Kernspinresonanzinstrumente werden nun inländisch produziert! Warum ist es schwierig, dieses „Kronjuwel modernster medizinischer Geräte“ herzustellen?

Wir alle sind mit MRT-Geräten vertraut und verwenden sie heute häufig, wenn wir für Untersuchungen und Behandlungen ins Krankenhaus gehen. Bei einer MRT-Untersuchung muss man jedoch nicht nur in der Schlange warten, sondern es fallen auch mehrere Hundert Yuan an, manchmal sogar mehr.

Handelt es sich nicht lediglich um eine Instrumentenprüfung? Warum ist es so teuer? Viele Patienten und ihre Angehörigen können das oft nicht verstehen. Dies liegt daran, dass mein Land lange Zeit nicht in der Lage war, moderne Kernspinresonanzgeräte herzustellen und diese Geräte aus dem Ausland importiert werden mussten. Der Import eines besseren Geräts kostet oft mehrere Millionen oder Dutzende Millionen Yuan, und diese Kosten werden letztendlich an den Patienten weitergegeben.

Durch kontinuierliche Anstrengungen hat mein Land einige bahnbrechende Fortschritte bei der Entwicklung der Kernspinresonanztomographie erzielt. Vor nicht allzu langer Zeit wurde in meinem Land eine neue Generation von Geräten zur Kernspintomographie erfolgreich unabhängig entwickelt und ist in die Massenproduktion eingetreten. Dies wird Hunderten Millionen Patienten in unserem Land gute Nachrichten bringen. Wie ist also die Situation der heimischen MRT-Industrie? Welche Vorteile bringt es? Was bedeutet das alles?

Warum ist es so schwierig, ein MRT-Gerät zu bauen?

Das Prinzip der Kernspinresonanz-Technologie (NMR) ist nicht kompliziert. Untersuchungen haben ergeben, dass bei Atomkernen mit einer geraden Anzahl von Protonen und Neutronen das magnetische Moment 0 ist und keine magnetische Resonanz auftreten kann. Wenn eine der Protonen- und Neutronenzahlen eine ungerade Zahl ist, kann eine magnetische Resonanz auftreten, und ein solcher Atomkern wird als „magnetischer Atomkern“ bezeichnet, was beim Atomkern des Elements Wasserstoff der Fall ist. Wir alle wissen, dass der menschliche Körper größtenteils aus Wasser besteht und die Wasserstoffelemente in Wassermolekülen die Resonanzbedingungen erfüllen können.

Normalerweise sind die Wasserstoffatome im menschlichen Körper ungeordnet angeordnet. Aufgrund der gegenseitigen Aufhebung des Magnetismus in verschiedene Richtungen weist der menschliche Körper als Ganzes keinen Magnetismus auf. Solange jedoch von außen ein starkes Magnetfeld angelegt wird, werden die Wasserstoffatome ordentlich angeordnet. Dies ist vergleichbar mit einer Gruppe von Menschen, die ungeordnet auf einem Platz stehen und in alle Richtungen blicken. Doch wenn man auf dem Platz tanzt, steht, sobald die Musik beginnt, sofort eine große Gruppe von Menschen in einer ordentlichen Reihe und blickt mit dem Gesicht in Richtung des Lautsprechers. Einfach ausgedrückt verwendet ein Kernspintomograph ein starkes externes Magnetfeld, um die Wasserstoffatome im menschlichen Körper auszurichten und sie dann aufzulösen. Durch den Empfang der elektromagnetischen Wellensignale während dieser Zeit kann ein „Porträt“ des Körperinneren erstellt werden, das Ärzte zur Diagnose der Erkrankung verwenden können.

▲ Das Kernspinresonanzinstrument ist ein „leistungsstarkes Instrument“, das die Forschungsergebnisse mehrerer Disziplinen wie Physik, Materialwissenschaft, Präzisionsmaschinenbau, elektrische Automatisierung, Bildverarbeitung und -rekonstruktion, Informatik und Biologie integriert.

Das Prinzip ist eine Sache, es in ein therapeutisches Gerät umzuwandeln eine andere. Denn hierfür ist die Aufrechterhaltung eines hohen Magnetfelds und einer hohen Gleichmäßigkeit im Zielbereich erforderlich – je höher die Auflösung der Maschine, desto größer ist das erforderliche Magnetfeld. Damit ein Gerät zur Kernspintomographie bequem verwendet werden kann, muss es über ein Magnetfeld von mindestens 1,5 T (Tesla) verfügen. Dies entspricht dem 50.000-fachen des Magnetfelds der Erde. Das modernere 3,0-T-Kernspintomographiegerät erfordert eine wesentlich stärkere Magnetfeldstärke und zur Lösung des Problems ist ein supraleitender Magnet erforderlich. Aufgrund der Besonderheiten des Magnetdesigns und der Komplexität des Prozesses ist eine umfassende technische Unterstützung erforderlich. Die technische Hürde ist sehr hoch und die meisten Länder der Welt verfügen nicht über ausreichende wissenschaftliche Forschungskapazitäten, um sich zu beteiligen.

Derzeit werden weltweit im Allgemeinen starke elektrische Ströme in supraleitenden Spulen verwendet, um starke Magnetfelder zu erzeugen. Allerdings erfordert diese Methode, dass der supraleitende Magnet bei extrem niedrigen Temperaturen (normalerweise unter -260 °C) betrieben wird. Um solche niedrigen Temperaturen zu erreichen, muss im NMR-Instrument ein Flüssighelium-Kühlsystem installiert und kontinuierlich betrieben werden. Um einen Langzeitbetrieb supraleitender Spulen und anderer interner Komponenten bei Temperaturen unter -260 °C zu ermöglichen, stellen zudem die Produktionsmaterialien ein heikles Problem dar. Daher müssen das industrielle System und die Produktionskette verbessert werden, bevor eine Massenproduktion möglich ist. Auch bei anderen zugehörigen Komponenten, wie etwa der Umwandlung magnetischer Signale in Bilder, Chips, dem Empfang und der Abgabe von Radiofrequenzenergie usw., kommt modernste Technologie zum Einsatz. Dies erfordert eine hochpräzise Fertigung und Montage und erfordert ein Höchstmaß an Fertigungstechnologie sowie eine strenge Prozess- und Qualitätskontrolle.

Daher ist das Kernspinresonanzinstrument ein „leistungsstarkes Werkzeug“, das die Forschungsergebnisse mehrerer Disziplinen wie Physik, Materialwissenschaft, Präzisionsmaschinenbau, elektrische Automatisierung, Bildverarbeitung und -rekonstruktion, Informatik und Biologie integriert. Lange Zeit beherrschten nur wenige westliche Länder die Technologie zur Herstellung dieser Instrumente und der Markt wurde schon lange von Giganten wie Siemens, GE und Philips monopolisiert.

Modernste medizinische Geräte, das „Kronjuwel“

Mit dem MRT-Gerät lassen sich viele Erkrankungen erkennen. Die Läsionen einiger Krankheiten wie Tumoren und Herzkrankheiten sind unter diesem „Zauberspiegel“ im Allgemeinen unsichtbar. Daher wird es von vielen Ärzten als das „Adlerauge“ zur Erkennung von Läsionen angesehen.

Die vom MRT-Gerät verwendete Magnetresonanztomographie-Technologie (MRT) stellt nach der CT einen weiteren wichtigen Fortschritt in der medizinischen Bildgebung dar. Es wird seit den 1970er Jahren im medizinischen Bereich eingesetzt. Seine Vorteile, wie beispielsweise mehrere Bildgebungsparameter, hohe Scangeschwindigkeit, genaue räumliche Positionierung, hohe Gewebeauflösung und klarere Bilder, können Ärzten dabei helfen, schwer zu erkennende Läsionen im Frühstadium zu „sehen“. Darüber hinaus ist bei dieser Methode keine Radioaktivität im Spiel, so dass keine Sorge besteht, dass es bei den entsprechenden Untersuchungen zu Strahlenschäden im Körper kommt.

Aufgrund der hohen Kosten der supraleitenden Magnete, aus denen MRT-Geräte bestehen, der hohen technischen Komplexität von Spektrometern, Hochfrequenzsystemen, computergestützten Bildrekonstruktionssystemen und anderen Faktoren sowie aufgrund von Faktoren wie der Monopolstellung von Giganten sind MRT-Geräte jedoch teuer in der Anschaffung und Wartung und gelten als das „Kronjuwel“ modernster medizinischer Geräte.

In der modernen Medizin gelten MRT-Scanner als eines der technologisch fortschrittlichsten medizinischen Geräte und ihre Genauigkeit und Zuverlässigkeit werden von Branchenkennern hoch gelobt. Im Vergleich zu anderen medizinischen Geräten wie B-Ultraschall, Röntgen usw. können mit der MRT Krankheiten besser diagnostiziert werden.

Abhängig von ihren Magnetfeldern werden MRT-Geräte üblicherweise in zwei Modelle unterteilt: 1,5 T und 3,0 T. Unter anderem kann 3,0T ein höheres Magnetfeld bereitstellen, wodurch Ärzte detailliertere und komplexere Bilder sehen können, beispielsweise von menschlichen Blutgefäßen, Nerven, subtilen Knochenveränderungen usw. Daher wird es häufig für einfache Scans, erweiterte Untersuchungen und Angiographieuntersuchungen im menschlichen Körper verwendet.

▲Wissenschaftler haben die Auflösung der MRT auf 64 Millionen Mal klarer als zuvor verbessert

Allerdings hatte mein Land in der Vergangenheit keine Verhandlungsmacht bei derartigen hochwertigen medizinischen Geräten. Nicht nur waren die Importpreise „astronomisch“, auch die anschließenden Wartungs- und Reparaturkosten waren beträchtlich. Brancheninsidern zufolge kostet der Austausch eines Teils eines MRT-Geräts 600.000 Yuan, und unabhängig vom Ergebnis fallen Arbeitskosten in Höhe von 230.000 Yuan an.

Die Preise für Kernspinresonanzgeräte waren in meinem Land lange Zeit sehr hoch. Berichten zufolge wird ein 1,5-T-Gerät der unteren Preisklasse in China zu einem hohen Preis von 30 Millionen Yuan verkauft, was zu einer geringen Durchdringungsrate entsprechender Geräte in China führt. In China liegt die Eigentumsquote pro Kopf bei nur 8 Einheiten pro Million Menschen, weit unter den 39 Einheiten pro Million Menschen in den Vereinigten Staaten. Die medizinische Diagnostik und die medizinische Leistungsfähigkeit sind stark eingeschränkt.

Die Chinesische Akademie der Wissenschaften und Unternehmen haben endlich das langjährige Monopol ausländischer Länder gebrochen

Die Produktion moderner MRT-Scanner für den Heimgebrauch steht in direktem Zusammenhang mit der Gesundheit und den Interessen von Hunderten Millionen Menschen. Für die noch in der Entwicklungsphase befindliche heimische Medizintechnikindustrie stellt dies jedoch eine enorme Herausforderung dar. Lange Zeit trauten sich die Medizintechnikunternehmen meines Landes kaum, sich auf diesem Gebiet zu engagieren.

Obwohl wir nach langfristigen Bemühungen im Bereich der 1,5-T-Magnetresonanztomographie grundsätzlich eine Popularisierung erreicht haben, liegt die Kerntechnologie im Bereich von 3,0 T und hoher Feldstärke hauptsächlich in den Händen ausländischer Marken.

Aus den schmerzlichen Erfahrungen hat sich unser Land dazu entschlossen, die Kernspinresonanztechnologie zu erforschen. Um das westliche Monopol zu brechen, schloss sich die Chinesische Akademie der Wissenschaften mit zahlreichen wissenschaftlichen Forschungseinrichtungen zusammen und ließ über 200 Unternehmen und Zehntausende Ingenieure lange und hart arbeiten. Im Jahr 2015 entwickelte sie schließlich das erste 3,0-Tesla-Kernspinresonanzgerät mit 100 % geistigen Eigentumsrechten. Damit war ein entscheidender Schritt von „0 auf 1“ getan.

Während dieses Prozesses arbeitete das Shenzhen Institute of Advanced Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften eng mit Unternehmen zusammen und nutzte seine starken F&E-Kapazitäten, um gemeinsam wichtige Probleme anzugehen. In diesem Bereich wurden über 100 Erfindungspatente entwickelt. Anschließend stieg das Krankenhaus auf modernere Geräte zur Kernspinresonanz um. Auf der vor kurzem abgehaltenen Shenzhen International High Performance Medical Devices Exhibition wurde das weltweit erste 5,0-Tesla-Ganzkörper-Magnetresonanztomographieprodukt vorgestellt, das zum „Star“ der Ausstellung wurde. Dieses hochwertige medizinische Gerät ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen dem Shenzhen Institute of Advanced Technology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und anderen Einheiten. Es wurde im August letzten Jahres von der National Medical Device Registration Authority (NMPA) zugelassen und war das weltweit erste Universalprodukt für die Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographie.

▲ Heim-MRT (Fotoquelle: Screenshot des CCTV-Berichts)

Es versteht sich von selbst, dass die Bildqualität der neuen Generation von MRT-Geräten, die mein Land unabhängig entwickelt hat, der Bildqualität der international führenden MRT-Gerätehersteller in nichts nachsteht. Mit diesem Instrument können Ganzkörperbilder des menschlichen Körpers erstellt werden. Es verfügt nicht nur über eine höhere Auflösung, sondern beschleunigt auch die Bildgebungsgeschwindigkeit. Es kann sogar den dynamischen Prozess des menschlichen Gewebes erkennen und die Fotos werden nicht „verwischt“, wenn sich das Gewebe bewegt.

Wenn diese Art der Magnetresonanztomographie in China weite Verbreitung findet, wird sie die Krankheitsuntersuchungen in unseren Krankenhäusern mit im Inland produzierten Geräten auf ein neues Niveau heben.

Es wird einige Zeit dauern, bis inländische High-End-MRT-Geräte populär werden

Nachdem in meinem Land mit der Massenproduktion der neuen Generation von MRT-Geräten begonnen wurde, wurden sie von vielen einheimischen Krankenhäusern begrüßt, ihre Verbreitung wird jedoch noch einige Zeit in Anspruch nehmen.

Zunächst einmal ist für die Forschung und Entwicklung von medizinischen Geräten für den Hausgebrauch die Lösung der technischen Engpässe der erste Schritt. In Zukunft müssen Verbesserungen hinsichtlich Stabilität und Zuverlässigkeit vorgenommen werden. Nur Instrumente mit hervorragender Stabilität und Zuverlässigkeit können sich letztendlich auf dem Markt durchsetzen.

Derzeit ist es aufgrund der geringen Größe der beteiligten Unternehmen in der Lieferkette der inländischen Branche für Magnetresonanztomographiesysteme mit hoher Feldstärke, des Fehlens einheitlicher Standards für das Niveau der Prozesstechnologie und der Qualität sowie der Tatsache, dass einige Schlüsselkomponenten noch immer importiert werden müssen, schwierig, einen Marktvorteil bei hoher Qualität zu erzielen, was die Schwierigkeit der Popularisierung des inländischen Marktes für Magnetresonanztomographie erheblich erhöht.

Darüber hinaus ist bei MRT-Geräten der Verkauf der Geräte nicht das Ende der Geschichte. Auch der Kundendienst sowie die Wartung und Reparatur während der Nutzung der Geräte sind sehr wichtig. In dieser Hinsicht besteht noch immer eine große Lücke zwischen den einheimischen Herstellern und den internationalen Giganten, und dieser Rückstand muss so schnell wie möglich behoben werden.

Und schließlich wird es einige Zeit dauern, bis einige Krankenhäuser ihre Einstellung ändern, da mein Land im Inland produzierte High-End-MRT-Scanner fördert. Da die medizinische Ausrüstung meines Landes, insbesondere die medizinische Spitzenausrüstung, rückständig ist, gingen viele Krankenhäuser lange Zeit davon aus, dass importierte Ausrüstung moderner und zuverlässiger sei. Da die entsprechenden Instrumente in unserem Land über eine ausreichende Qualitätssicherung und Preisvorteile verfügen, ist es naheliegend, die Krankenhäuser zu einer Änderung ihrer Konzepte zu bewegen.