前言:2021年是滨松中国成立10周年,10年间也恰逢中国光产业蓬勃发展,光子学技术应用已无处不在。在此之际,滨松中国携多家专业媒体,走访了相关行业的专家和头部企业,推出“与光同行”系列采访。以他们的角度,来回顾各自行业发展、展望未来,共同展现出一幅真实的、充满生机的中国光子技术及应用产业发展的画卷。医疗影像是光子技术应用的重要领域,CT是其中关键的一部分。此次我们将走进国产CT佼佼者之一的明峰医疗,一探国产CT从业者的创新与奋进。本文转自丁香园,原题为《汇集自主创新的磅礴力量,绽放国货CT的耀眼之光》。
1895年,德国科学家伦琴为其夫人拍下了第一张手部X线片,宣告了X射线的发现,同时也标志着医学影像学的诞生。自此,医生拥有了在活体上观察组织器官的技术平台。但因常规X线片是所有被照射身体结构的重叠影像,对于许多疾病来说,这样的图像无法满足诊断需求。人们因此有了一个新的梦想——获得没有结构叠加的断层图像。1972年,这一梦想借助计算机断层扫描(简称CT)得以照进现实,医学影像自此翻开全新一页。时至今日,CT的机架转速越来越快,探测器排数越来越多,X射线球管性能越来越高,而且还在引入光子技术探测器以及机器学习算法等颠覆性技术。在CT演进与创变的历史中,足可管窥人类对生命从“腠理”,到“肌肤”,再到“肠胃”的不断深入的认知历程。
在今天中国的CT市场,既有跨国企业的各领风骚,也有国潮新秀的大浪逐新。借滨松中国十周年“与光同行”光产业系列采访活动的机会,丁香园记者与滨松中国一起走进了明峰医疗位于浙江绍兴的总部基地。作为国产CT厂商的佼佼者,明峰医疗秉持着“明报国之志,攀科技高峰”的理念,在技术布局、产品研发、市场拓展等诸多领域都取得了亮眼成绩。公司总裁江浩川更是在很早的时候就已经加入了CT行业的“先遣队”,对行业有着深厚的感情和全面、深入的认知。在本次采访中,就CT技术的历史沿革、国产CT的发展现状等话题,与丁香园进行了深入交流。
江浩川博士:明峰医疗总裁兼明峰研究院院长、浙江省 CT 及分子影像技术重点实验室主任、浙江省领军型创新团队带头人、CT 探测器和材料方面的国际顶尖专家、宝石探测器和材料发明人、在明峰医疗主持科技部国家重点研发项目;拥有18项美国发明专利授权和30余项中国专利;发表了100余篇 SCI 学术论文,并在国际学术讨论会上作报告10余次,其中7次为特邀报告。
CT技术掀开医学影像全新一页
1979年末,万众瞩目的诺贝尔奖公布了结果。获得诺贝尔生理学或医学奖的两位科学家AllanM.Cormack与Godfrey Hounsfield既无医学背景,也无博士学位,一度引起争议。但事实上,二人对医学的贡献是划时代的。前者发明了用X线投影数据重建图像的数学方法,后者基于这些理论制成了世界第一台头颅CT机。
时间进入到1990年代,江浩川在拿到美国阿尔弗雷德大学陶瓷工程学博士学位后,选择加入GE并在公司CT探测器材料部任职首席工程师,主持宝石CT探测器材料和探测器的开发,是宝石探测器和材料的发明人。2014年,江浩川正式加入明峰医疗,担任总裁兼明峰研究院院长一职。研发科学家出身的他对CT的发展历程可以说是十分熟悉了。
江浩川任职明峰医疗后与主导研发的CT留影
他介绍道,CT工作原理是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描,由探测器接收透过该层面的X线,转变为可见光后,由光电转换器转换为电信号,再经模拟数字转换器转换成数字信号,输入计算机处理后形成图像。
纵观CT诞生以来约50历史,虽然其原理虽几无改变,但实现这些原理的技术却发生了若干次大的变革。在他进入行业之初,CT的核心部件探测器的材料正处于气体到固体的过渡期。传统探测器的材料是密封于高压金属腔内的惰性气体氙,在GE成功研发出第一款陶瓷闪烁体后,一举将探测效率较差的氙取代,而且还大幅提高了图像质量。几乎与此同时,滑环技术也横空出世。在此之前,扫描架通过电线接收电力,现在电力则通过滑环进行传输。整个测量系统在新开发的专为持续高速旋转而设计的轴承上运行,这一进步令螺旋CT的出现成为可能。
螺旋CT诞生10年后的1998年,因为多层技术的出现,多层螺旋CT应运而生。它的诞生被誉为CT技术的一次革命。传统的探测器每转只能扫描一个断面。在多层技术中,发光二极管分布在不同排的探测器部件上,可以各自独立地处理X线管传输的信号,因而每次旋转可以记录多个断面。多层技术的路线成为主流后,CT的发展进入到探测器迅速变宽的时期,平均每18个月,探测器的排数就增加一倍。明峰医疗自主研发的512层CT 放弃了平板探测器的设计,创新性的采用了自主研发的球面探测器设计,令图像质量得到进一步的提升。
江浩川将CT技术的快速发展类比为CT领域的摩尔定律。他谈到,技术的进步使得原先CT应用的禁区不断被突破,比如大面积CT灌注成像、心脏CT等,现已成为医院中的常规检查项目。
在2021年的第84届CMEF展会中,江浩川向媒体介绍明峰最新自主研发的512层 CT
创新驱动国产CT勇立行业潮头
CT设备制造有高度的技术依赖,产品随时面临更新换代的压力。生产商为了巩固并拓展市场份额,需要不断在科研方面持续高强度投入,但科研投入的产出具有不确定性,需要生产商具备较强的风险承受能力。这一特性赋予在影像领域有着长期积累的“GPS”(GE/Philips/Siemens)占据了先发优势。但是,这一态势在2011年左右出现了变化的苗头。包括明峰医疗在内的一批国产CT企业此时先后成立。
谈及这一现象,江浩川表示,这其实并非偶然。2011年之前,“GPS”在CT市场可以说拥有统治级地位,但人们对高科技产品的“造不如买,买不如租”的观念正在发生改变,积极开展自主研发成为越来越响亮的声音。为此在国家层面,对CT研发提供了一系列的政策倾斜和资金支持,明峰自主研发的512层CT就得到了科技部“十三五”重点研发专项的资助。在人才方面,中国CT市场的连年高速增长吸引了一批敢于尝鲜的创业者投身于此,成长于跨国企业的科研人员也纷纷加入到国产CT企业的行列中。
历经10年的发展,国产CT与“GPS”之间的差距已经越来越小。江浩川认为,从硬件方面,国产CT的图像质量完全可以与跨国企业同场竞技。这一点已获盲测结果的证实。但由于跨国企业有着数十年的积淀,在设备的操作、工作流的优化以及人机交互是否流畅等方面,国产CT还有不小的提升空间。他特别强调,CT的一些核心部件,国产CT厂商还不能自主生产,而“GPS”在这方面自主能力相对较强。尽管这些部件国产厂商可以从供应链中获得,但供应链在未来能否一直保持稳健还是未知数。为此,自明峰医疗创立以来,在探测器材料、X光球管以及滑环技术等方面,做了较大投入,力求降低这方面的风险。
明峰自主研发的探测器模块,突破了关键部件闪烁晶体
在与丁香园交流的过程中,江浩川专门谈到了CT与人工智能技术的融合。他表示,在人工智能的帮助下,能够更好地发挥CT的临床价值,是行业未来发展的重要方向。比如人工智能技术出现以前,进行剂量重建时需要用到迭代算法,以降低图像噪点,提高质量,但这种方法对算力要求较高,否则就会影响计算速度。应用人工智能后,计算速度显著提升,而且效果更好。除此之外,人工智能摆位在CT领域也有广泛的应用,患者在检查时,只需平卧于床上,CT机自动完成定位与扫描,医患可避免直接接触,在新冠疫情期间发挥了很大作用。江浩川补充道,人工智能在医学影像领域的应用还有很大潜力可挖,对于明峰而言,智能诊断将是未来发力的重点。二者的融合一方面可以赋能医生,帮助其做出更好地诊断,另一方面,也可提高基层医院的诊疗水平,弥合医疗资源的地区差异。
着眼长远,携手伙伴,同心共筑未来
历经十年胼手胝足的努力,明峰医疗的产品线已涵盖CT、PET/CT、MR、DR、超声等多个领域,CT和PET/CT的表现尤为抢眼。谈及这些成绩的取得,江浩川认为,这与高度重视人才与研发的发展思路息息相关。
在明峰医疗,青年科研工作者在CT研发过程中正在扮演越来越重要的角色。他谈到,希望进入这一行业的青年人首先应当保有开放的学习心态,在实践中学习,向资深的研发人员学习,从客户的需求中学习;其次,从事研发要有静气,切忌好高骛远,应从小题目做起,逐步提高自己对产品和行业的认知;最后,充分认识到时间和积累的力量。对研发来说,一蹴而就即能完成的工作不能称之为一项事业,厚积薄发才能做好的任务方有真正价值。江浩川谈到,选择这样的一份事业,其实也有一些情怀,如果单说追求快速的利益和金钱,现在也有很多别的行业可以去选择。但是还是希望能够通过自己学到的东西,去做出真正利国利民的科技产品,为中国高端医疗仪器制造的发展,贡献自己的一份力量。他也衷心希望,更多新加入行业的新一代的朋友们,也可以为自己所正在从事的这一份工作,充满自豪、责任和信心,并不断努力,砥砺前行。
江浩川同时表示,CT是一类涉及大量硬件和软件集成的技术密集型产品,离不开供应商的大力支持。明峰在选择供应商时,非常强调双赢的合作理念,且应拥有较高的技术水平。大家的目的要一致,目光长远且踏实肯干,保持良性的可持续的发展,为进一步拓展技术边界而共同努力。
滨松作为光电元器件的提供者,是明峰最为长期合作的供应商之一。江浩川强调,在明峰与滨松的长期合作历程中,业已建立起了高度信任的关系,无论是技术实力还是服务,对滨松有着很高的认可。大量产品的设计和研发,也都缺不了两家公司工程师的协同努力,有时候几乎不分你我,深入去探讨和实践各种技术实现的可能性。从某种角度讲,滨松这样的供应商,更像是明峰团队的延伸,而非单纯的合作伙伴。滨松最令人印象深刻之处是这家公司从不会大包大揽,胡乱承诺,但只要滨松应允设计方案可以实现,那么截止时间之前,保质保量的方案一定会摆在明峰的案头。长此以往,严谨做事的态度和互促进步的关系,也助力了彼此的成长,形成了可持续的良性循环,一步一步将技术往前不断地推进。
在具备高端医学影像设备生产能力的国产厂商中,明峰医疗已是不容忽视的名字。如何在此基础上,赢得市场和用户的更多认可,将是明峰医疗需要直面的艰巨任务。江浩川表示,面对这些挑战,明峰将以自主研发和自主创新为抓手,与合作伙伴携手共进,力争在CT领域绽放出更为耀眼的国货之光。
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