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      提高治愈率、減輕病人負擔 這些硬科技讓醫療更精準

      全球首款人體全身5.0T磁共振問(wèn)世,我國率先實(shí)現超高場(chǎng)高分辨全身臨床普適成像;首套國產(chǎn)體外膜肺氧合系統(ECMO)獲注冊認證,一舉填補國內長(cháng)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無(wú)創(chuàng )超聲輻射力深部腦神經(jīng)調控儀器研發(fā)成功,讓超聲牽手腦科學(xué),為復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(lái),我國科技自主創(chuàng )新能力持續提升,具有完全自主知識產(chǎn)權的高端醫療設備不斷涌現,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備

      “時(shí)間回到短短10年前,當時(shí)中國國內高端醫療影像設備市場(chǎng)被海外國際醫療設備巨頭壟斷。由于我國不掌握核心技術(shù),技術(shù)受制于人,國產(chǎn)磁共振設備主要分布在中低端市場(chǎng),高端3.0T磁共振設備100%依賴(lài)進(jìn)口!敝锌圃荷钲谙冗M(jìn)院醫工所副所長(cháng)、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,就是想跟這里的團隊一起,自主研發(fā)國人自己的高端磁共振設備。

      據李燁回憶,十幾年前,即便1.5T這樣的中端磁共振成像設備,國產(chǎn)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率也非常低!案叨酸t療成像設備長(cháng)期依賴(lài)進(jìn)口,設備進(jìn)口價(jià)格昂貴,患者做相關(guān)檢查時(shí)費用很高。我國是人口大國,難以想象14億老百姓看病要靠著(zhù)國外的進(jìn)口設備。不管是從經(jīng)濟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)化設備!崩顭罱榻B,磁共振信號是一種電磁波,磁共振設備是臨床醫學(xué)診斷非常強大的影像工具,它的優(yōu)勢在于可以進(jìn)行全身各部位的高對比多參數成像,且沒(méi)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(chēng)為超高場(chǎng)磁共振,磁共振場(chǎng)強越高,圖像分辨率越高,醫療成像檢查就越精細,當然,對設備技術(shù)挑戰也更大。

      一切從零起步,挑戰可想而知。當時(shí),跨國巨頭企業(yè)占據高端醫療影像設備市場(chǎng)已達數十年,其積累的技術(shù)“護城河”高不可攀。為了早日突破核心技術(shù),團隊夜以繼日地奮戰。問(wèn)及研發(fā)過(guò)程的艱辛,李燁說(shuō)也沒(méi)什么特別值得講的事情,反正“做實(shí)驗到凌晨一兩點(diǎn)是常事,一個(gè)實(shí)驗失敗了就總結經(jīng)驗重頭來(lái),成功了就繼續往前走,心里知道最后一定能做成!

      10年過(guò)去了,事情就這樣做成了。202111月,中科院深圳先進(jìn)院的團隊與聯(lián)影醫療等合作完成的“高場(chǎng)磁共振醫學(xué)影像設備自主研制與產(chǎn)業(yè)化”項目,榮獲“國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎一等獎”,實(shí)現我國高端醫療裝備自主創(chuàng )新的重大突破!叭ツ8月,國際首創(chuàng )聯(lián)影5.0T超高場(chǎng)人體全身磁共振成像系統獲國家醫療器械注冊審批,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備,其中我們做到了破解科學(xué)問(wèn)題、突破核心技術(shù)、實(shí)現國際領(lǐng)先!崩顭钫f(shuō)。

      深圳先進(jìn)院醫工所所長(cháng)、研究員梁棟長(cháng)期聚焦研發(fā)磁共振系統中的快速成像技術(shù),他介紹,3.0T磁共振設備有兩個(gè)重要特點(diǎn):一是所有核心部件均為自主研制,沒(méi)有使用任何進(jìn)口部件,突破了“卡脖子”問(wèn)題;二是軟硬協(xié)同的快速成像技術(shù)!叭绻蠹以卺t院做過(guò)醫療成像類(lèi)檢查,會(huì )發(fā)現磁共振成像檢查比CT檢查時(shí)間長(cháng)很多。大概做一個(gè)檢查就要二三十分鐘,一臺設備每天只能檢查二三十個(gè)病人。由于患者數量大,預約一個(gè)磁共振檢查要等三四周很常見(jiàn)!绷簵澱f(shuō),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備就非常必要。

      成像速度快,意味著(zhù)什么呢?“通俗點(diǎn)說(shuō)就是以前的設備是拍照片,但我們現在這臺設備可以拍電影了!绷簵澖忉尩溃骸耙驗槌上袼俣葔蚩,醫生檢查時(shí)就可以看到更多以前看不到的東西。而且每個(gè)病人的檢查時(shí)間縮短了,這樣,一臺設備就可以完成以前兩臺設備的檢查量。以腦血管壁的中風(fēng)檢查為例,這是一個(gè)對分辨率要求特別高、成像時(shí)間特別久的檢查,以前做這個(gè)檢查需要十五分鐘左右,但現在用5.0T磁共振設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(shí)現依靠的是其背后新體制磁共振成像技術(shù)的發(fā)明和系統支撐!绷簵澱f(shuō)。

      作為5.0T超高場(chǎng)強磁共振的全球首批用戶(hù),北京協(xié)和醫院放射科主任醫師王怡寧給記者講了這樣一件事,他曾經(jīng)接診過(guò)一位44歲突發(fā)肢體無(wú)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(guò)5.0T做血管的成像發(fā)現,大腦中動(dòng)脈呈現雙腔結構,我們考慮她有動(dòng)脈夾層,因此做了金標準血管造影,發(fā)現確實(shí)有動(dòng)脈夾層,血管內膜撕裂。而這個(gè)病人之前還做過(guò)3.0T的檢查,因為分辨率不夠并沒(méi)有發(fā)現腦血管的問(wèn)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!蓖踱鶎幷f(shuō)。

      記者一行在深圳先進(jìn)院參觀(guān)聯(lián)影5.0T磁共振設備時(shí),研究人員正將一只猴子麻醉后推進(jìn)設備中,這是正在進(jìn)行圖像引導神經(jīng)調控相關(guān)實(shí)驗,探索這臺高端磁共振設備在神經(jīng)調控治療領(lǐng)域的更大價(jià)值。

      2.提高治愈率,減輕病人負擔

      中科院深圳先進(jìn)院堪稱(chēng)高端醫療設備創(chuàng )新發(fā)展的“國家隊”,在該院醫學(xué)影像實(shí)驗室里,一臺高精尖儀器上的一排排控制燈交替閃爍。一萬(wàn)多個(gè)探頭發(fā)出超聲波形成的操控聲場(chǎng),如同“上帝之手”穿過(guò)實(shí)驗動(dòng)物的顱骨,直抵大腦深處,精準“觸碰”一些神經(jīng)元,產(chǎn)生僅僅幾微米的細微形變,被磁共振儀敏銳捕捉到。

      這是中科院深圳先進(jìn)院副院長(cháng)鄭海榮團隊研制的基于超聲輻射力的深部腦刺激與神經(jīng)調控儀器!斑@臺儀器讓超聲‘牽手’神經(jīng)元,利用超聲波來(lái)操控神經(jīng)元活動(dòng),可以無(wú)創(chuàng )、精準對大腦深部進(jìn)行有效調控。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診療有很大幫助!编嵑s介紹說(shuō),該設備目前已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗和產(chǎn)業(yè)化階段。

      超聲是一種機械波,醫學(xué)上利用超聲波在人體組織中的波散射來(lái)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(guān)察到,超聲波能夠讓聲場(chǎng)中的微小顆粒產(chǎn)生移動(dòng);诼曡嚴碚摵吐曒椛淞夹g(shù)的研究,鄭海榮團隊不只讓超聲“牽手”腦科學(xué),還研制了超聲彈性成像設備,以助力臨床精準診療和早期診斷。

      “我們傳統的B超彩超都是利用超聲波的波動(dòng)效應去看組織結構的變化,但很多疾病早期,它的組織結構可能沒(méi)什么明顯的改變,只是軟硬度出現了一些變化,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!编嵑s舉例介紹,判斷乳腺癌腫瘤的良性和惡性時(shí),在一般B超上其形狀上來(lái)看都是一個(gè)腫瘤,但其主要區分就是軟硬不同。以前醫生一般要靠穿刺活檢才能分辨,F在有了無(wú)創(chuàng )超聲彈性成像設備,醫生就可以利用超聲力學(xué)效應觀(guān)察人體組織的軟硬程度,實(shí)現對人體組織生物力學(xué)參數的無(wú)創(chuàng )定量測量!巴ㄋ椎卣f(shuō),就是醫生可以借助這臺設備,更精準便捷地判斷早期乳腺癌腫瘤是良性還是惡性了!编嵑s總結道。

      梁棟介紹,目前除了超聲、磁共振、CT等結構成像設備外,分子成像設備也在精準診療尤其是早期診斷領(lǐng)域助力臨床。

      “現在磁共振、CT等結構成像設備的成像分辨率越來(lái)越高,醫生可以借助這些設備去找以前看不到的小病灶。但從早期診斷角度來(lái)說(shuō),很多疾病早期不一定有結構病變,醫生看得就算再精細也做不出明確診斷。很多疾病早期會(huì )出現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(shí)患者在大腦萎縮前很長(cháng)時(shí)間就已經(jīng)出現神經(jīng)細胞的代謝活動(dòng)改變。因此,測量功能代謝變化的分子成像設備在早期診斷中就尤為重要!敝锌圃荷钲谙冗M(jìn)院醫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)的國內首臺高清晰磁共振兼容人腦PET功能成像設備。PET設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記的藥物,比如葡萄糖藥物等,注射進(jìn)去后藥物會(huì )在人體內代謝。因為癌細胞一般更活躍,代謝糖分就更多一些,那么我們注射的藥物就會(huì )在癌細胞這里聚集,同時(shí)藥物會(huì )通過(guò)放射性來(lái)衰變,此時(shí)我們可以用PET探測器來(lái)測量放射性藥物衰變的位置和數量,進(jìn)而知道這個(gè)人有沒(méi)有癌癥、在什么位置、嚴重程度、有沒(méi)有轉移!睏钣婪褰榻B,PET設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,PET設備加上合適的藥物,可以在該疾病出現癥狀前的15年對其診斷。對很多疾病,如果可以做出早期診斷,醫生就可以提前介入,病人也就不必拖到疾病晚期再花費高昂的醫療費用去治療,這樣既可以減輕病人的痛苦和負擔,也可以延緩疾病的發(fā)展、提高疾病的治愈率!睏钣婪逭f(shuō)。

      3.高端醫療設備未來(lái)如何發(fā)展

      談及近年來(lái)研制醫療影像設備的經(jīng)驗,鄭海榮總結道:開(kāi)展強目標導向的有組織科研,打破學(xué)科間的創(chuàng )新孤島,搭建產(chǎn)學(xué)研醫協(xié)同創(chuàng )新平臺。

      “我們與醫療設備企業(yè)、臨床醫院開(kāi)展密切合作。根據這個(gè)儀器研發(fā)領(lǐng)域的學(xué)科特點(diǎn),我們也為科研人員開(kāi)辟相應‘特區’,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(xiě)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),就能獲得晉升和認可,不必通過(guò)課題、論文和帽子。在這樣的機制下,我們很多科研人員會(huì )扎下心來(lái)去合作企業(yè)常駐,科學(xué)家與工程師實(shí)現了‘無(wú)縫對接’,與工程師團隊一起聯(lián)合攻關(guān)技術(shù)難題,實(shí)現了產(chǎn)研的真正融合和協(xié)力創(chuàng )新!编嵑s介紹。

      “好的醫療儀器設備是干出來(lái)、用出來(lái)的!编嵑s堅信這一點(diǎn)!八,高端醫療設備的研發(fā)團隊要避免紙上談兵,要把研究成果寫(xiě)在祖國大地上,要瞄準國家需求,把握臨床痛點(diǎn),研發(fā)有臨床價(jià)值的醫療設備;科技成果實(shí)現轉化后,也要及時(shí)與醫院對接,通過(guò)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(lái),關(guān)于未來(lái)高端醫療設備的研發(fā),目標是明確的!搬t學(xué)設備研究的目標就是服務(wù)人民健康,未來(lái)科研的方向是更精準地診斷和治療!编嵑s說(shuō),為實(shí)現這個(gè)目標,醫療研發(fā)團隊首先要攻關(guān)經(jīng)典的診療設備領(lǐng)域,研發(fā)已經(jīng)“臨床急需、對于醫療保障有重大支撐的先進(jìn)設備,比如多模態(tài)高分辨醫學(xué)成像設備、功能影像設備和用于腫瘤治療的大型的質(zhì)子治療設備等!

      針對腫瘤治療研究,原中國人民解放軍總醫院普通外科研究所副所長(cháng)兼國衛生物特聘專(zhuān)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雜,是因為現有各種治療手段均有其局限性!氨热,CAR-T在治療B細胞來(lái)源腫瘤取得了好的療效,但同時(shí)殺傷了正常的B淋巴細胞,往往需要干細胞移植!

      “目前,我們就在加強干細胞與免疫細胞基礎及臨床應用研究,未來(lái)將手術(shù)、免疫細胞治療與干細胞移植等技術(shù)結合起來(lái),根據不同病人的具體情況制定不同的治療方案!毙煊抡f(shuō)。

      “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、物理學(xué)前沿的量子技術(shù)等,這些前沿科技未來(lái)都可能和醫學(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)現腫瘤也有微弱量子信號,而磁共振設備信號就是源于量子效應,只不過(guò)現在是利用其宏觀(guān)量子信號,那么未來(lái)我們能不能研發(fā)微觀(guān)磁共振,能不能研制出極弱量子磁共振成像診斷設備?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(lái)高端醫療設備值得關(guān)注的發(fā)展方向?傊,只要是科學(xué)發(fā)現需求和臨床精準診療需求,都值得我們去深耕。我想這也是醫療儀器研發(fā)團隊的夢(mèng)想。

       



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