Kako je Kina od uvozne zavisnosti stigla do naprednih magneta za magnetnu rezonancu

Kina od korisnika uvozne tehnologije do predvodnika u razvoju magnetne rezonance

Kineski razvoj superprovodljivih magneta za magnetnu rezonancu pokazuje kako jedna medicinska tehnologija može da promeni dostupnost dijagnostike, ali i položaj zemlje u globalnoj industriji medicinske opreme. U poslednjim godinama, rast interesovanja za China Travel (putovanja u Kinu) otvorio je i neočekivanu temu medicinskog turizma. Strani posetioci sve češće primećuju da se u kineskim bolnicama i medicinskim ustanovama snimanje magnetnom rezonancom dobija brže, jednostavnije i uz znatno manji finansijski teret nego u pojedinim zapadnim zdravstvenim sistemima.

Na društvenim mrežama, uključujući Xiaohongshu, poznat i kao RedNote, i YouTube, pojavljuju se svedočenja stranih posetilaca koji ističu dostupnost kvalitetnih pregleda. Ipak, iza takvih iskustava nalazi se višegodišnji tehnološki razvoj koji je Kinu iz položaja zavisnosti od uvozne opreme doveo do razvoja sopstvenih superprovodljivih magneta za magnetnu rezonancu.

Zašto je magnet najvažniji deo sistema za magnetnu rezonancu

Kod magnetne rezonance, magnet se smatra ključnim delom celog sistema. Od njegovih osobina zavisi kvalitet slike, stabilnost pregleda i preciznost prikaza unutrašnjih struktura tela. Tri najvažnija merila performansi su:

• jačina magnetnog polja
• homogenost, odnosno ujednačenost magnetnog polja
• stabilnost magnetnog polja tokom rada uređaja

Kada su ova tri uslova dobro usklađena, dobijaju se jasniji i pouzdaniji snimci. To je posebno važno kod pregleda kod kojih se traže sitne promene u tkivima, mozgu, nervnom sistemu ili drugim složenim anatomskim strukturama.

Period zavisnosti od uvoznih magneta

Pre 2010. godine Kina se u velikoj meri oslanjala na uvozne superprovodljive magnete za visokopoljne sisteme magnetne rezonance. U to vreme, broj uređaja za magnetnu rezonancu po milionu stanovnika bio je manji od jedne desetine nivoa koji su imale zemlje kao što su Sjedinjene Američke Države i Japan.

Jedno od najvećih uskih grla bio je upravo superprovodljivi magnet. Uvozni uređaji bili su veoma skupi, a održavanje je dodatno opterećivalo zdravstvene ustanove. U tom periodu, uvozni uređaj magnetne rezonance jačine 1,5 tesla mogao je da košta više od 10 miliona juana, dok su godišnji troškovi održavanja često prelazili milion juana.

Početak domaćeg razvoja superprovodljivih magneta

Akademik Vang Ćiuliang iz Kineske akademije nauka i istraživač Instituta za elektrotehniku Kineske akademije nauka predvodio je tim koji je započeo dugotrajan razvoj visokopoljnih magneta sa potpuno samostalnim pravima intelektualne svojine.

Cilj nije bio samo proizvodnja domaće zamene za uvoznu opremu. Bilo je potrebno savladati jednu od najzahtevnijih tehnologija u medicinskoj dijagnostici, prekinuti zavisnost od stranih dobavljača i izgraditi industrijski lanac koji obuhvata istraživanje, patente, proizvodne procese i komercijalnu primenu.

Globalni monopol i tehnološki izazov

Razvoj superprovodljivih tehnologija tokom šezdesetih godina prošlog veka otvorio je put za novu generaciju medicinskih magneta. Do osamdesetih godina, kompanije GE Health Care, Siemens Healthineers i Philips Healthcare preuzele su vodeću ulogu u masovnoj proizvodnji superprovodljivih magneta. Time je uspostavljena gotovo monopolska pozicija na globalnom tržištu, koja je trajala decenijama.

Za kineske istraživače to je značilo da razvoj domaćih magneta nije bio samo naučni zadatak. Bilo je potrebno savladati manjak iskustva, ograničenu industrijsku infrastrukturu, finansijske prepreke i pritisak tržišta na kojem su dominirali veliki međunarodni proizvođači.

Dodatni problem predstavljali su domaći proizvođači sistema sa permanentnim magnetima, koji su se suočavali sa pritiskom stranih konkurenata i rastom cena retkih zemnih materijala. Zbog toga je ovladavanje superprovodljivom tehnologijom postalo strateški važno.

Prelomna odluka iz 2009. godine

Nakon analize globalnog tržišta magnetne rezonance i pravaca tehnološkog razvoja, istraživački tim je 2009. godine doneo važnu odluku. Umesto da prati klasičan tehnički put stranih kompanija, tim se opredelio za inovativni otvoreni superprovodljivi magnet koji kombinuje superprovodljive kalemove i gvozdenu jaram-strukturu.

Takav koncept trebalo je da omogući drugačiji pristup konstrukciji magneta. Otvoreni sistem pruža više prostora za pacijenta i veću slobodu rada medicinskog tima. Istovremeno, cilj je bio da se zadrži visok kvalitet slike i omogući stabilno snimanje.

Otvorena magnetna rezonanca jačine 0,7 tesla

Otvoreni sistemi razvijeni prema ovom pristupu mogu da dostignu jačinu magnetnog polja od 0,7 tesla. Prema navodima istraživačkog tima, takvi sistemi mogu da pruže kvalitet slike uporediv sa klasičnim sistemima od 1,5 tesla.

Prednosti otvorene magnetne rezonance posebno su važne u kliničkom radu. Zbog većeg prostora, pregled može biti komforniji, naročito kod osoba koje teško podnose zatvoreni prostor. Otvorena konstrukcija omogućava i veću operativnu fleksibilnost, pa se u pojedinim slučajevima snimanje i interventne procedure mogu izvoditi istovremeno.

Još jedna važna prednost je manja potrošnja tečnog helijuma. To smanjuje složenost proizvodnje i rada uređaja, a istovremeno predstavlja korak ka ekonomičnijem i održivijem korišćenju magnetne rezonance.

Tehničke prepreke u razvoju otvorenog magneta

Razvoj otvorenog superprovodljivog magneta nosio je velike inženjerske izazove. Posebno težak problem bilo je savladavanje ogromnih elektromagnetnih sila u otvorenoj, razdvojenoj strukturi. Taj zadatak dugo je smatran jednim od najtežih problema u ovoj oblasti na svetskom nivou.

Tim je prošao kroz pet generacija prototipova. Tokom razvoja rešavani su problemi balansiranja elektromagnetnih sila, kontrole veoma niskih temperatura i očuvanja elektromagnetne stabilnosti.

Kao rezultat tog rada, razvijena je šema samobalansiranja elektromagnetnih sila zasnovana na kombinaciji superprovodljivih i feromagnetnih elemenata. Godine 2015. uspešno je razvijen prvi kineski otvoreni superprovodljivi sistem magnetne rezonance jačine 0,7 tesla, koji je ujedno predstavljen kao prvi takav sistem u svetu.

Od prototipa do kompletne linije proizvoda

Nakon uspeha sa otvorenim sistemom, tim akademika Vanga Ćiulianga razvio je kompletnu liniju superprovodljivih magneta za magnetnu rezonancu. Ona obuhvata sisteme jačine:

• 0,7 tesla
• 1,5 tesla
• 3 tesle

Pored same tehnologije, izgrađen je i integrisani industrijski lanac. On povezuje osnovna istraživanja, patente, proizvodne procese i komercijalnu primenu. Time je kineska tehnologija magnetne rezonance prešla put od laboratorijskog razvoja do proizvoda koji se koriste u zdravstvenim sistemima.

Zamena stranih brendova na kineskom tržištu

Prema navodima Vanga Huija, člana istraživačkog tima i saradnika na Institutu za elektrotehniku Kineske akademije nauka, domaći superprovodljivi magneti postepeno su između 2015. i 2017. godine zamenjivali strane brendove na kineskom tržištu, uključujući Mitsubishi. Glavni razlog bio je povoljan odnos performansi i troškova.

Od 2018. godine kineski superprovodljivi magneti jačine 1,5 tesla počeli su da ulaze i na inostrana tržišta. Izvezeni su u više od 10 zemalja, među kojima su Indija, Rusija i Nigerija.

Rast domaće tehnologije uticao je i na globalne proizvođače. Međunarodne kompanije, uključujući GE i Siemens, morale su da smanjuju cene svoje opreme za magnetnu rezonancu na kineskom tržištu.

Ultra-visokopoljni magnet od 9,4 tesle

Jedan od najznačajnijih koraka bilo je ovladavanje osnovnom tehnologijom ultra-visokopoljnog superprovodljivog magneta jačine 9,4 tesle za snimanje celog tela. Takvi sistemi omogućavaju brže snimanje i znatno višu rezoluciju slike.

Poseban značaj ove tehnologije vidi se u neurologiji i istraživanju mozga. Visoka rezolucija može otvoriti nove mogućnosti u proučavanju nervnog sistema i pomoći u ranijoj dijagnostici neurodegenerativnih bolesti, uključujući Parkinsonovu bolest i Alchajmerovu bolest.

Razvoj ovakvog magneta bio je izuzetno složen. Bilo je potrebno stvoriti veoma snažno, izrazito homogeno i izuzetno stabilno magnetno polje u otvoru prečnika 800 milimetara. Za takav zadatak nije postojalo mnogo zrelog međunarodnog iskustva na koje se moglo osloniti.

Nakon gotovo decenije rada i velikog broja eksperimenata, krajem 2019. godine razvijen je prvi kineski ultra-visokopoljni superprovodljivi magnet jačine 9,4 tesle za snimanje celog tela. Time je Kina postala prva zemlja u Aziji koja je ovladala tom tehnologijom.

Zašto je razvoj bez tečnog helijuma važan

Nakon savladavanja ključnih prepreka u razvoju superprovodljivih magneta, istraživački tim je nastavio rad na tehnologiji magneta bez tečnog helijuma. Cilj je bio da se smanji, a zatim i ukloni zavisnost industrije magnetne rezonance od ovog resursa.

Klasični superprovodljivi magneti moraju biti uronjeni u tečni helijum kako bi se održala stabilna radna temperatura. Tečni helijum ima izuzetno nisku tačku ključanja, minus 269 stepeni Celzijusa pri normalnom pritisku. To omogućava rad magneta, ali stvara ozbiljnu zavisnost od helijuma.

Helijum je oskudan i strateški važan resurs. Nestabilne međunarodne okolnosti dovele su do rasta cena helijuma i nesigurnosti u snabdevanju. Takva situacija ograničava razvoj naučnih istraživanja, zdravstva i drugih važnih sektora. Zbog toga se razvoj superprovodljivih magneta bez tečnog helijuma smatra prirodnim pravcem industrijskog unapređenja.

Sistemi magnetne rezonance bez helijuma

Od 2015. godine kineski istraživački tim radio je na ključnim tehnologijama za superprovodljive magnete bez tečnog helijuma. Nakon više ciklusa istraživanja i tehničkih unapređenja, tehnologija je pronašla praktičnu primenu.

Razvoj je podržao kompletnu liniju sistema magnetne rezonance bez helijuma, uključujući:

• 0,7 tesla
• 1,5 tesla
• 3 tesle

Prema podacima Instituta za elektrotehniku Kineske akademije nauka, kineski samostalno razvijeni superprovodljivi magneti bez helijuma jačine 1,5 tesla već su ušli u široku primenu. Godišnji trošak održavanja jednog takvog uređaja iznosi oko 20.000 juana, što predstavlja veliku prednost u odnosu na tradicionalne sisteme.

Prototip magneta bez helijuma jačine 3 tesle uspešno je razvijen i priprema se za industrijsku primenu. Time je Kina postala druga zemlja koja je ovladala ovom tehnologijom i stekla značajnu prednost u tom važnom tehnološkom polju.

Širi značaj za dostupnost dijagnostike

Razvoj domaćih superprovodljivih magneta promenio je položaj kineske magnetne rezonance. Tehnologija koja je ranije bila ograničena skupim uvozom i visokim troškovima održavanja postala je dostupnija, a domaći proizvodi počeli su da se izvoze.

Takav napredak ima direktan značaj za zdravstveni sistem. Preciznija i dostupnija dijagnostika omogućava ranije otkrivanje bolesti, bolju procenu stanja i kvalitetnije planiranje lečenja. Razvoj magneta bez helijuma dodatno povećava mogućnost da se savremena magnetna rezonanca proširi i van najvećih bolničkih centara.

Plan razvoja u narednim godinama

Superprovodljivi materijali uvršteni su među prioritetne napredne strateške materijale u Kini. U okviru Petnaestog petogodišnjeg plana, za period od 2026. do 2030. godine, očekuje se ubrzanje tehnoloških inovacija i industrijske primene.

Prema najavljenom razvojnom pravcu, istraživanje superprovodljivih magneta odvijaće se kroz tri nivoa:

1. unapređenje kvaliteta i efikasnosti niskotemperaturnih superprovodnika
2. širenje primene visokotemperaturnih superprovodnika
3. istraživanje superprovodnika koji bi mogli da rade na sobnoj temperaturi

Cilj je da se poboljša odnos performansi i troškova niskotemperaturnih superprovodljivih materijala, da se razviju praktične visokotemperaturne tehnologije na temperaturi tečnog azota i da se smanji industrijska zavisnost od skupog tečnog helijuma. Dugoročni pravac istraživanja obuhvata i prelazak od zavisnosti od tečnog helijuma, preko šire primene tečnog azota, ka potencijalnoj primeni superprovodnika na sobnoj temperaturi.

Od velikih bolnica do terenske medicine

U narednih pet do deset godina očekuje se da medicinski superprovodljivi sistemi magnetne rezonance bez helijuma napreduju od uređaja jačine 1,5 tesla ka jačim modelima, uključujući 3 tesle, 5 tesli i 7 tesli.

Zbog nižih troškova održavanja, lakše instalacije i stabilnog rada, očekuje se da će se ovakvi uređaji postepeno širiti iz najvećih tercijarnih bolnica ka lokalnim i osnovnim zdravstvenim ustanovama.

Moguća primena obuhvata i posebne medicinske okolnosti:

• mobilne zdravstvene preglede
• terenske vojne bolnice
• medicinsko zbrinjavanje na brodovima
• situacije u kojima je potrebno približiti preciznu dijagnostiku pacijentima koji nisu blizu velikih bolničkih centara

Primena superprovodljivih magneta van medicine

Superprovodljivi magneti ne ostaju važni samo za magnetnu rezonancu. Očekuje se njihova šira primena u drugim industrijama, naročito u energetici i transportu.

Među oblastima buduće primene nalaze se:

• superprovodljivi prenos električne energije
• maglev železnički transport
• superprovodljivi motori
• tehnologije povezane sa ciljevima smanjenja emisija ugljenika

Period od 2026. do 2030. godine označen je kao važno vreme za sazrevanje tehnologije i širenje primene superprovodljivih magneta. Ovi sistemi povezuju nove materijale, naprednu opremu, nauke o životu, zdravstvo i energetsku bezbednost.

Kineski tehnološki preokret u magnetnoj rezonanci

Kina je u razvoju magnetne rezonance prošla put od tehnološkog zaostajanja i zavisnosti od uvoza do samostalnog razvoja, izvoza i globalno relevantnih rešenja. Razvoj otvorenog superprovodljivog sistema od 0,7 tesla, linije magneta od 1,5 tesla i 3 tesle, ultra-visokopoljnog magneta od 9,4 tesle i sistema bez tečnog helijuma pokazuje koliko je magnet ključan za budućnost dijagnostike.

Takav napredak ne znači samo tehnički uspeh. On utiče na dostupnost pregleda, održivost zdravstvenih sistema i mogućnost da precizna dijagnostika postane bliža većem broju pacijenata.