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高端医学影像设备有了“中国芯”

2021-06-11 16:07:00 来源:经济日报

记者李治国

近日,联影集团发布了首款高端医学影像专用“中国芯”,填补了我国在高端医学影像设备自研专用芯片领域的空白,并在关键技术指标上实现了国际领先。这一芯片的诞生,有望打破中国高端医疗装备芯片大量依赖进口的局面,也标志着国产高端医疗装备行业已构建起全链自主可控的垂直创新体系。

攻坚行业“塔尖”技术

医疗芯片是设备系统性能实现跃升的关键源头技术,一直以来是我国高端医疗装备行业亟需攻克的技术堡垒,也是行业的“塔尖之争”。

2019年,联影集团成立上海联影微电子科技有限公司,攻坚全线高端医疗设备定制化芯片的设计研发。历时两年半,首款芯片研发成功并投入量产。“这款高端分子影像装备首款自研芯片,具有高度定制化的特点,设计、生产在行业内没有可参考的对象,研发团队与供应商需要不断探讨磨合每一个技术点,团队经常凌晨四五点仍在沟通、研究。”联影微电子首席执行官刘悦介绍,芯片的设计生产过程十分复杂,涉及多个行业数十道工序。在完成设计进行后续生产、封装、测试阶段,每一个环节出现问题都有可能导致芯片研发失败。

芯片制造工艺精密,研发难度极高。以这款PET-CT专用芯片为例,需要在指甲盖大小的芯片上集成近10亿只晶体管,以每秒上百万次的速度对微弱电信号进行采样、放大,并将电信号转化为计算机可处理的数字信号。一行代码写错或一根电路搭错,芯片性能指标就无法实现。通常,一块医疗芯片从设计到诞生需要近百人的研发团队耗时5年以上。

不仅如此,不同于行业常用的通用芯片,联影微电子研发的是针对高端医疗设备系统需求的定制化ASIC芯片,不仅涉及芯片研发技术,还需深度掌握医疗设备关键部件原理及跨学科技术知识,与设备整机研发团队紧密配合协同,才能保证集成芯片后整机性能最大程度提升。

“人才是科技创新的关键。我们建立了一支具有丰富芯片设计研发经验的人才团队,90%以上为硕士博士。”刘悦告诉记者,“同时,得益于联影医疗实现了PET-CT整机的自主研发,我们已掌握了设备的核心技术,并对芯片研发技术有了充分理解。整机与芯片两支团队可以形成紧密无缝的高效合作。”

基于这样的合作,这款芯片实现了一系列技术创新。“我们在1块芯片上集成了智能校正、温控监测、数据传输、能量与时间测定等以往需要16块芯片才能实现的功能,确保可以捕捉、甄别最微弱的信号并降低干扰。此外,我们还实现了业界最密采样通道,并将单位时间内单个通道信号处理能力提升到业界前所未有的10兆级,相较基于传统通用芯片设计的电路处理能力提升了10倍。”刘悦说。

提高临床图像质量

芯片性能的提升带来了设备性能跨越式升级,并最终惠及临床患者。

集成了这一芯片的PET-CT首次达到行业最佳TOF时间分辨率——190皮秒级。“TOF时间分辨率是衡量PET-CT的关键性能指标,也是业界长期以来追求突破的核心技术方向。TOF数值越小,定位越精准,图像质量越高,并且芯片带来的性能指标和集成度的提升,还有助于全方位优化设备的性能。”上海联影医疗科技股份有限公司分子影像事业部总裁王超介绍,“1皮秒相当于一万亿分之一秒,在‘中国芯’的强力驱动下,PET-CT系统性能首次突破200皮秒技术‘拐点’,使系统的综合性能有了飞跃式提升,从而大幅改善了临床图像的清晰度、对比度和定量准确性。”

图像质量的提升可有效帮助医生精准诊断。比如,医生可以发现更早期原位癌,为患者提供诊断治疗;在精微的脑部影像上,更高清的图像有助于更早发现阿尔茨海默症、帕金森症等神经退行性疾病。刘悦说,系统还可更精准地评估PD-1、靶向药以及化疗等不同肿瘤治疗手段的效果,推动癌症个性化精准治疗。

致力于全链条创新

随着全球晶圆产能持续紧张,实现医疗芯片自主研发是确保产业链安全、促进产业升级发展的重中之重。

除了分子影像专用芯片,联影集团还在研发全线医学影像设备的专用芯片,与产业上下游协同攻坚,从无到有培育出一条贯穿“设计—制造—封装—测试”全流程的医疗芯片产业链。“芯片是信息化时代的科技制高点,是驱动高端医疗装备智能升级的关键。目前,联影微电子还在全力攻关医疗人工智能芯片、智能可穿戴医疗芯片,为进一步赋能大健康产业发展、助力关键技术与产业链自主可控贡献力量。”刘悦说。

记者了解到,历经10年自主研发,联影集团向市场推出包括Total-bodyPET-CT、“时空一体”超清TOFPET/MR、3.0T探索磁共振等掌握完全自主知识产权的86款产品,整体性能指标达到国际一流水平,部分产品和技术世界领先。

数据显示,自2014年至今,联影集团产品已入驻30多个国家的6900多家医疗机构,装机14000多台/套。2016年至2020年,联影医疗PET-CT连续5年国内新增市场占有率排名第一,2020年移动DR国内增量市场占有率位列第一。

联影集团董事长薛敏表示:“联影集团自成立起就坚定走自主创新道路,全线覆盖、掌握全部核心技术,对标国际顶尖水准。10年来,我们实现了高端医学影像设备国产化和核心部件自主研发。随着首款‘中国芯’的诞生,联影集团正式建成了从整机系统到核心部件再到底层元器件的全链条垂直创新体系。”

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