追光十年｜闯入“无人区”，他们研发出全球领先的国产医学影像设备

【编者按】

十年追光，上海科创征途势如虹。

2014年5月，习近平总书记在上海考察时提出“加快向具有全球影响力的科技创新中心进军”，上海的发展定位从“四个中心”拓展为“五个中心”。参与研制“天舟”、“神舟”、“羲和”、“祝融”等一批国之重器，推动C919国产大飞机、首艘国产大型邮轮问世……十年来，上海科创硕果累累。

在上海国际科创中心建设十周年之际，澎湃新闻推出“追光十年”特别策划，聚焦上海科创迈向“全球影响力”之路的十个侧面，解析上海打造科技强国建设重要引擎的动力源泉。

本篇关注企业科研力量。直接面向市场的科研团队，如何开辟未知新路？

白浪 设计

PET/CT全称“正电子发射/X射线计算机断层成像系统”，这是辅助医生检查和发现重大疑难病症的一双“火眼金睛”。PET/CT一度被誉为“现代医学高科技之冠”，作为医学分子影像领域的一项革命性设备，其研发难度之大可想而知。

十多年前，这一领域被少数几家跨国巨头占据，如何突围而出、自主研发出赶超国际领先水平的国产PET/CT，并持续创新迭代？来自上海联影医疗科技股份有限公司（以下简称联影医疗）的一支科研团队，用13年时间实现了一系列突破，创造了诸多第一：从有着业界最小尺寸晶体的PET/CT uMI 510，到业界首款2米轴向视野PET/CT uEXPLORER，再到业界最高时间分辨率的PET/CT uMI Panorama，他们一次次深入“无人区”。

更让人意想不到的是，这群研发人员的年龄大多在25-35岁之间。敢拼敢闯，这股年轻力量推动着中国医疗科研冲向最前沿。

“做世界最领先的产品”

王超还记得，2023年2月，当联影医疗发布业界首款全芯无极数字PET/CT uMI Panorama之时，吸引了来自全世界的目光——该产品验证了中国科学家的自主研发实力，代表了国产数字化PET/CT无论在空间分辨率、时间分辨率和定量准确性等各个方面，都已经走在了世界前列。

王超介绍，最新一代PET/CT uMI Panorama在此前联影医疗自主研发的PET-CT 的基础上推陈出新，打造出了“中国芯”、“AI脑”，首次在业界实现180皮秒量级超高时间分辨率。

而在十几年前，这一切很难想象。那时，王超还在美国从事科研。是联影医疗的创立，让王超萌生了回国投身医疗设备研发的想法。

早在2011年，上海已呈现出医疗器械产业集中度高的特点，雄厚的制造业基础、开放的对外环境、集聚的高端人才，让上海吸引了诸多行业企业落子，联影医疗正是在这样的时代背景下扎根上海。也是在那时，王超选择加入公司，成为分子影像设备研发团队的成员之一，随后逐渐成长为团队带头人。

“在这之前，我在美国一所大学担任研究员，已经有了五年的工作经历。”王超回忆道，当时中国与欧美国家之间的研发实力差距很大，“那时，美国、欧洲等国有很多人在从事分子影像设备的研发，高水平的实验室也很多，但真正商业化的产品很少，中国国内也没有任何这样的产品，但国内用户的需求却有很多，因此我们希望可以研发出这样的产品，来造福患者。”

在王超看来，PET/CT对于推动精准医疗、提升医疗水平意义重大。他介绍，通过PET和CT联合成像，通过引入放射性核素进行显像，不仅呈现了传统影像设备可以看到的组织结构形态，还能精准捕捉到细胞功能层面的变化，譬如肿瘤的代谢情况如何、是否发展转移等等，从而一目了然地看到肿瘤在全身的分布状况，“随着人类对于健康的重视，它的重要性在临床上越来越突出”。

但对于一家刚成立不久的医疗科技公司而言，创业维艰。

王超坦言，当时，研发团队面临的竞争对手是跨国企业“GPS”，即通用电气、飞利浦、西门子医疗，“想要突围，必须实现产品全链条的自主创新，做世界最领先的产品。”

不断追赶，打破“最好”

回国后，王超和研发团队要做的第一件事，就是将光子探测器的空间和时间分辨率提到最高，同时实现核心元件的自主研发，其中就包括探测器晶体、芯片的国产化。

王超（左一）及PET/CT uMI Panorama研发团队成员，一同讨论研发细节问题。

一台PET/CT的研发，涉及多个核心部件与软硬件，其中光子探测器是极为关键的一步，“PET/CT的原理是，接收人体注射显像剂后、产生的不同方向的伽马光子，通过精确测量两个光子到达探测器的位置信息和时间信息，把病灶定位在一个精准的区域里。”王超介绍，光子探测器的空间和时间分辨率越好，探测的精度越高，设备就可以在短时间获得高质量的图像，对病灶的识别就越准确。

“在研发过程中，我们改良了晶体的工艺，使它的尺寸达到业界最小的2.76mm，从硬件上保证了更高的空间分辨率。”王超进一步回忆，还有一项其独创的钻石镜面工艺，将光传输效率较传统晶体工艺提升了30%，为系统更高时间分辨率奠定了基础。2.76mm晶体最终被应用于最新一代PET/CT uMI Panorama光子探测器。

晶体之外，芯片也是探测器的核心部件。“当时，国外研发的探测器时间分辨率普遍水平在300皮秒到400皮秒，我们的目标就是要优于这个水平，希望是好于200皮秒。”王超说，时间分辨率要提升，芯片研发是关键。

作为王超研发团队成员之一，研发工程师褚少平全程参与了最新一代PET/CT uMI Panorama光子探测器的研发过程，“整个探测器中，芯片必须要实现自主研发，前后我们花费2年半时间，研发了3版才达到了最好的性能。”

褚少平回忆，第一版芯片，他们做到了时间分辨率500-600皮秒，第二版芯片，则达到了国内当时最好水平——280皮秒，但当时业界最新最高标准已经达到214皮秒。“我们只能不断追赶，不断做技术优化，去打破国际最新标准。”褚少平说。

又花了近1年时间，团队终于实现了200皮秒以下的标准，实测达到了180多皮秒。“这最大程度上提高了芯片的处理性能，压低噪音，从而去精准识别存在噪声里面的光子信号。” 褚少平说。

研发不止于此。如果说探测器是PET/CT的一双眼睛，那么此后影像链的研发，犹如塑造强健骨骼并注入新鲜血液 。

“探测器的数据量很大，带宽也很大，影像链系统需要与探测器进行数据通信，从探测器的海量数据中提取真正有效的信息，去伪存真。”参与影像链开发的研发工程师李俊表示，在整个研发过程中，影像链在硬件上进行了非常大的升级，提升了整体性能，使得数据得以充分的释放，“这前后花费了4年时间”。

除了影像链，PET/CT的探测器也少不了“算法”的加持。“整个探测器需要一套物理算法，‘算法’直接面向医生，提供用于医生诊断的影像图。”参与此项研究的工程师徐涵聪介绍。

徐涵聪说，PET/CT图像重建算法要紧扣临床诊断需求，持续创新。“目前，我们的‘算法’仍然在不断地进化，技术的研发要紧跟时代的发展，不断推陈出新。此前我们研发出来的一套全新高级应用算法，前后历时2年多时间，推出多个业界首创的临床应用功能，提供了更为精准的诊断图像。”

“一台PET/CT的研发是一个系统，不单单是一个硬件产品，这背后集结了诸多不同科研领域研发人员的持续接力创新。”在王超看来，这是一个需要动力和毅力的过程，对于其所在的研发团队来说，内在驱动力就是临床需求。

“随着时代的发展，对疾病的探测是希望医生看得越清楚越好，看得越精准越好。这个需求始终存在，我们研发医疗设备就该做到越来越好，不断创造更多价值，为更多有需求的医患服务。”王超说。

设备出海，入驻国际顶尖医疗机构

2023年2月，全新一代PET/CT uMI Panorama在医疗机构开展应用时，得到了诸多医生认可——不仅仅是扫描速度超过以往任何一代产品，其成像也更为精准清晰。

“在过去，我们无法想象能做成这样一款高精尖的医疗设备。而用了不到10年时间，我们挑战高难度，再次超越了现有的技术水平，把所有治疗参数都提高到了最高水平，我们真的做到了！”王超仍难掩激动。

王超表示，在研发过程中，研发团队也在不断关注新的技术力量，如半导体的发展、人工智能技术的兴起，并尝试注入AI算法、深度学习等新技术，这些都在帮助团队思考如何优化传统的技术，进一步提高PET/CT的性能。

眼下，由联影医疗首先推出的“长轴”分子影像设备已经成为一股技术风潮，引领着整个行业的发展。

“简单来理解，长轴就意味着PET的宽度，从头顶到大腿的扫描只需一个床位即可完成。”王超解释称，常规PET/CT受制于15cm-30cm的轴向视野，采集影像时间较长，长轴向视野可以使短时间采集优势更为明显，也可以使放射性示踪剂的辐射剂量更低，适合更多患者，更重要的是可以实现从传统的“3D静态成像”到“4D动态成像”，具有极高的科研价值。

国产PET/CT的出现，也使得PET/CT的价格大幅度下降，“降价的同时，设备的性能也变得更好了。”王超表示，目前，国产PET/CT已经在美国和欧洲都拿到了获批上市的许可证，联影医疗的分子影像设备迄今也已装机数百台，并入驻日本、澳大利亚、新西兰、印度、意大利等多个国家，其中不乏像美国加利福尼亚大学戴维斯分校、耶鲁大学、意大利博洛尼亚大学医学院等一批全球顶尖机构。

联影医疗uMI Panorama研发团队部分成员，整个团队成员年龄基本在25-35岁。

或许，你很难想象，这个研发出国产PET/CT的联影医疗分子影像团队，其成员大多年龄在25-35岁。

今年33岁的褚少平于2017年中科大博士毕业后加入联影医疗，在他看来：“公司给我们提供了强大的平台，以及研发所需要的资金、技术和合作，使得我们可以义无反顾地去投身研发。”

今年35岁的李俊则表示，真正吸引他留在联影医疗的是其高端医疗设备领域的绝对领导力，同时，公司重视员工的发展和培养。“加入公司后，我就开始独立负责一些工作，工作3-4年后就已经参与到高端设备的研发设计中。在这里，我的伙伴中有国内高学历顶尖人才、海归人员，大家敢闯、敢想，能和这样一群人在一起工作很开心。”

联影医疗uMI Panorama入驻美国路易斯安那分子影像诊疗中心。

联影医疗最新披露的2023年年报显示：该公司作为中国市场头部的分子影像设备厂商之一，按照国内新增市场金额口径统计，PET/CT和PET/MR连续多年实现中国市场占有率排名第一。国际市场方面，公司业务已覆盖亚洲、美洲、欧洲、大洋洲、非洲超65 个国家和地区。

“这些年里，得益于上海的科创资源，联影得以与一大批学界、业界的伙伴深度合作，其中有众多高校、科研院所、顶尖三甲医院。未来，我们将会不断开拓新的技术，让更多更优的国产分子影像设备出海远航，让中国的先进医疗科技造福世界更多患者。” 联影集团董事长薛敏表示。

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