超導磁共振成像系統關鍵技術研究開發

摘 要：針對我國在超導磁共振成像系統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、圖像信號數字化處理等關鍵技術研究開發，項目實現全球首創、替代進口，為用戶和患者節省大量費用，滿足高端醫療影像市場需求。

關鍵詞：超導磁體；磁共振成像；關鍵技術；研究開發

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組，充分運用公司技術研發中心平臺及現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，打破國外壟斷，滿足高端醫療影像市場需求，推動企業動能轉換和轉型升級。

1 國內外發展現狀、趨勢和需求分析

關于超導磁共振成像系統的研發，從總體上可分為三部分：第一部分是對磁體系統的研究，主要有超導磁體、梯度線圈、射頻發射線圈（包括收發一體線圈）、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，主要包括系統軟件、接口等。

（1）國內外發展現狀。目前，國際上只有 GE、PHILIPS、SIEMENS 三大巨頭在研發 3T 超導磁共振成像系統。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療影像市場，只能研發銷售永磁 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，不能與國內整機生產廠家配套。由于 3T 成像系統技術復雜，成本高，其大量的應用將推高這方面的醫療成本，因此產品目前屬國外壟斷。

（2）發展趨勢和需求。經調研，我國超導磁共振成像系統需求量大。目前我國應用的 1.5T 醫療系統磁場強度低，梯度線圈、譜儀等配置低，很難提供非常清晰的圖像和實現快速掃描，在準確判斷病灶，肢端關節、軟骨成像，肢端神經系統、血管成像等方面離“精準醫療”設備差距還很大。因此，我國每年需進口 100 多臺醫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，盡快研發出超導磁共振成像系統，并將此系統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。擬采用高階主動勻場技術來提高成像區域的磁場均勻度，通過調節各勻場線圈的電流，實現對主磁場不均勻性的校正，實現 160mmDSV均勻度<5ppm。2）圖像信號數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轉換器直接轉為數字信號，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）系統集成。根據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調方案。主要搞好各組件獨立性能及穩定性測試，系統組裝和整機性能測試調試，成像方法集成及調試。5）DICOM3.0標準影像數據信號轉換的研究。DICOM 標準是目前醫學影像的工業標準，是 PACS 系統實現的基礎，在國際上廣泛應用于各醫學成像設備及 PACS、RIS/HIS 等信息系統的網絡互聯中，該項目將提供遵循DICOM3.0標準通訊協議的數字化數據接口，可實現設備互連、遠程診斷、對接醫療健康大數據平臺，有利于各類型醫學圖像的開發、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，研究發展了高效梯度技術、多體位 MRI 系統開發、多通道數字化 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，完全有能力研發成超導磁共振成像系統。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”規劃綱要及山東省“十三五”規劃中提出的支持重大核心醫療成像裝備 “超導核磁共振成像系統及關鍵部件” 的研發導向政策。

3 項目技術路線

（1）研究方法。在電磁場理論分析、數值計算、模型試驗等方法的基礎上，不斷優化改進磁體系統、梯度系統、射頻系統核譜儀控制臺系統的性能，攻克磁共振超導磁體、梯度線圈、分子成像方法等關鍵技術，通過子系統的測試與改進，整機系統的聯調，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關鍵技術進行研發并驗證。在現有技術的基礎上，對 3T 超導磁體、MRI 分子影像技術等方面進行設計和研發，對系統進行集成與整機聯調。

4 產業化目標

山東華特磁電科技股份有限公司發揮公司資金、人才和技術優勢，成立專門技術研發組，加強超導磁共振成像系統關鍵技術研發，并實現工業化應用，預計2年內完成可供試驗的成像系統，實現全球首創，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（國家食品藥品監督管理總局）認證。認證通過后，每年可實現“50 臺（套）整機”銷售，銷售收入可達 2 億元，創利稅 5000 萬元，可節約 1 億元的外購成像系統成本費用，并帶動當地機電一體化、集成電路、嵌入式軟件等傳統和新興行業的快速發展，降低整個行業的產品和服務價格，促進社會的和諧發展，在國內外市場前景都非常廣闊。

參考文獻：

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[3]倪志鵬.短腔、自屏蔽磁共振成像超導磁體系統的混合優化設計方法[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：工業機械裝備，從事工業技術改造工作。