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医学影像设备:开启临床医学精准诊断的新时代

发表时间:2022-09-21 02:20:07 来源:优游总代网址作者:优游用户注册

  如今到医院看病就医,如果没有去检测一下CT、X射线、核磁共振,就好像去音乐会没有听到美妙的音乐,去咖啡店没有品尝到头牌咖啡,去西餐厅没有吃到绝味牛排一样。

  实际上,医学影像设备(技术)是指利用各种不同的媒介作为信息载体,将人体内部结构重现为影像的各种仪器(技术)。

  从历史维度看,现代放射学和医学影像学的形成和发展不过仅仅100多年,随着80年代信息技术的蓬勃发展,计算机科学、应用数学、材料学及制造业等学科的进步,进一步促进医学影像技术的进展。随后医学影像又不满足于最初的二维,开始逐渐向三维、四维迈进。

  伴随着医学影像技术的定性和定量分析技术的发展,医学影像目前已经在分子、生理、功能、代谢、基因成像、特异性增强及AI+影像识别技术都得到了长足进步。

  X诊断及成像技术(XR):人类影像学发展最早可以追溯到100多年前,德国物理学家伦琴(1845年-1923年)在1895年11月8日下午,通过阴极射线放电在接触到荧屏可以出现可见光。由于阴极射线管射线是穿透一个不透光的硬纸板,说明激发的荧光屏所发出的射线具有穿透性和荧光作用。

  随后他又发现该射线可以让不透光的黑纸包裹的照相底片感光,为了进一步验证感光效应,他为其夫人拍摄佩戴结婚戒指手的照片,这就是人类历史上第一张X射线照片。

  后经过多次试验,他确信阴极射线管可以发出一种“肉眼看不见”的射线并用数学上的未知数常用代码“X”为其命名为“X射线”。此后该射线就被用于人体疾病检查。

  1923年,Hevesy首次将核素示踪方法用于生物学研究。1925年,Blumgart第一次采用示踪方法测定正常人和心脏病患者的血流速度。

  20世纪50年代,出现伽马闪烁成像技术(γ- scintigraphy)。20世纪70年代中期,人们通过数字减影血管造影技术(DSA)使得血管显像的清晰度提高。20世纪末及21世纪初,随着计算机摄影技术的出现,计算机摄影(CR)和直接数字摄影(DR)也开始逐渐在临床应用。

  CR和DR的出现极大地推动了图像传输和存储系统(PACS)的临床应用,通过PACS人们可以将各种成像技术的数字化图像在硬盘、光盘、磁带等各种存储介质上存储、传输。利于图像的长期保存和调阅,避免图像丢失的同时还减少胶片使用带来的环境污染问题。

  超声成像技术(US):20世纪50-60年代超声成像技术首次在临床应用,随后陆续推出A型超声仪用于对肝脏病灶的测距。然后陆续又推出用于心脏的M型超声仪和全身各部位检测的B型超声仪以及可显示运动频率偏移的多普勒超声仪和彩色多普勒血液成像(CDFI)技术。

  目前超声成像已经是无创伤、无射线、普及率高、价格低廉和便于床旁检查等优点集成的成像技术,成为各种疾病的首选和筛选检查的手段。

  计算机断层摄影技术(CT):1971年,X射线计算机体层摄影(CT)问世,首次将传统X射线成像转变为利用探测器成像后再由计算机辅助技术成像,CT打破了人脑形态学黑箱,使得人们得以窥探脑组织结构在活体中的显示。

  CT技术的出现可以被誉为医学影像学发展的重要里程碑。20世纪80年代末CT螺旋扫描技术出现,1998年发展为多层螺旋CT(又称多排螺旋CT),使得数据采集效率加快。2005年初64排螺旋CT首次应用于临床,真正实现了容积数据采集,5s即可完成对心脏的扫描,10s即可获得人体的整体数据,所获得的图像的层厚可以达到亚毫米级别,一次扫描范围可以达到更大范围(4cm)。

  受CT成像原理的启发,1975年第一台正电子发射计算机体层摄影(PET)仪问世,1979年发明单光子发射计算机体层摄影(SPECT)仪,使核医学(NM)在组织器官血流、灌注、受体和代谢显像方面形成完整体系,在影像诊断中发挥重要作用。

  核磁共振成像(MRI):20世纪80年代初,核磁共振成像(MRI)问世,经过20多年发展,在传统MRI的基础上,MRI已经有核磁共振血管成像(MRA)、磁共振波谱(MRS)、磁共振弥散成像(MRDI)、磁共振灌注成像(MRPI)、功能磁共振成像(FMRI)、磁共振弥散张量成像(DTT)等新技术不断问世,使MRI成为重要的影像学检查方法之一。

  通过100多年的医学影像技术沉淀、计算机摄影技术及图像传输和存储技术等发展,医学影像学已经形成独立完整的体系,成为现代临床医学发展必不可少的一环,同时又对其他的临床医学学科起到了重大推力。可以说,医学影像学科是大型医院现代化的标志,临床诊断、医学研究以及治疗领域逐渐都与医学影像技术相关。

  根据灼识咨询口径数据,2022年全球医学影像设备市场规模预计达到3255亿,过去5年CAGR增速3.32%,随着全球老龄化、慢病增加以及医疗支出增长,预计2030年有望达到4389亿,CAGR增速3.81%。

  2022年国内医学影像设备市场规模预计达到585亿,过去5年CAGR增速8.27%。在临床需求增长叠加医学影像设备渗透率及国产替代率提升因素,预计国内医学影像设备有望维持高于全球市场增速的态势,预计2030年有望接近1085亿,CAGR增速8.03%,占全球市场的25%。

  (一)需求端:人口老龄化、低渗透率及国产替代逻辑带动中国医学影像设备市场快速成长

  2021年我国65岁以上的人口占比达到14.2%,人口老龄化带来的医疗资源的投入给医学影像设备的长期成长奠定基础。此外,中国医学影像设备相较于发达国家渗透率程度较低,增长空间巨大。相较于日本、美国、韩国,中国在MRI、CT、PET-CT和DR等领域的渗透率较低,市场潜力巨大。

  从行业增速来看,2015-2020年国内增速远高于全球增速,以MRI和CT为例,国内增速为8%/22%,全球增速为4%和6%。从人均保有量角度看,我国人均DR保有量为50台/百万人,超声为171台/百万人,MR为8台/百万人,CT约19台/百万人,DSA为4.3台/百万人,PET/CT为0.6台/百万人,与美国相比,DR、MR、CT、DSA和PET-CT在美国的人均保有量为国内的14倍、5倍、3倍、3倍、10倍。

  图:国内相较于全球发达国家的医学影像设备的配置率/渗透率较低(台/百万人,2020年)

  从下游医疗机构需求终端看,2020年末全国卫生机构102.30万个,其中医院3.5万个,同比2019年增加1040个,基层医疗机构97万个,同比2019年增加1.56万。3.5万个医院中,三级医院2996个,二级医院10404个,一级医院12252个,未定级9742个。

  一般来说,三级/二级医院基本都有检验科和放射科,会配置X光机、移动式X光机、超声、多普勒成像仪、肠胃内镜等等,而基层医疗机构主要以X光机和超声设备为主。因此全国卫生机构每年稳健扩展,奠定了医学影像设备需求端持续增长的基本盘。

  国产替代方面,随着我国医学影像技术的快速发展,行业诞生了诸多领军企业,包括万东医疗、东软医疗、迈瑞医疗、联影医疗等等。产品迭代实现了从X光机到黑白超声、永磁MRI、普通CT及64排及以上的CT、3.0TMRI、DSA、PET-CT等等高端领域的跨越。目前,国产企业已经实现在中低端的进口替代,中高端领域与进口GPS(GE、飞利浦西门子)相比,仍存在一定的差距,未来存在巨大的国产替代的空间。

  医学影像设备的核心零部件包括X线球管、X线探测器(以及CT探测器)、MR磁体、超声探头、X线高压发生器、MR射频线圈和梯度线圈、谱仪、PET的闪烁晶体、光电倍增管等等。核心零部件直接奠定了国产设备的竞争梯队与档次,高性能零部件目前仍被海外龙头自研垄断,近年来国产龙头企业在核心零部件方面逐渐攻关和取得突破,也是加速医学影像市场中高端领域的国产替代进程的关键。

  此外,核心零部件占成本的占比较高。以CT为例,X线球管、高压发生器、探测器等,约占成本的60%。MRI中超导磁体占成本30-60%,DR中X线球管、平板探测器约占生产成本的40-60%。因此核心零部件的国产化有望降低中高端机型的成本和“卡脖子”问题,加速国产厂商在中高端医学影像设备领域的“国产替代”进程。

  医学影像设备的生命周期大致可以分为:导入期(渗透率低、竞争者少等)、成长期(渗透率快速提高、玩家进入速度较快等)、成熟期(稳定增长,份额稳定)、衰退期(新产品替代、份额下滑)。

  我们发现,除了分子影响类产品(如PET-CT和PET-MR等)处于导入期阶段,DR等设备处于刚刚将进入成熟期的位置。基本大多数医学影像设备都处于成长期阶段。

  这也意味着国产医学影像设备生产厂商将在较长的时间窗口期内有机会树立自有品牌形象,并通过利润留存解决针对核心零部件技术研发的攻关问题。

  临床应用方面,由于各种医学影像设备成像原理不同、信息载体不同,其诊断特点和适用范围也会有所差异。临床应用上一般互为互补,不能相互替代。

  例如,超声诊断适用于腹腔器官成像,而X射线适用于骨科等科室的基础检查,核医学影像设备适用于肿瘤的早期筛查和诊断,以及部分脑部疾病的筛查。MRI设备适用于对水含量较高的软组织(如大脑、关节、脊椎等部位)。CT设备对钙化显示敏感且可以辅助临床医生对疾病深入的检查和获得解剖学信息,超声设备一般是作为消化腺器官、子宫腔、乳腺等部位首选检查手段。

  不同的医学影像设备的相互搭配,使得临床医生可以获得“多元化立体”的医学影像资料,从而为疾病精准诊断带来参考依据。

  本文通过医学影像技术发展史、医学影像设备市场、发展阶段和临床应用等多个维度,剖析为什么当下医学影像设备引起投研圈和产业圈的高度关注。总的来说,随着医学影像技术的日趋成熟,人口老龄化的不可避免的趋势,以及国内医疗资源投入相较于发达国家的还有一定的差距,叠加国内医学影像厂商在核心技术领域的攻关,我们相信中高端领域的医学影像设备生产商的“国产替代”进程将持续加速。伴随国产厂商的“出海逻辑”,相信未来国内医学影像技术有望更上一层楼,医学影像设备产品推陈出新,有望在全球市场中占据一定的份额,形成医学影像设备“中国高端制造”的口碑。

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