高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備有了“中國芯” 攻堅(jiān)行業(yè)“塔尖”技術(shù)

近日，聯(lián)影集團(tuán)發(fā)布了首款高端醫(yī)學(xué)影像專用“中國芯”，填補(bǔ)了我國在高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備自研專用芯片領(lǐng)域的空白，并在關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上實(shí)現(xiàn)了國際領(lǐng)先。這一芯片的誕生，有望打破中國高端醫(yī)療裝備芯片大量依賴進(jìn)口的局面，也標(biāo)志著國產(chǎn)高端醫(yī)療裝備行業(yè)已構(gòu)建起全鏈自主可控的垂直創(chuàng)新體系。

攻堅(jiān)行業(yè)“塔尖”技術(shù)

醫(yī)療芯片是設(shè)備系統(tǒng)性能實(shí)現(xiàn)躍升的關(guān)鍵源頭技術(shù)，一直以來是我國高端醫(yī)療裝備行業(yè)亟需攻克的技術(shù)堡壘，也是行業(yè)的“塔尖之爭”。

2019年，聯(lián)影集團(tuán)成立上海聯(lián)影微電子科技有限公司，攻堅(jiān)全線高端醫(yī)療設(shè)備定制化芯片的設(shè)計(jì)研發(fā)。歷時(shí)兩年半，首款芯片研發(fā)成功并投入量產(chǎn)。“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(diǎn)，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)在行業(yè)內(nèi)沒有可參考的對象，研發(fā)團(tuán)隊(duì)與供應(yīng)商需要不斷探討磨合每一個(gè)技術(shù)點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)經(jīng)常凌晨四五點(diǎn)仍在溝通、研究。”聯(lián)影微電子首席執(zhí)行官劉悅介紹，芯片的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程十分復(fù)雜，涉及多個(gè)行業(yè)數(shù)十道工序。在完成設(shè)計(jì)進(jìn)行后續(xù)生產(chǎn)、封裝、測試階段，每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都有可能導(dǎo)致芯片研發(fā)失敗。

芯片制造工藝精密，研發(fā)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(hào)進(jìn)行采樣、放大，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可處理的數(shù)字信號(hào)。一行代碼寫錯(cuò)或一根電路搭錯(cuò)，芯片性能指標(biāo)就無法實(shí)現(xiàn)。通常，一塊醫(yī)療芯片從設(shè)計(jì)到誕生需要近百人的研發(fā)團(tuán)隊(duì)耗時(shí)5年以上。

不僅如此，不同于行業(yè)常用的通用芯片，聯(lián)影微電子研發(fā)的是針對高端醫(yī)療設(shè)備系統(tǒng)需求的定制化ASIC芯片，不僅涉及芯片研發(fā)技術(shù)，還需深度掌握醫(yī)療設(shè)備關(guān)鍵部件原理及跨學(xué)科技術(shù)知識(shí)，與設(shè)備整機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密配合協(xié)同，才能保證集成芯片后整機(jī)性能最大程度提升。

“人才是科技創(chuàng)新的關(guān)鍵。我們建立了一支具有豐富芯片設(shè)計(jì)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的人才團(tuán)隊(duì)，90%以上為碩士博士。”劉悅告訴記者，“同時(shí)，得益于聯(lián)影醫(yī)療實(shí)現(xiàn)了PET-CT整機(jī)的自主研發(fā)，我們已掌握了設(shè)備的核心技術(shù)，并對芯片研發(fā)技術(shù)有了充分理解。整機(jī)與芯片兩支團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)了一系列技術(shù)創(chuàng)新。“我們在1塊芯片上集成了智能校正、溫控監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸、能量與時(shí)間測定等以往需要16塊芯片才能實(shí)現(xiàn)的功能，確保可以捕捉、甄別最微弱的信號(hào)并降低干擾。此外，我們還實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最密采樣通道，并將單位時(shí)間內(nèi)單個(gè)通道信號(hào)處理能力提升到業(yè)界前所未有的10兆級(jí)，相較基于傳統(tǒng)通用芯片設(shè)計(jì)的電路處理能力提升了10倍。”劉悅說。

提高臨床圖像質(zhì)量

芯片性能的提升帶來了設(shè)備性能跨越式升級(jí)，并最終惠及臨床患者。

集成了這一芯片的PET-CT首次達(dá)到行業(yè)最佳TOF時(shí)間分辨率——190皮秒級(jí)。“TOF時(shí)間分辨率是衡量PET-CT的關(guān)鍵性能指標(biāo)，也是業(yè)界長期以來追求突破的核心技術(shù)方向。TOF數(shù)值越小，定位越精準(zhǔn)，圖像質(zhì)量越高，并且芯片帶來的性能指標(biāo)和集成度的提升，還有助于全方位優(yōu)化設(shè)備的性能。”上海聯(lián)影醫(yī)療科技股份有限公司分子影像事業(yè)部總裁王超介紹，“1皮秒相當(dāng)于一萬億分之一秒，在‘中國芯’的強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)下，PET-CT系統(tǒng)性能首次突破200皮秒技術(shù)‘拐點(diǎn)’，使系統(tǒng)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(zhǔn)確性。”

圖像質(zhì)量的提升可有效幫助醫(yī)生精準(zhǔn)診斷。比如，醫(yī)生可以發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)阿爾茨海默癥、帕金森癥等神經(jīng)退行性疾病。劉悅說，系統(tǒng)還可更精準(zhǔn)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(dòng)癌癥個(gè)性化精準(zhǔn)治療。

致力于全鏈條創(chuàng)新

隨著全球晶圓產(chǎn)能持續(xù)緊張，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療芯片自主研發(fā)是確保產(chǎn)業(yè)鏈安全、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)發(fā)展的重中之重。

除了分子影像專用芯片，聯(lián)影集團(tuán)還在研發(fā)全線醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的專用芯片，與產(chǎn)業(yè)上下游協(xié)同攻堅(jiān)，從無到有培育出一條貫穿“設(shè)計(jì)—制造—封裝—測試”全流程的醫(yī)療芯片產(chǎn)業(yè)鏈。“芯片是信息化時(shí)代的科技制高點(diǎn)，是驅(qū)動(dòng)高端醫(yī)療裝備智能升級(jí)的關(guān)鍵。目前，聯(lián)影微電子還在全力攻關(guān)醫(yī)療人工智能芯片、智能可穿戴醫(yī)療芯片，為進(jìn)一步賦能大健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展、助力關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈自主可控貢獻(xiàn)力量。”劉悅說。

記者了解到，歷經(jīng)10年自主研發(fā)，聯(lián)影集團(tuán)向市場推出包括Total-body PET-CT、“時(shí)空一體”超清TOF PET/MR、3.0T探索磁共振等掌握完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的86款產(chǎn)品，整體性能指標(biāo)達(dá)到國際一流水平，部分產(chǎn)品和技術(shù)世界領(lǐng)先。

數(shù)據(jù)顯示，自2014年至今，聯(lián)影集團(tuán)產(chǎn)品已入駐30多個(gè)國家的6900多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)，裝機(jī)14000多臺(tái)/套。2016年至2020年，聯(lián)影醫(yī)療PET-CT連續(xù)5年國內(nèi)新增市場占有率排名第一，2020年移動(dòng)DR國內(nèi)增量市場占有率位列第一。

聯(lián)影集團(tuán)董事長薛敏表示：“聯(lián)影集團(tuán)自成立起就堅(jiān)定走自主創(chuàng)新道路，全線覆蓋、掌握全部核心技術(shù)，對標(biāo)國際頂尖水準(zhǔn)。10年來，我們實(shí)現(xiàn)了高端醫(yī)學(xué)影像設(shè)備國產(chǎn)化和核心部件自主研發(fā)。隨著首款‘中國芯’的誕生，聯(lián)影集團(tuán)正式建成了從整機(jī)系統(tǒng)到核心部件再到底層元器件的全鏈條垂直創(chuàng)新體系。”(李治國)