高端醫學影像設備有了“中國芯” 攻堅行業“塔尖”技術

近日，聯影集團發布了首款高端醫學影像專用“中國芯”，填補了我國在高端醫學影像設備自研專用芯片領域的空白，并在關鍵技術指標上實現了國際領先。這一芯片的誕生，有望打破中國高端醫療裝備芯片大量依賴進口的局面，也標志著國產高端醫療裝備行業已構建起全鏈自主可控的垂直創新體系。

攻堅行業“塔尖”技術

醫療芯片是設備系統性能實現躍升的關鍵源頭技術，一直以來是我國高端醫療裝備行業亟需攻克的技術堡壘，也是行業的“塔尖之爭”。

2019年，聯影集團成立上海聯影微電子科技有限公司，攻堅全線高端醫療設備定制化芯片的設計研發。歷時兩年半，首款芯片研發成功并投入量產。“這款高端分子影像裝備首款自研芯片，具有高度定制化的特點，設計、生產在行業內沒有可參考的對象，研發團隊與供應商需要不斷探討磨合每一個技術點，團隊經常凌晨四五點仍在溝通、研究。”聯影微電子首席執行官劉悅介紹，芯片的設計生產過程十分復雜，涉及多個行業數十道工序。在完成設計進行后續生產、封裝、測試階段，每一個環節出現問題都有可能導致芯片研發失敗。

芯片制造工藝精密，研發難度極高。以這款PET-CT專用芯片為例，需要在指甲蓋大小的芯片上集成近10億只晶體管，以每秒上百萬次的速度對微弱電信號進行采樣、放大，并將電信號轉化為計算機可處理的數字信號。一行代碼寫錯或一根電路搭錯，芯片性能指標就無法實現。通常，一塊醫療芯片從設計到誕生需要近百人的研發團隊耗時5年以上。

不僅如此，不同于行業常用的通用芯片，聯影微電子研發的是針對高端醫療設備系統需求的定制化ASIC芯片，不僅涉及芯片研發技術，還需深度掌握醫療設備關鍵部件原理及跨學科技術知識，與設備整機研發團隊緊密配合協同，才能保證集成芯片后整機性能最大程度提升。

“人才是科技創新的關鍵。我們建立了一支具有豐富芯片設計研發經驗的人才團隊，90%以上為碩士博士。”劉悅告訴記者，“同時，得益于聯影醫療實現了PET-CT整機的自主研發，我們已掌握了設備的核心技術，并對芯片研發技術有了充分理解。整機與芯片兩支團隊可以形成緊密無縫的高效合作。”

基于這樣的合作，這款芯片實現了一系列技術創新。“我們在1塊芯片上集成了智能校正、溫控監測、數據傳輸、能量與時間測定等以往需要16塊芯片才能實現的功能，確保可以捕捉、甄別最微弱的信號并降低干擾。此外，我們還實現了業界最密采樣通道，并將單位時間內單個通道信號處理能力提升到業界前所未有的10兆級，相較基于傳統通用芯片設計的電路處理能力提升了10倍。”劉悅說。

提高臨床圖像質量

芯片性能的提升帶來了設備性能跨越式升級，并最終惠及臨床患者。

集成了這一芯片的PET-CT首次達到行業最佳TOF時間分辨率——190皮秒級。“TOF時間分辨率是衡量PET-CT的關鍵性能指標，也是業界長期以來追求突破的核心技術方向。TOF數值越小，定位越精準，圖像質量越高，并且芯片帶來的性能指標和集成度的提升，還有助于全方位優化設備的性能。”上海聯影醫療科技股份有限公司分子影像事業部總裁王超介紹，“1皮秒相當于一萬億分之一秒，在‘中國芯’的強力驅動下，PET-CT系統性能首次突破200皮秒技術‘拐點’，使系統的綜合性能有了飛躍式提升，從而大幅改善了臨床圖像的清晰度、對比度和定量準確性。”

圖像質量的提升可有效幫助醫生精準診斷。比如，醫生可以發現更早期原位癌，為患者提供診斷治療;在精微的腦部影像上，更高清的圖像有助于更早發現阿爾茨海默癥、帕金森癥等神經退行性疾病。劉悅說，系統還可更精準地評估PD-1、靶向藥以及化療等不同腫瘤治療手段的效果，推動癌癥個性化精準治療。

致力于全鏈條創新

隨著全球晶圓產能持續緊張，實現醫療芯片自主研發是確保產業鏈安全、促進產業升級發展的重中之重。

除了分子影像專用芯片，聯影集團還在研發全線醫學影像設備的專用芯片，與產業上下游協同攻堅，從無到有培育出一條貫穿“設計—制造—封裝—測試”全流程的醫療芯片產業鏈。“芯片是信息化時代的科技制高點，是驅動高端醫療裝備智能升級的關鍵。目前，聯影微電子還在全力攻關醫療人工智能芯片、智能可穿戴醫療芯片，為進一步賦能大健康產業發展、助力關鍵技術與產業鏈自主可控貢獻力量。”劉悅說。

記者了解到，歷經10年自主研發，聯影集團向市場推出包括Total-body PET-CT、“時空一體”超清TOF PET/MR、3.0T探索磁共振等掌握完全自主知識產權的86款產品，整體性能指標達到國際一流水平，部分產品和技術世界領先。

數據顯示，自2014年至今，聯影集團產品已入駐30多個國家的6900多家醫療機構，裝機14000多臺/套。2016年至2020年，聯影醫療PET-CT連續5年國內新增市場占有率排名第一，2020年移動DR國內增量市場占有率位列第一。

聯影集團董事長薛敏表示：“聯影集團自成立起就堅定走自主創新道路，全線覆蓋、掌握全部核心技術，對標國際頂尖水準。10年來，我們實現了高端醫學影像設備國產化和核心部件自主研發。隨著首款‘中國芯’的誕生，聯影集團正式建成了從整機系統到核心部件再到底層元器件的全鏈條垂直創新體系。”(李治國)