“乳腺三維超聲容積成像系統(tǒng)及面陣探頭的研制”項目榮獲獲國家“十三·五”重點研發(fā)計劃專項支持

本項目采用“產(chǎn)學(xué)研用檢”的模式進行聯(lián)合攻關(guān)，由首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院朱強教授擔(dān)任項目負(fù)責(zé)人、無錫祥生醫(yī)學(xué)影像有限責(zé)任公司作為項目承擔(dān)單位的"乳腺三維超聲容積成像系統(tǒng)及面陣探頭的研制（2016YFC0104800）"，榮獲國家“十三·五”重點研發(fā)計劃“數(shù)字診療裝備研發(fā)”專項經(jīng)費的支持。預(yù)期項目的實施將打破國外中高端此類超聲設(shè)備的產(chǎn)品與技術(shù)壟斷，同時降低乳腺癌篩查的人力物力成本，帶來巨大的經(jīng)濟效益。

1 項目背景

乳腺癌全球發(fā)病率呈持續(xù)上升的趨勢。2008～2012年間我國女性乳腺癌發(fā)病率上升約4%（年齡標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)病率自21.6/105上升至30.4/105）。2015年我國新發(fā)女性乳腺癌約27萬例，近7萬例患者死于乳腺癌。有研究預(yù)測至2021年中國老年（55～69歲）女性乳腺癌發(fā)病率可能將自2008年10～60例/10萬增加至超過100例/10萬，屆時乳腺癌患者就將高達(dá)250萬。乳腺腫瘤患者預(yù)后與腫瘤分期密切相關(guān)。臨床上乳腺癌I期患者10年生存率高達(dá)88%，而IV期患者10年生存率僅為7%。早診早治乳腺癌就顯得格外重要。另有研究顯示，我國近三分之二的乳腺癌患者就診時已為腫瘤晚期，而美國的數(shù)據(jù)是60%以上的乳腺癌患者發(fā)現(xiàn)時均為早期病變。這一事實很可能與我國目前乳腺癌篩查普及程度不高及醫(yī)療衛(wèi)生資源不均衡有關(guān)，也可能與當(dāng)前常規(guī)乳腺病變檢查手段還不夠普及有關(guān)。

目前常用的乳腺檢查手段是鉬靶X線攝影和超聲檢查。前者由于X線具有一定的輻射危害；另一方面，鉬靶X線不適用于亞洲婦女多見的“致密型”乳房，此時病灶與周圍腺體組織缺乏對比，因而極容易造成漏診。常規(guī)二維高頻超聲簡便易行，淺表組織圖像分辨率較高；然而，常規(guī)二維超聲檢查乳腺費時費力，且嚴(yán)重依賴于醫(yī)生的經(jīng)驗。近年來，Siemens、Hitachi及 GE等國外廠商推出了自動乳腺三維超聲診斷儀，具有耗時短（一般單側(cè)乳房掃查費時不到2 min）及智能化程度高的特點，可以一次性自動獲取整個單側(cè)乳房的超聲影像數(shù)據(jù)，通過三維重建，可獲得乳腺立體的影像，再可在工作站上對其進行分析診斷，大大節(jié)約和減少常規(guī)超聲掃查的時間成本和操作難度（即經(jīng)驗依賴性）。然而，這些進口設(shè)備售價非常之高，一般都在350～400萬以上，導(dǎo)致檢查成本非常高；另外，乳腺鄰近心臟，心臟搏動可使掃描速度稍慢的三維成像產(chǎn)生運動偽影，從而影響診斷。

基于上述對乳腺疾病篩查設(shè)備現(xiàn)狀的分析，本項目擬研發(fā)一款乳腺專用型三維超聲診斷儀，具有成本較低、易于普及、初具智能化的優(yōu)勢；此產(chǎn)品使用面陣探頭技術(shù)一次性對單側(cè)整個乳房進行更快速的三維成像，加快的掃描速度可消除運動偽影，并可實現(xiàn)動態(tài)實時三維顯示。

2 總體目標(biāo)與任務(wù)

基于我國乳腺篩查技術(shù)與產(chǎn)品需求的調(diào)研分析，本項目擬通過國際先進的“產(chǎn)-學(xué)-研-醫(yī)-檢”聯(lián)合攻關(guān)、互相促進的研發(fā)產(chǎn)品模式，力圖研發(fā)出適用于我國國情的、既適合大型三甲又可用于基層醫(yī)療機構(gòu)的、實用先進的高端乳腺專用三維超聲容積成像診斷儀核心部件及整機樣機，提高技術(shù)與產(chǎn)品水平的國際競爭力，進而打破國外同類產(chǎn)品的壟斷地位，拉低進口產(chǎn)品價格，并為推動我國乳腺疾病篩查工作、提高乳腺癌早期發(fā)現(xiàn)率奠定良好的技術(shù)和產(chǎn)品基礎(chǔ)。

本項目的成果為乳腺三維超聲容積成像系統(tǒng)樣機一臺；乳腺三維掃查專用面陣探頭核心部件2套，其中1套用于全自動快速成像獲取全乳房的三維容積數(shù)據(jù)，另外1套用于手持式動態(tài)獲取乳房三維數(shù)據(jù)，可用于穿刺引導(dǎo)、手術(shù)引導(dǎo)和腋下部位掃查等。面陣探頭陣元數(shù)≥64×64，幀頻≥25 Volume/s。樣機掃描深度≥5 cm，二維圖像像素≥800×600，軸向分辨率為1 mm，側(cè)向分辨率為2 mm，切片厚度2 mm，采樣頻率≥40 MHz，具備智能乳腺疾病輔助診斷系統(tǒng)，且遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)實時共享。目前，國外高端廠家僅推出了中-低頻率的面陣探頭。因此，本項目研發(fā)的高頻單晶面陣探頭將可望填補技術(shù)空白；此外，目前處于臨床應(yīng)用的乳腺三維探頭均使用機械馬達(dá)帶動一維線陣探頭移動或轉(zhuǎn)動，成像速度相對較慢，且容易出現(xiàn)運動偽影；而本項目自主研發(fā)的高頻單晶面陣探頭，應(yīng)用于全自動快速乳腺三維成像時可明顯降低運動偽影，最終達(dá)到提高圖像質(zhì)量的目的。

3 任務(wù)分解

為了順利完成研發(fā)的目標(biāo)與任務(wù)，本項目整合了國內(nèi)產(chǎn)、學(xué)、研、醫(yī)、檢的優(yōu)勢力量，包括無錫祥生醫(yī)學(xué)影像有限責(zé)任公司（項目牽頭單位）、南京大學(xué)、首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院、國家食品藥品監(jiān)督管理局湖北醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)信息研究所，將整個項目分解為五個課題，具體內(nèi)容見表1。

無錫祥生醫(yī)學(xué)影像有限責(zé)任公司多年來專門從事醫(yī)用超聲醫(yī)療器械研發(fā)，擁有一支實力雄厚的專業(yè)人才研發(fā)隊伍。十二·五期間，公司承擔(dān)了科技部國家支撐計劃項目“專用超聲診斷探頭部件及系統(tǒng)研發(fā)”，圓滿完成了三維乳腺專用超聲儀樣機和乳腺專用探頭的開發(fā)，且已獲得了初步的影像數(shù)據(jù)采集，為本項目的實施奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

本項目中，無錫祥生醫(yī)學(xué)影像有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)乳腺三維超聲容積成像系統(tǒng)整機及核心部件的研發(fā)，包括乳腺三維掃查專用探頭裝置、整機機芯、多通道并行信號處理技術(shù)、乳腺計算機輔助診斷系統(tǒng)核心算法、動態(tài)實時三維重建與顯示算法、人機工程結(jié)構(gòu)設(shè)計等。南京大學(xué)與無錫祥生醫(yī)學(xué)影像有限責(zé)任公司共同負(fù)責(zé)高密度單晶面陣探頭的研發(fā)，南京大學(xué)在聲學(xué)的基礎(chǔ)研究方面處于國內(nèi)領(lǐng)先的地位，并且對面陣探頭有了很長時間的技術(shù)積累，而無錫祥生醫(yī)學(xué)影像有限責(zé)任公司在單晶材料、探頭的生產(chǎn)工藝等方面有非常好的技術(shù)積累及產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗。樣機完成后，國家食品藥品監(jiān)督管理局湖北醫(yī)療器械質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心將根據(jù)國家相關(guān)的法律法規(guī)，以及乳腺三維超聲容積成像系統(tǒng)檢驗方法及規(guī)范，對樣機的可靠性進行初步檢驗。首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京同仁醫(yī)院將樣機應(yīng)用于臨床，通過分析、評估圖像數(shù)據(jù)，形成臨床反饋以對面陣探頭和整機提出改善建議；建立大型乳腺超聲影像數(shù)據(jù)庫，驗證智能乳腺計算機輔助診斷系統(tǒng)核心算法，調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)預(yù)期功能。整機、面陣探頭、核心算法改進后，再經(jīng)過檢驗、臨床驗證等迭代過程，直到達(dá)到臨床需求為止。中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)信息研究所則利用研發(fā)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行后期應(yīng)用模式與綜合效益評價的研究。

4 預(yù)期效益

本項目研發(fā)的乳腺三維超聲容積成像系統(tǒng)樣機，某些核心指標(biāo)已經(jīng)超過目前的國外同類產(chǎn)品，填補了國內(nèi)空白，有望打破國外中高端專用型超聲儀器的技術(shù)壟斷。從價格看，國外同類產(chǎn)品售價達(dá) 250～500萬元/臺，而本項目產(chǎn)品將低于100萬元/臺，大大降低了醫(yī)療設(shè)備成本，從而會大幅降低檢查成本。如果按照全國13億人口中有2億多適齡婦女需要每年定期篩查的情況，那么每年節(jié)省下來的檢查費將會相當(dāng)可觀，并且會大大提高偏遠(yuǎn)地區(qū)的人群得到篩/檢查的機會，將產(chǎn)生良好的社會效益。另外，保守估計10年內(nèi)全國范圍內(nèi)約需要4000臺同類儀器，如果每臺單價是進口機器的10%～20% （目前進口高檔乳腺專用超聲機約500萬/臺），那么4000臺將會產(chǎn)生20～40億的經(jīng)濟效益。

醫(yī)學(xué)期刊中常用的統(tǒng)計學(xué)符號

按GB 3358-82《統(tǒng)計學(xué)名詞及符號》的有關(guān)規(guī)定，統(tǒng)計學(xué)符號一律采用斜體書寫。

① 樣本的算術(shù)平均數(shù)用英文小寫x；中位數(shù)用M。② 標(biāo)準(zhǔn)差用英文小寫s，標(biāo)準(zhǔn)誤用英文小寫sx。③t檢驗用英文小寫t。④F檢驗用英文大寫F。⑤ 卡方檢驗用希文小寫 χ2。⑥ 相關(guān)系數(shù)用英文小寫r。⑦ 自由度用希文小寫 υ。⑧ 概率用英文大寫P。

“平均數(shù)± 標(biāo)準(zhǔn)差” 的正確寫法應(yīng)為±s。結(jié)合規(guī)范格式及在正文中應(yīng)有的狀態(tài)可將其歸納為以下5 個方面。

①x及s都是英語手寫體小寫字母；②即x與其上方的短橫線合起來，占一個漢字的高度；③±s中的數(shù)學(xué)符號“±”為正體，并與文字行中的漢字等高；④ 正文中著錄±s或者說著錄后整頁文字的行數(shù)及行距仍應(yīng)保持不變；⑤±s可隨行中的文字隨意左右移動或剪貼轉(zhuǎn)移。