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4·26特别策划 | 临危受命,国产CT漂亮答卷背后的专利积淀

2020/4/22 14:52:43



王静 光电技术发明审查部医疗器械室

一场突如其来的疫情席卷了全国,一场没有硝烟的战争顷刻间在中华大地上打响。在这场生死之战里,有一件利器攻城略地,大展拳脚,它就是CT (Computed Tomography)。

 

一 、缘何是CT?

CT这个名字大家可能并不陌生,在健康体检中,它是极为常见的检测手段。那么,CT究竟是如何工作的呢?

CT,全名计算机断层扫描成像,其利用X射线束对一定厚度的组织层面进行扫描,透过组织的X射线被探测器接收,接收到的射线强弱与人体的组织密度有关,探测器将接收到的数据输入计算机,计算机对数据进行处理后,就可获得被检查部位的断面或立体的图像,从而发现生物体内的微小病变。

简单来说,如果把人体比作一块面包,CT比作一台能透视人体的照相机,那CT所做的就是像给面包切片那样逐片对人体进行透视扫描,最后将所有切片的影像信息整合,获得人体内各组织器官的状况,从而辅助疾病的诊断和治疗。

图1 CT成像系统[1]

CT采用切片扫描的方式,避免了传统X光成像中关键信息和噪声信息前后重叠的缺点。此外,得益于计算机的强大处理能力,CT对人体组织的密度分辨率得到极大的提高,对密度相差较小的组织也能加以区别,在病变的骨骼畸形、肺部等扫描诊断中具有极大的优势。

在新冠肺炎的诊断中,CT等影像学手段也被列入国家卫健委《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》。

 

二、国内CT发展概览

第一台CT问世于1972年,至今已有近50年的历史,但CT在中国的发展却相对滞后,直到1994年,第一台国产CT样机才研制成功并通过了国家检测[2]。截至2017年底,我国每百万人口CT保有量为14.3台[3],日本为92.6台,美国为32.2台[4],可见在此方面我国与发达国家相比尚有差距。

纵观国内市场, 虽然近年来CT行业的国产化率不断提升,已从2012年的14.7%增长至2016年的37.8%[3],但目前国外品牌仍占据市场主导地位。在国产企业中,东软和联影表现突出,其在国内CT市场的占有率分别达到了19%和10%[3],甚至超越了飞利浦。

图2 2017年中国CT市场品牌销量分布情况[3]

进一步分析CT中国专利数据发现,在国内,具有多年技术积淀的全球龙头企业GPS(通用、飞利浦和西门子)和佳能在专利储备方面仍然具有巨大的优势。国内企业联影、东软、明峰和高校代表清华大学正迎头赶上,纷纷跻身专利申请量排名前十的位置。

图3 CT领域国内发明和实用新型专利申请量排名(单位:件)

总体而言,国产企业在CT领域已经完成了一定的技术积累,并开始逐渐打破国外龙头企业在中国的市场壁垒。

 

三、抗击疫情,国产CT在发力

在此次新冠肺炎阻击战中,国内企业把创新的力量带到了硝烟弥漫的战场。新冠肺炎的高传染性以及部分医疗场所如方舱医院位置的特殊性,都对CT机提出了新考验,而国产企业则交出了让人满意的答卷。

1、天眼CT:科技抗“疫”看今朝

在传统的CT扫描中,医生需要先进入扫描室,帮助患者进行摆位,在摆位不当的情况下,医生往往需要来回在操作间和扫描室之间穿梭。这一方面降低了工作效率,另一方面存在医患接触,特别是在面对具有高传染性的新冠肺炎患者的情况下,采用传统CT会增加交叉感染的风险。为此,联影推出了肺炎诊断利器——具备人工智能技术的天眼CT。

图4 联影天眼CT[5]

在疫情爆发的紧急情况下,能够迅速推出这一利器,得益于联影长期的技术积累。早在2013年,联影就开始布局相关专利。其中,专利CN104000588B提出了通过获取患者的等效人体模型获得患者的位置信息,从而进行摆位,但是人体模型的获取增加了系统的复杂度。2015年,专利申请CN104644205A提出了采用两个摄像装置对设备的扫描范围进行拍摄,用户基于拍摄的图像设定扫描位置,这需要手动设定扫描位置,并未完全实现自动化。2017年,专利申请CN107789001A提出了利用3D摄像装置获取受检者的3D图像,基于定位像、3D图像和目标区域移动患者台,无需手动对病人摆位,但需要结合多种图像。

图5 自动摆位医学影像系统(CN109276248A)

2018年,专利申请CN109276248A提出了通过获取受检者的红外热辐射图像确定目标部位的位置,从而实现自动摆位,方便快捷。此外,联影还注重扫描参数的设置方式优化,2018年,专利申请CN109381212A提出了通过获取定位片及与之对应的扫描协议,自动确定感兴趣区域,并自动生成感兴趣区域的参数进行扫描,相较于手动调整参数,该方式不仅便于医生操作,而且可以大大简化CT扫描过程中的准备时间,提高临床检查效率。

图6 天眼CT技术发展脉络

得益于以上技术积累,天眼CT应运而生。采用这一CT,医生无需进入扫描间,CT设备就能够智能地识别出患者的身体部位,自动完成患者摆位和扫描等流程。这一设备的使用,极大地减少了医生与患者的接触,降低了交叉感染的风险,并且提高了诊断效率。抗击传染性极高的新冠病毒,天眼CT的这一记重拳可谓“稳狠准”。据悉,这些天眼CT在火神山医院、上海瑞金医院和上海公共卫生临床中心的肺炎病毒诊断中得到了应用[6]

2.方舱CT:移动的“扫描室”

随着疫情的发展,武汉紧急建成了多个方舱医院,这些医院大多是临时性场地,环境较为简陋,对CT设备环境的适应性、扫描效率和稳定性、安全性提出了挑战,而这时“方舱CT”就发挥了大作用。

方舱CT是针对特殊的医疗场景应运而生的一种CT诊断工具。传统的CT诊断对环境要求比较严苛,在一些特殊场合,如抗险救灾现场、野战医院等,传统CT往往不能满足要求,而这时方舱CT就会展现其独特的价值。

方舱CT具有独立于医院的箱体式设计,占地面积小,能够快速拆装。此外,方舱CT“麻雀虽小,五脏俱全”,与传统影像科一样具备操作室和扫描室,并且可以移动,这极大地满足了方舱医院的诊断需求。近期,多家CT民族企业都推出了自己的“方舱”CT产品支援武汉抗击疫情。

图7 联影方舱CT[7]

在疫情突发的情况下,能够有多家民族企业同时推出方舱CT产品,与国内企业和高校在该领域百花齐放的创新研究是分不开的。早在2012年,国内申请人就开始在方舱CT领域进行专利布局,早期的相关专利多聚焦在如何优化方舱CT内功能部件的设置。方舱CT属于精密设备,但在运输过程中,不可避免遭受震动和冲击,为此,多个申请人在减抗震和抗冲击方面下功夫。如专利CN203314994U聚焦运输过程中振动和撞击对CT正常运行的影响,以及运输到达目的地后对整个CT系统进行固定和校准的需求。专利CN203314995U提出的车载方舱CT快速准直平衡调节装置,能够实现快速调平,对环境的适应性强。专利申请CN110507347A利用设置在升降机构上的限位装置承受运输过程中的冲击力。专利申请CN110368206A通过控制装置根据运输车辆的运行状态控制支撑装置降落或升起,以使减震器处于负载状态或卸载状态,有利于提高医疗救援时效,且能够确保CT设备安装稳定可靠。

 

图8 CT方舱减震系统(CN110368206A)

在此次战“疫”中,包括联影方舱CT和东软“雷神”在内的多款国产方舱CT亮相武汉,在新冠病毒的诊断中发挥了巨大作用。其中,“雷神”更是凭借“患者医生双通道”有效减少了病毒传播,凭借其灵活机动的优势,方舱CT在武汉的多处肺炎诊治场所中得到了应用[7][8]

 

图9 东软移动车载CT[8]

 

四、结语

人类同疾病的较量,最有力的武器就是科学技术。在这场疫情防控阻击战中,广大医务工作者争分夺秒,一部部CT影像机“勇往直前”,相信中华儿女一定能够赢得这次前所未有的大考,拥抱山花烂漫的春天。

 

参考文献:

1.百度图片

2.www.360doc.com/content/17/0314/22/15645340_636923393.shtml

3.www.qianzhan.com/analyst/detail/220/181022-7129d761.html

4.www.sohu.com/a/228892849_100119490

5.www.united-imaging.com/cn/news/2018/%E8%81%94%E5%BD%B1-cmef-%E4%B8%89%E5%A4%A7%E6%99%BA%E8%83%BD%E8%AE%BE%E5%A4%87-%E5%8D%81%E6%AC%BE%E6%99%BA%E8%83%BD%E8%AF%8A%E6%96%AD%E5%BA%94%E7%94%A8%E9%87%8D%E7%A3%85%E5%8F%91%E5%B8%83/

6.www.why.com.cn/wx/article/2020/02/13/15815819701394798080.html

7.news.hbtv.com.cn/appgd/p/1785070.html

8.www.neusoftmedical.com/html/2020/cpxw_0212/363.html

 

 

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