高端醫(yī)療影像團(tuán)隊(duì)斬獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

針對(duì)我國(guó)高端醫(yī)療設(shè)備嚴(yán)重依賴進(jìn)口、創(chuàng)新乏力的困境，深圳先進(jìn)院應(yīng)對(duì)國(guó)家重大需求和人民生命健康需求，與聯(lián)影醫(yī)療共同開(kāi)展了“3.0T磁共振成像系統(tǒng)”研發(fā)，先后完成了一系列關(guān)鍵核心技術(shù)的突破，建立高場(chǎng)磁共振整機(jī)自主制造體系，實(shí)現(xiàn)了大型成像設(shè)備自主創(chuàng)新、國(guó)產(chǎn)制造和臨床應(yīng)用的跨越，填補(bǔ)了我國(guó)高場(chǎng)磁共振整機(jī)制造的空白。研究成果獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，并獲批醫(yī)療器械領(lǐng)域設(shè)立的唯一制造業(yè)創(chuàng)新中心——國(guó)家高性能醫(yī)療器械創(chuàng)新中心。

1.首型3.0T系統(tǒng)榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

2021年11月3日，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在北京隆重舉行，上海聯(lián)影醫(yī)療科技股份有限公司與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等單位合作完成的“高場(chǎng)磁共振醫(yī)學(xué)影像設(shè)備自主研制與產(chǎn)業(yè)化”獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

該項(xiàng)目歷經(jīng)十多年跨領(lǐng)域、多學(xué)科的合作，研制出我國(guó)首型3.0T人體磁共振成像設(shè)備（以下簡(jiǎn)稱“3.0T系統(tǒng)”）并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，這是我國(guó)高端醫(yī)療設(shè)備國(guó)產(chǎn)化替代和自主創(chuàng)新的里程碑式成果。

項(xiàng)目首席科學(xué)家、深圳先進(jìn)院副院長(zhǎng)鄭海榮研究員為項(xiàng)目第一完成人，上海聯(lián)影醫(yī)療科技股份有限公司為第一完成單位，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院為第二完成單位。

磁共振技術(shù)是心腦血管、神經(jīng)和腫瘤等多種重大疾病影像診斷的利器，研發(fā)涉及學(xué)科門類繁多，技術(shù)體系精密復(fù)雜，研發(fā)高場(chǎng)磁共振技術(shù)更是難度極大。超導(dǎo)磁體和高性能譜儀是整個(gè)磁共振系統(tǒng)的核心，全球僅有個(gè)位數(shù)的企業(yè)具備磁共振設(shè)備所有核心部件的自主研發(fā)能力。購(gòu)置一臺(tái)高場(chǎng)磁共振設(shè)備動(dòng)輒幾千萬(wàn)元，患者檢查成本很高，很多老百姓用不起。

急醫(yī)療所急，念產(chǎn)業(yè)之痛，2009年，鄭海榮研究員牽頭先進(jìn)院旗下的勞特伯醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)室，與聯(lián)影醫(yī)療創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)共同開(kāi)展了“3.0T磁共振成像系統(tǒng)”研發(fā)工作。針對(duì)磁共振成像速度慢的世界難題和高場(chǎng)超導(dǎo)成像的技術(shù)封鎖，項(xiàng)目創(chuàng)建了“軟硬件協(xié)同”的磁共振快速成像技術(shù)體系，構(gòu)建了影像數(shù)據(jù)“稀疏采集、快速掃描、精準(zhǔn)重建”的技術(shù)路徑，攻克了系統(tǒng)核心部件和成像技術(shù)難關(guān)，在快速成像軟件與電子學(xué)、譜儀、射頻功放、射頻發(fā)射線圈、梯度功放、梯度線圈、超導(dǎo)磁體等一系列關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。比如，發(fā)明了三維張量編碼掃描技術(shù)，研制了世界最大孔徑高場(chǎng)超導(dǎo)成像磁體，突破了業(yè)界最高功率的梯度功放部件，建立了高場(chǎng)磁共振整機(jī)自主制造體系，創(chuàng)新了心臟、大腦等快速成像序列和重大疾病定量診斷技術(shù)，與醫(yī)院合作構(gòu)建了全身臨床應(yīng)用技術(shù)體系等。

3.0T系統(tǒng)研制成功打破了國(guó)外長(zhǎng)期的技術(shù)壟斷，使中國(guó)成為繼美國(guó)、德國(guó)之后極少數(shù)獨(dú)立掌握磁共振全部核心技術(shù)和整機(jī)制造技術(shù)的國(guó)家，為5.0T和7.0T超高場(chǎng)人體磁共振研發(fā)奠定基礎(chǔ)，改變了磁共振國(guó)際產(chǎn)業(yè)和技術(shù)格局；國(guó)產(chǎn)高端磁共振系列產(chǎn)品已經(jīng)走進(jìn)全國(guó)31個(gè)省市自治區(qū)的千余家醫(yī)院，并實(shí)現(xiàn)了向美國(guó)、歐洲等海外市場(chǎng)的逆向輸出，我國(guó)由凈進(jìn)口國(guó)變?yōu)槌隹趪?guó)，有效緩解了老百姓看病貴、看病難的問(wèn)題，具有重大社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

2.國(guó)獎(jiǎng)背后的創(chuàng)新邏輯

科技進(jìn)步是國(guó)家發(fā)展和改善民生的強(qiáng)大推動(dòng)力。為獎(jiǎng)勵(lì)在科技進(jìn)步活動(dòng)中做出突出貢獻(xiàn)的個(gè)人、組織，調(diào)動(dòng)科學(xué)技術(shù)工作者的積極性和創(chuàng)造性，國(guó)務(wù)院設(shè)立了國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。鄭海榮項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠奪取國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，背后的創(chuàng)新邏輯是怎樣的？

鄭海榮解釋道，這是有別于傳統(tǒng)的科技創(chuàng)新的模式，背后的創(chuàng)新邏輯是三種機(jī)制：一是做科研要緊盯國(guó)家戰(zhàn)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(fā)表文章，也不刻意去爭(zhēng)大項(xiàng)目，而是默默無(wú)聞、心甘情愿地攻克關(guān)鍵技術(shù)。團(tuán)隊(duì)里的每個(gè)人都認(rèn)為值得做，值得隱姓埋名，長(zhǎng)時(shí)間做有價(jià)值的研究、有產(chǎn)業(yè)需求的研發(fā)工作。雖然沒(méi)有發(fā)表文章，但項(xiàng)目在研發(fā)過(guò)程中獲發(fā)明專利124項(xiàng)、獲授權(quán)美國(guó)專利11項(xiàng)，突破了國(guó)際知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，構(gòu)建了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。

二是與企業(yè)緊密合作，明確研究機(jī)構(gòu)自身的價(jià)值在哪里，不與企業(yè)爭(zhēng)利，研究人員將自己掌握的科技前沿技術(shù)落實(shí)到產(chǎn)品中去，賦能到機(jī)器設(shè)備上，才是真正提升產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

三是深圳先進(jìn)院有一套科學(xué)靈活的團(tuán)隊(duì)管理機(jī)制，激勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員不斷創(chuàng)新，從工資待遇到獎(jiǎng)金分配，考慮到每個(gè)成員的具體技術(shù)貢獻(xiàn)，不看他的論文和經(jīng)費(fèi)，讓科研人員收獲應(yīng)有的回報(bào)，特別是成就感，可以沉下心來(lái)扎扎實(shí)實(shí)做科研。

目前，為滿足腦科學(xué)等重大前沿科學(xué)需求，在我國(guó)首型3.0T系統(tǒng)完成之后，鄭海榮團(tuán)隊(duì)正與聯(lián)影醫(yī)療合作攻關(guān)高端7.0T人體磁共振成像技術(shù)；在中科院的支持下，組織開(kāi)展我國(guó)未來(lái)14.0T極高場(chǎng)磁共振成像核心技術(shù)預(yù)先基礎(chǔ)研究，筑夢(mèng)未來(lái)大國(guó)重器、科學(xué)明珠。

“如果留在美國(guó)，我也能當(dāng)教授帶學(xué)生，但很難有機(jī)會(huì)把發(fā)明成果高效地轉(zhuǎn)化為造福民眾健康的尖端產(chǎn)品。”鄭海榮自豪地說(shuō)，“國(guó)家的需要，是科技工作者的努力方向，是科技進(jìn)步的重要?jiǎng)恿ΑＯ冗M(jìn)院時(shí)刻在思考，圍繞國(guó)家重大的需求，能做什么，我們把醫(yī)療的需求、產(chǎn)業(yè)的‘痛’看在眼里，急在心頭，做到與其‘共情’。深圳先進(jìn)院團(tuán)隊(duì)持續(xù)奮斗了十多年，成功構(gòu)建了我國(guó)高端成像裝備的技術(shù)體系，使我國(guó)在關(guān)鍵領(lǐng)域擁有完整的工業(yè)體系、創(chuàng)新體系，我們一直在為之奮斗。”

3.世界首創(chuàng)5.0T核磁，改變磁共振國(guó)際產(chǎn)業(yè)格局

長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)的高端診斷設(shè)備依賴進(jìn)口，洋品牌市場(chǎng)占比在80%以上，每年超過(guò)180億美元用于采購(gòu)洋品牌設(shè)備。為了突破高端醫(yī)學(xué)影像的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，鄭海榮團(tuán)隊(duì)與聯(lián)影醫(yī)療合作完成世界首創(chuàng)的5.0T人體磁共振成像系統(tǒng)和全部核心部件的自主研制，改變了國(guó)際高端醫(yī)學(xué)影像產(chǎn)業(yè)的版圖。

超高場(chǎng)人體磁共振成像系統(tǒng)（3.0T以上）的自主研制和醫(yī)學(xué)應(yīng)用是我國(guó)高端醫(yī)療儀器發(fā)展的重要任務(wù)。超高場(chǎng)可提供微米級(jí)空間分辨率和高清晰分子代謝成像，是腦科學(xué)研究和重大疾病早期診斷的利器。然而，由于超高場(chǎng)中射頻波長(zhǎng)顯著短于人體尺寸，因射頻場(chǎng)不均勻?qū)е聢D像偽影、射頻能量安全沉積、成像速度慢等共性技術(shù)難題亟待攻克。

先進(jìn)院醫(yī)工所所長(zhǎng)梁棟介紹，7.0T及以上成像系統(tǒng)目前僅用于腦成像研究，盡管德國(guó)西門子和美國(guó)通用最新一代7.0T技術(shù)分別于2017年和2020年獲得了美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局臨床注冊(cè)認(rèn)證，但仍然限于頭部和骨關(guān)節(jié)成像，難以進(jìn)行全身臨床成像。

鑒于7.0T技術(shù)的諸多技術(shù)限制和巨額成本，在科技部“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“5.0T超導(dǎo)磁共振核心部件及系統(tǒng)研發(fā)”和深圳市重大裝備研發(fā)項(xiàng)目的支持下，深圳先進(jìn)院聯(lián)合上海聯(lián)影醫(yī)療等單位重點(diǎn)突破超高場(chǎng)全身成像關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)射頻均勻激發(fā)、熱吸收安全監(jiān)控新技術(shù)，探索超高場(chǎng)臨床應(yīng)用新序列，研制出世界首款5.0T人體超導(dǎo)磁共振成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高場(chǎng)全身快速、安全、高分辨成像。2022年8月31日，該系統(tǒng)獲得國(guó)家藥品監(jiān)督管理局注冊(cè)認(rèn)證，這也是世界首張超高場(chǎng)人體全身核磁成像產(chǎn)品注冊(cè)證。

2021年底，團(tuán)隊(duì)中的劉新研究員牽頭先進(jìn)院和國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)科研團(tuán)隊(duì)獲批科技部“十四五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，“基于學(xué)習(xí)模型的超高場(chǎng)磁共振成像關(guān)鍵問(wèn)題研究”獲得1700萬(wàn)元的科研經(jīng)費(fèi)支持，進(jìn)一步瞄準(zhǔn)現(xiàn)有超高場(chǎng)應(yīng)用系統(tǒng)面臨的圖像質(zhì)量、射頻能量沉積安全以及成像速度慢等全球性技術(shù)難題。然而，由于超高場(chǎng)成像變量增多，復(fù)雜度加大，加上人體電導(dǎo)介質(zhì)不均勻性加重，基于現(xiàn)有預(yù)設(shè)模型的迭代算法仍然無(wú)法保證穩(wěn)定的圖像質(zhì)量。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)傳統(tǒng)建模困難與求解精度低且不穩(wěn)定等問(wèn)題，構(gòu)建可學(xué)習(xí)正則化模型，研究基于深度學(xué)習(xí)的自適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確及穩(wěn)定求解。基于這一理論框架和5.0T成像平臺(tái)，進(jìn)一步研發(fā)面向超高場(chǎng)的新型均勻射頻激發(fā)和快速成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)超高場(chǎng)人體熱吸收率的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和全身成像的臨床應(yīng)用。

劉新研究員介紹道：“該項(xiàng)目的預(yù)期成果包括國(guó)際領(lǐng)先水平的新型超高場(chǎng)多通道并行射頻激發(fā)與譜儀控制系統(tǒng)，以及多核分子代謝成像前沿技術(shù)和全身臨床應(yīng)用，我們將在未來(lái)3年至5年里，顯著提升國(guó)產(chǎn)核磁設(shè)備的成像性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為研制中的國(guó)產(chǎn)超高場(chǎng)人體成像系統(tǒng)提供關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)。”

過(guò)去十多年，先進(jìn)院醫(yī)工所鄭海榮團(tuán)隊(duì)一直跟聯(lián)影醫(yī)療緊密合作，在高端醫(yī)療設(shè)備的研制上攻克了無(wú)數(shù)個(gè)技術(shù)難關(guān)。梁棟常常會(huì)給新加入醫(yī)工所的同事們分享一篇報(bào)道：2014年5月習(xí)近平總書記考察上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司，得知聯(lián)影醫(yī)療在高端醫(yī)療影像設(shè)備領(lǐng)域初闖新路，總書記很高興地說(shuō)：“醫(yī)療設(shè)備是現(xiàn)代醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必備手段，現(xiàn)在一些高端醫(yī)療設(shè)備基層買不起、老百姓用不起，要加快高端醫(yī)療設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，降低成本，推動(dòng)民族品牌企業(yè)不斷發(fā)展。你們的事業(yè)大有可為。”在總書記的鼓勵(lì)之下，梁棟和他的同事們?cè)诟叨酸t(yī)療設(shè)備研制的道路上不斷追趕，不斷超越，逐漸引領(lǐng)行業(yè)的方向。

4.研制科研儀器是醫(yī)工所的優(yōu)良傳統(tǒng)

梁棟說(shuō)，醫(yī)工所有研制科研儀器的優(yōu)良傳統(tǒng)，基于三方面的原因：其一，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科是強(qiáng)交叉的學(xué)科，醫(yī)學(xué)、生物、工程、電子、材料、人工智能等多個(gè)學(xué)科交叉在一起，而它的出口是醫(yī)療器械和儀器裝備；其二，醫(yī)工所成立之初就確定了“學(xué)術(shù)引領(lǐng)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)”的目標(biāo)，形成了一支科學(xué)家和工程師混搭的團(tuán)隊(duì)，通過(guò)協(xié)作創(chuàng)新，不斷設(shè)計(jì)出新的儀器裝備；其三，我國(guó)科學(xué)儀器長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，就等于科學(xué)研究受制于人，為了解決這個(gè)短板，醫(yī)工所把研制科研儀器作為一項(xiàng)使命，扛在自己的肩上。

2014年，劉新研究員牽頭的“基于高場(chǎng)磁共振的三維動(dòng)態(tài)溫度測(cè)量與調(diào)控系統(tǒng)”，獲批國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)公布的國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目，這是醫(yī)工所承擔(dān)的首個(gè)國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目。

此后，宋亮研究員負(fù)責(zé)的“用于易損斑塊研究的血管內(nèi)光/聲多模態(tài)、多尺度成像系統(tǒng)”、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(jīng)調(diào)控儀器研制”、楊永峰研究員負(fù)責(zé)的“面向狨猴腦科學(xué)研究的高清晰磁兼容PET成像系統(tǒng)”、馬騰研究員負(fù)責(zé)的“用于胰膽管病變研究的多模態(tài)聲光融合內(nèi)窺成像系統(tǒng)”、鄭煒研究員牽頭的“活體多腦區(qū)神經(jīng)活動(dòng)光學(xué)成像同步檢測(cè)系統(tǒng)研究”、葛永帥研究員負(fù)責(zé)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(zhì)性機(jī)制研究的在體質(zhì)譜儀器研制”和孟龍研究員牽頭的“基于超聲輻射力的細(xì)胞楊氏模量定量測(cè)量與篩選儀器研制”，先后獲批國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)批準(zhǔn)的國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目。其中，鄭海榮牽頭的是廣東省第一個(gè)部委推薦類重大儀器研制項(xiàng)目。在國(guó)家重大科研儀器研制隊(duì)伍中，深圳先進(jìn)院醫(yī)工所成為一支綜合實(shí)力強(qiáng)、敢打硬仗的骨干力量。