益、貝斯達、奧泰等資本實力不算太強的民企,當時的資本市場,除互聯網以外的項目很難融資。

但是到了第二個十年,此前缺少的條件均已具備,國產影像設備就有了突飛猛進的發展。這個時期,一批新的參與者開始進入市場,上海聯影、開普醫療、康達洲際、明峰醫療、賽諾威盛等公司都在2010年之後成立,朗潤醫療也在稍早幾年成立。

2014年8月,國家衛計委和工信部聯合召開推進國產醫療設備發展應用會議。表示為推動國產醫療設備產業發展,將重點推動三甲醫院應用國產醫療設備,建立主動使用國產醫療設備激勵機制。

此後,國家相繼出臺了《中國製造2025》《“健康中國2030”規劃綱要》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等。

2017年,國家發改委印發了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》2016版。在醫療器械產業上,《目錄》劃定了四大重點方向,其中醫學影像設備被放在首位。

之所以國家要不遺餘力地支持醫學影像設備國產化,一個原因是市場前景廣闊,更重要的原因是,我國高端醫療設備長期依賴進口,從而造成看病貴的問題。同樣一臺1.5T MRI,在美國售價為75萬美元,在中國市場卻高達1200萬元人民幣,而且還要承擔高昂的維護費用。

最近十年的醫學影像行業,東軟、安科、奧泰、鑫高益、貝斯達等老牌企業的技術實力不斷提升,聯影、明峰、開普等初創企業也在強勢崛起,而且誕生了聯影這樣的獨角獸。

上海聯影醫療科技有限公司,在2011年成立時就含著金湯匙,公司大股東上海聯合投資有限公司是上海國資委100%控股公司,而跟聯影同一時期成立的公司都沒有這樣的背景。

聯影的迅速崛起,很大程度上在於對人才的重視,公司的多位高管都有西門子的背景。

公司在籌備之初就找來曾任西門子磁共振有限公司總經理的薛敏博士擔任董事長&CEO,聯合創始人張強博士在西門子任職長達十餘年。2017年,曾任上海西門子醫療器械有限公司首席執行官兼總裁的夏風華,離開了其任職長達13年的西門子,跳槽到聯影擔任首席運營官。

去年聯影又公佈了一則重磅消息:原西門子醫療首席執行官Hermann Requardt正式出任聯影資深科學顧問,為聯影在商業、技術、產品研發上的創新提供戰略指導。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

原西門子醫療CEO:Hermann Requardt


目前在聯影的團隊中,包括6位“國家千人計劃”,8位“上海千人計劃”專家,110多位海歸科學家,200餘位博士,500多人具有在國際大公司和行業知名企業工作經歷。研發團隊逾1400人,佔公司全部人數的一半以上。

正是源於對人才的重視,近年來聯影在醫學影像設備上的發展突飛猛進。就在2014年,聯影研製成功中國首臺具有自主知識產權的3.0T磁體,中國首臺超大孔徑1.5T高性能MRI獲得CFDA認證並推向市場。

後來就發生了那件所有人都知道的事,同年5月,領導人蒞臨聯影參觀考察,走之前留下了一句“要讓民族品牌大放光彩”。

2015年,聯影正式推出自主設計的128層CT uCT 760,與東軟的中國首臺128層CT幾乎同時發佈。同年,聯影在3.0T磁體的基礎上研製出中國首臺3.0T磁共振系統uMR 776,以及世界首臺超清高速96環光導PET/CT uMI510,先後獲得了中國、日本、歐盟的市場準入。

從3.0T MRI到128層CT再到PET/CT,聯影是所有中國廠商中起點最高的。

除了聯影,東軟和明峰兩家也在2016年推出了各自首臺PET/CT,三家企業中,聯影的優勢是資本和人才,東軟的優勢是十幾年的技術積累,而明峰作為一家在2011年成立的民企,能成為中國第三個研製出PET/CT的公司實屬不易。

三家中國公司能夠自主研製PET/CT可謂意義非凡,打破了中國高端醫療器械市場長久被進口產品壟斷的現狀,而且國產設備價格至少比進口設備少一半,各地新醫改政策隨之下調了大型設備檢查治療價格。

2017年,聯影又發佈了其與美國分子影像科研團隊攜手打造的世界首臺全景動態掃描PET/CTuEPXLORER,號稱能夠看到大腦如何指揮各器官工作。與此同時,第一臺聯影96環光導PET-CT銷售到了日本。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

聯影uEXPLORER


同年9月,聯影成功完成A輪融資,融資金額33.33億元人民幣,是截至當日中國醫療設備行業最大單筆私募融資。聯影首輪融資的估值高達333.3億元,一舉躍升為行業獨角獸。

2018年是聯影又一個重要年份。10月,聯影自主研發國產首臺一體化PET/MR獲國家藥品監督管理局認證,正式推向市場。

11月,在芝加哥召開的RSNA年會上,聯影展示了中國首臺超高端640層CT,其搭載的320排寬體探測器可實現單圈軸掃16cm的覆蓋範圍,擁有0.25秒的超高轉速,與此前東芝發佈的一款超高端320排640層CT基本一致。


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中國首臺超高端640層CT


2019年1月22日,聯影宣佈uEXPLORER全身PET/CT獲得了美國食品藥品監督管理局(FDA)批准,產品將在2019年初在美國上市。短短數年,聯影創造了國產影像設備多個第一。


雖然以東軟、聯影為首的國產設備正不斷拉近與GPS的差距,但是中國醫學影像市場仍未打破GPS一家獨大的局面。

根據影像之家網站統計,2017年CT設備GPS在中國的市場份額80%,另外佳能(東芝)還有10%,國產設備只能瓜分剩下的10%,其中東軟佔7.4%,聯影占1.1%。在MRI領域,GPS的市場份額更高(85%),不過東軟、聯影和奧泰擠入了前六。PET-CT等核醫學設備,GPS的市場份額高達94.5%,剩下是佳能(東芝)和其他。DSA(血管造影)幾乎被GPS和日本公司100%壟斷。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

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科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


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世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


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1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


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東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


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世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


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普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


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ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


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從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


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奧泰1.5T超導MRI


中國大型醫學影像設備長期落後國外十幾二十年,核心技術缺失是中國企業最大的痛,直到2016年,國內仍不具備核心零部件的自主研發能力。

以CT為例,CT核心技術包括探測器、X線球管、高壓發生器、滑環和數據傳輸、採集系統以及圖像重建算法,目前這些核心部件佔CT成本六成以上,但國產尚無能力自主生產,基本為外購。


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CT裝置掃描系統內部


CT的最核心部件探測器,國內生產企業目前只有組裝集成的能力,沒有生產閃爍體材料以及ASIC等核心部件的技術和人才。閃爍體材料國內主要購自東芝和日立的GOS閃爍體材料;ASIC芯片國內主要的購買廠家為Analog Device Inc和Texas Instruments。

對於國際頂尖企業,他們都擁有自身的探測器核心技術,GE採用Hilight(一種透明陶瓷)和Gemstone(寶石,公司保密具體材料組成)兩種稀土陶瓷探測器,西門子擁有自己的GOS高速稀土陶瓷探測器生產線。

進口高端CT貴就貴在探測器,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

X線球管的技術門檻也不低,目前國內能生產5MHU以下的低端產品,高端產品主要進口Dunlee和Varian的8MHU的球管。而GE、飛利浦、西門子均擁有自己的大容量球管產線。

滑環國內可以生產,但是國產的滑環帶寬一般不超過10G/s,還達不到數據傳輸對滑環帶寬的要求(20~40G/s),高速滑環的供應商主要是德國Sliefring和美國的Moog公司。

再以磁共振設備為例,MRI技術壁壘包括五個方面,分別為磁場技術、射頻技術、勻場技術、梯度技術以及成像技術。目前國內除聯影外尚無自主生產3.0T高場強磁體的能力,國內也只有聯影推出了3.0T MRI。


除了缺少核心技術,造成21世紀頭十年國產影像設備發展緩慢,還有兩大原因,一是缺少政策支持,二是缺少資本支持。

雖然存在東軟、萬東(後被魚躍收購)等有國資背景的企業,但也有鑫高益、貝斯達、奧泰等資本實力不算太強的民企,當時的資本市場,除互聯網以外的項目很難融資。

但是到了第二個十年,此前缺少的條件均已具備,國產影像設備就有了突飛猛進的發展。這個時期,一批新的參與者開始進入市場,上海聯影、開普醫療、康達洲際、明峰醫療、賽諾威盛等公司都在2010年之後成立,朗潤醫療也在稍早幾年成立。

2014年8月,國家衛計委和工信部聯合召開推進國產醫療設備發展應用會議。表示為推動國產醫療設備產業發展,將重點推動三甲醫院應用國產醫療設備,建立主動使用國產醫療設備激勵機制。

此後,國家相繼出臺了《中國製造2025》《“健康中國2030”規劃綱要》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等。

2017年,國家發改委印發了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》2016版。在醫療器械產業上,《目錄》劃定了四大重點方向,其中醫學影像設備被放在首位。

之所以國家要不遺餘力地支持醫學影像設備國產化,一個原因是市場前景廣闊,更重要的原因是,我國高端醫療設備長期依賴進口,從而造成看病貴的問題。同樣一臺1.5T MRI,在美國售價為75萬美元,在中國市場卻高達1200萬元人民幣,而且還要承擔高昂的維護費用。

最近十年的醫學影像行業,東軟、安科、奧泰、鑫高益、貝斯達等老牌企業的技術實力不斷提升,聯影、明峰、開普等初創企業也在強勢崛起,而且誕生了聯影這樣的獨角獸。

上海聯影醫療科技有限公司,在2011年成立時就含著金湯匙,公司大股東上海聯合投資有限公司是上海國資委100%控股公司,而跟聯影同一時期成立的公司都沒有這樣的背景。

聯影的迅速崛起,很大程度上在於對人才的重視,公司的多位高管都有西門子的背景。

公司在籌備之初就找來曾任西門子磁共振有限公司總經理的薛敏博士擔任董事長&CEO,聯合創始人張強博士在西門子任職長達十餘年。2017年,曾任上海西門子醫療器械有限公司首席執行官兼總裁的夏風華,離開了其任職長達13年的西門子,跳槽到聯影擔任首席運營官。

去年聯影又公佈了一則重磅消息:原西門子醫療首席執行官Hermann Requardt正式出任聯影資深科學顧問,為聯影在商業、技術、產品研發上的創新提供戰略指導。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

原西門子醫療CEO:Hermann Requardt


目前在聯影的團隊中,包括6位“國家千人計劃”,8位“上海千人計劃”專家,110多位海歸科學家,200餘位博士,500多人具有在國際大公司和行業知名企業工作經歷。研發團隊逾1400人,佔公司全部人數的一半以上。

正是源於對人才的重視,近年來聯影在醫學影像設備上的發展突飛猛進。就在2014年,聯影研製成功中國首臺具有自主知識產權的3.0T磁體,中國首臺超大孔徑1.5T高性能MRI獲得CFDA認證並推向市場。

後來就發生了那件所有人都知道的事,同年5月,領導人蒞臨聯影參觀考察,走之前留下了一句“要讓民族品牌大放光彩”。

2015年,聯影正式推出自主設計的128層CT uCT 760,與東軟的中國首臺128層CT幾乎同時發佈。同年,聯影在3.0T磁體的基礎上研製出中國首臺3.0T磁共振系統uMR 776,以及世界首臺超清高速96環光導PET/CT uMI510,先後獲得了中國、日本、歐盟的市場準入。

從3.0T MRI到128層CT再到PET/CT,聯影是所有中國廠商中起點最高的。

除了聯影,東軟和明峰兩家也在2016年推出了各自首臺PET/CT,三家企業中,聯影的優勢是資本和人才,東軟的優勢是十幾年的技術積累,而明峰作為一家在2011年成立的民企,能成為中國第三個研製出PET/CT的公司實屬不易。

三家中國公司能夠自主研製PET/CT可謂意義非凡,打破了中國高端醫療器械市場長久被進口產品壟斷的現狀,而且國產設備價格至少比進口設備少一半,各地新醫改政策隨之下調了大型設備檢查治療價格。

2017年,聯影又發佈了其與美國分子影像科研團隊攜手打造的世界首臺全景動態掃描PET/CTuEPXLORER,號稱能夠看到大腦如何指揮各器官工作。與此同時,第一臺聯影96環光導PET-CT銷售到了日本。


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聯影uEXPLORER


同年9月,聯影成功完成A輪融資,融資金額33.33億元人民幣,是截至當日中國醫療設備行業最大單筆私募融資。聯影首輪融資的估值高達333.3億元,一舉躍升為行業獨角獸。

2018年是聯影又一個重要年份。10月,聯影自主研發國產首臺一體化PET/MR獲國家藥品監督管理局認證,正式推向市場。

11月,在芝加哥召開的RSNA年會上,聯影展示了中國首臺超高端640層CT,其搭載的320排寬體探測器可實現單圈軸掃16cm的覆蓋範圍,擁有0.25秒的超高轉速,與此前東芝發佈的一款超高端320排640層CT基本一致。


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中國首臺超高端640層CT


2019年1月22日,聯影宣佈uEXPLORER全身PET/CT獲得了美國食品藥品監督管理局(FDA)批准,產品將在2019年初在美國上市。短短數年,聯影創造了國產影像設備多個第一。


雖然以東軟、聯影為首的國產設備正不斷拉近與GPS的差距,但是中國醫學影像市場仍未打破GPS一家獨大的局面。

根據影像之家網站統計,2017年CT設備GPS在中國的市場份額80%,另外佳能(東芝)還有10%,國產設備只能瓜分剩下的10%,其中東軟佔7.4%,聯影占1.1%。在MRI領域,GPS的市場份額更高(85%),不過東軟、聯影和奧泰擠入了前六。PET-CT等核醫學設備,GPS的市場份額高達94.5%,剩下是佳能(東芝)和其他。DSA(血管造影)幾乎被GPS和日本公司100%壟斷。


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CT(左上)、MRI(右上)、DSA(左下)和核醫學設備(右下)的市場份額



雖然過去一年多,國產設備又取得了長足進步,但是市場格局很難有大的改變。

國產設備進入市場尤其是三甲醫院仍然面臨挑戰:一是由於高端醫療設備市場長期被進口設備壟斷,三甲醫院的醫生已經習慣使用進口設備了;二是過去幾十年,國產設備大多以低質低價示人,用戶對國產設備存在根深蒂固的不信任感。

近年來我國影像設備也有出海的情況,但是多銷往非洲等落後地區。以MRI為例,2017年我國MRI設備出口數量為1436臺,進口數量為384臺,數量來看,國內出口數量遠高於進口數量。

但是金額方面,2017年我國出口金額僅為1.81億美元,同期進口金額達到4.63億美元。設備進口均價為120.46萬美元/臺,出口產品均價僅為12.58萬美元/臺,進口均價約為出口產品均價的10倍。

由此可見,國產設備的市場影響力仍然較小。但是也不必過度悲觀,政策支持和人工智能的應用是國產設備最大的機會。

根據中國醫學裝備協會統計,截至2017年底,我國CT設備保有量為19027臺,其中16排CT依然是保有量最多的類型,但64排及以上CT的比重正持續上升;MRI設備全國保有量達到了8289臺,1.5T佔比為2/3,不過3.0T的比重在上升,特別是三甲醫院。

未來市場機會,一是自然增長,二是更新換代,無法生產高端設備的廠商將不再具備參與這個市場的資格,國內少數幾家廠商將與跨國公司展開激烈競爭。

中國的市場空間有多大,可以看這樣一個指標:我國百萬人口CT設備擁有量由2013年的7.8臺,增長到了2017年的14.3臺,但是與日本(92.6臺)、美國(32.2臺)等發達國家尚存在一定差距,其他大型設備與發達國家的差距也是顯而易見的。

中國醫學裝備協會預計到2020年,我國CT設備銷量將達4026臺,按每臺581萬計算,市場規模將達234億元;MRI設備銷量將達4823臺,按每臺1008萬計算,市場規模將達486億元,增長空間巨大。

根據國家衛生健康委員會發布的《2018—2020年大型醫用設備配置規劃》,到2020年底,64排及以上CT全國規劃配置8119臺內,其中新增3535臺;1.5T及以上MRI全國規劃配置9846臺內,其中新增4451臺;PET/CT全國規劃配置710臺內,其中新增377臺。

如果說擺開陣勢競爭,國產設備很難佔到便宜,但是在政策扶持下,至少在中國市場會優先考慮國產設備,打破GPS的壟斷局面並非不可能。

比如2015年的一起烏龍事件,國家工商總局以“其在華業務是否存在商業賄賂和價格壟斷”為由,對GPS展開調查。後經相關各方及時澄清,該消息被證實為假新聞,但卻引發業界對醫療設備國產化的高度關注。

除了政策風向以外,人工智能的應用也是中國公司的機會之一。據統計,從2013到2017年,國內資本佈局AI醫療共86起,其中醫學影像數量最多,高達31%;2017年醫學影像AI企業融資超過40億元。

2017年,斯坦福大學跨學科的研究團隊,利用深度學習技術,採用近13萬的臨床數據進行訓練,測試了它在活檢證實的臨床圖像上的性能,人工智能達到了所有測試的專家的水平。

在同年RSNA年會上,飛利浦發布了革命性的人工智能平臺IntelliSpaceDiscovery 2.0(ISD2.0),中國柏視醫療作為唯一入選的AI公司,其基於CT/MRI的鼻咽癌放療臨床靶區自動勾畫系統已嵌入ISD平臺。

在國內,聯影於2017年注資3億成立人工智能子公司,並在2018年4月發佈uAI聯影智能平臺,併發布七大新品與一系列智能診斷應用。東軟也在2018年1月成立東軟智能醫療研究院,致力於人工智能與醫療診斷的融合。


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1979年11月,發生了一件“奇怪”的事。

皇家卡羅林外科醫學研究院決定將當年的諾貝爾生理學或醫學獎頒發給兩個沒有任何醫學背景的人:

一位是美國塔夫茨大學的物理學教授科馬克;

一位是英國EMI唱片公司的工程師豪斯費爾德。

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科馬克(左)和豪斯費爾德(右)


評委會在頒獎詞上寫道:為表彰二人在computer tomography上的貢獻。這個被稱作computer tomography的設備,中文名稱為計算機斷層掃描儀,簡稱CT。

CT的發明被認為是倫琴發現X線以來醫學影像領域最偉大的發明。

大約在1957年,科馬克發明了一種計算X線在人體內的輻射特性的方法,為CT的發明奠定了理論基礎,但是由於經費緊張,科馬克沒能製造自己的原型機。

在不知道科馬克研究成果的情況下,豪斯費爾德於1961年開始研究計算機處理斷層圖像的技術,1967年製作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。

隨後豪斯菲爾德對原型機進行不斷改進。終於在1971年製造出了世界上第一臺CT機,它相比X線機最大的進步是能夠顯示人體的切面圖像。


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世界上第一臺CT


同一年,這臺CT機拍出了第一張腦腫瘤的照片,令醫學界大為震驚。

後來,CT又衍生出SPETCT(單光子發射計算機斷層成像)和PET(正電子發射斷層成像),由於它們都是對從病人體內發射的γ射線成像,故統稱發射型計算機斷層成像術(ECT)。

CT機出現後僅兩年,影像設備與技術就再次發生了新的革命性突破。

1973年,美國化學家勞特布爾提出核磁共振成像(NMR)的思想方法。英國科學家曼斯菲爾德又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎上,1978年EMI公司研製出第一套核磁共振系統。

80年代,出於緩解公眾特別是患者對“N”(核醫學)的擔心,北美放射學會(RSNA)建議將NMR改為MRI,磁共振成像的術語沿用至今。

CT和MRI兩項技術的發明被認為是現代醫學影像學的開端。現代醫學影像設備包括CT、MRI、DSA(血管造影)、X射線、超聲,以及SPETCT、PET等核醫學設備。

早在1979年,北京醫院便引入了中國第一臺CT機,但在此後多年間,高端醫療設備都在GPS(GE、飛利浦、西門子)等公司的壟斷之下。

為打破國外的壟斷,中國醫學影像設備開始了漫長的國產化之路,這一走就是四十年。


1972年,豪斯菲爾德在RSNA年會上發表了他的研究,迅速引發了“CT熱”,超過15家公司加入了開發CT機的工作。

西門子在1974年研製成功了第一臺CT掃描儀SIRETOM,這臺CT掃描一次可以重建兩幅圖像,矩陣也從80x80提高到128x128——矩陣越大,圖像越清晰。

同在1974年,美國喬治城大學Robert Ledley教授發明了可以用於全身掃描的常規CT,在他之前,CT只能用於掃描腦部。此後西門子迅速跟進,於1977年發佈了自己的第一臺全身CT:SOMATOM。從那時起,西門子穩坐CT市場的前二。

而造出世界上第一臺CT和MRI的EMI公司運氣就差了許多,與西門子和GE等公司生產的結構簡單、可靠性強、掃描速度快的CT產品相比,EMI的產品結構複雜,導致無法跟上售後服務,最終在醫學影像設備領域節節敗退。

1979年,在造出世界上第一臺MRI設備後僅僅一年,EMI公司將嚴重虧損的醫藥事業部出售,最後賣給了一家照明公司,徹底退出醫學影像市場。

這一年,我國放射學界的泰斗李果珍教授,推動引進了國內第一臺CT落戶北京醫院。

當時我國已經擁有X射線機和B型超聲診斷儀(B超),而且早在五六十年代就能自主生產。但是X線機和B超都只能平面成像,而CT能夠獲得人體被檢部的斷面或立體圖像,準確率要高得多。

70年代末,李果珍教授得知國外已經將研發成功的CT應用於臨床後,馬上考慮能否將這一技術引入中國,“如果把這一技術引入我國,能解決很多疾病的前期診斷和術後複查問題。”

這一想法很快得到了國家領導的認可。1978年,由衛生部、北京醫院組成的專家考察團赴美國做了專程調研,這次訪問之後,很快國內第一臺CT成功落戶北京醫院。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

1981年李果珍陪同外賓參觀我國第一臺CT


不久後,無論是醫學泰斗還是國家領導,都意識到CT在未來醫學發展中的重要作用,要做中國人自己的CT很快就提上了日程。1979年,顱腦CT國家重點項目在上海醫療器械研究所立項,被列為當年上海兩個重點姐妹項目(顱腦CT與桑塔納汽車)之一。

但是CT設備的發展速度遠超中國人的想象。1989年,中國人還沒有搞清楚第一代、第二代CT時,西門子推出了世界上第一臺螺旋CT掃描機SOMATOM Plus,憑藉更快的掃描速度、更高的分辨率、更低的錯誤率,幾乎淘汰了常規CT。


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螺旋式CT原理圖


因此,CT的國產化進程十分緩慢。雖然上海醫療器械研究所在1983年研製了第一臺CT機,但是與國外設備差距非常大,這臺CT只能用於掃描顱腦,此後一直未能取得突破。


EMI退出醫療領域後,1980年,第一臺可以用於臨床的全身MRI在美國Fonar公司誕生。1983年,西門子、飛利浦、GE三家在同一年都生產了自己公司的第一臺MRI。

一年之後的1984年,飛利浦革命性地推出世界上首個表面線圈,所獲圖像可以顯示非常小的細節,再次引起放射學界的轟動。此後,MRI新技術層出不窮。

MRI有著與CT完全不同的原理:使用較強大的磁場,使人體中所有水分子磁場的磁力線方向一致,這時加入一個射頻脈衝,與射頻脈衝頻率相同的水分子就會產生共振。

當射頻脈衝消失後,原本位置變換的水分子會回到原來的方向和幅度,這個恢復的過程會有信號發射出來,MRI就是利用這個信號畫出人體圖像的。

相比CT的斷層掃描,MRI能獲得多方位的原生三維斷面成像,比如腦和脊髓的立體圖像。李果珍教授評價它為“目前可得到的最好的腦成像方法”。

80年代初,301醫院購買了中國第一臺進口超導MRI設備。1986年底,在中央領導批示下,中國科學院與美國納斯達克上市公司Analogic合資成立了深圳安科高技術有限公司。

在美方的技術支援下,安科僅用一年半時間,就成功開發出中國第一臺磁共振成像系統:場強為0.15T的永磁型MRI――ASP-015樣機。此後反覆地進行系統改進、生產準備和臨床試驗,終於在1989年12月通過了國家科委主持的鑑定,中國第一臺磁共振成像系統正式誕生。


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中國第一臺國產MRI


但是國產MRI與國外高端設備仍有不小差距,一個最簡單的例子,1992年安科研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,然而早在1983年,飛利浦就生產出了全球第一臺超導磁共振Gyroscan S5。

在磁共振設備中,T是磁感應強度單位特斯拉的簡稱,相比之下,地球的磁場只有萬分之五個T。

目前,MRI分為永磁型和超導型,前者採用天然磁鐵,磁場較弱,後者採用超導材料,磁場較強。一般來說,MRI的磁場越強,圖像就越清晰。經過三十多年的發展,目前主流的MRI磁場強度是3.0T,國外高端設備已經能夠達到7T。

雖然國產MRI起步要高於CT,但是八九十年代醫院對MRI、CT的需求比較小,僅有的一點點市場都被國外公司佔據,因此安科沒有產生太大的影響力。


1987年,包括瀋陽市中心醫院在內的幾家醫院進口了3臺CT機,每臺售價約50萬美元。然而,巨資購入的醫療設備根本沒能調試安裝成功。《科技日報》更是刊發《CT機事件始末》的長篇報道,把CT比喻成植物人。

"CT事件"引發強烈社會反響後,瀋陽市衛生局實行公開招標和限期承包,對外貼發了一張"招賢紅榜"。

1988年12月,東北工學院(現東北大學)教師鄭全錄、李甲遞慨然揭榜。憑藉他們在計算機、電子、機械等方面的綜合知識,在大約80天后,瀋陽市中心醫院的CT不但得以復活,並且整機性能和可靠性均大大提高。

這個結果令大家頗受鼓舞。當時就有人提出,“現在世界上只有德國的西門子,美國的GE,荷蘭的飛利浦以及日本的東芝、日立、島津6家公司能夠生產CT,中國可不可以用上自己的CT?”

實際上,1983年研製出的顱腦CT只是CT國產化過程中的一小步,其應用範圍比全身CT要小得多,全國各大醫院只能繼續使用國外設備。當時只有少數大規模的醫院才有實力購買進口新品CT,國內大部分醫院充斥著國外已經淘汰的二手CT。

正是如此,1987年,當時的國家六部委曾聯合立項,投入1.3億元,組織全國44個大院大所的2000多人進行“中華I型CT攻關”,但因為CT的核心技術和系統軟件等關鍵問題得不到解決而最終夭折。

作為前車之鑑,這些都被鄭全錄等人看在眼裡,“我們在資金、人才等的投入上肯定跟‘中華I型CT攻關’沒法比,人家都沒搞出來,我們的壓力可想而知。”

當時不少人對這個項目充滿了質疑,但在時任東北大學副校長楊佩禎的支持下,項目最終於1989年6月開始實施,一年後,現任東軟醫療總裁江根苗正式加入CT項目組。

當時東北大學團隊沒有得到任何外國技術的援助,他們唯一的經驗就是修過幾臺國外的CT機,因此項目推進十分緩慢。據江根苗回憶,因為一塊板子的芯片問題,項目組曾經兩三個月毫無進展、動彈不得。

歷經四年艱辛,終於在1993年迎來曙光——中國自主研製的第一臺全身CT樣機在東北大學問世,1994年通過國家檢測,併入選“亞洲CT十大科技進展”。但是與國外設備相比仍非常落後,東北大學CT樣機的成像速度是58秒,而當時國外CT的成像速度一般只有七八秒。


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東北大學第一臺CT


CT樣機距離真正的產業化還非常遙遠,但是東北大學研發資源幾近枯竭。為保證技術改進和產業化能有足夠的資金,CT項目的重要推手楊佩禎力主東軟兼併CT項目。

此時的東軟,正積極謀劃著上市。CT項目的前景並不明朗,可能拖累公司的上市計劃。1995年11月,東軟集團董事長、東北大學副校長劉積仁反覆權衡,最終決定接下這一項目。

東軟集團利用自己的軟件優勢開始了CT製造技術的攻關,於1997年推出國內首臺全身CT。當時CT機的核心技術之一是陣列處理機,這一技術被國外封鎖壟斷,東軟醫療採用PC機替代陣列處理機突破了技術難題。

1998年,東軟醫療系統有限公司正式成立,CT項目負責人鄭全錄任公司總裁,國產CT首次實現產業化,並正式向市場推出東軟CT-C2000。

雖然東軟CT在當時創造了多個第一,但不可否認它仍是一臺落後的設備。1997年首臺CT只能單層平掃,這樣的CT在國外從1989年螺旋CT誕生後就逐漸被淘汰了。

正當中國人還在慶祝首臺CT產業化時,1998年多層螺旋CT問世了。當年的RSNA年會上,四家主流CT生產商(西門子、GE、飛利浦、東芝)展出了4層螺旋CT。

傳統的探測器每轉只能掃描一個斷面。在多層技術中,發光二極管分佈在不同排的探測器部件上,可以各自獨立地處理X線球管傳輸的信號,因而每次旋轉可以記錄多個斷面。比如,4層螺旋CT每次旋轉可以記錄4個斷面。


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單層螺旋與多層螺旋


這些多層斷面是通過CT探測器上排數的增加來實現的,一般來說,排數與層數相等。隨著技術的不斷進步,CT發展進入了一個探測器迅速變寬的時期,平均每18個月,探測器的排數就增加一倍,有學者總結這是CT的“摩爾定律”。


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CT的“摩爾定律”


在那些年,CT發展速度之快,一度讓東軟感到絕望。2001年中國第一臺螺旋CT誕生於東軟,2004年東軟的雙層螺旋研製成功,但這時國際上的高端CT已經能夠實現64層了。

不過以東軟為首的國產大軍並沒有選擇退縮,一個重要原因是中國內有太多的中小醫院,低端的CT產品依然有它的市場需求。當時除了東軟外,安科、萬東醫療、新華醫療等老牌企業,以及成立不久的鑫高益、貝斯達、奧泰醫療等,成為了醫學影像市場的參與者。

國外的醫療設備巨頭當然不能將中國市場這塊肥肉拱手讓人,西門子、飛利浦、GE、東芝等跨國公司90年代就在中國建了分支機構,後來索性在中國成立了醫療設備公司。


進入21世紀,醫學影像設備的發展日新月異,各種影像設備分工明確。

X線用於胸部或骨科檢查,進入數字化時代,已發展成為數字X線成像設備(DR),國外西門子、飛利浦、GE、銳柯佔有大部分市場份額,國內的東軟、萬東相對領先。

超聲影像設備,從B超發展到彩超,再從全身彩超向專科彩超發展,臺式向便攜式發展,成像技術也在不斷創新。這類設備主要應用於孕期、膽囊疾病的診斷上。國內只有邁瑞醫療能在一眾外國公司中佔有一席之地。

還有,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。DSA是最準確的腦血管造影方法,分辨率最高,是診斷腦血管疾病的“金標準”,這個市場幾乎沒有中國公司參與。

21世紀初,CT的發展主要體現在排的數量上,但在2007年東芝推出320排CT後,探測器排數就再也沒有增加過。

當年東芝在RSNA年會上展出了320層CT Aquilion One,世界上第一臺探測器寬度達到了16cm的CT,它由320排0.5mm的探測器單元構成。

但是有利也有弊,由於探測器變寬,而X線球管的光源還是點光源,導致兩側的圖像變形嚴重,最初的設備需要很多的探測器單元的數據對中心的數據進行校正。後來算法的改進對這些偽影進行了優化,但是之後再沒有更寬探測器的CT推出了。不過,320排CT都夠中國追趕十幾年的。

西門子是唯一一家不再單純追求更多排數探測器的CT製造商,在2002年開始研究雙源CT項目。顧名思義,就是在CT上集成2個X線球管,2個探測器,關鍵是如何在不改變設備結構且不大幅增加掃描機體積的前提下實現。

經過不懈的努力,2005年RSNA年會上,西門子展出了世界上第一臺雙源CT:SOMATOM Definition。第一代雙源CT的時間分辨率達到了83ms,首次進入了100ms以內,這意味著,進行心臟CT成像將不需要控制心率。


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世界上第一臺雙源CT


西門子於2009年推出新款設備——SOMATOMDefinition Flash,再次成為世界上最快的CT掃描機。2013年西門子推出了新一代的雙源CT系統,SOMATOM Force是當今世界最強大的CT掃描機。

到目前為止,沒有任何一家中國公司能夠生產雙源CT。

MRI的發展同樣突飛猛進,勞特布爾和曼斯菲爾德因為在核磁共振成像技術領域的突破性成就,榮獲2003年的諾貝爾生理學或醫學獎。

MRI的發展一方面體現在磁場強度上,磁場越強,信噪比(信號與噪聲的比例)越大,這意味著物體可以在更高的分辨率下成像,或在相同的分辨率時成像速度更快。

早在80年代,臨床上就出現了1.5T磁共振,90年代初,又出現了3.0T磁共振。全球第一臺7T研究用MRI誕生於1999年。

另一方面,早期的磁共振系統大且笨重,長度通常達到250cm,重量在10噸以上。為了提高病人的舒適度和操作的簡易型,業界迫切需要短輕緊湊型磁體的問世。

在1988年的RSNA年會上,飛利浦展示了業內第一款緊湊型超導磁共振Gyroscan T5。從1993年到2001年,飛利浦相繼推出了第一款緊湊型1.5T MRI和3.0T MRI,其磁體長度均為157cm。

此後MRI的體型不再有大的變化,業界主要專注於3.0T以上的超高場磁共振。2017年,第一臺7T MRI在美國和歐洲被批准用於臨床。相比於3T,7T MRI擁有更高的分辨率,診斷更加精確。


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普通3T MRI掃描(左)與德國9.4TMRI掃描(右)分辨率對比


除了7T MRI已被應用於臨床,在美國、歐洲還有幾臺超過10T的超強MRI。但是隨著磁場越來越強,會產生一些生物學上的副作用,一些研究人員推測,14T以上的MRI操作可能會導致神經傳導減慢,刺激周圍神經或損傷DNA。

所以在對在7T及以上的儀器中,全世界都非常謹慎,在解決這些副作用之前不敢貿然應用於臨床。目前,全球保有量最多的是1.5T MRI,而更新換代主要是用3.0T取代1.5T。

隨著技術的進步,CT、MRI的診斷結果越來越準確,但是總有無法觸碰的盲區,比如癌症的早期診斷,早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來,需要用到發射型計算機斷層成像(ECT)。

在使用ECT時,首先給人體內注射某種藥,這種藥會在某個特定的地方扎堆,同時釋放γ射線,然後在人體外邊用γ相機探測哪裡放了射線就知道這個藥都聚在哪裡了,根據不同成分在不同組織的聚集濃度的不同而呈現出人體不同組織活性強度的差異,得出人體內部圖像。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

ECT成像


由於早期的癌細胞不會導致組織上明顯的差異,所以CT很難顯示出來。而ECT可以通過查看細胞活性的差異來進行癌症的早期診斷——癌細胞的活性一般比普通細胞和組織要高很多。

ECT包括SPECT和PET,其中,PET由於藥物的特殊性,一次性只往兩個相背的方向放兩個射線,這樣可以用兩個機器在人體兩側一起檢測,獲得的圖像更準確、更高效。

雖然PET圖像對病變程度的檢測靈敏度高,病灶邊界顯示清楚,但存在解剖結構不夠清晰的缺陷,必須要與CT結合起來診斷。

但是,靠目測試圖匹配這兩種來自不同儀器的掃描結果時,病患者腫瘤的確切位置仍然無法確定,這種情況下,醫生們提出一個設想:能否將PET和CT集成為一臺機器?

1995年,D.W. Townsend等三位科學家開始為期3年的研究,即將專用PET和螺旋CT組合為一體的PET/CT,經過300餘例的臨床試驗後,於1999年6月在美國第46屆核醫學年會上發佈其原型機成功,次年被《時代》雜誌評為“年度醫學發明”。

與CT檢查比較,PET/CT不僅具有CT顯像的高分辨率的解剖圖像,更能提供PET顯像帶來的代謝顯像。與傳統的PET比較,PET/CT對病灶的定位更為精確,探測靈敏度大為提高,檢查時間大大縮短,受檢者更為舒適,同時避免了某些單純PET陰性腫瘤的漏檢。


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從左至右依次為PET影像、CT或MRI影像、融合影像


2001年首臺商業PET/CT安裝在瑞士蘇黎世大學醫院正式使用。接著,GE、西門子、飛利浦等公司也陸續推出多款高靈敏、高分辨率、高清晰度和具有更多功能的PET/CT,每一臺設備的價格是CT的五倍左右。

隨著2003年帶16排CT的全身PET/CT開始商用,全球各大廠商停止了單獨PET的生產銷售,2004年全球已安裝400多臺PET/CT,2005年僅一年又售出500多臺。我國至2007年也已擁有PET/CT近90臺,但在當時只有GPS等少數公司能夠生產,必須100%進口。

在PET/CT的帶動下,其他的融合影像設備也在逐年發展,特別是PET和MRI的融合。

2010年,西門子在RSNA年會上推出全球首款一體化PET/MR——Biograph mMR系統,將最好的PET和最先進的3T磁共振整合為一體,一次掃描即可同時完成PET和MR檢查。

PET/CT與PET/MR的區別,實際上就是CT和MRI的區別,二者在全身掃描過程對於不同部位臟器各有優勢。正如前文所說,CT多用於腫瘤診斷,軟組織疾病就要用到MRI。


21世紀初,是醫學影像技術發展最快的時期,國產設備同樣發展迅猛。特別是東軟從2004年開始與飛利浦持續了長達9年的合作,東軟的CT技術突飛猛進,在2012年自主研發成功中國第一臺64層螺旋CT。

但是國產設備整體上和進口設備仍有較大差距,2012年,國外螺旋CT增加到320層已經過去了五年,西門子的雙源CT也成為了一款成熟的產品。

MRI領域差距同樣不小,1992年我國從西門子引進第一臺場強1.5T的MRI時,安科才研製出中國第一臺超導磁共振(0.6T)成像系統,國產1.5T超導磁共振直到2007年才由奧泰醫療造出第一臺,事實上中國在2002年就引入了第一臺3.0T MRI。


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奧泰1.5T超導MRI


中國大型醫學影像設備長期落後國外十幾二十年,核心技術缺失是中國企業最大的痛,直到2016年,國內仍不具備核心零部件的自主研發能力。

以CT為例,CT核心技術包括探測器、X線球管、高壓發生器、滑環和數據傳輸、採集系統以及圖像重建算法,目前這些核心部件佔CT成本六成以上,但國產尚無能力自主生產,基本為外購。


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CT裝置掃描系統內部


CT的最核心部件探測器,國內生產企業目前只有組裝集成的能力,沒有生產閃爍體材料以及ASIC等核心部件的技術和人才。閃爍體材料國內主要購自東芝和日立的GOS閃爍體材料;ASIC芯片國內主要的購買廠家為Analog Device Inc和Texas Instruments。

對於國際頂尖企業,他們都擁有自身的探測器核心技術,GE採用Hilight(一種透明陶瓷)和Gemstone(寶石,公司保密具體材料組成)兩種稀土陶瓷探測器,西門子擁有自己的GOS高速稀土陶瓷探測器生產線。

進口高端CT貴就貴在探測器,每個探測器單元價值幾萬元,最高端的320排CT探測器要上千萬元。

X線球管的技術門檻也不低,目前國內能生產5MHU以下的低端產品,高端產品主要進口Dunlee和Varian的8MHU的球管。而GE、飛利浦、西門子均擁有自己的大容量球管產線。

滑環國內可以生產,但是國產的滑環帶寬一般不超過10G/s,還達不到數據傳輸對滑環帶寬的要求(20~40G/s),高速滑環的供應商主要是德國Sliefring和美國的Moog公司。

再以磁共振設備為例,MRI技術壁壘包括五個方面,分別為磁場技術、射頻技術、勻場技術、梯度技術以及成像技術。目前國內除聯影外尚無自主生產3.0T高場強磁體的能力,國內也只有聯影推出了3.0T MRI。


除了缺少核心技術,造成21世紀頭十年國產影像設備發展緩慢,還有兩大原因,一是缺少政策支持,二是缺少資本支持。

雖然存在東軟、萬東(後被魚躍收購)等有國資背景的企業,但也有鑫高益、貝斯達、奧泰等資本實力不算太強的民企,當時的資本市場,除互聯網以外的項目很難融資。

但是到了第二個十年,此前缺少的條件均已具備,國產影像設備就有了突飛猛進的發展。這個時期,一批新的參與者開始進入市場,上海聯影、開普醫療、康達洲際、明峰醫療、賽諾威盛等公司都在2010年之後成立,朗潤醫療也在稍早幾年成立。

2014年8月,國家衛計委和工信部聯合召開推進國產醫療設備發展應用會議。表示為推動國產醫療設備產業發展,將重點推動三甲醫院應用國產醫療設備,建立主動使用國產醫療設備激勵機制。

此後,國家相繼出臺了《中國製造2025》《“健康中國2030”規劃綱要》《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》等。

2017年,國家發改委印發了《戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄》2016版。在醫療器械產業上,《目錄》劃定了四大重點方向,其中醫學影像設備被放在首位。

之所以國家要不遺餘力地支持醫學影像設備國產化,一個原因是市場前景廣闊,更重要的原因是,我國高端醫療設備長期依賴進口,從而造成看病貴的問題。同樣一臺1.5T MRI,在美國售價為75萬美元,在中國市場卻高達1200萬元人民幣,而且還要承擔高昂的維護費用。

最近十年的醫學影像行業,東軟、安科、奧泰、鑫高益、貝斯達等老牌企業的技術實力不斷提升,聯影、明峰、開普等初創企業也在強勢崛起,而且誕生了聯影這樣的獨角獸。

上海聯影醫療科技有限公司,在2011年成立時就含著金湯匙,公司大股東上海聯合投資有限公司是上海國資委100%控股公司,而跟聯影同一時期成立的公司都沒有這樣的背景。

聯影的迅速崛起,很大程度上在於對人才的重視,公司的多位高管都有西門子的背景。

公司在籌備之初就找來曾任西門子磁共振有限公司總經理的薛敏博士擔任董事長&CEO,聯合創始人張強博士在西門子任職長達十餘年。2017年,曾任上海西門子醫療器械有限公司首席執行官兼總裁的夏風華,離開了其任職長達13年的西門子,跳槽到聯影擔任首席運營官。

去年聯影又公佈了一則重磅消息:原西門子醫療首席執行官Hermann Requardt正式出任聯影資深科學顧問,為聯影在商業、技術、產品研發上的創新提供戰略指導。


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原西門子醫療CEO:Hermann Requardt


目前在聯影的團隊中,包括6位“國家千人計劃”,8位“上海千人計劃”專家,110多位海歸科學家,200餘位博士,500多人具有在國際大公司和行業知名企業工作經歷。研發團隊逾1400人,佔公司全部人數的一半以上。

正是源於對人才的重視,近年來聯影在醫學影像設備上的發展突飛猛進。就在2014年,聯影研製成功中國首臺具有自主知識產權的3.0T磁體,中國首臺超大孔徑1.5T高性能MRI獲得CFDA認證並推向市場。

後來就發生了那件所有人都知道的事,同年5月,領導人蒞臨聯影參觀考察,走之前留下了一句“要讓民族品牌大放光彩”。

2015年,聯影正式推出自主設計的128層CT uCT 760,與東軟的中國首臺128層CT幾乎同時發佈。同年,聯影在3.0T磁體的基礎上研製出中國首臺3.0T磁共振系統uMR 776,以及世界首臺超清高速96環光導PET/CT uMI510,先後獲得了中國、日本、歐盟的市場準入。

從3.0T MRI到128層CT再到PET/CT,聯影是所有中國廠商中起點最高的。

除了聯影,東軟和明峰兩家也在2016年推出了各自首臺PET/CT,三家企業中,聯影的優勢是資本和人才,東軟的優勢是十幾年的技術積累,而明峰作為一家在2011年成立的民企,能成為中國第三個研製出PET/CT的公司實屬不易。

三家中國公司能夠自主研製PET/CT可謂意義非凡,打破了中國高端醫療器械市場長久被進口產品壟斷的現狀,而且國產設備價格至少比進口設備少一半,各地新醫改政策隨之下調了大型設備檢查治療價格。

2017年,聯影又發佈了其與美國分子影像科研團隊攜手打造的世界首臺全景動態掃描PET/CTuEPXLORER,號稱能夠看到大腦如何指揮各器官工作。與此同時,第一臺聯影96環光導PET-CT銷售到了日本。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

聯影uEXPLORER


同年9月,聯影成功完成A輪融資,融資金額33.33億元人民幣,是截至當日中國醫療設備行業最大單筆私募融資。聯影首輪融資的估值高達333.3億元,一舉躍升為行業獨角獸。

2018年是聯影又一個重要年份。10月,聯影自主研發國產首臺一體化PET/MR獲國家藥品監督管理局認證,正式推向市場。

11月,在芝加哥召開的RSNA年會上,聯影展示了中國首臺超高端640層CT,其搭載的320排寬體探測器可實現單圈軸掃16cm的覆蓋範圍,擁有0.25秒的超高轉速,與此前東芝發佈的一款超高端320排640層CT基本一致。


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中國首臺超高端640層CT


2019年1月22日,聯影宣佈uEXPLORER全身PET/CT獲得了美國食品藥品監督管理局(FDA)批准,產品將在2019年初在美國上市。短短數年,聯影創造了國產影像設備多個第一。


雖然以東軟、聯影為首的國產設備正不斷拉近與GPS的差距,但是中國醫學影像市場仍未打破GPS一家獨大的局面。

根據影像之家網站統計,2017年CT設備GPS在中國的市場份額80%,另外佳能(東芝)還有10%,國產設備只能瓜分剩下的10%,其中東軟佔7.4%,聯影占1.1%。在MRI領域,GPS的市場份額更高(85%),不過東軟、聯影和奧泰擠入了前六。PET-CT等核醫學設備,GPS的市場份額高達94.5%,剩下是佳能(東芝)和其他。DSA(血管造影)幾乎被GPS和日本公司100%壟斷。


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CT(左上)、MRI(右上)、DSA(左下)和核醫學設備(右下)的市場份額



雖然過去一年多,國產設備又取得了長足進步,但是市場格局很難有大的改變。

國產設備進入市場尤其是三甲醫院仍然面臨挑戰:一是由於高端醫療設備市場長期被進口設備壟斷,三甲醫院的醫生已經習慣使用進口設備了;二是過去幾十年,國產設備大多以低質低價示人,用戶對國產設備存在根深蒂固的不信任感。

近年來我國影像設備也有出海的情況,但是多銷往非洲等落後地區。以MRI為例,2017年我國MRI設備出口數量為1436臺,進口數量為384臺,數量來看,國內出口數量遠高於進口數量。

但是金額方面,2017年我國出口金額僅為1.81億美元,同期進口金額達到4.63億美元。設備進口均價為120.46萬美元/臺,出口產品均價僅為12.58萬美元/臺,進口均價約為出口產品均價的10倍。

由此可見,國產設備的市場影響力仍然較小。但是也不必過度悲觀,政策支持和人工智能的應用是國產設備最大的機會。

根據中國醫學裝備協會統計,截至2017年底,我國CT設備保有量為19027臺,其中16排CT依然是保有量最多的類型,但64排及以上CT的比重正持續上升;MRI設備全國保有量達到了8289臺,1.5T佔比為2/3,不過3.0T的比重在上升,特別是三甲醫院。

未來市場機會,一是自然增長,二是更新換代,無法生產高端設備的廠商將不再具備參與這個市場的資格,國內少數幾家廠商將與跨國公司展開激烈競爭。

中國的市場空間有多大,可以看這樣一個指標:我國百萬人口CT設備擁有量由2013年的7.8臺,增長到了2017年的14.3臺,但是與日本(92.6臺)、美國(32.2臺)等發達國家尚存在一定差距,其他大型設備與發達國家的差距也是顯而易見的。

中國醫學裝備協會預計到2020年,我國CT設備銷量將達4026臺,按每臺581萬計算,市場規模將達234億元;MRI設備銷量將達4823臺,按每臺1008萬計算,市場規模將達486億元,增長空間巨大。

根據國家衛生健康委員會發布的《2018—2020年大型醫用設備配置規劃》,到2020年底,64排及以上CT全國規劃配置8119臺內,其中新增3535臺;1.5T及以上MRI全國規劃配置9846臺內,其中新增4451臺;PET/CT全國規劃配置710臺內,其中新增377臺。

如果說擺開陣勢競爭,國產設備很難佔到便宜,但是在政策扶持下,至少在中國市場會優先考慮國產設備,打破GPS的壟斷局面並非不可能。

比如2015年的一起烏龍事件,國家工商總局以“其在華業務是否存在商業賄賂和價格壟斷”為由,對GPS展開調查。後經相關各方及時澄清,該消息被證實為假新聞,但卻引發業界對醫療設備國產化的高度關注。

除了政策風向以外,人工智能的應用也是中國公司的機會之一。據統計,從2013到2017年,國內資本佈局AI醫療共86起,其中醫學影像數量最多,高達31%;2017年醫學影像AI企業融資超過40億元。

2017年,斯坦福大學跨學科的研究團隊,利用深度學習技術,採用近13萬的臨床數據進行訓練,測試了它在活檢證實的臨床圖像上的性能,人工智能達到了所有測試的專家的水平。

在同年RSNA年會上,飛利浦發布了革命性的人工智能平臺IntelliSpaceDiscovery 2.0(ISD2.0),中國柏視醫療作為唯一入選的AI公司,其基於CT/MRI的鼻咽癌放療臨床靶區自動勾畫系統已嵌入ISD平臺。

在國內,聯影於2017年注資3億成立人工智能子公司,並在2018年4月發佈uAI聯影智能平臺,併發布七大新品與一系列智能診斷應用。東軟也在2018年1月成立東軟智能醫療研究院,致力於人工智能與醫療診斷的融合。


40年突圍核心技術仍缺失?AI為國產CT帶來新機會

uAI聯影智能平臺發佈


現階段的醫學影像AI產品主要的應用模式是輔助醫生進行臨床診斷,過去即使有最先進的影像設備,診斷時也只能靠醫生的肉眼,所以AI的重要意義在於提高臨床診斷的效率、準確率。

這也是中國影像設備公司的機會所在,可以設想,兩臺性能、價格相近的CT或MRI,如果一家公司能夠提供更強的AI技術,客戶還會因為你是國產就低看一眼嗎?

在醫學影像的競爭中,如果說過去中國公司毫無還手之力,那麼從AI時代開始,中國將與GPS打一場真正的戰爭。科技突圍不相信眼淚!

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