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拙钝的探测器模糊了医学影像

导读: 由于速度和视野的限制,给跳动的心脏准确成像是CT机诞生后几十年内没能达成的使命。近年来,一些进口高端CT机通过技术创新有所突破,主要是在探测器上下足功夫。

给奔跑的博尔特拍照,很容易“虚”。给跳动的心脏拍照,CT(电子计算机断层扫描)也有相似的难题。

雪上加霜的是,传统CT的断层“视野”太窄,就好比“门缝里看博尔特”,拍个全身还必须拍好几张拼出一幅图。

由于速度和视野的限制,给跳动的心脏准确成像是CT机诞生后几十年内没能达成的使命。近年来,一些进口高端CT机通过技术创新有所突破,主要是在探测器上下足功夫。“进口的高端CT机为什么贵,一些实力雄厚的医院购买也要掂量掂量,主要贵在探测器上。”一位医学影像设备研发人员介绍,每个探测器单元价值几万元,最高端的320排CT探测器要上千万元。

不掌握核心工艺

“排”是指CT扫描机探测器的阵列数,排数越多,探测器宽度越宽,一次扫描完成的宽度也就越大。如果CT探测器配备了320排探测单元,每排0.5毫米,一次扫描就可覆盖正常成年人的心脏。

在接收X射线的同时,探测单元还必须成矩阵地高速旋转,速度之快就像“武功高手”能让一个弧面围成一个“铁桶”,而每旋转一圈就要从2400—9600个不同角度对心脏的投影成像,感应速度要快,才能使整个心脏的一管一脉在这个“铁桶”里被捕捉。

工艺方面,探测器的拼接工艺要求极高,排数越多生产工艺复杂程度成倍数增加。两个探测单元排列在一起,中间的间隙如何做到最小,多个单元如何排列才能让探测器单位面积上接收到X光的效率最高,这些都是工艺上要考虑的问题。

中科院自动化研究所、中科院分子影像重点实验室副研究员王坤表示:“探测器具体的制造工艺是商业机密,企业是不可能披露的。就好比相机镜头在专利中可以呈现如何设计并描述抛面形状,但不会透露加工方法和镀膜材料。”

中科院分子影像重点实验室团队做过一次调研显示,在传统医学成像(CT、磁共振等)上,我国最早的专利比美国平均晚20年。在专利数量上,美国是我国的10倍。这意味着整个产业已经完全掌握在国外企业的手里了,所有的知识产权,所有的原创成果,所有的科研积累都在国外,中国只占很少的一部分。更现实的情况是,在这一“赛道”中,已领先发展50年的国外龙头企业布下大量的“专利”壁垒,限制了后来者的跟随和超越。

材质是机密

“X光射线穿过生物体后,由探测器捕捉。探测器捕捉灵敏度如何,单位面积上能获得X光的感应力度如何,决定了探测器的好坏。”王坤解释,这取决于探测器使用的感应材质。

业内一篇题为《谁是顶级CT的老大?》的文章中列举了飞利浦、西门子等顶级医学影像设备制造商的CT机。对于探测器选用的材质,各大国际生产企业都讳莫如深,犹如独门机密般以代号性词语描述——GE将其Revolution CT的探测器晶体命名为“宝石”,而西门子则称其为“独有光子晶片”。

相关资料显示,CT成像系统中探测器的首选方案为闪烁探测器,其中的关键部分是可将入射的不可见X光子转换为可见光的闪烁晶体或荧光物质,完成后续成像。中国闪烁晶体从业的科研人员较少,闪烁晶体方面的人才培养单位只有上海硅酸盐所等个别单位,自主开发的新型闪烁晶体较少,晶体生长和性能研究方面的结合较少。

在晶体材料研发和生产的困窘之下,也有企业试图从海外谋求出路。例如,东软医疗于去年对国外某领先的CT探测器核心材料制造商完成战略投资。这样的购买行为是否会买回核心技术还需时日验证。

苦追无益,换条赛道破题

“目前国产医学影像设备的大部分元器件依赖进口”,王坤说,国内企业如果从头研发将根本无法盈利,而且至少要花10年、20年才能达到别人的现有水平。而到那个时候,最先进的医学影像技术又发生了变化,还是竞争不过国外的企业。

如何摆脱跟着别人走的窘境?业内人士认为,与其在过去的传统影像上竞争,不如在新的、更前沿的影像领域直接和国外展开竞争。

可竞跑的新赛道中就有“分子影像”,即通过把造影剂打到人体内标记生物分子,进而看到人体内基因、蛋白等分子变化,可直接在活体上看到体内分子活动。分子影像的概念1999年才在国际上被提出,我国2002年跟进。现在在该领域的论文发表、知识产权积累、国际国内专利数量上我国跟国外差不多。

“分子影像这条道路上,我国目前与国外齐头并进。”王坤认为,科学研究有基础才能支撑起产业的持续发展与竞争力。据了解,中国科学院分子影像重点实验室已研发出可在手术中导航的成像仪,在等待国家食药监总局的认证批准,其元器件全部实现国产化。相关的分子探针也已进入新药审批流程。

除了在新领域上抢占先机,国家也已经启动了相关研发计划,立项提出了明确的目标,推动高端CT仪的生产和制造,以解决高端CT依赖进口的“卡脖子”问题。

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