MRI产业的发展对我国科学技术水平和经济发展的影响

          一、MRI在数字化医学成像核心装备中的地位和作用

          四大成像模态形成的医疗装备，按照被成像的人体组织的尺度可以分为宏观和微观成像大类，从叫问尺度卜可以分为静态成像和动态成像两大类。在描述成像规律时，都有各自的特点。 
          到目前为止，尤刨伤获得人体信息（无论是健康的还是病态的）仪器设备从更为广泛的概念看，可以分为成像和非成像两类。上面介绍的四大成像模态是已经在临床 广泛使用的成像设备，在成像领域还有很多新的成像模态还在研发之中，从物理学的 角度看，没有什么是不可能的，例如光学成像模态（这里主要指可见光和近红外光的成像）、电阻抗成像等（目前还处在研究阶段）。除了成像设备外，数字化的非成像设 备还很多，例如生化检测设备、脑电、心电、脑磁和心磁设备等。其中有些非成像模 态的信息也可以和医学图像谩备整合从而获得更多更综合的信息，例如对脑磁信号测量( MEG)和核磁共振成像(MRI)整合形成的磁源成像(MSI= MEC+ MRI)设备。在所有这些数字化医疗设备当中，医学影像携柑的人体的信息量是所有这些的信息源中容量垃大、内容为丰富的。 
          目前医学影像除了继续改善空间分辨率的同时，正在朝生理功能参数成像和分子 成像的方向发展。如果将来有一天，我们不用探针技术，就能够实现活体状态下的分子成像（目前核J垂挲成像是放射性核索标记的分子作为探针的成像，观测的是微观分 子的宏观平均值，口前正在研发的光学成像方法，分为自发荧光和诱发荧光两类，而 诱发荧光成像使用更为广泛，将来的生化测'li仪器有可能和医学成像结合起来，但是 目前两者之问的差距还非常大）。MRI世备将为在本质上理解人的生理和心理过程、更加准确理解“人”和人体做出重要贡献。正当我俐把医学成像研究的注意力更多地放在分子成像领域的时候，宏观成像尤其是参数成像仍然是今后相当艮时问内成像的主要内容和应用的主要技术手段。把任何疾病的发生和发展都还原到分子水平占观测显然是不可能的，也是不必要的。
          微观物质在人体内发挥作用的时候，必须使他们的浓 度发展到可以宏观检测的水平，才能在生理和心理上发生变化，这时，也只有这个时候，才有可能实现早期检测。但也不要单纯的、过分的、一味追求早期诊断，并防止 过度治疗，因为非常早期的疾病，包括肿瘤在内，往往有很多的机会向好的方向发展，有些情况下旌至不需要进行治疗。 
          用成像手段检测人体解剖、生理和心理参数等各种信息时，有两类方法可以使用： 人体内源物质的成像和被成像物质从体外注人人体的外源性物质成像。 MRI设备在多数情况下采用内源性成像，内源性成像的优势在于完全，不 需要花钱购买外源药物，比较经济和町椎。在内源性成像方面，各项技术也都需要进一步提高，主要方向是在加快数据采集的速度，减少图像的畸变，降低系统的噪声， 提高信噪比的新技术，对比较难于成像的骨骼及其周l刊物质的成像，肺部和空腔附近人体物质的成像，实现埘人体的一次性逮全身手『描和体检的临床流程等技术是当前仍然需要花力量解决的问题。从研究的角度霜，当前的研发重点是在临床实现正常生 理和病例状态下的扩散成像和人体内代酣产物的基于多体素的核磁共振谱成像 ( MRIS)。这些战像方法可以在体索水平卜提供人体内分子扩散吸收和扩散方向的信息， 以及代谢产物的浓度分布的信息，这螳信息对很多疾病有非常好的特异性，引起了学术界和医疗界的广泛注意。 
          外源性成像也已经在MR成像领域广泛使用，外源性成像的优势是不受人体内源 物质浓度的限制，可以有意识地、歧计和主动提出解决某种生理、心理叁数测量或者为渗断特定的某种疾病研发特殊需要的、具有非常好特异性的外源性药物。国外在这方面已经开展了很多工作，但是圆内人员还没有对这个领域引起足够重视。其实，MRI可以使用的外源性药物不比放射性核索标记的靶分子药物少，拍一人人体之后引起的副 作用不见得比放射性标记的分子多。主婴没有引起足够重视的原因，是因为MRI可以用内源物质成像，没有像分子核医学核崇成像那样，只能靠外源性成像物质才能实现 活体成像。
          例如，PET使用的正电子发射体，主要是18F、11C、13N、15O等同位素，它们比较容易标记在参与人体生理和心理过程的药物上（例如标记人体内的神经递质），但是世界上已通过美国FDA批准在临床使用的PET药物只有18FDG（氟-18去氧葡萄精），其他药物都还在研究阶段。而用于MR成像的外源性物质，没有放射性核素标记 的任务，但是具有磁陛特点，很容易影响人体固有’n和B参数，使之实现对被监测 物质的新的对比度。常使用的外源性MRJ药物是磁敏感物质的溶液，例如钆的鳌合物 Gd - DTPA用得多。MRI外源性成像剂的缺点是，小像PET所用的足人体内盛多的碳
氮氧的同位素，在人体内模拟内源分子柏能力不够掘。因此，MRI外源性显像剂，作为增强显像设计的基础，效果受到一螋局限。
          虽然还有很多问题需要解央，但MRI的 外源物质成像技术今后还会有较大发展。 当前的MRI设备不仅可以对占人体极大部分的自由水中氢自旋核实现成像，还可以对体内的31P、13C、23Na、4ICa等自旋核成像。只是这些核素在人体内的浓度小，只 有灵敏度足够高的超高场MRJ设备才能实现这类白旋核的成像。在成像的同时又能测量这些核素所在分子的核磁共振谱，实现对这些核索的核磁共振谱成像( MRSI)。 MRSI属于生理参数功能成像，属于这类成像的方法还有灌注成像(PWI)，扩散成像（DWI）、扩散张量成像(DTI)，白质纤维豢成像(WMFI)，m氧对比度成像： BOLD - MRI，3He或者129Xe肺灌注成像等，这类功能成像的方法还在不断增加之中。 
          在2004年的北美放射医学会年会上，已经把DWI成像作为全身功能成像的方法，准备向临床推广。当前的任务之一是能够在中场系统上实现这些成像方法，或者某种程度 上在中场永磁MRI产品上实现，这是我国“十一五”期间发展的亮点。具备这些功能 之后的永磁MRI设备就可以满足基层医院作为通用的需要。 MRI设备在数据采集方面，也有很重要的优势。经过仔细设计和脉冲序列优化之 后，能够对全身一次眭地进行多脏器、多层面、真三维的数据采集，这些技术的完善町以实现对人体的体检，相对全身CT快速扫描来进行体检的办法，MRI没有放射性，对人体，更适合用于体检。MRI成像的速度在四种成像模态中也是快的，所以 MRI也具有动态成像能力，目前已经能够对心脏实现成像，测量成像参数随时间变化 的信息。
          在脑认知功能成像方面，其成像速度已经达到每10ms成一帧图像的水平，超高场MRI设备已经成为脑功能研究的酋选成像设备。这些有重要临床意义的技术充分 说明了持续发展我国MRI技术并在今后进一步发展超导MRI设备的必要性和重要性。
 

          二、MRI产业对我国科学技术水平和经济发展的影响

          能够掌握MRJ技术的国家，例如美国、德国、荷兰和日本等，也是综合高科技高 度发达的国家。发展这些高科拄获得的效益是综合性的。经过近世界范围内的重组 之后，现在MRI技术主要掌握在GE、Siemens、Philips等公司手中，他们都把MRI设备的研发和市场占有率作为竞争的一个重要的技术指标。他们不仅生产超导MRI设备， 而且还生产永磁的MRI设备。由于中国是永碰体原料钕铁硼的主要生产国，加上劳动 力相对便宜，这些大公司通过把生产线移到中国或者收购国内生产永磁MRI产品的公司进入中国魄MRI制造业市场。跨国公司把永磁产品的基地移到巾国已成趋势。
          但是，总体上看，这些公司对永磁产品还不够重视，使得中国还有可能首先把这个产业 发展起来。当前的任务就是要把中国自己的研发队伍建起来，踏踏实实地做好{r基础的工作，而不是靠牺牲压价的办法进行竞争，这样做等于断了自己的后路，肯定不能 持续发展，也不可能让中国在MRI行业占一席之位。 在超导MRI产品方面，全球市场目前主要被CE、Siemens和Philips等跨国大公司所控制，而研发和生产基地却大都放在美国的国土上。
          美国是目前MRI产品研发和生产的主要源头国家。 无论永磁还是超导产品，现在MRI已经是全球性的产业，竞争电必然是面向全球 的。和美国在超导MRI严品的情况比，我们的差距还非常大，中国虽然正在发展成为 永磁MRI产品的大生产国，但是并没有成为世界水磁MRI产品的技术源头，我们应 抓住有利时机，充分利用好国内优势资源和目前的有利条件，把永磁MRI产业在中国 做大。如果我们在永磁MRI产品方面能够领导世界潮流，并把产业做大、做强的话，就有可能进一步在超导MRI方面，也在世界占一席之地。在当前我们应努力增强我国 的综合竞争力。 
          下面对MRI产品和产业情况进行简要介绍。 国际产业界根据主磁体强度的不同，把MRI产品分类为超低场、低场、中场、高场和超高场五类。超低场是指磁体场强低于0.1T的MRI，中国威达公司曾在早期研发 过400高斯的电磁体的MRI设备。现在全世界超低场MRI产品已经从市场淘汰；在 0.1-0.5T之间的MRI设备称为低场，0.5 - 1.0T的称为中场，而1.0-2.0 T的称为高场，高于2 0T以上的称为超高场：在人们越来越追求超高场MRI设备的时候，必须指 出，不是MRI设备在实现人体成像时完全无害的。实际上MRI设备的安全和质量控制同样非常重要，由于能量沉积造成伤害的例子不少。国内研发这些系统时，我们必须 特别注意对设备的安全和质堵控制。吲为MR成像时，首先要有一个强大的磁场把人体组织磁化，主磁场就是用于对人体磁化的技术手段；同时还要有射频波作用于人体，激发被磁化的自旋核，射频功率在10kW量级卜，对可能造成的人体伤害不能忽略；此外，低频大功率梯度场对人体作用时，也会造成人体的伤害，包括烫伤在内， 都不可忽略。 若按对人体磁化磁场的磁体种类进行分类，又可分为永磁体、超导磁体和电磁体 三类，它们的特点归纳在表3 -1中。

          医用磁共振成像没备由磁体、梯度线圈、射频线嘲、射频前越放大器、射频功率 放大器、梯度放大器、谱仪、主计箅机（包括图像系统）、病床、控制台等基本部件组成。医用磁共振成像技术涉及的学科领域很多，例如磁学、电工学、电磁场理沧、物理学、电子学、计算机软硬件、信号处理、机械、医学影像学等。研发这类产品涉及 的学科面广，技术复杂程度在所有成像模态中是具挑战性的。所以，发展这个产业， 不仅对国民经济具有直接的带动作用，还对相应的学科建设、人才培养和科研综合能 力的提高具有重要意义。 
          我国现在配备的MRI设备已经超过1000台，而且以每年大约300台的速度递增， 其中100台是更新的，另外200台是新增的。以这个规模进行估计，我国从事MRJ产 品研发、生产、销售、售后服务和使用这些设备的人员，以每台平均10个人计算，在这个领域就业的人员已经是10万人的队伍。如果中国要存2020年前后成为名副其实 的世界制造业和软什业大围的话，在2020前MRI的装机量将会达到5000台左右。
          一个有50万人就业的高科技行业，将会大大增强我围在这个领域内独屯创新的能力。所以，在中国发展MRI事业的效益是综合性的。 另外，在分析巾场需求看，如果巾国真正成为水磁MRI产业的核心国家，我们就 有机会考虑世界市场的销售问题。随着我国研发能力以及产品在国际市场的竞争力的不断提高，在“十一五”后期有町能开始打到国际市场去，若在“十二五”达到世界 永磁产业核心国家的预期口标，就有可能把我们对国内市场的需求分析，再放大1-2
倍。 所以，在我国首先发展永磁产品，从长远发展看是非常有前途的，一旦培育出有 相当实力的大企业之后，我国也还有机会进人世界超导产品的行列。
          因此，近些年虚在超导MIU设备的理论和基础研究方向上开展若干研究工作，进行前期探索，为“十一五”后期和“十二五”期间的继续研发做准备。世界上的事情本来就是互相联系的， 现在全球MRJ的一个重要发展趋势，是把超导MRI上的技术移植到永磁或者中场 永磁MRI设备上去。但是，合乎逻辑的发展是我们在永磁高端产品方面的进展和突破 也可以为我国进入超导MRI事业打下坚实的基础，有些技术甚至反过来还可以影响超导产品。 
          MRI产业的发展，对我国整个医疗器械产业的经济技术发展都会产生一定影响，并对相关领域起到带动作用。即使是MRI产品本身，除了MRI整机外，还能带动一批 部件生产厂家，例如磁体生产厂家，谱仪生产厂家，RF功率源生产厂家、梯度功率源生产厂家以及医学软件业的厂家。 实际上整机的性能指标，很大程度上取决于部件性能指标，如果我们在永磁MRI事业方面做大之后，必须在部件卜有所突破，目前的MRI事业具备了整机、部件同步 发展的能力，新机型的发展周期已经大大缩短，现在部件的更新速度还不够快，影响 了整个行业的发展。 
          在中国，MRI设备基本上已经在地区一级医院普及。今后的若干年内，MRI没备将很快在发达地区普及到县，在大城市普厦到社区；在后发达地区也会很快普及到县 级医院，其目前的需求量大约200 - 300台／年左右，估计5年后有可能增加到500台年销售量。如果国内没有相应的研发基金和生产厂商，这些设备的价格不可能降下去，我国每年需要花费大约30 ~50亿美元从国外购买医疗设备，其巾MRI设备占有重 要份额。中国市场已经成为世界上MRI设备增长速度快的市场。中国有17000家县级以上医院，我国MRI设备在今后5年内向县级睫院普及的趋势已成定局。
          今后MRI在巾目的分布，省级以卜医院将会有多台超导MRI设备，和若干台永磁和专用的 MRI设备，地区医院5年内逐步装备超导MRI设备，县级医院主要装备永磁产品。所以，即使每年销售1000台，l5年才能全部覆盖，所以10年之后，有可能增加到年销售超过1000台的水平，是现在MRI设备年销售量的10倍。整个装机数量5年后估计能达到3000台，10年后能达到接近l万台，按照平均10年寿命计算，今后每年更新的数量超过1000台，加卜新增数挝2000台，国内市场每年就有3000台销量，其中80%为永磁，大约每年国内市场估计需要2000台以上。同边国际市场需要量和这个数
目差不多。所以在中国发展MRI产业不仅足国民经济的新增长点的重要组成部分，也 是体现我国制造业和医学软件业整体水平的重要标志。 
          目前国内可提供磁共振成像设备的企业已超过10家，目前这些企业的竞争还主要停留在市场价格、付款条件方面，产品档次和研发水平还偏低，急需大力加强关键技术研究和高质量新产品的研发，推进社会资源的整合，促进企业间的优势互补与合作。 在用于磁共振成像设备研发的原材料方面，国内有丰富的磁性材料资源，成为国 际永磁型磁体的材料基地，近年这些材料性能质位提高很快，价格下降幅度也很大， 极大推动了永磁型MRI设备在中国的发展。但是近各种原材料上涨，国内公司采用 侨格战使得生产公司已经基本上没有对研发的再投入，售后服务的经费也不够充足， 整个行业面临新的挑战。超导材料方面，国内稀土资源极其丰富，已能生产合乎要求的超导棒材，并为国外超导线材生产厂家供货。但由于种种原因，国内现在还无质量 合格的超导线材供应，国内的超导磁体设计技术、电磁场设计技术、低温超导工艺方面与国外均有差距。 
          国外主流厂家的磁共振成像设备的核心部件一莆仪都是靠自己生产的，国内一些 企业，也在进行自己谱仪的开发，但是产晶性能还有待改进，n前还没有形成规模产 业，持续发展的问题仍然是一个重要问题。未来降低系统成本的考虑，国内一些厂家 已进行射频功放和梯度放大器的开发，但是还是没有研发到可以和专用设备商竞争的地步。估计，国内形成具备完全自主知识产权的低价磁兆振成像系统的部件的能力还 需要5年左右的时间、专门的研发队伍，并在相当资金投入的情况下才有可能。 
          由于国内缺乏从物理原理、关键技术研究到磁共振成像技术、工程和工艺“一条 龙”研究的队伍，缺乏比较全面的综合科学的全面人才和技术骨干，很多人才到国外 大公司、国内跨国公司的比较多，安心在国营公司，包括大学工作的人才少，高 级人才培养的队伍还十分薄弱等崮豢构成了我国这个领域缺乏竞争力的重要原因。我国长期没有形成医学物理学利，培养的人才太少，不能满足行业高速发展的需要。这方面力量需要进一步规划和发展。但国内已经有一支十分强大的核磁共振谱应用研究 的队伍，也有大量使用商业设备开展临床工作的队伍。但是缺乏以MRI关键技术及其 应用研究的综合队伍。北京大学在这方面做了很大的努力，目前的实验室主要以物理学院的医学物理和工程北京市重点实验室为主力，和宁波的健信机械有限公司和北京 海思威科技有限公爿紧密合作，正在形成“产学研用”紧密结合的队伍。 综上所述，国内医疗单位的磁共振成像设备配置十分先进，基本与国际发展 保持同步。但是，国内长期缺乏理工医结合的人员配置，更没有形成制度，对进一步 开发复杂功能、从国外进口设备的使用中积累设备设计创新思想、反馈到研发的循环 没有形成。
          近几年，这方面情况有所改善，在此一些教学医院和研究性医院开始做了一些有水平的工作，在各级国际学术会议上发表了许多不错的论文，但这些单位多 数不具备厂家提供的开发环境，他们的工作对国内有关产业实际支持的力度基本没有 形成。与此同H_J，国内大量基层用户的磁共振成像知识l-分欠缺，尤其永磁MRI产品在基层医院的应用仍处于十分初级的阶段，国内还要组织强有力的人才培训队伍，建 立人才培训机制，才能进一步促进这个行业的发展。