百年普放 创新为魂—X线机技术创新在中国

发布时间: 2021-05-06 15:39:27 | 来源: 消费日报网 | 责任编辑: 薛珊
 

1896年1月23日,伦琴在德国物理医学会上做了题为“论一种新的射线”报告,正式揭示关于X射线的性质并展示了X线拍摄的照片。由此,X线发现成为医学检查手段的革命性发现,奠定了放射诊断学的基础,开创了影像诊断的先河,从而结束了单凭望、闻、问、切、触、嗅等直观感性检查方法,医生可以凭借X线显像手段,客观的在活体上观察器官的形态和功能改变。100多年来,疾病诊疗的现实迫使人们不断采用多种巧妙的方法改进成像的质量,推动着影像医学的发展,而其中来自临床、实验室与医疗企业的创新则不断推动X线机技术的进步。

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2000前:欧美主导的X线机技术与创新

1895年,电子X线管出现开始逐步取代之前的离子X线管,极大的扩展与提升了X线机的容量。但是早期的球管由于玻璃管内总是有残留气体,在通电加热时,X射线管难以启动,且由于真空度不高导致球管工作短,寿命不长。19世纪初,美国通用电子研究所的物理学家威廉·柯立兹设计发明了固定阳极X射线管,利用阴极灯丝通电发射电子束而产生X射线,灯丝电流大小能够决定阴极的电子发射能力,更好控制,固定阳极X射线管比以前的X射线管更加精确、稳定和牢固,能得到更好的成像效果。

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 固定阳极X线管 

但由于焦点较大成像不清晰,同时为了缩短X射线照相的曝光时间,获得清晰的图像,X射线管应该在极短的时间内产生密度较高的X射线。为此,必须提高X射线管的功率。但是,供给管子的能量转换成X射线的功率很低、99%以上的能量转换成热能而耗散在阳极上,使阳极温度迅速升高。在固定阳极X射线管中,由于热量集中在点焦点上,阳极极易局部过热而熔化。但是在旋转阳极X射线管中,由于阳极不断地旋转,使热量分布在一个环形的面积上,大大增加了散热面积,显著降低了阳极温度;在相同的温度下可大大提高X射线管的功率。由此,旋转X线球管开始替代固定X线球管,成为X线机最主要的应用技术。旋转阳极X线管的创新发明,使焦点变小,同时改善增感屏,提高了影像的清晰度。而人工对比造影剂的创新引入,扩大了X线临床检查的范围,也提供了X线对于疾病病灶的定位、定性的准确性。

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60-70年代由于电子学、光学上的创新突破,发明了影像增强管,加上电视、电影录像装置的应用,极大提升了X线的图像质量,而且还能够观察器官的动态变化与生理功能。到90年代末千禧年附近,数字化X线摄影技术在全球广泛发展,CR、DR等数字化X线技术快速发展,数字化X线摄影技术成为全球最为普遍的技术应用。包括欧美、日本厂商纷纷在数字化技术的大潮中汹涌占据市场,以美国通用医疗、德国西门子医疗、荷兰飞利浦医疗为主的三大家开始了对中国市场的占有,从中国的三级医院开始,GPS三家对中国医生展开了一轮又一轮的产品与技术培训,中国大中城市的医院成为进口品牌扎堆的地方。中国医生习惯了进口厂商设备的操作与交互路径、功能特性、影像风格与质量。然而,医疗健康产业不是一个一般性的行业,是关乎国民健康保障能力和国家发展能力的战略性行业,医疗设备作为高端装备行业一直以来都是国家重点技术支持与发展的行业。中国广大的人口覆盖和地域分布,对X线机有着巨大的市场需求,进口X线机高昂的设备价格,难以对普及中国广大基础医疗形成有效的覆盖与支撑,中国急需本土具备X线创新技术的厂商支持基础医疗卫生能力的建设。

2000 ~2020:国内X线机设备商崛起

千禧年标志着整个世界进入一种从模拟化到数字化的技术世界,数字化技术成为2000年最为热烈而广泛发展的技术。在X光机设备上,基于CCD探测器的直接数字化X线摄影技术获得了快速发展,开启了直接数字化X线摄影序幕。CCD的基本原理是:X线透过人体被检部位后,经滤线栅滤除散射线到达荧光板,将X线图像转换成荧光图像,荧光经透镜反射后,通过镜头聚焦将可见光投射到CCD芯片上,CCD芯片再将可见光转换为电信号,最终获得数字化图像。

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2010年,基于非晶硅平板探测器的直接数字化成像X光机在行业内获得快速发展,平板DR昭示着数字化X线机的未来发展方向。平板数字化X线机主要由X-线发生器(球管)、平板探测器、采集工作站(采像处理计算机/后处理工作站)、机械装置等四部分组成。其工作原理是:X线穿过人体投射到探测器上,然后探测器将X线影像信息直接转化为数字影像信息并同步传输到采集工作站上,最后利用工作站的医用专业软件进行图像的后处理。直接数字化X线摄影技术的关键在于探测器技术的发展,其主要是通过入射X线光子在硒层中产生电子-空穴对,在顶层电极和集电矩阵间外加高电压电场的作用下,电子和空穴向反方向移动,形成信号电流,被相应单元的接受电极所收集,形成信号电荷,每个像素都有一个场效应管,起开关作用,在读取控制信号的作用下,依次读出并经放大后被同步转换成数字图像信号。

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平板数字化X线机具有动态范围广、曝光宽容度宽的特点,因而允许摄影中的技术误差,即使在一些曝光条件难以掌握的部位,也能获得很好的图像;由于直接数字化的结果,拍摄的X光片信息量大大丰富,可以根据临床需要进行各种图像后处理,如各种图像滤波、窗宽窗位调节、放大漫游、图像拼接以及距离、面积、密度测量等丰富的功能,为影像诊断中的细节观察、前后对比、定量分析提供技术支持,改变了以往X光平片固定影像的局限性,提供了大量临床诊断信息;由于其大尺寸、多像素成像板的贡献,大大提高了X光胶片的清晰度及细节分辨率,成像综合水平远远超过普通X光平片;同时有助于实现普通X线摄影图像的数字化存储和远距离调阅、交流等方便应用。

2016年,基于非晶硅的动态平板探测器技术在临床上具备独特的应用价值,逐步替代静态非晶硅平板成为趋势。由于数字化X线摄影主要基于二维解剖平面成像,在诸多部位的成像上由于受到重叠影像,难以对病灶进行精准的定位与评估。以胸片为例,由于胸部纵膈心影重叠以及膈下肋骨重叠极易导致漏诊与误诊的发生。此外,由于受到被照物的影响,诸如呼吸以及受检查的运动等因素,影像质量难以控制,一种新的数字化X线摄影技术开始出现:动态数字化X线摄影技术,简称为动态DR。动态DR相较于常规数字化X线摄影,能极大的提升X线影像质量控制效果,同时对于诸多部位的摄片诊断能提供运功功能的视角和评估参考,能进一步提升筛查与诊断的精准性。动态数字化X线摄影技术从根本上改变了普通数字化X线摄影漏诊与误诊的临床弊端,极大提升DR初筛的准确性。

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(来自动态数字化X线摄影技术专题网站 

在这三轮数字化X线技术创新的过程中,国内有两家厂商崭露头角,北京万东医疗与深圳安健科技。万东医疗作为国内老牌X光生产厂商,拥有悠久的X光机生产历史,其前身可追溯到1955年8月1日,当时公私合营京门医疗器械厂正式宣告成立,由此也开启了万东医疗的序幕。2000年后,万东医疗被来自江苏丹阳的乡镇企业家吴光明收购,开启了鱼跃万东的民营企业发展历程。另一方面,位于深圳的安健科技成立于2002年,其创始人杜碧毕业于武汉大学生物物理学专业,曾担任安科CT研发工程师,后创立深圳安健科技,并切入数字化X线机领域并带领团队攻克X线机核心部件探测器的研发制造。2005年前后,安健科技凭借着在X线机核心部件探测器领域的技术优势,成为当时市场国产探测器的核心供应商,并随后切入数字化X线机的整机制造领域,与万东医疗在数字化X线机市场展开了激烈的竞争。安健科技以独特的产品和技术创新,掌控探测器的核心技术与制造能力,推出中国首台动态多功能X光机,将X光机的透视功能、摄片功能、造影功能融为一体,支持器官功能运动成像观察,成为中国数字化X线机市场的一匹“黑马”,并最终发展成为中国数字化X线机技术创新的领导者,在市场占有率上与万东医疗持续多年并跑,二者的市场份额总和超过30%,是国内市场装机容量覆盖最广的两家数字化X线机厂商。

在中国数字化X线机技术发展的过程中,2014年开启的“批量集采”是对国内数字化X线厂商发展产生深远影响的一件事情。由于中国广大的基层市场存在着巨大的数字化X线机的装机增量需求,国产X线机厂商纷纷加入到这场市场争夺战之中,包括普利德医疗、深图医疗、蓝韵医疗、康达医疗。由此也扩大了数字化X线机的行业阵营,无形中强化了国产X线设备厂商作为整体与进口厂商展开竞争的能力。中国市场可以选择的国产X线厂商品牌更多,同时价格更低,满足了很大一部分基层医疗机构对于数字化X线机设备的采购需求,在2014~2019这五年的国家大规模普通X线设备集中采购中,国产X线机凭借着“性价比”快速普及到中国中西部偏远地区的县城和乡镇医院。但由于集采所采用的原则接近最低价中标原则,也导致了很多国产X线设备厂商在这场价格战中丧失了对产品和技术本身的追求,集采价格无法保证企业合理的利润与研发投入,形成持续的产品和技术能力,最终在集采大规模消退之后,在面临与进口厂商的直面竞争中,很多国产X线机厂商逐步消失在市场之外。

其中,万东医疗在这场大规模集采中元气大伤,公司陷入对集采项目的热衷与追逐,忽视了对产品和技术创新的投入,过度关注产品成本控制,导致连续多年品牌产品主要用户都在基层市场,无法对GPS等进口品牌形成强有力的竞争。安健科技则在这场集采中,采取避让策略,专注临床和产品本身,采取垂直一体化技术发展策略,突破数字化X线机的五大核心部件技术,包括探测器、球管、高压发生器、精密运动机械与图像后处理能力,并依靠动态技术平台,开发出独特的动态DR产品和技术,包括三维化技术、运功功能成像技术、影像智能后处理技术。而在此期间,联影医疗的快速崛起,给国产数字化X线设备带来了新的希望和征途,联影依靠着巨大的研发投入和直接对标GPS展开全面竞争的勇气,在短短数年之间从产品和技术上全面与国际看齐,并在中国复杂的临床应用场景中,找到自己独特的产品价值主张。

2020年:中国X线机创新技术领先世界

进入2020年,新冠疫情的到来也让中国成为全世界医疗制造的高地与安全屋,来自中国的数字化X线设备尤其是移动数字化X线设备支援全球抗疫。在这一年,中国的数字化X线机厂商也开始真正摆脱进口设备的束缚,以对临床的独立深入观察与思考,纷纷推出来自中国的独特解决方案。比如联影推出的全新智能拍摄DR,患者只需要靠近探测器站好,球管管头会自动对准患者胸部位置进行智能摄片,以此尽可能的减少操作医师与患者的接触,完成X光片的检查与诊断。

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安健科技则在动态DR技术创新平台之上,创造性的实现了人体三维化扫描与重建技术,用更简略的话说,即通过DR完成了CT的影像,实现了一种更加低剂量、低成本的三维化技术路径,并可对人体在站立位或负重位下进行三维扫描与重建,包括断层图像重建、MPR重建、MIP重建与VR重建。

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安健科技的三维化技术开发,在气管的三维重建上也具备全球创新力,其通过DR首次实现对气管三维重建,以此满足临床对于气道相关病症和问题的精准评估。

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安健科技的数字化X线技术创新能力,赋予了普通数字化X线设备未来更具想象力的前景。可以说,安健科技、联影医疗作为中国数字化X线技术的代表,通过自主创新走出了一条不同于GPS的产品与技术之路,唯有创新,才能发展,是百年来X线摄影技术发展的唯一动力。百年普放,创新为魂,正是在不断创新之下,来自中国的数字化X线摄影技术已经走在了世界前列,正在引领全球数字化X线技术发展新趋势。

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