與共和國共成長
——我國醫(yī)學(xué)影像裝備研發(fā)的70年發(fā)展

王廣志

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系，北京 100084

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和裝備是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)。1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X線，奠定了醫(yī)學(xué)影像的科學(xué)基礎(chǔ)，而20世紀(jì)50年代以來的現(xiàn)代科技革命，特別是電子科學(xué)技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信息科學(xué)、材料科學(xué)等工程科學(xué)與生物物理、生物化學(xué)的緊密交叉，使現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，新的成像手段和成像模式層出不窮，并極大地推動了生物醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷治療方式的轉(zhuǎn)變，如今，無論在醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究中還是在臨床診斷治療中，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)均起著舉足輕重的作用。回顧我國醫(yī)學(xué)影像裝備的 70年發(fā)展，走過了一條凝聚了幾代人不懈努力、突破重圍，與共和國一起成長的艱辛歷程。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是技術(shù)復(fù)雜、系統(tǒng)性強(qiáng)、光機(jī)電算一體化的高科技醫(yī)療器械產(chǎn)品，對基礎(chǔ)工業(yè)支撐的要求非常高。1949年中華人民共和國建立時，我國的工業(yè)基礎(chǔ)十分薄弱，整個醫(yī)療器械工業(yè)幾乎為空白，在材料、設(shè)計、加工、制造等方面均沒有基礎(chǔ)，也缺乏從事醫(yī)學(xué)影像設(shè)備工程研究的專業(yè)人員。70年來，中國的醫(yī)學(xué)影像產(chǎn)業(yè)和工程人才培養(yǎng)正是在這種一窮二白的基礎(chǔ)上，靠幾代人的不懈努力，砥礪前行，經(jīng)歷了從無到有、從低到高、從少到多、從小到大的發(fā)展歷程。從事醫(yī)學(xué)影像設(shè)備研究的工程人員也從早期的從其他學(xué)科轉(zhuǎn)行，到形成系統(tǒng)的專業(yè)人才培養(yǎng)體系。

從國產(chǎn)X線、超聲、MRI、核醫(yī)學(xué)等四大影像技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，均可以清晰地看到從最初簡單的仿制、到合資引進(jìn)、消化吸收，再到自主研發(fā)和自主創(chuàng)新的發(fā)展歷程。

以X線影像設(shè)備的研發(fā)為例，1952年上海精密醫(yī)療器械廠研發(fā)出第一臺國產(chǎn)200 mA醫(yī)用診斷X線機(jī)，但其關(guān)鍵部件如X射線管、高壓整流管等均為進(jìn)口部件。經(jīng)過聯(lián)合攻關(guān)，1956年開始自行研發(fā)出關(guān)鍵部件并進(jìn)行整機(jī)生產(chǎn)。此外，如北京醫(yī)用射線機(jī)廠于20世紀(jì)70年代初研發(fā)300 mA 125 kV雙床雙管診斷X射線機(jī)，在國內(nèi)率先采用雙旋轉(zhuǎn)陽極球管配置。改革開放以前，由于基礎(chǔ)工業(yè)配套不完善，設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)水平低，人才資金短缺，在產(chǎn)品性能和質(zhì)量上一直落后于發(fā)達(dá)國家。

在超聲醫(yī)學(xué)設(shè)備方面，1958年我國第一臺A型超聲診斷設(shè)備在上海問世，1960年國內(nèi)首臺B型超聲診斷儀誕生，1961年國產(chǎn)的M型超聲儀應(yīng)用于臨床，隨后又研發(fā)出超聲多普勒診斷儀。但總體技術(shù)水平與國際尚有很大的差距。

改革開放以后的20世紀(jì)80年代到90年代，一大批醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)廠家開始采用以引進(jìn)合作而求發(fā)展的模式，特別是在超聲成像設(shè)備和X射線診斷設(shè)備方面，一段時間內(nèi)形成了“以市場換技術(shù)”的局面，以致隨后的X線斷層掃描設(shè)備（CT）和MRI設(shè)備研發(fā)，在初期均采用合資企業(yè)生產(chǎn)或者利用進(jìn)口部件在國內(nèi)組裝的形式。其根本原因是當(dāng)時國內(nèi)的人才和技術(shù)積累以及工業(yè)基礎(chǔ)均很薄弱，尚無法形成優(yōu)質(zhì)的工程人才隊伍和進(jìn)行系統(tǒng)性的技術(shù)研發(fā)。

21世紀(jì)以來，隨著國家改革開放的不斷深化，特別是黨的十八大以來對人才的重視和大力度的吸引人才政策，以及近10年國家對高性能醫(yī)療設(shè)備研發(fā)支持力度的大幅度提升，吸引了一大批國內(nèi)外優(yōu)秀人才投身醫(yī)學(xué)影像研究和產(chǎn)品開發(fā)中，在影像設(shè)備研究、設(shè)計和制造的各個方面均呈現(xiàn)出全新的格局。特別是近年國家將高端醫(yī)療影像設(shè)備列入了科技規(guī)劃中重點關(guān)注的產(chǎn)品，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)學(xué)研用檢的全鏈條設(shè)計，促進(jìn)了企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)與醫(yī)療單位協(xié)同攻關(guān)，各種主流的高質(zhì)量、高分辨率及多功能的影像設(shè)備和成像技術(shù)正被逐一攻克。同時，21世紀(jì)以來數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的科技浪潮，給新型影像技術(shù)的研究和創(chuàng)新設(shè)備的發(fā)展提供了更廣闊的空間，形成了醫(yī)學(xué)影像研究開發(fā)上獨有的中國風(fēng)景。

在MRI技術(shù)方面，我國MRI產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起源于20世紀(jì)80年代末，早期的技術(shù)發(fā)展較為緩慢，近年已經(jīng)呈現(xiàn)出奮起直追之勢。1989年和 1992年，深圳安科高技術(shù)有限公司分別研制成功了第一臺國產(chǎn)永磁磁共振成像系統(tǒng)和第一臺國產(chǎn)超導(dǎo)磁共振系統(tǒng)，但在應(yīng)用開發(fā)和持續(xù)開發(fā)方面均不夠完善，關(guān)鍵技術(shù)和部件仍依賴進(jìn)口。2007年，奧泰公司研制成功第一臺具備自主知識產(chǎn)權(quán)的1.5T超導(dǎo)磁共振系統(tǒng)，掌握了超導(dǎo)磁共振系統(tǒng)的制造技術(shù)。在國家支持下，“十二五”期間，已經(jīng)有多家企業(yè)完成了 1.5T超導(dǎo)磁共振系統(tǒng)產(chǎn)品化工作；2015年，上海聯(lián)影發(fā)布了中國第一臺動態(tài)多極3.0T磁共振系統(tǒng)，利用動態(tài)多極調(diào)節(jié)技術(shù)，大幅提升了成像質(zhì)量，標(biāo)志著國產(chǎn)磁共振進(jìn)入了3T時代。截至目前，聯(lián)影公司生產(chǎn)的人體3.0T及1.5T磁共振成像系統(tǒng)在全國近30個省、市、自治區(qū)已裝機(jī)超過400臺，并已進(jìn)入一批三甲醫(yī)院。

在CT技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化研究方面，同樣經(jīng)歷了一個從攻關(guān)仿制到以市場換技術(shù)，再到自主研發(fā)的曲折道路，一批企業(yè)經(jīng)歷了艱難的研發(fā)歷程。以東軟的CT產(chǎn)品和技術(shù)發(fā)展為例，1989年東北大學(xué)計算機(jī)影像中心開始國產(chǎn)CT的整機(jī)開發(fā)，1994年完成了CT原型機(jī)研制并通過檢測，1997年推出首臺具有自主研發(fā)的全身CT，標(biāo)志著CT技術(shù)被少數(shù)發(fā)達(dá)國家壟斷歷史的終結(jié)。從第一臺國產(chǎn)CT，到2000年第一臺國產(chǎn)螺旋CT，再到2004年第一臺國產(chǎn)雙層螺旋CT，2009年第一臺國產(chǎn)16層螺旋CT，2012年第一臺國產(chǎn)64層螺旋CT，2015年第一臺國產(chǎn)128層螺旋CT，國產(chǎn)CT的成像速度與質(zhì)量不斷提升，在某些性能指標(biāo)上還實現(xiàn)了超越，產(chǎn)品的市場地位迅速提高，邁向國際高端CT的主流競爭行列。

在超聲醫(yī)療設(shè)備研究方面，經(jīng)過幾十年的建設(shè)，已經(jīng)在高校中建立了條件完備的超聲醫(yī)學(xué)工程實驗室，并在超聲診療新技術(shù)方面做出了許多創(chuàng)新成果。例如，研發(fā)的超聲剪切波成像為肝硬化和乳腺癌等重大疾病的臨床早期診斷提供了關(guān)鍵依據(jù)，該技術(shù)利用超聲波獨特的力學(xué)效應(yīng)，實現(xiàn)對人體組織生物力學(xué)參數(shù)的無創(chuàng)定量測量?？蒲袌F(tuán)隊在超聲輻射力理論、彈性成像方法、信號處理與成像技術(shù)和臨床應(yīng)用等方面開展了大量工作，獲得2017年國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

在超聲診斷產(chǎn)品研發(fā)方面，邁瑞、開立等國產(chǎn)超聲品牌憑借性價比、快速服務(wù)等優(yōu)勢，開始從低端起逐步搶占進(jìn)口產(chǎn)品的市場份額，并不斷提升技術(shù)水平和產(chǎn)品檔次。通過與國內(nèi)研究單位和高校所研發(fā)新技術(shù)的融合，有力地提升了產(chǎn)品的競爭力，例如邁瑞2016年推出的Resona-7彩色多普勒超聲，基于超聲業(yè)內(nèi)最前沿的域成像技術(shù)，突破了傳統(tǒng)超聲波束合成在成像空間分辨力和時間分辨力的技術(shù)限制，在域掃描、全域動態(tài)聚焦、智能聲速匹配、全息域技術(shù)等方面實現(xiàn)突破，并結(jié)合實時融合成像、智能分析、新型血流示蹤等新技術(shù)，在國內(nèi)外市場上均成為名符其實的高端產(chǎn)品。

在核醫(yī)學(xué)影像裝備研發(fā)方面，國內(nèi)企業(yè)通過努力已經(jīng)掌握了PET和SPECT裝備的核心技術(shù)，并研發(fā)出多種產(chǎn)品推向市場。在國家鼓勵國產(chǎn)高端醫(yī)療設(shè)備行業(yè)發(fā)展政策的引導(dǎo)下，聯(lián)影自主研發(fā)了 PET/CT系統(tǒng)和核心部件，突破了一批關(guān)鍵和共性技術(shù)并持續(xù)取得新的突破，2014年12月首臺96環(huán)高清PET/CT取得注冊，2016年11月首臺112環(huán)數(shù)字光導(dǎo)PET/CT取得注冊，并順利打入國外市場。2018年12月獲得FDA認(rèn)證的uEXPLORER全景動態(tài)PET-CT，其同步掃描范圍達(dá)到2 m，使國產(chǎn)技術(shù)一舉登頂全球核影像設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域的至高點，被世界頂級科學(xué)雜志Physics World列為“2018全球十大科學(xué)突破”，并被Science、Nature等權(quán)威雜志作為重大創(chuàng)新成果進(jìn)行報道。與此同時，國內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)掌握了飛行時間PET的核心技術(shù)，并在高時間分辨的信號獲取上具有獨特技術(shù)，提升了產(chǎn)品性能，具備了國際競爭力。

隨著人工智能研究的快速發(fā)展，在醫(yī)學(xué)影像研究中采用統(tǒng)計模型和深度學(xué)習(xí)的研究也成為熱點。人工智能與放射診斷學(xué)領(lǐng)域的結(jié)合，一方面可以解決低劑量掃描下成像質(zhì)量的提升，為裝備賦能；同時也進(jìn)一步拓展了傳統(tǒng)影像學(xué)對疾病的認(rèn)知和識別能力，通過對多維圖像特征的人工智能分析，可以產(chǎn)生超越灰度圖像數(shù)據(jù)的高維信息。通過與實驗室診斷等數(shù)據(jù)的整合和醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析，可以構(gòu)建深層次影像特征與疾病特征的關(guān)聯(lián)，成為揭示疾病機(jī)制和個體化診療的利器。

“不忘初心、砥礪前行”是中國醫(yī)學(xué)影像工程和裝備研究開發(fā)人員共同的歷史使命，新中國成立70周年以來，醫(yī)學(xué)影像裝備技術(shù)從無到有、從弱到強(qiáng)，特別是從國家發(fā)展進(jìn)入新時代以來，影像裝備科技工作者正在不斷向新的目標(biāo)攀登，在國家建設(shè)健康中國2030的宏偉目標(biāo)實現(xiàn)的過程中，醫(yī)學(xué)影像科技工作者必將以建國70周年作為新的起點，為健康中國的建設(shè)提供更優(yōu)質(zhì)、更可靠、更經(jīng)濟(jì)的醫(yī)學(xué)影像解決方案，為健康中國貢獻(xiàn)自己的力量。