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【中国科学报】铸就医疗健康“国之重器” 挺起民族科技创新脊梁

文章来源:中国科学报 沈春蕾    发布时间:2018-09-17  【字号:      】

   

  郑海荣(第一排中)团队部分核心成员

   

  3T 磁共振快速成像效果

   

  我国首型3T 磁共振成像系统已实现规模化生产应用。

  复兴号高速列车、C919大型客机、超导磁共振……在2018年两院院士大会上,习近平总书记以“超导磁共振等医疗器械实现国产化替代”作为生物医药领域典型案例,宣示我国在党的十八大以来“着力引领产业向中高端迈进”。

  早在2014 年5 月,习近平总书记在上海联影医疗科技有限公司(以下简称联影公司)视察时就关注过当时正在自主研发的3T人体超导磁共振系统(以下简称3T 系统),并鼓励“中国高端医疗产业需要你们这样的排头兵”。

  我国首台3T系统,是打破高端医疗设备市场长期国际垄断、自主创新突破“卡脖子”技术的成功突围之战,多项核心关键技术达国际领先水平。同时在这台医疗健康“国之重器”中也实现了源自彩票图片大全深圳先进技术研究院(以下简称深圳先进院)的近百项专利技术。

  11年前的9月,29岁的郑海荣回国加入深圳先进院,从零开始组建高端医学影像团队和平台,凝聚起刘新、梁栋、杨永峰、李烨、邹超、朱燕杰、邱维宝、马腾、葛永帅等一批团队骨干,用专注创新的激情和服务产业的热情,推动一个又一个创新技术在全国各地成功转化应用。

  团队在磁共振成像(MRI)、彩超、计算机断层扫描(CT)和正电子发射型计算机断层显像(PET)等领域成果频出,带领深圳先进院在高端医学影像领域逐渐挺起民族科技创新的脊梁。

  前沿创新 突破“卡脖子”核心技术

  MRI、CT、PET、彩超是三甲医院必备的大型医学影像设备。但我国医学影像核心技术与系统工程技术整体落后,高端医学影像设备一直被欧美老牌巨头垄断,90%依赖进口,进口价有时加倍达数千万元,大幅推高就医成本,如一次PET-CT检查费达近万元。

  “我国有13亿民众的巨大医疗需求,突破关键核心技术,实现高端医学影像设备自主研发,是国立科研机构在新时期实现科技创新,服务国民经济主战场和人民健康重大需求义不容辞的责任。”深圳先进院副院长、3T磁共振技术首席科学家郑海荣告诉《中国科学报》。

  MRI是20世纪现代医学领域获得革命性突破的最重要进展之一,围绕MRI有5次诺奖。

  然而,高端医疗设备行业研发技术壁垒高,高场超导磁体、大功率射频、梯度功放、快速成像等关键技术问题,如拦路虎般挡住了国内此前众多的研究努力。而且,国内外均极度缺乏高场磁共振的多学科交叉人才。

  2007年,郑海荣开始组建团队,布局研究磁共振成像前沿技术。2011年,联影公司启动了3T人体超导磁共振的研发项目,基于深圳先进院与联影公司紧密的产学研战略合作伙伴关系,郑海荣作为技术首席科学家带领深圳先进院研发团队在项目中承担了重要责任。短短几年,联合攻关突破了一系列“卡脖子”关键技术,3T系统核心部件均实现自主研制突破,多项关键技术指标达到国际领先水平。我国首型3T系统于2015 年获中国医疗器械注册证,核心技术均拥有自主知识产权。

  截至目前,联影公司生产的人体3T及1.5T磁共振成像系统在全国近30个省市自治区已装机超过400台,已进入一批三甲医院,打破了几十年来我国高端医学影像产品市场完全被国外垄断的局面,迫使进口设备纷纷降价,带来巨大的社会和经济效益。

  对此,北京301医院放射科主任马林教授表示,该3T系统“尤其是分辨率和信噪比达到国际顶级品牌3T磁共振成像系统水平,并新增加了如三维全脑血管壁成像、弥散张量成像等高级磁共振应用”“使用稳定、安全可靠,有效满足了临床要求,产生良好的社会效益”。

  “刀尖起舞” 建立国际领先的快速成像技术体系

  “扫描时间长”被国际公认为是MRI研发的一大难题,严重制约其扫描流量及心脑血管疾病等高级临床应用。

  郑海荣团队对此构建了“理论方法研究—临床应用实现—技术转移转化”的技术主线,并聚焦脑中风预警三维斑块成像、心脏实时成像及快速肿瘤动态增强成像等高级临床应用,实现了“既快又清”的3T系统在快速成像技术上的突破与规模临床应用。

  他们开展了压缩感知与并行采集的融合机制研究,在国际上首次提出结合参考图像的融合新机制等,实现十倍以上加速,同时在图像中保留更多帮助诊断的细节信息。

  但要想极致地发挥MRI的先进技术参数优势、进行快速高质量成像,还存在大范围高分辨成像和扫描时间互相制约等问题,难度极大,对精准度要求极高,犹如“在刀尖上起舞”。

  郑海荣团队围绕急性脑中风早期预防和预警的重大需求,开发了用于脑卒中斑块精确诊断的三维磁共振血管壁成像技术,实现了低于5分钟快速扫描成像及空间分辨率亚毫米的三维各向同性,综合性能达国际领先水平。

  该技术将2017年美国神经放射学会专家共识中国际主流方法扫描时间平均缩短四成,解决了互相制约的难题。目前该技术已用于联影3T系统,实现千余例临床扫描成像案例,证实其对缺血性脑卒中病因诊断具有重要临床价值。

  针对磁共振心脏成像上高空间分辨率和高时间分辨率互相制约的难题,他们实现了自由呼吸实时心脏电影成像,其时空分辨率均超过此前最优商业技术,对及时发现和早期诊断心脏结构和功能异常尤为重要。

  团队还发展了快速高精度脂肪定量技术,技术在联影3T系统上实现转化,并与多家三甲医院开展临床合作,为脂肪肝等脂肪代谢性疾病早期精准诊断提供重要技术手段。

  团队在磁共振快速成像理论方法、高级应用技术及临床应用上的创新突破,成为联影3T系统临床应用的核心竞争力所在。3T快速磁共振成像团队发表高水平SCI论文50余篇,核心技术获得授权近百项发明专利,联影3T中一项独特的成像技术获得我国高端医疗设备领域唯一的国家专利金奖。

  联影3T系统的稳定性、图像质量和高效工作流已达国际先进水平,为实现快速高分辨磁共振成像,特别是为脑卒中斑块三维成像、心脏成像、肿瘤动态增强成像、脑功能成像等高级临床应用提供了高性能硬件平台。

  然而,更精细的脑结构和脑功能成像需要更高场强的磁共振系统。为满足脑科学等重大前沿科学需求,在3T、7T、9.4T人体磁共振之后,科学家的梦想是极高场14T磁共振成像系统,有望提供微米级成像分辨能力和多核功能成像能力。

  但14T系统在新型超导材料及电子技术上存在重大难题,亟待建立全新的成像技术路线和体系。国际上鲜有涉足,仅美国和德国在筹划研制。最近,郑海荣等多支团队正在中科院支持下积极组织开展我国14T极高场磁共振成像核心技术预先基础研究。

  国家最高科技奖获得者、项目首席顾问赵忠贤院士指出,极高场磁共振成像核心技术“自己不做,早晚要高价买;今天不做,明后天也要做;既然要做,晚做不如早做”。

  作为大规模科学平台和国之重器的核心技术储备,该研究对引领高场磁共振成像技术发展、开展脑科学前沿研究、聚集培养全球顶级人才,并形成我国该领域领先优势具有重大意义。

  “百花齐放春满园” 交叉创新平台实现集聚优势

  一花独放不是春,百花齐放春满园。郑海荣带领的交叉创新团队在功能彩超、PET、CT等多领域成果齐发,形成交叉创新平台。

  作为平台带头人,他和团队一起思索如何针对自主医疗装备产业的生存、发展和引领性需求,在瓶颈性、竞争性和颠覆性技术三个层面纵深布局和聚焦研究。

  学术引领、服务产业。十多年来,高端医学影像团队通过凝聚高级人才、推动医学影像与生物医学工程学科发展、承担了一批国家重大科研仪器专项项目,突破了MRI、CT、PET、超声及多模态分子影像等若干医疗器械新方法、技术、部件和系统装备,逐步形成了一流的医学影像装备创新平台,为服务医疗器械产业发展和普惠人民医疗健康需求作出贡献。

  2014年,郑海荣团队研发并在中科天悦公司产业化的大视野锥束口腔CT产品,先后取得欧盟CE认证和国家三类医疗器械注册证。此后团队开发的静态数字乳腺断层成像系统获得首幅静态扫描的乳腺模体断层图像,已进入产业化阶段。

  2015年,郑海荣在国家重大科研仪器专项的支持下在国际上率先开展超声无创深脑神经调控技术与仪器研制,在国际上率先提出“通过超声辐射力开启机械敏感离子通道”的神经调控新思路,并成功开发万阵元面阵列超声神经调控设备,在帕金森、抑郁症和老年痴呆症等重大脑疾病治疗领域具有极大潜力。

  团队成果在核心期刊发表30余篇文章,形成核心专利20余项,成为国际超声神经调控领域的“领头羊”,为探索脑和神经精神疾病的干预治疗方法提供新研究工具和临床治疗设备。今年9月16日,上海绿谷公司决定与深圳先进院开展战略合作,投入巨资推动该革新性超声脑调控技术的临床研究和产业化。

  今年初,郑海荣团队的“超声剪切波弹性成像关键技术及应用”项目获得2017年度国家技术发明奖二等奖,服务于国内外数千家医院的肝硬化和乳腺癌患者。

  杨永峰研究员团队正在承担国家重大科研仪器研发任务——高分辨脑PET成像仪器,有望促进我国脑科学研究和老年性痴呆、帕金森、自闭症和精神病等早期诊断。

  “深圳先进院将生物医药、脑科学、合成生物学、健康大数据都作为生命科学的最核心发展方向,强调‘顶天立地’,在技术研究上要瞄准科学前沿,同时科研成果又要接地气,满足产业需求,与产业界建立了紧密的合作发展模式,为我国健康产业、制造业和现代服务业等领域的自主创新能力提升和自主知识产权新工业的建立作出贡献。”院长樊建平表示。正是这种坚守,让深圳先进院逐渐成长为国内乃至国际上的生物医学影像自主创新前沿阵地。

  “看到国产3T磁共振成像系统让人非常振奋”

  “过去我国高端医疗设备几乎完全被国外医疗器械巨头垄断,三甲医院90%的设备依赖进口。但把中国13亿人民健康的基本问题寄托于国外大公司非常危险。”9月15日,一场关于3T人体磁共振快速成像系统的技术成果鉴定会在上海联影公司召开。会后,彩票图片大全院士徐宗本表示,今天看到首型国产3T磁共振成像系统(简称3T系统)让人非常振奋!

  中国工程院院士陈亚珠指出:“该系统不仅填补了国内空白、打破国外垄断,而且拥有自主知识产权,大幅降低了医疗成本,增强了中国人医疗设备自主创新制造的自信,意义重大。当前国家非常支持,而且投资环境都很有信心,促进国产医疗器械发展时不我待,而且机会难得。深圳先进院与联影的合作是一个很好的开端和范例,相信我国高端医疗影像发展将走得越来越快、越来越好。”

  据悉,本次技术鉴定会由中国生物医学工程学会组织,该系统由上海联影医疗科技有限公司和彩票图片大全深圳先进技术研究院两家研制单位的技术团队历时8年共同攻关完成。包含11位院士在内的专家鉴定委员会认为,该3T快速磁共振成像系统成果满足了临床放射影像诊断需求和前沿精准医学诊断科研需求,成像系统整体技术指标达到国际先进水平,部分技术指标如主磁场的稳定性和梯度强度等处于国际领先水平,突破了成像系统的所有“卡脖子”核心部件、彻底改变了我国高端影像核心技术缺乏的被动局面,其推广应用对于保障我国医疗健康领域自我供给能力,促进我国高端医疗设备产业的发展具有重大意义。

  中国工程院院士王威琪清楚记得18年前,在两院院士大会上我国提出精密医疗仪器要实现国产化,当时想法是希望实现中端医疗仪器国产化。18年后,他非常高兴地看到我国高端医疗仪器率先实现了国产化。

  中华放射医学会候任主任委员、海军军医大学刘士远教授特地咨询了配置该3T系统的医院放射科主任,大家的评价一是长得好看,代表着精湛的工艺水平;二是功能非常棒,国际品牌该有的功能都有,实现了人无我有、人有我优;三是成像质量优异。

  “该系统不仅打破国外产品的长期垄断,实现我国自主创新重大突破,而且作为高端影像设备对脑科学等科学研究都有重要意义,确实是健康医疗领域的‘国之重器’。更重要的是它经过了很多医院的医学临床实践检验,真正成为让老百姓放心敢用的设备。我国在很多领域都有技术上的创新,但就像‘木桶原理’,不易实现整体突破;该3T系统在方法创新、技术体系创新、系统集成创新等方面做得很好。”徐宗本也认为,深圳先进院和联影之间长期紧密的产学研合作的成功创新模式值得研究推广。

  (原载于《中国科学报》 2018-09-17 6版 )




(责任编辑:程博)

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