方寸觅影记:动态实时三维超声成像系统的诞生

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近日,迈瑞医疗所承担的国家重点研发计划中的“多功能动态实时三维成像系统”项目通过验收。这是自“973”、“863”计划告别历史舞台后,首批获国家科技部批准的数字诊疗专项项目之一。该项目的完成,填补了我国在高端医学超声诊断设备领域的空白,攻克了医学影像领域的一大“卡脖子”难关。此次,我们采访了项目背后的研发人员,从他们的视角讲述征服未知挑战的故事。

启程
涉足未知领域

2016年11月18日,当朱磊面对会议室内满满当当的人,说不紧张焦虑,那是骗人的。

朱磊作为即将启动的“国家重点研发项目”的项目负责人,邀请了超声事业部的各路专家,逻辑、算法、系统、硬件、探头等专业的资深工程师汇聚于此,共同接受一个“重磅”好消息。

迈瑞申报的“多功能动态实时三维超声成像系统”,从诸多企业院校项目中脱颖而出,成为国家重点研发计划中首获科技部批准的项目之一。

项目期间,迈瑞将与清华大学、西安交通大学、中国科学院、深圳技术研究院、深圳大学等高校,北大深圳医院、北大第三医院等医院强强联手,共同合作研发突破。

这意味着在场的研发专家们将涉足尚未开拓的神秘领域 —— 实时三维心脏超声检测。其中涉及的技术远比常规的超声成像复杂,不仅要呈现心脏二维结构,还需要获悉实时且高帧频的三维心脏结构与血流信息。

受困于国内技术起步晚,过去几十年间,本土企业并未在用于心脏超声检测的三维超声成像技术上取得突破,医院内多为进口心脏超声设备,致使医疗费用较高,不利于优质医疗资源的普及。

今日的会议标志着项目启动,专家们将以五年为期,踏上一条只许成功不许失败的道路。而最终的研发成果,一定程度上指向中国医学装备的未来。

“当时大家既期待又怀疑,觉得是在做一件很有意义的事,但对能否实现不太有把握。最终让所有人坚定信心的,我想其实是公司的战略和沉淀的价值观,大家都愿意去做高难度、高精尖的技术研发,也就是难而正确的事。”朱磊回忆。

从此,每周的固定时间,项目组都会开一场碰面会,在医学影像事业部总经理何绪金的指导下,各位负责人陈述当下的突破与难题,之后通过不同的专业视角探讨出可能的解决方案。

往往会议结束后,更多讨论开始在工作群里发酵——

对了,上午探讨的问题看看用这个方法是不是可以解决?

科技部关于项目立项的通知

项目启动大会现场

单晶面阵探头材料集成度高,制作复杂

携手
攻克材料困局

让所有人都记忆犹新的一大挑战,是核心配件的材料困局

作为“成像系统”的核心,单晶面阵探头要进行实时三维的高清成像,阵元数是普通探头的近百倍。这需要在指甲盖大小的部件上聚集7000余个盲孔,普通材料根本无法承载,海内外拥有加工能力的厂商屈指可数。

历时八个月,原先合作的两家美国、日本厂商皆因技术难度宣告放弃。可其他的工作亟需以该材料为基础开展,材料的问题在一定程度上决定了项目整体的成败。

最终通过短时间、大范围的搜寻筛选,大家将目光投向了先前合作的某家国内厂商。

然而,由于对方尚未尝试过相关类型的研发、生产,几次沟通后,对方仍对投入风险与成功率表现出了担心和犹豫。

走,一块儿去聊聊!

何绪金了解到此事,立刻叫上几位同事共同前往厂商所在城市。大家从各地赶来,在夜里匆匆抵达,顾不上吃饭,便聚到一起讨论:该怎样才能让双方积极开展合作?

第二天和工厂负责人面对面,何绪金从伙伴的角度出发,承诺迈瑞将在开发过程中提供更坚实的技术支持,将一次性交付拆分成各阶段的成果要求,给予对方一起成长的空间、时间……

对方听着听着,渐渐舒展了紧皱的眉头。离开时,口径更是从先前的一味拒绝,转变为“回去后彼此多多联系沟通”。

整个星期,负责该技术的项目组成员通过线上的紧密沟通,明确目标与分工协作,进一步打消了对方的顾虑,最终成为并肩作战的“战友”。


通过技术的共享,无间的配合,诸多原先看来是技术瓶颈的问题都在之后被逐一突破,我们最终实现了核心原材料的跨越。

面阵探头阵元的排列与常规探头全然不同
材料的创新开发离不开迈瑞与各合作方的共同突破

智取
突破散热难关

有些时候,突破研发的瓶颈,除了99%的努力,还需要一个灵光乍现。

如何控制探头散热量,是项目研发后期的重点关注议题。

探头的散热问题较难攻克。探头内部数千阵元同时振动,热量的聚集用常规方式无可避免,唯有另辟蹊径。

然而,当团队终于解决了核心部件的散热问题,却发现周边隐藏的问题显露出来。再一次从头开始,增加散热材料,转换方式,调整布局,实验多次后,仍然没法取得突破。

这天下午,专攻散热的林工结束了两次未果的尝试,这是他待在实验室攻克难题的第31天,他决定转变思路,在网络上翻阅着论著寻求灵感。

忽然,就像树上的苹果砸中牛顿,林工灵机一动——是否可以将其他行业内的某项技术融合,打造全新的结构方案来制冷?

“说实话,那时候也没底,只是抱着尝试一下的态度做做努力。”

最快的速度采买来原料,逐步规划与调试安装,当产品再次进入测试。在往常发热的时间点,大家不由自主地屏住了呼吸。

这一次,产品持续运行许久,温度依然安安稳稳地停在正常范围内。


首次控温成功后,经过实验室几位专家的上千次严密实验,细节被不断完善,散热问题宣告正式攻克,大家心里的最后一块大石头,方才落下

探头散热问题的攻克
解除了技术层面的后顾之忧

共生
助力诊疗提升

2016年11月正式启动项目。

2021年9月提交项目评价资料。

2022年3月完成答辩,6月完成验收。

历时五年有余,迈瑞的首个国家重点研发计划课题顺利完成,填补了国内医学影像关键技术的空白,一举突破“卡脖子”难关。

在技术攻坚的道路上,越来越多合作伙伴和迈瑞共同成长,产学研医携手,推动高端医疗装备全链自主可控。

不久后,将有更多医院能够用上高端医疗设备,更多患者因此获得更精准诊断。

在未来,我们将转化此次突破中取得的成果与应用,在进一步开拓创新领域的同时,将高端科技应用于更广阔的超声领域,聚焦医院的高质量发展,助力医疗质量提升。

在国家重点研发项目宣告完成之际,当面对“未来发展方向”这个问题时,参与项目的各位研发专家都给出了相同的答案。

项目于医院内进行临床验证

运用全新技术的心脏超声成像