人工智能与核磁共振的结合,检查速度有望提高10倍

    2019-05-31 13:36
    头豹研报

    中国核磁共振设备行业概览

    2022-02-23

    2018年,8月21日,Facebook的人工智能实验室正与纽约大学医学院合作,尝试将核磁共振成像(MRI)的检查速度提高10倍,假如成功的话,未来放射科医生将在几分钟内就可以完成检测。Facebook的计算机科学家认为,他们可以使用机器学习来加快检查速度。为此,纽约大学提供了1万份核磁共振检查的匿名数据集,其中包括约300多万张膝盖、大脑和肝脏的成像。研究人员将使用这些数据训练算法,利用深度学习方法来识别骨骼、肌肉、韧带和其他人体构成的组织构造。将这些知识构建到驱动核磁共振机器的软件中,可以允许让AI创建部分成像,从而节省时间。


    核磁共振设备概述

    核磁共振是一种生物磁自旋成像技术,区别于X线和CT,是利用人体中的遍布全身的氢原子在外加的强磁场内受到射频脉冲的激发,产生核磁共振现象,经过空间编码技术,用探测器检测并接受以电磁形式放出的核磁共振信号,输入计算机,经过数据处理转换,最后将人体各组织的形态形成图像,以作诊断。核磁共振所获得的图像具有清晰、精细、分辨率高,对比度好,信息量大等特点,对软组织层次显示具有显著优势。

    核磁共振设备主要有三大基本构件组成,即磁体部分、磁共振波谱仪部分、数据处理和图像重建部分。

    核磁共振设备组成

    来源:沙利文研究院绘制

     

    核磁共振设备发展历程

    核磁共振是一种物理现象,1946年美国哈佛大学的Edward Purcell和斯坦福大学的Felix Block领导的研究小组率先发现了物质的核磁共振现象。核磁共振现象发现后,很快就形成一门新的学科——核磁共振波谱学,作为一种分析手段广泛应用于物理、化学等领域研究物质的分子结构,为临床医学提供了有利条件。经过数十年的发展,核磁共振的图像质量在1978年已达到X线CT的初期水平,并在医院中进行人体试验,定名为磁共振成像(MRI)。到1981年成功取得了人体全身核磁共振的图像。磁共振成像技术运用无损伤的方法,既能取得活体器官和组织的详细诊断图像,又能监测活体器官和组织中的化学成分和反应,逐步得到推广应用。

    核磁共振设备行业发展历程

    来源:沙利文研究院绘制

    美国政府于20世纪80年代开始批准核磁共振机的商品化生产,并开始临床应用。1985年国内首台MRI设备在广州解放军第一军医大学南方医院成型,1989年深圳安科公司生产出了国内第一台永磁型MRI。核磁共振机技术不断进步,在临床诊断上的使用范围也越来越广泛,极大地提高了临床诊断水平。

     

    中国核磁共振行业发展潜力十足

    近五年来,医用核磁共振产品国产化的进程在逐渐加快,进口依赖度有所降低。国内医用核磁共振设备的市场装机量稳步提高,于2017年超过了17,000台,但整体医用核磁共振市场的饱和度依然相对较低,现有装机量远不能满足国内市场的需求,国内核磁共振产业仍处于成长期。

    中国医用核磁共振设备市场装机量,2013-2017

    来源:fsTEAM软件采编,沙利文数据中心编制

     

    伴随着MRI装机量的增加,中国每百万人口MRI的拥有量由2013年的3.4台增加到2017年的6.3台从人均拥有量来看,目前中国医用核磁共振设备拥有量与发达国家每百万人口40台相比仍较低。

     

    中国核磁共振设备行业产业链中下游需求庞大

    核磁共振设备行业上游为原材料供应商及零部件生产商,包括电子制造、机械制造、特殊材料等,提供核磁共振设备基础的技术与材料,上游行业的进步对核磁共振行业的发展至关重要。行业中游为核磁共振设备的生产与销售,中国市场的核磁共振设备主要有超导磁共振和永磁磁共振两大类产品,以GE、飞利浦、西门子为首的外商品牌占据高场强的超导产品市场,而国产品牌则以低场强的永磁系列产品的市场为主。行业下游则由需求方构成,包括医疗机构、体检中心及独立影像中心。此外,还有一些衍生服务机构,例如提供维修服务的维修托管公司及提供金融服务的医疗器械融资租赁公司等,它们也是核磁共振设备产业链的其中一环,且作用及影响力正在逐渐扩大。

    中国核磁共振设备行业产业链分析

    来源:沙利文研究院绘制

     

    上游分析

    在整个上游供应链环节中,核心元器件是医疗器械的命脉,其决定着行业的技术高度。于核磁共振设备而言,磁体即为最核心的元器件,也是最关键的技术。

    核心元器件:产生磁场的磁体是核磁共振成像系统的核心。磁场的主要技术指标是磁感应强度、磁场均匀度、磁场的时间稳定性和边缘场的空间范围等,它们对影像质量有重要影响。磁共振成像用的磁体有永久磁体、常导磁体和超导磁体3种。目前,大多数MR成像系统采用超导磁体,磁感应强度低的工作在0.3T,高的工作在2.0T,甚至4.0T或更高。

    非核心元器件:诸如电子配件、线材耗材等零件,因行业较为分散、集中度低,且市场高度成熟,对整机制造商的影响程度较弱。此外,MRI成像设备必须有为用户提供的软件程序。用户通过操作系统的终端利用这些程序,根据需要进行影像采集、影像显示和影像分析。磁共振成像设备可允许用户介入的系统是成像操作系统和影像分析系统,成像操作系统也叫操作员系统,影像分析系统也叫医生系统。这两个系统由计算机和计算机终端组成。

    下游分析

    MRI设备市场需求主要由病人数量、临床使用人员和经济发展水平等因素所决定。来自下游的公立医疗机构是MRI设备企业的主要客户,近年来,随着医疗卫生事业和医疗技术的不断发展,高新技术的不断采用,以及MRI设备本身技术的发展,一大批老产品退役,促使MRI设备市场需求快速增长。

    公立医疗机构:在MRI市场中,市级医院、县级医院是最主要机构类型市场,占比超过90%。从人均拥有量来看,目前中国医用核磁共振设备拥有量与发达国家相比仍相对较低。

    民营医疗机构:由于医疗资源紧张,为应对人口结构失衡所带来的一系列医疗问题,政府自2009年逐渐放宽对民营医院的限制。如今,民营医疗机构的数量正呈逐年上升的趋势, 2013年全国民营医疗机构数量已突破1万,如今已远远超过公立医疗机构的数量。民营医疗机构的上升,将大量增加MRI设备的采购需求,推动中国MRI设备行业的发展。

    体检中心:体检中心分为医院内设体检机构及专业体检机构,根据2009 年颁布施行的《健康体检管理暂行规定》规定每家体检机构必须包含医学影像科和医学检查科,这就意味着每家体检中心至少配备一台MRI设备。伴随人民生活水平的提高、居民保健意识的强化,各类体检中心数量激增,预计未来仍将持续增长带动MRI设备行业的规模扩张。

    中国核磁共振设备行业未来展望

    (1)3.0T设备采购需求增加

    尽管在当前中国的核磁共振设备市场中,1.5T设备占比超过70%,但沙利文预测3.0T设备将因优越的性能而为各级医疗机构所青睐,尤其是二、三级医院,将持续增加3.0T设备的采购需求。至2020年,3.0T设备的市场占比将有望与1.5T设备持平。原因来自两方面:一方面,是来自于设备自身的升级。与1.5T设备相比,3.0T设备具有快速的成像速度,能够为患者节约一半的扫描时间;及更高的信噪比,能够获得更清晰的图像质量,能够发现细微的病灶;同时,3.0T设备还具有丰富的功能成像技术,如灌注和弥散成像、波谱成像技术等,适用于多个身体部位的检查,包括心血管系统、神经系统、胸部、腹部等人体部位,能够更加精确地诊断疾病。

    (2)与人工智能相结合,产品趋向智能化、精准化

    人工智能的浪潮席卷全球,医疗器械是其重点应用领域之一。核磁共振设备作为高端医疗器械,在产品性能方面亦有较大探索空间,与人工智能技术相结合能够进一步促进核磁共振设备发展。由此,未来应用于核磁共振设备的人工智能研究将呈增长趋势,产品趋向智能化、精准化。

    2018年,来自华盛顿大学的研究团队利用基于GPU的深度学习技术为传统核磁共振赋予更多可能性,使设备能够根据影像结果自动模拟出血管造影成像。后者本应由磁共振血管造影机(MRA)生成,若传统MRI设备能够检测到诸多血管疾病,医疗机构将无需承担MRA设备的费用,从而降低医疗影像成本,利好资金紧缺的医疗机构。诸多事实证明,人工智能与核磁共振设备的结合将成为必然的技术趋势,未来具有AI技术的核磁共振设备将成为市场的引领者。

     

    沙利文全球合伙人、全球市场战略规划副总裁兼中华区总裁王昕博士指出,伴随中美贸易冲突的不断升级,中国于2018年6月对美国包括核磁共振设备整机的进口商品加征25%的关税,此举影响了占据国内超过30%核磁共振设备市场规模的GE(美国通用电气)。未来,中国政府对美国医疗器械的征税将改变该市场原有的竞争格局。美国GE或在中美贸易战的不断拉锯之中逐渐丧失其优势地位。

     

    沙利文最近出版的与智能技术行业相关的部分研究报告包括:

    报告原名:《眼科疾病诊断、热成像、乳腺癌诊断、疟疾诊断、中风检测及核磁共振领域的创新》

    英文名称:Innovations in Eye Disease Diagnosis, Thermal Imaging, Breast Cancer Diagnosis, Malaria Diagnosis, Stroke Detection, and MRI

    出版时间:2018.5

    报告语言:英文

    价格:人民币5,700元或US$950

     

    报告原名:《核磁共振设备的市场评估及其新兴的临床应用》

    英文名称:Market Assessment of MRI Equipment and its Emerging Clinical Applications

    出版时间:2016.6

    报告语言:英文

    价格:人民币29,700元或US$4950

     

    Julie Zheng 企业传讯经理

    联系电邮: Julie.Zheng@frost.com.

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