鄭海榮（前排中）與深圳先進院生物醫(yī)學影像團隊核心成員。深圳先進院供圖
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全球首型5T人體核磁共振成像系統(tǒng)、世界首臺超聲深部腦刺激與神經(jīng)調(diào)控儀器、國內(nèi)首臺高清磁兼容腦PET功能成像儀、國內(nèi)首個大視野高分辨小動物顯微CT、國內(nèi)首款全視場口腔CT設(shè)備……
在中國科學院深圳先進技術(shù)研究院（以下簡稱深圳先進院）勞特伯生物醫(yī)學成像研究中心，有一系列國際領(lǐng)先的高端醫(yī)療設(shè)備及核心技術(shù)成果，它們?yōu)橹崿F(xiàn)我國高端醫(yī)療設(shè)備國產(chǎn)化提供了重要的科技支撐。
長期以來，我國高端醫(yī)療設(shè)備大多依賴進口。核心技術(shù)攻關(guān)難、科研與產(chǎn)業(yè)化門檻高、體系化配套缺乏等瓶頸，阻礙了高端醫(yī)療設(shè)備的國產(chǎn)替代進程。隨著我國科技自主創(chuàng)新步伐持續(xù)加快，在高端醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域，如何解決科研與產(chǎn)業(yè)“兩張皮”問題？未來相關(guān)領(lǐng)域的科研應(yīng)該如何布局？
在深圳先進院副院長、國家科學技術(shù)進步獎一等獎獲得者鄭海榮看來，解決“老大難”的科研成果轉(zhuǎn)化難題，首先要明確什么樣的科學研究能夠滿足行業(yè)核心技術(shù)需求。成果轉(zhuǎn)化應(yīng)堅持目標導向，開展有組織、強目標的科研攻關(guān)，在前沿布局上，應(yīng)尋求有序與無序、規(guī)劃與隨機相結(jié)合。
摘取“明珠”，更高場強的磁共振來了
磁共振、CT、彩超等是三甲醫(yī)院必備的大型醫(yī)學影像設(shè)備。2010年以前，高場磁共振設(shè)備被國外醫(yī)療設(shè)備巨頭壟斷，高昂的檢查費用成為老百姓的沉重負擔。
磁共振成像具有多參數(shù)、多對比、無輻射等突出優(yōu)勢，是繼CT成像之后的又一次技術(shù)變革，已成為當今臨床診斷和腦科學研究所倚重的高端成像設(shè)備。而3T磁共振曾是臨床上的最高場強設(shè)備，就在幾年前，我國的3T磁共振設(shè)備仍100%依賴進口。
醫(yī)學影像設(shè)備研發(fā)技術(shù)壁壘極高，磁共振的研發(fā)更是被稱為“高端制造皇冠上的明珠”。想要實現(xiàn)高場磁共振設(shè)備的國產(chǎn)化，絕非易事。
2007年，鄭海榮回國開始組建生物醫(yī)學影像團隊，部署研究磁共振成像等前沿技術(shù)。2011年，上海聯(lián)影醫(yī)療科技股份有限公司（以下簡稱聯(lián)影醫(yī)療）正式啟動了高場人體磁共振系統(tǒng)研發(fā)項目，深圳先進院作為技術(shù)股東加入，生物醫(yī)學影像團隊在其中承擔了關(guān)鍵任務(wù)。
短短幾年時間里，深圳先進院生物醫(yī)學影像團隊聯(lián)合企業(yè)、醫(yī)院組成的產(chǎn)研醫(yī)團隊，攻克了快速成像軟件、電子學、譜儀、射頻功放、射頻發(fā)射接收線圈、梯度功放與梯度線圈、大孔徑磁體等一系列關(guān)鍵核心技術(shù)，實現(xiàn)3T磁共振系統(tǒng)全部核心部件自主研制。
由聯(lián)影醫(yī)療生產(chǎn)的系列高場磁共振成像產(chǎn)品走進了全國數(shù)百家醫(yī)院，打破了幾十年來我國高端醫(yī)學影像產(chǎn)品市場被國外壟斷的局面。3T磁共振技術(shù)國產(chǎn)替代的努力終獲結(jié)晶，并完成了大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，取得了高端醫(yī)療設(shè)備自主創(chuàng)新的重大突破。
2021年，深圳先進院與聯(lián)影醫(yī)療等合作完成的“高場磁共振醫(yī)學影像設(shè)備自主研制與產(chǎn)業(yè)化”項目獲得國家科技進步獎一等獎。
具有高分辨率和高信噪比的磁共振，對重大疾病的早期精準診斷有重要意義。在之前成果的基礎(chǔ)上，鄭海榮和團隊成員進一步對超高場磁共振高分辨成像理論、電子學、序列及其優(yōu)異診斷性能展開了研究。
2022年8月，全球首型5T人體全身核磁共振成像系統(tǒng)獲得國家醫(yī)療器械注冊審批。該產(chǎn)品由聯(lián)影醫(yī)療推出，凝結(jié)了深圳先進院生物醫(yī)學影像團隊的技術(shù)結(jié)晶，填補了國際上超高場磁共振普適成像設(shè)備的空白。
鄭海榮向《中國科學報》介紹：“就像手機2G階段只能打電話、發(fā)短信，3G階段能發(fā)照片，5G階段能發(fā)高清視頻、看電影一樣，磁共振成像也與之類似，場強越高，分辨率越高。傳統(tǒng)的低場磁共振掃描所需時間較長，圖像也不是很清楚，而5T超高場高清成像為全身各部位疑難雜癥機理研究和精準診療打開了全新視角?！?/p>
目前，5T超高場磁共振已在醫(yī)院安裝使用。作為全球首批用戶，北京協(xié)和醫(yī)院放射科主任醫(yī)師王怡寧介紹，她曾接診過一個突然肢體無力的44歲女性患者，此前用3T系統(tǒng)照不出異常，升級用5T系統(tǒng)后，迅速發(fā)現(xiàn)了影像異常，隨后確診其有危險的動脈夾層?！?T系統(tǒng)檢查分辨率仍然顯得不夠，沒有發(fā)現(xiàn)微小腦血管的問題，5T系統(tǒng)的高分辨率成像可以幫助我們找到病因，更早地進行診治?！蓖踱鶎幷f。
一支“敢啃硬骨頭”的隊伍
“剛回國的那幾個月，我們也不知道要做什么，但內(nèi)心有一個很堅定的想法，就是一定要做點事情！而且，不能只和自己比，還要跟國際最好的比，這是我們的初心。”鄭海榮告訴《中國科學報》。
組建團隊的第一步是成立實驗室。2007年，深圳先進院成立了勞特伯生物醫(yī)學成像研究中心實驗室。經(jīng)過10多年的發(fā)展，實驗室逐漸凝聚了一批生物醫(yī)學影像研究領(lǐng)域的研究骨干，組建起一支“敢啃硬骨頭”的隊伍。
掃描時間長、成像速度慢，是磁共振成像研發(fā)領(lǐng)域國際公認的一大難題。2011年，梁棟從美國威斯康星大學歸國，加入生物醫(yī)學影像團隊。近10年來，他帶領(lǐng)成像算法課題組破解了3T磁共振系統(tǒng)中大范圍高分辨成像和掃描時間互相制約的數(shù)學難題，實現(xiàn)軟硬件融合，讓3T磁共振掃描“既快又清”。
“在5T磁共振系統(tǒng)中，我們提出了快速成像技術(shù)原理，并結(jié)合了高密度收發(fā)一體化射頻線圈等系列精密硬件。以掃描全腦和頸部血管斑塊為例，進口設(shè)備的掃描時間是10多分鐘，而我們把成像時間縮短到了3.2分鐘，做到了國際最快?！绷簵澱f。
2009年加入生物醫(yī)學影像團隊的鄒超，經(jīng)過多年攻關(guān)，研發(fā)出了國際領(lǐng)先的脂肪定量技術(shù)，實現(xiàn)全身脂肪圖譜和代謝能力的分析。該技術(shù)目前應(yīng)用于包括5T磁共振系統(tǒng)在內(nèi)的聯(lián)影醫(yī)療磁共振全線產(chǎn)品中。
“從理論原型設(shè)計到產(chǎn)品驗證，再到將這項技術(shù)應(yīng)用于磁共振系統(tǒng)、成為真正能在臨床使用的一項技術(shù)，需要很長時間的打磨。”鄒超回憶說，在產(chǎn)品攻關(guān)最緊要時，他有兩三年時間不斷往返深圳、上海兩地，只為解決成像軟件在系統(tǒng)測試時遇到的各種問題。
“團隊里很多成員剛加入時還是碩士、博士、博士后，現(xiàn)在已經(jīng)成長為國家級人才。”鄭海榮說。如今，深圳先進院生物醫(yī)學影像團隊已擁有106名科研骨干、15名國家級人才與技術(shù)專家，擁有授權(quán)專利505項、實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的專利208項。
注重布局，勇闖科技“無人區(qū)”
推動高端醫(yī)療設(shè)備國產(chǎn)化、實現(xiàn)科技創(chuàng)新引領(lǐng)，不能光靠單個團隊“單槍匹馬”，還要靠產(chǎn)學研醫(yī)多學科、多鏈條協(xié)同合作。鄭海榮介紹，團隊運行主要有三種機制。
一是緊盯國家需求，從立項時就要明確多主題聯(lián)合立項，明確哪些是可以解決行業(yè)問題、需求問題、產(chǎn)業(yè)問題的科技項目；二是與骨干企業(yè)、醫(yī)院建立緊密的合作關(guān)系，從產(chǎn)業(yè)中發(fā)現(xiàn)問題，從醫(yī)院中得到臨床反饋，將掌握的前沿技術(shù)在產(chǎn)品中落地，提升產(chǎn)品的性能和國際競爭力；三是建立一套靈活的團隊內(nèi)部管理制度，建立以技術(shù)貢獻為基礎(chǔ)的評價體系，保障并激勵團隊成員不斷創(chuàng)新。
什么樣的科研成果值得轉(zhuǎn)化？未來醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)應(yīng)該如何布局？在鄭海榮看來，持續(xù)的科技創(chuàng)新是推動高端醫(yī)療設(shè)備國產(chǎn)化、實現(xiàn)國際領(lǐng)先的關(guān)鍵一環(huán)，“無人區(qū)”探索要考慮無序和有序、規(guī)劃與隨機相結(jié)合。
所謂有序布局，就是在他國領(lǐng)先而我國還落后的領(lǐng)域積極布局，如用于腫瘤治療的大型質(zhì)子治療設(shè)備、冷凍電鏡等；而無序布局，就是要敏銳地布局、儲備一些“無人區(qū)”的變革性、顛覆性技術(shù)。
有序充滿了科學的確定性，而無序的不確定性則要求完善穩(wěn)定的支撐機制，這樣才能讓無序布局的產(chǎn)出更加符合預期。兩者相結(jié)合，科學有序的布局會更聚焦、讓科技服務(wù)需求，而無序的布局能探索科技創(chuàng)新突破口。
“人工智能、納米技術(shù)、高溫超導、物理學、量子技術(shù)等前沿領(lǐng)域都可能和醫(yī)學產(chǎn)生更多的交叉領(lǐng)域，帶來診療新原理、新路徑，這些都是未來醫(yī)療設(shè)備值得關(guān)注的結(jié)合點。只要是科學發(fā)現(xiàn)的需要和臨床精準診療的需求，都值得我們?nèi)ド罡Ｎ蚁?，這也是醫(yī)療儀器研發(fā)團隊的夢想?！编嵑s說。
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