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我国高场磁共振医学影像设备打破国际垄断 实现自主研制与产业化

2021-11-17 09:20     来源:中国科学报     磁共振成像放射诊疗
一款高端医疗设备打破国际垄断的背后

产学研医协同持续攻坚硬科技,十年图破壁,会有什么收效?不久前举行的国家科学技术奖励大会给出了答案。

大会当日,由上海联影医疗科技股份有限公司(以下简称联影医疗)牵头,携手中科院深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)及中国人民解放军总医院、复旦大学附属中山医院共同完成的“高场磁共振医学影像设备自主研制与产业化”项目,荣获“2020年度国家科学技术进步奖一等奖”。

用该项目首席科学家、深圳先进院研究员郑海荣的话来说,这是一种“技术与产业弥散融合的科技创新方式”,各方十年如一日的无缝对接合作,促成了这一国产化高端医学影像设备的诞生。


联影3.0 T 磁共振在医院投入使用。 联影医疗供图

一项打破国际垄断的跨领域合作

这一项目含金量有多高?简单地说,项目成功研发出我国首台3.0T人体高场磁共振成像设备(简称3.0T磁共振)并实现整机制造与应用。打破了该领域的国际垄断,使中国成为继美国、德国之后实现高场磁共振全部核心部件自主研发的国家。

开展该项目的起点,要从我国高端医疗设备的进口依赖说起。

我国高端医疗装备主要依赖进口,是我国看病贵的主要原因之一。长期以来,由于无法掌握核心部件和技术,国产磁共振设备主要占据中低端市场,高端影像设备国产化率不足5%,3.0T磁共振更是100%依靠进口。由于进口设备价格昂贵,我国百万人口磁共振产品拥有量不足美日等国1/10。

作为“尖端医疗设备皇冠上的明珠”,磁共振设备是心脑血管、神经和肿瘤等多种重大疾病影像诊断的利器,而高场强磁共振不仅能让临床诊断更精准,还能为脑科学等前沿科技提供精细的结构和功能成像,是必不可少的科学仪器。

然而,磁共振的研发涉及学科门类繁多,技术体系精密复杂,研发难度极大,尤其高场磁共振研发更是壁垒高筑。

因此,当联影医疗刚开始找上复旦大学附属中山医院时,该院放射诊断科主任曾蒙苏一度很怀疑。

“合作之初,因为受以往国产高端医疗设备的固有印象的影响,我们还抱着怀疑的态度。”曾蒙苏说,“我已经工作了34年,我从一毕业就开始接触影像医学,很了解影像医学发展的历史脉络,了解什么才是真正的好。”

但在合作过程中,曾蒙苏真切感受到了联影医疗“是家有追求、有责任心、踏踏实实做事的企业”。早在成立之初,联影医疗与深圳先进院就围绕一系列“卡脖子”核心技术开展了联合攻坚。

“我们下定决心要改变行业现状,而改变的唯一途径就是自主创新。”联影医疗董事长兼首席执行官张强说,“项目启动伊始,我们就定下创新目标:必须深度融合产学研医各界力量,必须对标国际最先进水平,必须实现关键技术和核心部件的自主研发。这是一条最为艰难却注定能够长远的路。”

经过团队多年潜心研发、联合攻坚,项目取得了一系列重大突破。比如,深圳先进院与联影医疗合作,成功创建了软硬件协同的磁共振快速成像技术体系,构建了影像数据“稀疏采集、快速扫描、精准重建”创新的技术路径;攻克了系统核心部件,实现大功率高精度梯度与射频功放等信号激发与快速扫描关键技术的引领等。截至目前,项目获知识产权147项,其中国家发明专利124项、美国专利11项,突破了国际知识产权壁垒,构建了完备的自主知识产权体系。

融合创新生态是关键

项目能够取得成功,张强认为,打造适合产学研医融合创新的生态是成功的关键所在:“我们的项目合作打通了‘基础研究—临床应用—转化医学—产业转化’全链条,是企业、科研机构、医院深度融合创新的典范。”

“可以说这是一种技术与产业弥散融合的方式,背后是十年如一日的无缝对接合作。”郑海荣说,双方通过战略合作实现顶层设计,以产业转化为目标,随后通过共同申请项目确保密切技术合作,并联合培养人才,实现了人才与资本的双向流动。

深圳先进院的机制创新也发挥着重要的保障作用。深圳先进院院长樊建平介绍说,深圳先进院在内部划定了“科研特区”,不唯论文、不唯项目论英雄。“10年里,对于参与这个项目的一些科研人员,深圳先进院不以申报项目、发表论文为考核指标,也不因此影响他们工资收入、职称评定,为的就是让他们安心攻克一个科研难题。”

考核评价机制的创新兜底,犹如一根指挥棒,将他们引向了创新无人区。

临床医院的融合加入同样不可或缺。“要解决的痛点问题来自于医院,使用过程中发现的问题也来源于医院。”张强介绍说,设备在刚研发出来的时候,往往需要通过顶尖高校、医院在使用过程中发现问题,不断磨合解决问题,才能让设备优化改进,“这也是个不断创新的过程”。

过去几十年,囿于行业发展,我国许多三甲医院都只用已在发达市场打磨成熟的进口设备,国产高端设备创新链条上缺失产医融合的环节。在3.0T磁共振的研发中,中国人民解放军总医院和复旦大学附属中山医院成为第一批“吃螃蟹的人”。

“联影医疗的磁共振设备早在2014年底就进驻了我们医院,早期设备不成熟,我们在临床使用过程中与联影医疗一起不断调整和打磨设备,优化磁共振的序列、参数、系统的整体性能,让设备更加贴合医院的临床需求。” 中国人民解放军总医院放射诊断科主任马林回忆道,“如今联影医疗图像质量、扫描速度各方面都达到国外产品的同等水平,某些领域甚至实现了超越。”

不仅如此,在该项目中,基于强大的工程师、科学家团队和设备最新技术,中国医生还能通过产学研深度、开放的合作,共同参与原创性科研,实现源头创新,并孵化前瞻性的科研成果,有效推动产医转化。

“到前线才能学会打仗”

目前,高场磁共振医学影像设备这一项目已经实现产业化和临床应用,并培养构建了一套完备的生产制造与供应链体系。基于此,联影医疗业已推出多款高场强磁共振设备,包括超大孔径75厘米磁共振uMR OMEGA、全身5.0T磁共振uMR Jupiter以及一系列高端科研型3.0T磁共振等,这些产品也获得我国三甲医院的认可,并且深入到全国近千家医院,助力攻克重大疾病,服务脑科学等重大前沿科研探索。

有感于这一产学研医融合创新生态机制所取得的成就,曾蒙苏感慨,21世纪的科学研究的发展有两个重要方向,一是团队科学,科研已经不是一个人的单打独斗,必须要依靠团队合作;二是学科交叉融合。

具体到医疗器械领域,曾蒙苏认为,学科交叉、知识交叉,必须通过产学研合作,才能产生更多新想法,解决实际问题。医生根据临床需求,提出需要解决问题的方向,企业不断完善产品,提供更先进的技术和设备,让临床有了更多的解决问题的工具,临床反过来为这些技术提供更丰富的场景,相互促进,融合创新。

“科学无止境,技术无止境,唯有这样,才能不断进步。”曾蒙苏说。

郑海荣也感触良多。他说,在深圳先进院,科研团队会要求研究生扎进企业共同学习、到各地医院调研需求,“只有到了前线,才能学会怎么打仗”。

“一流的科学家与一流的工程师紧密配合,朝着共同的目标前进,就能将产学研医深度融入到每一环节。”樊建平表示,研究院和企业有机结合在一起,能有效降低科技成果转化的风险,形成一种创新生态。

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