超导磁共振成像系统关键技术研究开发

2024.02.03

摘要：针对我国在超导磁共振成像系统相关技术研究起步较晚，且研究领域相对狭窄的实际，通过对110mT/m 大梯度强度梯度线圈、3.0T 高场强成像、图像信号数字化处理等关键技术研究开发，项目实现全球首创、替代进口，为用户和患者节省大量费用，满足高端医疗影像市场需求。

关键词：超导磁体；磁共振成像；关键技术；研究开发

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.012

目前，国内临床应用较为成熟的磁共振成像（MRI）系统是 1.5T，它的性价比较高，适应症较广，对腹部等部位的成像效果较好，但是由于磁场强度低，梯度系统限制，薄层的成像信噪比较差，磁敏感成像效果不够好。山东华特磁电科技股份有限公司成立专门技术研发组，充分运用公司技术研发中心平台及现有技术结合中科院研究员磁共振成像方面技术，研制超导磁共振成像3T系统，打破国外垄断，满足高端医疗影像市场需求，推动企业动能转换和转型升级。

1 国内外发展现状、趋势和需求分析

关于超导磁共振成像系统的研发，从总体上可分为三部分：第一部分是对磁体系统的研究，主要有超导磁体、梯度线圈、射频发射线圈（包括收发一体线圈）、射频接收线圈、室温匀场线圈等；第二部分是对谱仪系统的研究，主要有谱仪控制台、梯度功率放大器、射频功率放大器、前置放大器、匀场电源、控制计算机（下位机）等；第三部分是对图像工作站的分析，主要包括系统软件、接口等。

（1）国内外发展现状。目前，国际上只有 GE、PHILIPS、SIEMENS 三大巨头在研发 3T 超导磁共振成像系统。国内生产磁共振整机的厂家由于缺少拥有自主知识产权的 3T 超导核磁共振成像技术，一直未能进入高端医疗影像市场，只能研发销售永磁 0.7T 和 1.5T 超导系列产品，在一定程度上制约了国内高端影像装备的发展和临床诊断能力的提升。国内仅有潍坊新力超导和上海联影公司成功研制 3.0T 磁共振成像超导磁体，由于缺少分子成像系统，不能与国内整机生产厂家配套。由于 3T 成像系统技术复杂，成本高，其大量的应用将推高这方面的医疗成本，因此产品目前属国外垄断。

（2）发展趋势和需求。经调研，我国超导磁共振成像系统需求量大。目前我国应用的 1.5T 医疗系统磁场强度低，梯度线圈、谱仪等配置低，很难提供非常清晰的图像和实现快速扫描，在准确判断病灶，肢端关节、软骨成像，肢端神经系统、血管成像等方面离“精准医疗”设备差距还很大。因此，我国每年需进口 100 多台医用高场强磁共振设备，进口设备的费用高达 20亿元人民币，由于技术封锁的原因，每年用于设备运行和维护的费用也相当可观。因此，尽快研发出超导磁共振成像系统，并将此系统应用在高场强磁共振设备上已迫在眉睫。

2 预期解决的重大问题及其可行性

（1）拟解决的重大问题。1）110mT/m 大梯度强度梯度线圈开发。拟采用高阶主动匀场技术来提高成像区域的磁场均匀度，通过调节各匀场线圈的电流，实现对主磁场不均匀性的校正，实现 160mmDSV均匀度<5ppm。2）图像信号数字化处理技术的研究。通过前置放大器的 NMR 低噪声信号经过高速模数转换器直接转为数字信号，并实时输出到主计算机，降低信号在传输过程中的干扰以及损耗。3）3.0T高场强成像技术。主要包括涡流校正技术、局域匀场技术、场图校正技术、高分辨率 DWI-DTI 中相位修正技术、化学位移饱和技术、并行加速技术和非笛卡尔采集技术。4）系统集成。根据各组件技术特点及临床需求，确定各部件测试方案及整机联调方案。主要搞好各组件独立性能及稳定性测试，系统组装和整机性能测试调试，成像方法集成及调试。5）DICOM3.0标准影像数据信号转换的研究。DICOM 标准是目前医学影像的工业标准，是 PACS 系统实现的基础，在国际上广泛应用于各医学成像设备及 PACS、RIS/HIS 等信息系统的网络互联中，该项目将提供遵循DICOM3.0标准通讯协议的数字化数据接口，可实现设备互连、远程诊断、对接医疗健康大数据平台，有利于各类型医学图像的开发、应用和共享。

（2）可行性分析。1）项目核心人员经验丰富、技术储备厚实。主要技术研究人员杨文晖在磁共振成像技术领域，研究发展了高效梯度技术、多体位 MRI 系统开发、多通道数字化 MRI 谱仪控制台技术、磁共振阻抗成像方法、磁共振成像方法和序列研究等，完全有能力研发成超导磁共振成像系统。2）项目承担单位实力雄厚、科研平台层次高。公司设有国家博士后科研工作站、综合院士工作站、山东省磁电工程技术研究中心、山东省企业技术中心、山东省磁力应用装备重点实验室等省级以上科研平台。3）项目符合国家“十三五”规划纲要及山东省“十三五”规划中提出的支持重大核心医疗成像装备 “超导核磁共振成像系统及关键部件” 的研发导向政策。

3 项目技术路线

（1）研究方法。在电磁场理论分析、数值计算、模型试验等方法的基础上，不断优化改进磁体系统、梯度系统、射频系统核谱仪控制台系统的性能，攻克磁共振超导磁体、梯度线圈、分子成像方法等关键技术，通过子系统的测试与改进，整机系统的联调，最终达到技术指标。

（2）技术路线。该项目将针对超导磁共振成像系统关键技术进行研发并验证。在现有技术的基础上，对 3T 超导磁体、MRI 分子影像技术等方面进行设计和研发，对系统进行集成与整机联调。

4 产业化目标

山東华特磁电科技股份有限公司发挥公司资金、人才和技术优势，成立专门技术研发组，加强超导磁共振成像系统关键技术研发，并实现工业化应用，预计2年内完成可供试验的成像系统，实现全球首创，配套子公司潍坊新力超导 “移动式 3.0T 磁共振整机”临床试验成功后，在 3 年内完成 CFDA（国家食品药品监督管理总局）认证。认证通过后，每年可实现“50 台（套）整机”销售，销售收入可达 2 亿元，创利税 5000 万元，可节约 1 亿元的外购成像系统成本费用，并带动当地机电一体化、集成电路、嵌入式软件等传统和新兴行业的快速发展，降低整个行业的产品和服务价格，促进社会的和谐发展，在国内外市场前景都非常广阔。

参考文献：

[1]王秋良.开放式超导磁共振成像技术[J].现代科学仪器，2014（06）.

[2]余相泉.超导磁共振主磁体励磁测控系统设计与开发[J].计算机测量与控制，2017（05）.

[3]倪志鹏.短腔、自屏蔽磁共振成像超导磁体系统的混合优化设计方法[J].物理学报，2013（02）.