【健康前沿】
全球首款人體全身5.0T磁共振問世，我國率先實現(xiàn)超高場高分辨全身臨床普適成像；首套國產(chǎn)體外膜肺氧合系統(tǒng)（ECMO）獲注冊認(rèn)證，一舉填補(bǔ)國內(nèi)長期空白，解了救治新冠重癥患者的“燃眉之急”；世界首臺磁共振引導(dǎo)無創(chuàng)超聲輻射力深部腦神經(jīng)調(diào)控儀器研發(fā)成功，讓超聲牽手腦科學(xué)，為復(fù)雜功能性腦疾病治療提供了全新的技術(shù)和手段……
從跟跑、并跑到領(lǐng)跑，從組裝零部件到掌握核心技術(shù)，近年來，我國科技自主創(chuàng)新能力持續(xù)提升，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高端醫(yī)療設(shè)備不斷涌現(xiàn)，突破關(guān)鍵核心技術(shù)，打破國外壟斷。
1.做中國人自己的高端磁共振設(shè)備
“時間回到短短10年前，當(dāng)時中國國內(nèi)高端醫(yī)療影像設(shè)備市場被海外國際醫(yī)療設(shè)備巨頭壟斷。由于我國不掌握核心技術(shù)，技術(shù)受制于人，國產(chǎn)磁共振設(shè)備主要分布在中低端市場，高端3.0T磁共振設(shè)備100%依賴進(jìn)口。”中科院深圳先進(jìn)院醫(yī)工所副所長、研究員李燁回憶道，10年前他加入中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，就是想跟這里的團(tuán)隊一起，自主研發(fā)國人自己的高端磁共振設(shè)備。
據(jù)李燁回憶，十幾年前，即便1.5T這樣的中端磁共振成像設(shè)備，國產(chǎn)產(chǎn)品市場占有率也非常低。“高端醫(yī)療成像設(shè)備長期依賴進(jìn)口，設(shè)備進(jìn)口價格昂貴，患者做相關(guān)檢查時費(fèi)用很高。我國是人口大國，難以想象14億老百姓看病要靠著國外的進(jìn)口設(shè)備。不管是從經(jīng)濟(jì)還是臨床診斷的角度考慮，大家一直都在期盼高性能的國產(chǎn)化設(shè)備。”李燁介紹，磁共振信號是一種電磁波，磁共振設(shè)備是臨床醫(yī)學(xué)診斷非常強(qiáng)大的影像工具，它的優(yōu)勢在于可以進(jìn)行全身各部位的高對比多參數(shù)成像，且沒有電離輻射，是CT之后又一次影像技術(shù)變革。大于3.0T的磁共振稱為超高場磁共振，磁共振場強(qiáng)越高，圖像分辨率越高，醫(yī)療成像檢查就越精細(xì)，當(dāng)然，對設(shè)備技術(shù)挑戰(zhàn)也更大。
一切從零起步，挑戰(zhàn)可想而知。當(dāng)時，跨國巨頭企業(yè)占據(jù)高端醫(yī)療影像設(shè)備市場已達(dá)數(shù)十年，其積累的技術(shù)“護(hù)城河”高不可攀。為了早日突破核心技術(shù)，團(tuán)隊夜以繼日地奮戰(zhàn)。問及研發(fā)過程的艱辛，李燁說也沒什么特別值得講的事情，反正“做實驗到凌晨一兩點(diǎn)是常事，一個實驗失敗了就總結(jié)經(jīng)驗重頭來，成功了就繼續(xù)往前走，心里知道最后一定能做成。”
10年過去了，事情就這樣做成了。2021年11月，中科院深圳先進(jìn)院的團(tuán)隊與聯(lián)影醫(yī)療等合作完成的“高場磁共振醫(yī)學(xué)影像設(shè)備自主研制與產(chǎn)業(yè)化”項目，榮獲“國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎”，實現(xiàn)我國高端醫(yī)療裝備自主創(chuàng)新的重大突破。“去年8月，國際首創(chuàng)聯(lián)影5.0T超高場人體全身磁共振成像系統(tǒng)獲國家醫(yī)療器械注冊審批，這是全球首款人體全身5.0T磁共振高分辨成像臨床普適設(shè)備，其中我們做到了破解科學(xué)問題、突破核心技術(shù)、實現(xiàn)國際領(lǐng)先。”李燁說。
深圳先進(jìn)院醫(yī)工所所長、研究員梁棟長期聚焦研發(fā)磁共振系統(tǒng)中的快速成像技術(shù)，他介紹，3.0T磁共振設(shè)備有兩個重要特點(diǎn)：一是所有核心部件均為自主研制，沒有使用任何進(jìn)口部件，突破了“卡脖子”問題；二是軟硬協(xié)同的快速成像技術(shù)。“如果大家在醫(yī)院做過醫(yī)療成像類檢查，會發(fā)現(xiàn)磁共振成像檢查比CT檢查時間長很多。大概做一個檢查就要二三十分鐘，一臺設(shè)備每天只能檢查二三十個病人。由于患者數(shù)量大，預(yù)約一個磁共振檢查要等三四周很常見。”梁棟說，為了不耽誤治療，研制出國產(chǎn)化的能快速成像的高端磁共振設(shè)備就非常必要。
成像速度快，意味著什么呢？“通俗點(diǎn)說就是以前的設(shè)備是拍照片，但我們現(xiàn)在這臺設(shè)備可以拍電影了。”梁棟解釋道：“因為成像速度夠快，醫(yī)生檢查時就可以看到更多以前看不到的東西。而且每個病人的檢查時間縮短了，這樣，一臺設(shè)備就可以完成以前兩臺設(shè)備的檢查量。以腦血管壁的中風(fēng)檢查為例，這是一個對分辨率要求特別高、成像時間特別久的檢查，以前做這個檢查需要十五分鐘左右，但現(xiàn)在用5.0T磁共振設(shè)備做亞毫米高分辨檢查，大概只需要三分半鐘。如此優(yōu)異的快速高分辨成像的實現(xiàn)依靠的是其背后新體制磁共振成像技術(shù)的發(fā)明和系統(tǒng)支撐。”梁棟說。
作為5.0T超高場強(qiáng)磁共振的全球首批用戶，北京協(xié)和醫(yī)院放射科主任醫(yī)師王怡寧給記者講了這樣一件事，他曾經(jīng)接診過一位44歲突發(fā)肢體無力的女性病例，從5.0T的頭顱影像中可以看到腦出血和腦缺血，這是什么原因呢？“通過5.0T做血管的成像發(fā)現(xiàn)，大腦中動脈呈現(xiàn)雙腔結(jié)構(gòu)，我們考慮她有動脈夾層，因此做了金標(biāo)準(zhǔn)血管造影，發(fā)現(xiàn)確實有動脈夾層，血管內(nèi)膜撕裂。而這個病人之前還做過3.0T的檢查，因為分辨率不夠并沒有發(fā)現(xiàn)腦血管的問題。所以5.0T的高分辨率血管成像可以幫助我們找到病因，更早地進(jìn)行診治。”王怡寧說。
記者一行在深圳先進(jìn)院參觀聯(lián)影5.0T磁共振設(shè)備時，研究人員正將一只猴子麻醉后推進(jìn)設(shè)備中，這是正在進(jìn)行圖像引導(dǎo)神經(jīng)調(diào)控相關(guān)實驗，探索這臺高端磁共振設(shè)備在神經(jīng)調(diào)控治療領(lǐng)域的更大價值。
2.提高治愈率，減輕病人負(fù)擔(dān)
中科院深圳先進(jìn)院堪稱高端醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)新發(fā)展的“國家隊”，在該院醫(yī)學(xué)影像實驗室里，一臺高精尖儀器上的一排排控制燈交替閃爍。一萬多個探頭發(fā)出超聲波形成的操控聲場，如同“上帝之手”穿過實驗動物的顱骨，直抵大腦深處，精準(zhǔn)“觸碰”一些神經(jīng)元，產(chǎn)生僅僅幾微米的細(xì)微形變，被磁共振儀敏銳捕捉到。
這是中科院深圳先進(jìn)院副院長鄭海榮團(tuán)隊研制的基于超聲輻射力的深部腦刺激與神經(jīng)調(diào)控儀器。“這臺儀器讓超聲‘牽手’神經(jīng)元，利用超聲波來操控神經(jīng)元活動，可以無創(chuàng)、精準(zhǔn)對大腦深部進(jìn)行有效調(diào)控。這對帕金森病、阿爾茨海默氏病、抑郁癥、癲癇等腦疾病的精準(zhǔn)診療有很大幫助。”鄭海榮介紹說，該設(shè)備目前已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗和產(chǎn)業(yè)化階段。
超聲是一種機(jī)械波，醫(yī)學(xué)上利用超聲波在人體組織中的波散射來成像，也就是大家熟悉的B超和彩超。早在幾十年前，科學(xué)家曾觀察到，超聲波能夠讓聲場中的微小顆粒產(chǎn)生移動?；诼曡?yán)碚摵吐曒椛淞夹g(shù)的研究，鄭海榮團(tuán)隊不只讓超聲“牽手”腦科學(xué)，還研制了超聲彈性成像設(shè)備，以助力臨床精準(zhǔn)診療和早期診斷。
“我們傳統(tǒng)的B超彩超都是利用超聲波的波動效應(yīng)去看組織結(jié)構(gòu)的變化，但很多疾病早期，它的組織結(jié)構(gòu)可能沒什么明顯的改變，只是軟硬度出現(xiàn)了一些變化，比如中國發(fā)病率很高的肝纖維化和肝硬化，還有女性發(fā)病率很高的乳腺癌。”鄭海榮舉例介紹，判斷乳腺癌腫瘤的良性和惡性時，在一般B超上其形狀上來看都是一個腫瘤，但其主要區(qū)分就是軟硬不同。以前醫(yī)生一般要靠穿刺活檢才能分辨。現(xiàn)在有了無創(chuàng)超聲彈性成像設(shè)備，醫(yī)生就可以利用超聲力學(xué)效應(yīng)觀察人體組織的軟硬程度，實現(xiàn)對人體組織生物力學(xué)參數(shù)的無創(chuàng)定量測量。“通俗地說，就是醫(yī)生可以借助這臺設(shè)備，更精準(zhǔn)便捷地判斷早期乳腺癌腫瘤是良性還是惡性了。”鄭海榮總結(jié)道。
梁棟介紹，目前除了超聲、磁共振、CT等結(jié)構(gòu)成像設(shè)備外，分子成像設(shè)備也在精準(zhǔn)診療尤其是早期診斷領(lǐng)域助力臨床。
“現(xiàn)在磁共振、CT等結(jié)構(gòu)成像設(shè)備的成像分辨率越來越高，醫(yī)生可以借助這些設(shè)備去找以前看不到的小病灶。但從早期診斷角度來說，很多疾病早期不一定有結(jié)構(gòu)病變，醫(yī)生看得就算再精細(xì)也做不出明確診斷。很多疾病早期會出現(xiàn)組織和器官的代謝和功能變化，比如像阿爾茲海默病這種退行性疾病，其實患者在大腦萎縮前很長時間就已經(jīng)出現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞的代謝活動改變。因此，測量功能代謝變化的分子成像設(shè)備在早期診斷中就尤為重要。”中科院深圳先進(jìn)院醫(yī)工所研究員楊永峰介紹。
針對早期診斷，楊永峰介紹了其牽頭研發(fā)的國內(nèi)首臺高清晰磁共振兼容人腦PET功能成像設(shè)備。PET設(shè)備的成像原理是什么呢？“我們先向人體注射由放射性核素標(biāo)記的藥物，比如葡萄糖藥物等，注射進(jìn)去后藥物會在人體內(nèi)代謝。因為癌細(xì)胞一般更活躍，代謝糖分就更多一些，那么我們注射的藥物就會在癌細(xì)胞這里聚集，同時藥物會通過放射性來衰變，此時我們可以用PET探測器來測量放射性藥物衰變的位置和數(shù)量，進(jìn)而知道這個人有沒有癌癥、在什么位置、嚴(yán)重程度、有沒有轉(zhuǎn)移。”楊永峰介紹，PET設(shè)備在許多疾病早期診斷領(lǐng)域優(yōu)勢明顯，“比如像阿爾茲海默病，目前已有的研究發(fā)現(xiàn)，PET設(shè)備加上合適的藥物，可以在該疾病出現(xiàn)癥狀前的15年對其診斷。對很多疾病，如果可以做出早期診斷，醫(yī)生就可以提前介入，病人也就不必拖到疾病晚期再花費(fèi)高昂的醫(yī)療費(fèi)用去治療，這樣既可以減輕病人的痛苦和負(fù)擔(dān)，也可以延緩疾病的發(fā)展、提高疾病的治愈率。”楊永峰說。
3.高端醫(yī)療設(shè)備未來如何發(fā)展
談及近年來研制醫(yī)療影像設(shè)備的經(jīng)驗，鄭海榮總結(jié)道：開展強(qiáng)目標(biāo)導(dǎo)向的有組織科研，打破學(xué)科間的創(chuàng)新孤島，搭建產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)同創(chuàng)新平臺。
“我們與醫(yī)療設(shè)備企業(yè)、臨床醫(yī)院開展密切合作。根據(jù)這個儀器研發(fā)領(lǐng)域的學(xué)科特點(diǎn)，我們也為科研人員開辟相應(yīng)‘特區(qū)’，讓大部分技術(shù)人員只需要靜心考慮科研上的難題，而不必為申請課題、寫論文發(fā)愁。比如只要在技術(shù)上取得有效突破，掌握核心技術(shù)，就能獲得晉升和認(rèn)可，不必通過課題、論文和帽子。在這樣的機(jī)制下，我們很多科研人員會扎下心來去合作企業(yè)常駐，科學(xué)家與工程師實現(xiàn)了‘無縫對接’，與工程師團(tuán)隊一起聯(lián)合攻關(guān)技術(shù)難題，實現(xiàn)了產(chǎn)研的真正融合和協(xié)力創(chuàng)新。”鄭海榮介紹。
“好的醫(yī)療儀器設(shè)備是干出來、用出來的。”鄭海榮堅信這一點(diǎn)。“所以，高端醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)團(tuán)隊要避免紙上談兵，要把研究成果寫在祖國大地上，要瞄準(zhǔn)國家需求，把握臨床痛點(diǎn)，研發(fā)有臨床價值的醫(yī)療設(shè)備；科技成果實現(xiàn)轉(zhuǎn)化后，也要及時與醫(yī)院對接，通過臨床反饋進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)改進(jìn)、迭代精進(jìn)。”
在鄭海榮看來，關(guān)于未來高端醫(yī)療設(shè)備的研發(fā)，目標(biāo)是明確的。“醫(yī)學(xué)設(shè)備研究的目標(biāo)就是服務(wù)人民健康，未來科研的方向是更精準(zhǔn)地診斷和治療。”鄭海榮說，為實現(xiàn)這個目標(biāo)，醫(yī)療研發(fā)團(tuán)隊首先要攻關(guān)經(jīng)典的診療設(shè)備領(lǐng)域，研發(fā)已經(jīng)“臨床急需、對于醫(yī)療保障有重大支撐的先進(jìn)設(shè)備，比如多模態(tài)高分辨醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、功能影像設(shè)備和用于腫瘤治療的大型的質(zhì)子治療設(shè)備等。”
針對腫瘤治療研究，原中國人民解放軍總醫(yī)院普通外科研究所副所長兼國衛(wèi)生物特聘專家徐迎新教授介紹，腫瘤治療之所以是綜合性治療且非常復(fù)雜，是因為現(xiàn)有各種治療手段均有其局限性。“比如，CAR-T在治療B細(xì)胞來源腫瘤取得了好的療效，但同時殺傷了正常的B淋巴細(xì)胞，往往需要干細(xì)胞移植。”
“目前，我們就在加強(qiáng)干細(xì)胞與免疫細(xì)胞基礎(chǔ)及臨床應(yīng)用研究，未來將手術(shù)、免疫細(xì)胞治療與干細(xì)胞移植等技術(shù)結(jié)合起來，根據(jù)不同病人的具體情況制定不同的治療方案。”徐迎新說。
“此外，對于目前尚不能看清全貌的新興變革性技術(shù)，也要積極布局。人工智能、納米技術(shù)、高溫超導(dǎo)、物理學(xué)前沿的量子技術(shù)等，這些前沿科技未來都可能和醫(yī)學(xué)產(chǎn)生更多的交叉領(lǐng)域，孕育新的儀器技術(shù)變革。比如，目前發(fā)現(xiàn)腫瘤也有微弱量子信號，而磁共振設(shè)備信號就是源于量子效應(yīng)，只不過現(xiàn)在是利用其宏觀量子信號，那么未來我們能不能研發(fā)微觀磁共振，能不能研制出極弱量子磁共振成像診斷設(shè)備？那樣對于腫瘤和腦疾病檢查可能是一種新利器。我想這都是未來高端醫(yī)療設(shè)備值得關(guān)注的發(fā)展方向?？傊?，只要是科學(xué)發(fā)現(xiàn)需求和臨床精準(zhǔn)診療需求，都值得我們?nèi)ド罡Ｎ蚁脒@也是醫(yī)療儀器研發(fā)團(tuán)隊的夢想。”鄭海榮感慨道。
