摘 要：針對我國在超導磁共振成像系統(tǒng)相關技術研究起步較晚，且研究領域相對狹窄的實際，通過對110mT/m 大梯度強度梯度線圈、3.0T 高場強成像、圖像信號數(shù)字化處理等關鍵技術研究開發(fā)，項目實現(xiàn)全球首創(chuàng)、替代進口，為用戶和患者節(jié)省大量費用，滿足高端醫(yī)療影像市場需求。

關鍵詞：超導磁體；磁共振成像；關鍵技術；研究開發(fā)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.012

目前，國內臨床應用較為成熟的磁共振成像（MRI）系統(tǒng)是 1.5T，它的性價比較高，適應癥較廣，對腹部等部位的成像效果較好，但是由于磁場強度低，梯度系統(tǒng)限制，薄層的成像信噪比較差，磁敏感成像效果不夠好。山東華特磁電科技股份有限公司成立專門技術研發(fā)組，充分運用公司技術研發(fā)中心平臺及現(xiàn)有技術結合中科院研究員磁共振成像方面技術，研制超導磁共振成像3T系統(tǒng)，打破國外壟斷，滿足高端醫(yī)療影像市場需求，推動企業(yè)動能轉換和轉型升級。

1 國內外發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢和需求分析

關于超導磁共振成像系統(tǒng)的研發(fā)，從總體上可分為三部分：第一部分是對磁體系統(tǒng)的研究，主要有超導磁體、梯度線圈、射頻發(fā)射線圈（包括收發(fā)一體線圈）、射頻接收線圈、室溫勻場線圈等；第二部分是對譜儀系統(tǒng)的研究，主要有譜儀控制臺、梯度功率放大器、射頻功率放大器、前置放大器、勻場電源、控制計算機（下位機）等；第三部分是對圖像工作站的分析，主要包括系統(tǒng)軟件、接口等。

（1）國內外發(fā)展現(xiàn)狀。目前，國際上只有 GE、PHILIPS、SIEMENS 三大巨頭在研發(fā) 3T 超導磁共振成像系統(tǒng)。國內生產磁共振整機的廠家由于缺少擁有自主知識產權的 3T 超導核磁共振成像技術，一直未能進入高端醫(yī)療影像市場，只能研發(fā)銷售永磁 0.7T 和 1.5T 超導系列產品，在一定程度上制約了國內高端影像裝備的發(fā)展和臨床診斷能力的提升。國內僅有濰坊新力超導和上海聯(lián)影公司成功研制 3.0T 磁共振成像超導磁體，由于缺少分子成像系統(tǒng)，不能與國內整機生產廠家配套。由于 3T 成像系統(tǒng)技術復雜，成本高，其大量的應用將推高這方面的醫(yī)療成本，因此產品目前屬國外壟斷。

（2）發(fā)展趨勢和需求。經調研，我國超導磁共振成像系統(tǒng)需求量大。目前我國應用的 1.5T 醫(yī)療系統(tǒng)磁場強度低，梯度線圈、譜儀等配置低，很難提供非常清晰的圖像和實現(xiàn)快速掃描，在準確判斷病灶，肢端關節(jié)、軟骨成像，肢端神經系統(tǒng)、血管成像等方面離“精準醫(yī)療”設備差距還很大。因此，我國每年需進口 100 多臺醫(yī)用高場強磁共振設備，進口設備的費用高達 20億元人民幣，由于技術封鎖的原因，每年用于設備運行和維護的費用也相當可觀。因此，盡快研發(fā)出超導磁共振成像系統(tǒng)，并將此系統(tǒng)應用在高場強磁共振設備上已迫在眉睫。

2 預期解決的重大問題及其可行性

（1）擬解決的重大問題。1）110mT/m 大梯度強度梯度線圈開發(fā)。擬采用高階主動勻場技術來提高成像區(qū)域的磁場均勻度，通過調節(jié)各勻場線圈的電流，實現(xiàn)對主磁場不均勻性的校正，實現(xiàn) 160mmDSV均勻度<5ppm。2）圖像信號數(shù)字化處理技術的研究。通過前置放大器的 NMR 低噪聲信號經過高速模數(shù)轉換器直接轉為數(shù)字信號，并實時輸出到主計算機，降低信號在傳輸過程中的干擾以及損耗。3）3.0T高場強成像技術。主要包括渦流校正技術、局域勻場技術、場圖校正技術、高分辨率 DWI-DTI 中相位修正技術、化學位移飽和技術、并行加速技術和非笛卡爾采集技術。4）系統(tǒng)集成。根據(jù)各組件技術特點及臨床需求，確定各部件測試方案及整機聯(lián)調方案。主要搞好各組件獨立性能及穩(wěn)定性測試，系統(tǒng)組裝和整機性能測試調試，成像方法集成及調試。5）DICOM3.0標準影像數(shù)據(jù)信號轉換的研究。DICOM 標準是目前醫(yī)學影像的工業(yè)標準，是 PACS 系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎，在國際上廣泛應用于各醫(yī)學成像設備及 PACS、RIS/HIS 等信息系統(tǒng)的網絡互聯(lián)中，該項目將提供遵循DICOM3.0標準通訊協(xié)議的數(shù)字化數(shù)據(jù)接口，可實現(xiàn)設備互連、遠程診斷、對接醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)平臺，有利于各類型醫(yī)學圖像的開發(fā)、應用和共享。

（2）可行性分析。1）項目核心人員經驗豐富、技術儲備厚實。主要技術研究人員楊文暉在磁共振成像技術領域，研究發(fā)展了高效梯度技術、多體位 MRI 系統(tǒng)開發(fā)、多通道數(shù)字化 MRI 譜儀控制臺技術、磁共振阻抗成像方法、磁共振成像方法和序列研究等，完全有能力研發(fā)成超導磁共振成像系統(tǒng)。2）項目承擔單位實力雄厚、科研平臺層次高。公司設有國家博士后科研工作站、綜合院士工作站、山東省磁電工程技術研究中心、山東省企業(yè)技術中心、山東省磁力應用裝備重點實驗室等省級以上科研平臺。3）項目符合國家“十三五”規(guī)劃綱要及山東省“十三五”規(guī)劃中提出的支持重大核心醫(yī)療成像裝備 “超導核磁共振成像系統(tǒng)及關鍵部件” 的研發(fā)導向政策。

3 項目技術路線

（1）研究方法。在電磁場理論分析、數(shù)值計算、模型試驗等方法的基礎上，不斷優(yōu)化改進磁體系統(tǒng)、梯度系統(tǒng)、射頻系統(tǒng)核譜儀控制臺系統(tǒng)的性能，攻克磁共振超導磁體、梯度線圈、分子成像方法等關鍵技術，通過子系統(tǒng)的測試與改進，整機系統(tǒng)的聯(lián)調，最終達到技術指標。

（2）技術路線。該項目將針對超導磁共振成像系統(tǒng)關鍵技術進行研發(fā)并驗證。在現(xiàn)有技術的基礎上，對 3T 超導磁體、MRI 分子影像技術等方面進行設計和研發(fā)，對系統(tǒng)進行集成與整機聯(lián)調。

4 產業(yè)化目標

山東華特磁電科技股份有限公司發(fā)揮公司資金、人才和技術優(yōu)勢，成立專門技術研發(fā)組，加強超導磁共振成像系統(tǒng)關鍵技術研發(fā)，并實現(xiàn)工業(yè)化應用，預計2年內完成可供試驗的成像系統(tǒng)，實現(xiàn)全球首創(chuàng)，配套子公司濰坊新力超導 “移動式 3.0T 磁共振整機”臨床試驗成功后，在 3 年內完成 CFDA（國家食品藥品監(jiān)督管理總局）認證。認證通過后，每年可實現(xiàn)“50 臺（套）整機”銷售，銷售收入可達 2 億元，創(chuàng)利稅 5000 萬元，可節(jié)約 1 億元的外購成像系統(tǒng)成本費用，并帶動當?shù)貦C電一體化、集成電路、嵌入式軟件等傳統(tǒng)和新興行業(yè)的快速發(fā)展，降低整個行業(yè)的產品和服務價格，促進社會的和諧發(fā)展，在國內外市場前景都非常廣闊。

參考文獻：

[1]王秋良.開放式超導磁共振成像技術[J].現(xiàn)代科學儀器，2014（06）.

[2]余相泉.超導磁共振主磁體勵磁測控系統(tǒng)設計與開發(fā)[J].計算機測量與控制，2017（05）.

[3]倪志鵬.短腔、自屏蔽磁共振成像超導磁體系統(tǒng)的混合優(yōu)化設計方法[J].物理學報，2013（02）.

作者簡介：王福波（1972-），男，山東臨朐人，本科，黨支部書記，工程師，研究方向：工業(yè)機械裝備，從事工業(yè)技術改造工作。