联影:攻坚核心技术,打响高端医疗设备中国品牌

陈晨

2018年09月03日14:51  来源:人民网-上海频道
 

编者按:在迎来改革开放40周年之际,为铭记上海产业在艰难中起步,在探索中发展,在新的起点上扬帆再启航,传承上海产业工人迎难而上、无私奉献的精神,上海市经济和信息化工作党委与人民网上海频道、上海广播电台、解放日报社,联合推出“改革开放再出发,上海制造新征程”主题报道活动。活动贯穿全年,在人民网上海频道、上海市经济和信息化党建网、“上海经信委”、“人民网上海”微信公众号、上海广播电台990早新闻、《今晚》栏目等平台陆续推出。

一台7米多的巨型机器,只要躺在上面扫描15秒,分分钟就可以得到一张完整的人体全身高清代谢图像……

灵敏度提升40倍,辐射剂量降低40倍……联影uEXPLORER探索者被称为探测人体的“哈勃望远镜”,它的出现几乎让中外医疗器械行业惊掉了下巴……

而这样的惊讶对于上海联影医疗科技有限公司已经不仅仅是第一次。

 

2017年5月,世界首台全景动态扫描PET-CT uEXPLORER“探索者”首次全球公开亮相

时间追溯到2014年,美国加利福尼亚大学戴维斯分校、宾夕法尼亚大学及劳伦伯克利国家实验室分子影像领域的国际顶尖专家组成了“探索者联盟”,获得美国国立卫生研究院(NIH)一笔大额专项资金支持,来将全身人体扫描的PET设备从构想变为现实。

“探索者联盟”为了确保项目的成功,四处寻找可靠的工业界合作伙伴来执行这个项目,最终却选择了上海一家在欧美名不见经传的小公司。是什么样的团队什么样的产品有这样的魅力?

“说到底,这么大的项目选择我们这样的新公司,连我自己都有一点出乎意料。”联影分子影像事业部CEO包峻坦白,“但是转念一想,研发这些年花了这么多心血,联影在这个领域已经有了很深的技术积累,选择我们也是情理之中的事情。”

新兴企业探索科研无人区

“这块的科研前无古人,是一个空前的挑战。”包峻介绍到,高端医疗设备是个非常复杂的工程,包括机械、电子、物理、图像、算法、软件、工艺,难度极大。传统PET-CT轴向视野只有15.7cm-21.6cm,最长也不过30 cm,如今要实现2米长的轴向视野,工程的复杂度将提升无数倍,处于真正的科研无人区。2m PET-CT并不是简单的探测器模块的组合,对于可靠性、易用性等方面要求很高。以可靠性为例,假定一个普通20cm长的临床PET产品的可靠性为95%,简单的将十台这样的产品凑在一起是可以组成一个2m PET,但这样的2m PET,其可靠性将只有0.95的10次方——59.87%。

由于技术难度极高、工程量巨大,美国顶尖分子影像团队“探索者联盟”也望而却步,希望交给具备丰富产品研发和转化经验的企业来完成。因此,在拿到项目后为期两年的时间里,“探索者联盟”开始在全球寻找合适的工业合作伙伴。

继首台商业化PET-CT在2001年诞生以来,PET-CT技术迅速成为全球临床、学界、产业界关注和研究的焦点,几大国际巨头高端医疗设备公司都陆续研制出PET-CT产品并推向全球市场。而在中国,PET-CT这一前沿且高端的设备鲜有企业能够研制成功,2015年数据显示,日本每百万人口拥有PET-CT 4.3台,美国5.1台,而中国只有0.2台,且市场被外资品牌几乎100%完全垄断。

“探索者联盟”寻找合作伙伴期间,国际知名跨国公司均进入候选行列,但由于这些企业始终没有提出令项目团队特别满意的方案,合作伙伴的最终人选迟迟没有落定。没有人想到,在中国,已经有一家公司掌握了关键的核心技术。

成立于2011年的上海联影医疗科技有限公司是一家自主研发、生产全线高性能医学影像及放疗设备,并提供医疗信息化、智能化解决方案的高新技术企业,早在2014年就成功研制出了性能领先的96环光导PET-CT。

与全球巨头技术PK

无巧不成书,在2015年的美国核医学与分子影像学会年会(SNMMI)现场,“探索者”项目负责人,加利福尼亚大学戴维斯分校教授Simon R. Cherry博士见到了联影美国子公司CEO李弘棣教授。

在有限的15分钟时间里,李教授直奔主题,介绍了联影在PET-CT领域的独特优势:联影已经成功研制了112环数字光导PET-CT,拥有当时业界最高灵敏度、业界最高分辨率、业界最大轴向视野等核心性能。最为关键的是,联影PET-CT的核心部件探测器中,藏着一个全新的“物种”——替代传统部件的高灵敏度硅光电芯片SiPM。较传统光电部件而言,其尺寸从厘米级缩减至毫米级,却能突破现有PET技术极限,极大地提升了系统稳定性与可拓展性,SiPM所带来的全面模块化的设计更意味着这台机器具有良好的可扩展性,能够更为方便的组成轴向视野长达两米的PET。

“造这台人类史上最强PET,探测器是核心,而基于SiPM的探测器技术就是其核心中的核心。但他们没想到,这一技术早已由一家中国企业实现了产业化!”李弘棣回忆说。这次匆匆会面,为联影赢得了一次技术答辩的机会。

一个月后,在加利福尼亚大学戴维斯分校举办的“探索者”项目技术答辩会现场,会议厅内核医学领域世界顶级科学家、临床专家云集,答辩实况在伯克利分校和宾夕法尼亚大学同步直播。所有人的目光聚焦于李弘棣身上,“那么多模块,怎么同步?如此庞大的数据量,怎么保证重建速度?系统优化、维护怎么办?”面对一个又一个极具挑战的难题,李弘棣总能给出完美的解决方案。

答辩会持续了整整一天——在李弘棣同与会专家分享学术成果、与探索者核心团队在项目技术、风险、开发计划及经费预算等方面开展深入讨论后,“探索者联盟”终于决定将联影纳入合作伙伴的候选名单。

尽管“探索者联盟”与联影达成了初步合作意向,但在高端医疗设备领域,历数美国尖端科研项目,还尚未有过中国企业参加的先例。想要说服美国国立卫生研究院(NIH)特批这次合作,必须拿出切实的证据证明联影的实力。

2016年初,Simon与项目另一位负责人,加利福尼亚大学戴维斯分校教授Ramsey Badawi带领着一个由美国加利福尼亚大学戴维斯分校及劳伦斯伯克利国家实验室研发人员组成的考察团到访上海,对联影开展了全方位无死角的考核,并同期比对其他竞争者方案。

现场,Simon与联影研发人员一起聊技术、在工厂车间仔细勘察制作工艺与质量控制……团队经过与业界主要的5家企业广泛的接触和研讨,对各家厂商提出的实施方案做了技术评估,并进行了实地考察,从技术解决方案、质量控制、设计创新能力以及公司对项目的承办决心和力度等方面对厂商进行评估。美方代表还去了复旦大学附属中山医院,考察设备的图像质量以及系统在临床应用的情况。

 

2016年1月,美国探索者联盟团队来到联影,开展全方位无死角的考察。图中左一为李弘棣,左三为Ramsey Badawi,右一为包峻。

一回到美国,考察团就向美国国立卫生研究院(NIH)提交了一份书面报告。他在报告中提到:“综合考核全球范围内的各大高端医疗设备企业,联影在技术实力、质量控制、设计创新和产品化能力上极具优势,是探索者项目合作的首选。”

2017年1月,“探索者联盟”正式对外宣布选择联影为全球范围内唯一的产业化合作伙伴,全权负责2米PET-CT的研发和产业化,并掌握完全的知识产权。

“收到邮件说和我们合作,虽有些惊喜,但根据考察期间的交流情况看也是意料之中的”,包峻和他的团队回忆起当时的场景,“对方来上海考察的时候,我们就觉得是有戏的,因为在这个领域我们有研发优势并且积累时间长,但是这么快就落槌,是有一点点的意外,开心过后就意识到,新的艰巨任务要启动了。”

从0到1 夜以继日一天工作16个小时

2018年5月,美国顶尖分子影像团队“探索者联盟”的领头人再次来到联影,与所有参与uEXPLORER项目的成员面对面交流,亲自表达感谢。

2m PET-CT的项目,国际上没有任何可以借鉴的经验,一切都是从0开始。

“这个项目对于我来说就是一个挑战”联影MI研发工程师丁喻谈到自己的感受,“我主要负责升级算法,这个项目的数据量是以前的100倍,这代表以前我们运行只需要几分钟可以完成,数据量增加100倍以后,我们运行需要几个小时才能完成。”

如果继续按照以前的算法,不改进升级系统,普通人去医院使用新机器拍片子,可能需要几个小时才能拿到报告。

更大的挑战来了,从前段数据采集和发送到后端图像重建,所有的软件架构设计都需要推翻了重新来。

有一次,一个问题没法解决,一直在测试,却百思不得其解,研发工程师李俊有一天在睡梦中,突然有了灵感,想到可能是哪里出了问题,当即惊醒,打开电脑,把梦里的想法记录了下来,“第一个可能是、第二个可能是……”写完倒头就睡,第二天醒来,根据梦里的想法一个个的排查,竟然让这个问题修复了。

“预期没那么准确,反馈到哪些问题都不可预测,问题解决不了的时候,会萦绕着我24小时,也睡不着觉,睡睡醒醒,都是在想问题”。MI研发工程师谢辉滨跟记者分享道,“那段时间大家都是一天工作16个小时。不过我当时大学一毕业就来到了这里,有着自己的梦想。”

当时联影还是个刚起步的小公司,在清华开毕业生招聘宣讲会,一位前来宣讲的CEO说“长久以来,中国高端医疗设备市场被跨国公司垄断,中国高端医疗设备行业发展疲弱,国产设备难以进入三甲医院。”谢辉滨告诉记者,“就在那个时刻,我意识到我们国家在这块的欠缺,没有自主创新的技术,就会被人牵着鼻子走,出于这样一种心理,我决定去参加了联影的招聘。”

在PET—CT这个团队,每天早上中国项目各个小组的团队负责人会在公司一楼的测试间一起开早会,大家围绕着一个机器,共同探讨昨天研发过程中碰见了什么问题,应该如何来改进。会一起分享昨天做的实验,以及采集的实验数据,哪里需要重建,哪些地方有遗漏。

“早会的时候就是工程师们思想的碰撞,可能一个工程师的想法对另一个工程师有启示。”包峻给记者看了他们交流讨论的几十个微信群,“因为时差,美国分公司的同事不能参加上海的早会,但信息会在微信群里每天同步。”

“一个巨大的系统单单要找出是哪个零件出了问题,就要付出千百倍的努力。”李俊形象地比喻说:“如果有36个零件的机器哪里坏了,我们最多测试36下就可能知道哪里坏了,如果是2000个零件的机器,就要另当别论了。”

“工作带来的成就感也是不可比拟的。” 丁喻说,“而且这么大的项目,对于我们来说就是不断发现问题,解决问题,这个项目做下来最大的进步是在自主创新中拥有解决问题的能力。”

实现了国际学界一个未完成的梦想

今年5月,探索者项目开始渐入尾声,美国顶尖分子影像团队EXPLORER联盟几位领头人迫不及待的来到中国了解项目进展,这是他们两年内第三次来到联影。

 

2018年5月,“探索者联盟”的领头人再次来到联影,验收项目阶段性成果。图中左一为包峻,左三为Simon R. Cherry

其中的领头人Simon R. Cherry,还在今年6月获得了国际顶尖会议SNMMI(核医学与分子影像协会)的Paul C. Aebersold大奖,奖励其为核医学领域做出的杰出贡献。在获奖报告发言中,他提到自己职业生涯中最自豪的成就,当数与联影共同开发的这个探索者项目。

他们站在联影的机器旁边,爱不释手的摸着2米PET-CT,并亲自对联影的工程师表示感谢,为中国速度点赞。

“这么短时间完成基本的研发工作,关键因素在于成熟完善的通用硬软件平台、扁平化架构,跨部门快速响应协同、以往成熟的经验和技术积累。”包峻总结道。

刚刚从费城开会回来的包峻告诉记者,国外多家顶级研究机构对2米PET-CT的诞生表示了惊讶和赞叹,并提出了购买意向。目前,除了欧美日等高端国际市场,联影的影像产品还获得来自缅甸、越南、斯里兰卡、孟加拉、菲律宾、乌兹别克斯坦、哈萨克斯坦及许多非洲国家的订单。

只有自主研发,才能在产品性能的持续提升和成本的持续下降上掌握主动权和自由度。短短7年时间,联影已攻克全线高端医学影像设备一系列关键技术,自主研发出中国第一台3.0T磁体、第一台“0”噪声时空探测器、第一台数字光导探测器等一系列核心部件,彻底改写中国人不掌握这一领域最核心技术的尴尬历史。

(责编:陈晨、轩召强)
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