与共和国共成长——我国医学影像装备研发的70年发展

王广志

清华大学医学院生物医学工程系，北京 100084

医学影像技术和装备是现代医学科学发展的重要技术基础。1895年伦琴发现X线，奠定了医学影像的科学基础，而20世纪50年代以来的现代科技革命，特别是电子科学技术、计算机科学与技术、信息科学、材料科学等工程科学与生物物理、生物化学的紧密交叉，使现代医学影像技术取得了突飞猛进的发展，新的成像手段和成像模式层出不穷，并极大地推动了生物医学研究和临床诊断治疗方式的转变，如今，无论在医学基础研究中还是在临床诊断治疗中，医学影像技术均起着举足轻重的作用。回顾我国医学影像装备的 70年发展，走过了一条凝聚了几代人不懈努力、突破重围，与共和国一起成长的艰辛历程。

现代医学影像设备是技术复杂、系统性强、光机电算一体化的高科技医疗器械产品，对基础工业支撑的要求非常高。1949年中华人民共和国建立时，我国的工业基础十分薄弱，整个医疗器械工业几乎为空白，在材料、设计、加工、制造等方面均没有基础，也缺乏从事医学影像设备工程研究的专业人员。70年来，中国的医学影像产业和工程人才培养正是在这种一穷二白的基础上，靠几代人的不懈努力，砥砺前行，经历了从无到有、从低到高、从少到多、从小到大的发展历程。从事医学影像设备研究的工程人员也从早期的从其他学科转行，到形成系统的专业人才培养体系。

从国产X线、超声、MRI、核医学等四大影像技术和设备的发展，均可以清晰地看到从最初简单的仿制、到合资引进、消化吸收，再到自主研发和自主创新的发展历程。

以X线影像设备的研发为例，1952年上海精密医疗器械厂研发出第一台国产200 mA医用诊断X线机，但其关键部件如X射线管、高压整流管等均为进口部件。经过联合攻关，1956年开始自行研发出关键部件并进行整机生产。此外，如北京医用射线机厂于20世纪70年代初研发300 mA 125 kV双床双管诊断X射线机，在国内率先采用双旋转阳极球管配置。改革开放以前，由于基础工业配套不完善，设计和生产技术水平低，人才资金短缺，在产品性能和质量上一直落后于发达国家。

在超声医学设备方面，1958年我国第一台A型超声诊断设备在上海问世，1960年国内首台B型超声诊断仪诞生，1961年国产的M型超声仪应用于临床，随后又研发出超声多普勒诊断仪。但总体技术水平与国际尚有很大的差距。

改革开放以后的20世纪80年代到90年代，一大批医疗设备生产厂家开始采用以引进合作而求发展的模式，特别是在超声成像设备和X射线诊断设备方面，一段时间内形成了“以市场换技术”的局面，以致随后的X线断层扫描设备（CT）和MRI设备研发，在初期均采用合资企业生产或者利用进口部件在国内组装的形式。其根本原因是当时国内的人才和技术积累以及工业基础均很薄弱，尚无法形成优质的工程人才队伍和进行系统性的技术研发。

21世纪以来，随着国家改革开放的不断深化，特别是党的十八大以来对人才的重视和大力度的吸引人才政策，以及近10年国家对高性能医疗设备研发支持力度的大幅度提升，吸引了一大批国内外优秀人才投身医学影像研究和产品开发中，在影像设备研究、设计和制造的各个方面均呈现出全新的格局。特别是近年国家将高端医疗影像设备列入了科技规划中重点关注的产品，强调产学研用检的全链条设计，促进了企业、高校、研究机构与医疗单位协同攻关，各种主流的高质量、高分辨率及多功能的影像设备和成像技术正被逐一攻克。同时，21世纪以来数字化、信息化、网络化、智能化的科技浪潮，给新型影像技术的研究和创新设备的发展提供了更广阔的空间，形成了医学影像研究开发上独有的中国风景。

在MRI技术方面，我国MRI产业的发展起源于20世纪80年代末，早期的技术发展较为缓慢，近年已经呈现出奋起直追之势。1989年和 1992年，深圳安科高技术有限公司分别研制成功了第一台国产永磁磁共振成像系统和第一台国产超导磁共振系统，但在应用开发和持续开发方面均不够完善，关键技术和部件仍依赖进口。2007年，奥泰公司研制成功第一台具备自主知识产权的1.5T超导磁共振系统，掌握了超导磁共振系统的制造技术。在国家支持下，“十二五”期间，已经有多家企业完成了 1.5T超导磁共振系统产品化工作；2015年，上海联影发布了中国第一台动态多极3.0T磁共振系统，利用动态多极调节技术，大幅提升了成像质量，标志着国产磁共振进入了3T时代。截至目前，联影公司生产的人体3.0T及1.5T磁共振成像系统在全国近30个省、市、自治区已装机超过400台，并已进入一批三甲医院。

在CT技术和产业化研究方面，同样经历了一个从攻关仿制到以市场换技术，再到自主研发的曲折道路，一批企业经历了艰难的研发历程。以东软的CT产品和技术发展为例，1989年东北大学计算机影像中心开始国产CT的整机开发，1994年完成了CT原型机研制并通过检测，1997年推出首台具有自主研发的全身CT，标志着CT技术被少数发达国家垄断历史的终结。从第一台国产CT，到2000年第一台国产螺旋CT，再到2004年第一台国产双层螺旋CT，2009年第一台国产16层螺旋CT，2012年第一台国产64层螺旋CT，2015年第一台国产128层螺旋CT，国产CT的成像速度与质量不断提升，在某些性能指标上还实现了超越，产品的市场地位迅速提高，迈向国际高端CT的主流竞争行列。

在超声医疗设备研究方面，经过几十年的建设，已经在高校中建立了条件完备的超声医学工程实验室，并在超声诊疗新技术方面做出了许多创新成果。例如，研发的超声剪切波成像为肝硬化和乳腺癌等重大疾病的临床早期诊断提供了关键依据，该技术利用超声波独特的力学效应，实现对人体组织生物力学参数的无创定量测量。科研团队在超声辐射力理论、弹性成像方法、信号处理与成像技术和临床应用等方面开展了大量工作，获得2017年国家技术发明二等奖。

在超声诊断产品研发方面，迈瑞、开立等国产超声品牌凭借性价比、快速服务等优势，开始从低端起逐步抢占进口产品的市场份额，并不断提升技术水平和产品档次。通过与国内研究单位和高校所研发新技术的融合，有力地提升了产品的竞争力，例如迈瑞2016年推出的Resona-7彩色多普勒超声，基于超声业内最前沿的域成像技术，突破了传统超声波束合成在成像空间分辨力和时间分辨力的技术限制，在域扫描、全域动态聚焦、智能声速匹配、全息域技术等方面实现突破，并结合实时融合成像、智能分析、新型血流示踪等新技术，在国内外市场上均成为名符其实的高端产品。

在核医学影像装备研发方面，国内企业通过努力已经掌握了PET和SPECT装备的核心技术，并研发出多种产品推向市场。在国家鼓励国产高端医疗设备行业发展政策的引导下，联影自主研发了 PET/CT系统和核心部件，突破了一批关键和共性技术并持续取得新的突破，2014年12月首台96环高清PET/CT取得注册，2016年11月首台112环数字光导PET/CT取得注册，并顺利打入国外市场。2018年12月获得FDA认证的uEXPLORER全景动态PET-CT，其同步扫描范围达到2 m，使国产技术一举登顶全球核影像设备技术领域的至高点，被世界顶级科学杂志Physics World列为“2018全球十大科学突破”，并被Science、Nature等权威杂志作为重大创新成果进行报道。与此同时，国内已经有多家企业掌握了飞行时间PET的核心技术，并在高时间分辨的信号获取上具有独特技术，提升了产品性能，具备了国际竞争力。

随着人工智能研究的快速发展，在医学影像研究中采用统计模型和深度学习的研究也成为热点。人工智能与放射诊断学领域的结合，一方面可以解决低剂量扫描下成像质量的提升，为装备赋能；同时也进一步拓展了传统影像学对疾病的认知和识别能力，通过对多维图像特征的人工智能分析，可以产生超越灰度图像数据的高维信息。通过与实验室诊断等数据的整合和医学大数据的联合分析，可以构建深层次影像特征与疾病特征的关联，成为揭示疾病机制和个体化诊疗的利器。

“不忘初心、砥砺前行”是中国医学影像工程和装备研究开发人员共同的历史使命，新中国成立70周年以来，医学影像装备技术从无到有、从弱到强，特别是从国家发展进入新时代以来，影像装备科技工作者正在不断向新的目标攀登，在国家建设健康中国2030的宏伟目标实现的过程中，医学影像科技工作者必将以建国70周年作为新的起点，为健康中国的建设提供更优质、更可靠、更经济的医学影像解决方案，为健康中国贡献自己的力量。