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醫院的核磁共振儀究竟有多厲害?為何能被國外壟斷?

科學 52赫茲實驗室

序言

在關乎中國14億人健康的醫院裡,很多關鍵設備都被歐美巨頭拿捏得死死的。

就比如說核磁共振儀這個,全世界只有德國布魯克等少數幾家公司能提供。

醫院的核磁共振儀究竟有多厲害?為何能被國外壟斷?

那麼問題來了:

核磁共振儀是什麼?

它到底厲害在哪裡?

中國能不能造出來?

核磁共振儀

核磁共振儀簡單來說,就是用一個強大的磁場,讓身體裡的氫原子先排好隊再解散,接收這期間的電磁波信號,再給身體內部畫像。

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磁場?氫原子?

這些都是啥東東?

不急我來具體說說啊。

咱們人體都是由原子構成的,每個原子都有自己的震動頻率。由於每個原子周圍都有電子環繞,可以看成是一個個小磁鐵。

同時人體內水的含量最多,而水又含有大量氫原子。所以呢,核磁共振主要依靠氫原子來成像。

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平常咱們人體氫原子都是雜亂無序的排列著,由於各方向磁性抵消,人體整體不體現磁性。但這時候只要外界一施加強磁場,氫原子就會排列的整整齊齊的。

這就好比是廣場上的一群大媽,都是雜亂無章的,臉朝著哪個方向的都有。

但是隻要大喇叭一響,要開始跳廣場舞了,一大群人立刻站的整整齊齊,臉都朝著大喇叭方向。

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此時我們加入一個射頻脈衝,那麼與射頻脈衝頻率相同的氫原子就產生共振。那麼它可能震動幅度大了,方向變了,其它氫原子因為沒有共振所以改變很小。

當這個射頻脈衝消失後,這些共振的氫原子會慢慢再恢復到原來方向和幅度,這個恢復過程就會有信號發射出來,我們檢測這個信號就可以畫出人體圖像。

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就好比大喇叭開始放音樂了,大媽們一個個都開始跳了,而且跳得都很嗨。但是等到音樂一斷,大媽們全都洩了氣了,節奏就開始慢下來了,又開始變得自由散漫。

是不是聽起來好像很簡單,但是實際上這是個很複雜的過程。就比如上面得到的信號,我怎麼知道它是哪個位置的。

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就比如你要在一群廣場舞大媽當中,要找到某某大媽,你肯定會通過衣服,長相,或者名字等等來判斷。

核磁共振也是一個道理,我們可以對每個聲音增加維度座標,比如X,Y, Z 軸,再逐個畫出就得到想要的圖像了。

核磁共振難點

原理看似很簡單,那這玩意難點在哪呢?

核磁共振儀有很多組件,而在這其中最難的就是那個磁體,有多難呢?

這麼說吧,它需要保持在目標區域中的高磁場和高均勻度。

注意兩個關鍵詞:高磁場、高均勻度。

要想實現這兩個功能,關鍵就在超導材料上。

同時呢,在提供穩定磁場的主磁體之外,還有調節均勻度的勻場線圈,還有射頻線圈。除此之外,還有主磁體和勻場線圈相關的低溫配套設施。

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所以呢,磁體佔核磁共振儀成本的一半左右是有一定道理的,並且分辨率越高的機器,就需要越大的磁場,場強越大獲得的圖片越清晰。

就比如說醫院常見得核磁共振有1.5T和3.0T兩類,這裡的T是磁場強度的單位,中文叫特斯拉,還有一個評價磁場強度的單位是高斯。

1特斯拉=10000高斯。

那麼1高斯有多強呢?

以我們熟悉的地球為例,地球是有地磁的。在赤道附近的磁場強度是0.3高斯,北級是0.7高斯。

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所以對於1.5T的磁共振設備來說,設備的磁場強度是地球磁場的5萬倍!

那這麼大的磁場對人體有沒有影響?

事實上,磁共振成像方法並無任何放射性,完全不必擔心磁共振檢查會對身體有什麼輻射損傷。

國內核磁共振成就

但是由於磁體設計的特殊性、工藝的複雜性,需要強大的綜合工程技能,技術門檻很高。

醫院的核磁共振儀究竟有多厲害?為何能被國外壟斷?

目前醫用核磁共振儀的價格在人民幣350到3500萬左右,當然了,這僅僅是機器的價格,還有醫護人員工資,電費,維護費等等。

反觀國產磁共振:

雖然我們在1.5T磁共振這個檔次基本實現了普及,但是在3.0T及高場強領域,核心技術主要掌握在國外品牌手中。

醫院的核磁共振儀究竟有多厲害?為何能被國外壟斷?

好在國家已經意識到這個問題,科技部和國家自然科學基金設立重大專項,加碼投入,也出現了很多可喜的成果。

比如聯影製造出來的3.0T探索磁共振,打破國外長達多年的壟斷,實現了核心部件的自主研發,並擁有自主知識產權。

感悟

最後小鯨想說:

核磁共振是上世紀80年代發展起來的全新影像檢查技術,是繼CT後影像行業的又一大進步,被譽為現代醫學影像技術皇冠上的明珠。

從全球範圍來講,市場長期被西門子、GE和飛利浦這三大巨頭壟斷。

醫院的核磁共振儀究竟有多厲害?為何能被國外壟斷?

就國內而言,由於在技術上,國產高端磁共振設備與國外同類產品相比,仍然存在明顯差距,進口品牌仍然佔據了我國中高端醫療器械產品的7成左右。

但是隨著政策的扶持和技術的進步,國產磁共振將會漸漸崛起,逐步實現進口產品的替代。

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