高端醫療影像團隊斬獲國家科技進步獎一等獎

針對我國高端醫療設備嚴重依賴進口、創新乏力的困境，深圳先進院應對國家重大需求和人民生命健康需求，與聯影醫療共同開展了“3.0T磁共振成像系統”研發，先后完成了一系列關鍵核心技術的突破，建立高場磁共振整機自主制造體系，實現了大型成像設備自主創新、國產制造和臨床應用的跨越，填補了我國高場磁共振整機制造的空白。研究成果獲得國家科技進步獎一等獎，并獲批醫療器械領域設立的唯一制造業創新中心——國家高性能醫療器械創新中心。

1.首型3.0T系統榮獲國家科技進步獎一等獎

2021年11月3日，國家科學技術獎勵大會在北京隆重舉行，上海聯影醫療科技股份有限公司與中國科學院深圳先進技術研究院等單位合作完成的“高場磁共振醫學影像設備自主研制與產業化”獲得國家科技進步獎一等獎。

該項目歷經十多年跨領域、多學科的合作，研制出我國首型3.0T人體磁共振成像設備（以下簡稱“3.0T系統”）并實現產業化，這是我國高端醫療設備國產化替代和自主創新的里程碑式成果。

項目首席科學家、深圳先進院副院長鄭海榮研究員為項目第一完成人，上海聯影醫療科技股份有限公司為第一完成單位，中國科學院深圳先進技術研究院為第二完成單位。

磁共振技術是心腦血管、神經和腫瘤等多種重大疾病影像診斷的利器，研發涉及學科門類繁多，技術體系精密復雜，研發高場磁共振技術更是難度極大。超導磁體和高性能譜儀是整個磁共振系統的核心，全球僅有個位數的企業具備磁共振設備所有核心部件的自主研發能力。購置一臺高場磁共振設備動輒幾千萬元，患者檢查成本很高，很多老百姓用不起。

急醫療所急，念產業之痛，2009年，鄭海榮研究員牽頭先進院旗下的勞特伯醫學影像實驗室，與聯影醫療創始團隊共同開展了“3.0T磁共振成像系統”研發工作。針對磁共振成像速度慢的世界難題和高場超導成像的技術封鎖，項目創建了“軟硬件協同”的磁共振快速成像技術體系，構建了影像數據“稀疏采集、快速掃描、精準重建”的技術路徑，攻克了系統核心部件和成像技術難關，在快速成像軟件與電子學、譜儀、射頻功放、射頻發射線圈、梯度功放、梯度線圈、超導磁體等一系列關鍵核心技術實現突破，多項技術指標達到國際領先水平。比如，發明了三維張量編碼掃描技術，研制了世界最大孔徑高場超導成像磁體，突破了業界最高功率的梯度功放部件，建立了高場磁共振整機自主制造體系，創新了心臟、大腦等快速成像序列和重大疾病定量診斷技術，與醫院合作構建了全身臨床應用技術體系等。

3.0T系統研制成功打破了國外長期的技術壟斷，使中國成為繼美國、德國之后極少數獨立掌握磁共振全部核心技術和整機制造技術的國家，為5.0T和7.0T超高場人體磁共振研發奠定基礎，改變了磁共振國際產業和技術格局；國產高端磁共振系列產品已經走進全國31個省市自治區的千余家醫院，并實現了向美國、歐洲等海外市場的逆向輸出，我國由凈進口國變為出口國，有效緩解了老百姓看病貴、看病難的問題，具有重大社會與經濟效益。

2.國獎背后的創新邏輯

科技進步是國家發展和改善民生的強大推動力。為獎勵在科技進步活動中做出突出貢獻的個人、組織，調動科學技術工作者的積極性和創造性，國務院設立了國家科學技術獎。鄭海榮項目團隊能夠奪取國家科技進步獎一等獎，背后的創新邏輯是怎樣的？

鄭海榮解釋道，這是有別于傳統的科技創新的模式，背后的創新邏輯是三種機制：一是做科研要緊盯國家戰略需求，不能全憑自己的興趣去自由做科研，十年磨一劍，既不一味追求發表文章，也不刻意去爭大項目，而是默默無聞、心甘情愿地攻克關鍵技術。團隊里的每個人都認為值得做，值得隱姓埋名，長時間做有價值的研究、有產業需求的研發工作。雖然沒有發表文章，但項目在研發過程中獲發明專利124項、獲授權美國專利11項，突破了國際知識產權壁壘，構建了自主知識產權體系。

二是與企業緊密合作，明確研究機構自身的價值在哪里，不與企業爭利，研究人員將自己掌握的科技前沿技術落實到產品中去，賦能到機器設備上，才是真正提升產品的國際競爭力。

三是深圳先進院有一套科學靈活的團隊管理機制，激勵團隊成員不斷創新，從工資待遇到獎金分配，考慮到每個成員的具體技術貢獻，不看他的論文和經費，讓科研人員收獲應有的回報，特別是成就感，可以沉下心來扎扎實實做科研。

目前，為滿足腦科學等重大前沿科學需求，在我國首型3.0T系統完成之后，鄭海榮團隊正與聯影醫療合作攻關高端7.0T人體磁共振成像技術；在中科院的支持下，組織開展我國未來14.0T極高場磁共振成像核心技術預先基礎研究，筑夢未來大國重器、科學明珠。

“如果留在美國，我也能當教授帶學生，但很難有機會把發明成果高效地轉化為造福民眾健康的尖端產品。”鄭海榮自豪地說，“國家的需要，是科技工作者的努力方向，是科技進步的重要動力。先進院時刻在思考，圍繞國家重大的需求，能做什么，我們把醫療的需求、產業的‘痛’看在眼里，急在心頭，做到與其‘共情’。深圳先進院團隊持續奮斗了十多年，成功構建了我國高端成像裝備的技術體系，使我國在關鍵領域擁有完整的工業體系、創新體系，我們一直在為之奮斗。”

3.世界首創5.0T核磁，改變磁共振國際產業格局

長期以來，我國的高端診斷設備依賴進口，洋品牌市場占比在80%以上，每年超過180億美元用于采購洋品牌設備。為了突破高端醫學影像的關鍵技術問題，鄭海榮團隊與聯影醫療合作完成世界首創的5.0T人體磁共振成像系統和全部核心部件的自主研制，改變了國際高端醫學影像產業的版圖。

超高場人體磁共振成像系統（3.0T以上）的自主研制和醫學應用是我國高端醫療儀器發展的重要任務。超高場可提供微米級空間分辨率和高清晰分子代謝成像，是腦科學研究和重大疾病早期診斷的利器。然而，由于超高場中射頻波長顯著短于人體尺寸，因射頻場不均勻導致圖像偽影、射頻能量安全沉積、成像速度慢等共性技術難題亟待攻克。

先進院醫工所所長梁棟介紹，7.0T及以上成像系統目前僅用于腦成像研究，盡管德國西門子和美國通用最新一代7.0T技術分別于2017年和2020年獲得了美國食品藥品監督管理局臨床注冊認證，但仍然限于頭部和骨關節成像，難以進行全身臨床成像。

鑒于7.0T技術的諸多技術限制和巨額成本，在科技部“十三五”重點研發計劃“5.0T超導磁共振核心部件及系統研發”和深圳市重大裝備研發項目的支持下，深圳先進院聯合上海聯影醫療等單位重點突破超高場全身成像關鍵技術，開發射頻均勻激發、熱吸收安全監控新技術，探索超高場臨床應用新序列，研制出世界首款5.0T人體超導磁共振成像系統，實現超高場全身快速、安全、高分辨成像。2022年8月31日，該系統獲得國家藥品監督管理局注冊認證，這也是世界首張超高場人體全身核磁成像產品注冊證。

2021年底，團隊中的劉新研究員牽頭先進院和國內優勢科研團隊獲批科技部“十四五”重點研發計劃，“基于學習模型的超高場磁共振成像關鍵問題研究”獲得1700萬元的科研經費支持，進一步瞄準現有超高場應用系統面臨的圖像質量、射頻能量沉積安全以及成像速度慢等全球性技術難題。然而，由于超高場成像變量增多，復雜度加大，加上人體電導介質不均勻性加重，基于現有預設模型的迭代算法仍然無法保證穩定的圖像質量。

項目團隊針對傳統建模困難與求解精度低且不穩定等問題，構建可學習正則化模型，研究基于深度學習的自適應性，實現快速準確及穩定求解。基于這一理論框架和5.0T成像平臺，進一步研發面向超高場的新型均勻射頻激發和快速成像技術，實現超高場人體熱吸收率的準確監測和全身成像的臨床應用。

劉新研究員介紹道：“該項目的預期成果包括國際領先水平的新型超高場多通道并行射頻激發與譜儀控制系統，以及多核分子代謝成像前沿技術和全身臨床應用，我們將在未來3年至5年里，顯著提升國產核磁設備的成像性能和市場競爭力，為研制中的國產超高場人體成像系統提供關鍵基礎技術。”

過去十多年，先進院醫工所鄭海榮團隊一直跟聯影醫療緊密合作，在高端醫療設備的研制上攻克了無數個技術難關。梁棟常常會給新加入醫工所的同事們分享一篇報道：2014年5月習近平總書記考察上海聯影醫療科技有限公司，得知聯影醫療在高端醫療影像設備領域初闖新路，總書記很高興地說：“醫療設備是現代醫療產業發展的必備手段，現在一些高端醫療設備基層買不起、老百姓用不起，要加快高端醫療設備國產化進程，降低成本，推動民族品牌企業不斷發展。你們的事業大有可為。”在總書記的鼓勵之下，梁棟和他的同事們在高端醫療設備研制的道路上不斷追趕，不斷超越，逐漸引領行業的方向。

4.研制科研儀器是醫工所的優良傳統

梁棟說，醫工所有研制科研儀器的優良傳統，基于三方面的原因：其一，生物醫學工程學科是強交叉的學科，醫學、生物、工程、電子、材料、人工智能等多個學科交叉在一起，而它的出口是醫療器械和儀器裝備；其二，醫工所成立之初就確定了“學術引領、服務產業”的目標，形成了一支科學家和工程師混搭的團隊，通過協作創新，不斷設計出新的儀器裝備；其三，我國科學儀器長期依賴進口，就等于科學研究受制于人，為了解決這個短板，醫工所把研制科研儀器作為一項使命，扛在自己的肩上。

2014年，劉新研究員牽頭的“基于高場磁共振的三維動態溫度測量與調控系統”，獲批國家自然科學基金委員會公布的國家重大科研儀器研制項目，這是醫工所承擔的首個國家重大科研儀器研制項目。

此后，宋亮研究員負責的“用于易損斑塊研究的血管內光/聲多模態、多尺度成像系統”、鄭海榮研究員牽頭的“基于超聲輻射力的深部腦刺激與神經調控儀器研制”、楊永峰研究員負責的“面向狨猴腦科學研究的高清晰磁兼容PET成像系統”、馬騰研究員負責的“用于胰膽管病變研究的多模態聲光融合內窺成像系統”、鄭煒研究員牽頭的“活體多腦區神經活動光學成像同步檢測系統研究”、葛永帥研究員負責的“納米分辨X射線微分相襯顯微鏡”、羅茜研究員牽頭的“用于腫瘤代謝異質性機制研究的在體質譜儀器研制”和孟龍研究員牽頭的“基于超聲輻射力的細胞楊氏模量定量測量與篩選儀器研制”，先后獲批國家自然科學基金委員會批準的國家重大科研儀器研制項目。其中，鄭海榮牽頭的是廣東省第一個部委推薦類重大儀器研制項目。在國家重大科研儀器研制隊伍中，深圳先進院醫工所成為一支綜合實力強、敢打硬仗的骨干力量。