核磁共振(MR)是一门上世纪80年代才正式应用于临床的年轻技术,学术界针对它的研究曾六次获得诺贝尔奖,这从侧面说明其技术深度横跨物理、材料、电子与算法多个学科。医学影像行业的技术路线主要围绕超导磁体、场强、成像序列与重建算法展开,竞争壁垒则来自学术积累与工程化能力的双重叠加——高端设备的核心部件长期只有少数企业能够全部自研,国产厂商用十年时间才实现超导磁共振所有核心部件的100%自主研发和生产。

从物理原理到临床工程的长转化链

核磁共振的原理是利用人体中氢原子的信号反应,确定水分子在生物体内的分布结构。人体三分之二由水构成,水又由氢原子和氧原子构成,在聚合磁场作用下,人体内部的水分子呈现出一定梯度,从而形成内部结构影像。需要说明的是,这里的“核”指的是氢质子核,在磁场下发散的是电磁波,没有核辐射。

原理清晰,但工程化极难。十年前,全球实现磁共振全部核心部件技术自主研发的企业只有GE、西门子两家;由于不掌握核心技术,国产MR主要占据中低端市场,高端3.0T MR全部依赖进口。这一格局直到国产厂商打通磁体、谱仪、梯度线圈、梯度放大器、射频线圈、射频放大器等全部核心部件后才被改写。

技术路线的分野:场强、孔径与算法

场强是MR最直观的技术分水岭。T代表tesla,即场强大小,地球磁场约为0.00005 T。场强越大,通常意味着更高的分辨率和更快的成像速度。目前主流产品为1.5T和3.0T;在3T时磁共振可分辨小至1mm的细节,在7T设备上可达0.5mm,能够分辨人类脑部皮层的内部功能,人类也首次在7T磁共振上看到信息如何在神经元之间传导。但超高场产品的安全性仍需进一步验证,价格也不是普通三甲医院能够承受的,因此一段时间内,3.0T逐步取代1.5T仍是主要趋势。

另一条路线是大孔径。大孔径MR是大体型患者(包括肥胖患者、运动员、孕妇)的刚需,配合静音技术,也能尽最大可能帮助幽闭恐惧症患者完成检查。其瓶颈在于需要重新设计一条产线,资本开支巨大,而大型医疗设备每年的需求有限,新开产线的内部收益率会比较低——这反而给新晋企业留出了后发机会。

壁垒的本质:产学研医的全方位能力

大型医疗设备的研发和生产,是一个产学研医融合创新的过程,体现的是一个国家整体国力、科研能力、临床能力、人才培养、生产制造的全方位能力。这不是单点突破能解决的,需要长期积累。从市场格局看,2020年中国3.0T及以上MR设备市场的主要参与者为GE医疗、西门子医疗、飞利浦医疗、佳能和联影医疗;而在1.5T MR和超导MR总体市场中,国产厂商已居前列。这提示我们:中低端与高端的技术壁垒并不在同一量级,越往高场强走,学术积累与工程化能力的叠加门槛越明显。

常见问题

核磁共振有核辐射吗?

没有。核磁共振是物理学反应,其中的“核”指氢质子核,在磁场作用下发散的是电磁波,不涉及核辐射。这也是它相比CT的重要差异之一,同时它在软组织成像精度和纹理边界清晰度上表现更优。

为什么核磁共振检查比CT贵那么多?

设备成本是主因。好一点的MR设备在千万以上,顶级的甚至需要几千万,维护成本和人工成本也十分昂贵。相比之下,我国的核磁共振收费堪称白菜价,还不到发达国家的十分之一。

国产MR现在处于什么水平?

国产厂商已实现超导磁共振所有核心部件的100%自主研发和生产,成为世界第三家掌握MR核心科技的企业,其自主研发的我国第一款3.0T高场MR获得了2020年度国家科学技术进步奖一等奖。按新增销售台数计,2020年国产厂商已成为中国市场最大的MR设备厂商。