鄭海榮（前排中）與深圳先進院生物醫學影像團隊核心成員。深圳先進院供圖
(資料圖片僅供參考)
全球首型5T人體核磁共振成像系統、世界首臺超聲深部腦刺激與神經調控儀器、國內首臺高清磁兼容腦PET功能成像儀、國內首個大視野高分辨小動物顯微CT、國內首款全視場口腔CT設備……
在中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱深圳先進院）勞特伯生物醫學成像研究中心，有一系列國際領先的高端醫療設備及核心技術成果，它們為助力實現我國高端醫療設備國產化提供了重要的科技支撐。
長期以來，我國高端醫療設備大多依賴進口。核心技術攻關難、科研與產業化門檻高、體系化配套缺乏等瓶頸，阻礙了高端醫療設備的國產替代進程。隨著我國科技自主創新步伐持續加快，在高端醫療設備領域，如何解決科研與產業“兩張皮”問題？未來相關領域的科研應該如何布局？
在深圳先進院副院長、國家科學技術進步獎一等獎獲得者鄭海榮看來，解決“老大難”的科研成果轉化難題，首先要明確什么樣的科學研究能夠滿足行業核心技術需求。成果轉化應堅持目標導向，開展有組織、強目標的科研攻關，在前沿布局上，應尋求有序與無序、規劃與隨機相結合。
摘取“明珠”，更高場強的磁共振來了
磁共振、CT、彩超等是三甲醫院必備的大型醫學影像設備。2010年以前，高場磁共振設備被國外醫療設備巨頭壟斷，高昂的檢查費用成為老百姓的沉重負擔。
磁共振成像具有多參數、多對比、無輻射等突出優勢，是繼CT成像之后的又一次技術變革，已成為當今臨床診斷和腦科學研究所倚重的高端成像設備。而3T磁共振曾是臨床上的最高場強設備，就在幾年前，我國的3T磁共振設備仍100%依賴進口。
醫學影像設備研發技術壁壘極高，磁共振的研發更是被稱為“高端制造皇冠上的明珠”。想要實現高場磁共振設備的國產化，絕非易事。
2007年，鄭海榮回國開始組建生物醫學影像團隊，部署研究磁共振成像等前沿技術。2011年，上海聯影醫療科技股份有限公司（以下簡稱聯影醫療）正式啟動了高場人體磁共振系統研發項目，深圳先進院作為技術股東加入，生物醫學影像團隊在其中承擔了關鍵任務。
短短幾年時間里，深圳先進院生物醫學影像團隊聯合企業、醫院組成的產研醫團隊，攻克了快速成像軟件、電子學、譜儀、射頻功放、射頻發射接收線圈、梯度功放與梯度線圈、大孔徑磁體等一系列關鍵核心技術，實現3T磁共振系統全部核心部件自主研制。
由聯影醫療生產的系列高場磁共振成像產品走進了全國數百家醫院，打破了幾十年來我國高端醫學影像產品市場被國外壟斷的局面。3T磁共振技術國產替代的努力終獲結晶，并完成了大規模產業化，取得了高端醫療設備自主創新的重大突破。
2021年，深圳先進院與聯影醫療等合作完成的“高場磁共振醫學影像設備自主研制與產業化”項目獲得國家科技進步獎一等獎。
具有高分辨率和高信噪比的磁共振，對重大疾病的早期精準診斷有重要意義。在之前成果的基礎上，鄭海榮和團隊成員進一步對超高場磁共振高分辨成像理論、電子學、序列及其優異診斷性能展開了研究。
2022年8月，全球首型5T人體全身核磁共振成像系統獲得國家醫療器械注冊審批。該產品由聯影醫療推出，凝結了深圳先進院生物醫學影像團隊的技術結晶，填補了國際上超高場磁共振普適成像設備的空白。
鄭海榮向《中國科學報》介紹：“就像手機2G階段只能打電話、發短信，3G階段能發照片，5G階段能發高清視頻、看電影一樣，磁共振成像也與之類似，場強越高，分辨率越高。傳統的低場磁共振掃描所需時間較長，圖像也不是很清楚，而5T超高場高清成像為全身各部位疑難雜癥機理研究和精準診療打開了全新視角。”
目前，5T超高場磁共振已在醫院安裝使用。作為全球首批用戶，北京協和醫院放射科主任醫師王怡寧介紹，她曾接診過一個突然肢體無力的44歲女性患者，此前用3T系統照不出異常，升級用5T系統后，迅速發現了影像異常，隨后確診其有危險的動脈夾層。“3T系統檢查分辨率仍然顯得不夠，沒有發現微小腦血管的問題，5T系統的高分辨率成像可以幫助我們找到病因，更早地進行診治。”王怡寧說。
一支“敢啃硬骨頭”的隊伍
“剛回國的那幾個月，我們也不知道要做什么，但內心有一個很堅定的想法，就是一定要做點事情！而且，不能只和自己比，還要跟國際最好的比，這是我們的初心。”鄭海榮告訴《中國科學報》。
組建團隊的第一步是成立實驗室。2007年，深圳先進院成立了勞特伯生物醫學成像研究中心實驗室。經過10多年的發展，實驗室逐漸凝聚了一批生物醫學影像研究領域的研究骨干，組建起一支“敢啃硬骨頭”的隊伍。
掃描時間長、成像速度慢，是磁共振成像研發領域國際公認的一大難題。2011年，梁棟從美國威斯康星大學歸國，加入生物醫學影像團隊。近10年來，他帶領成像算法課題組破解了3T磁共振系統中大范圍高分辨成像和掃描時間互相制約的數學難題，實現軟硬件融合，讓3T磁共振掃描“既快又清”。
“在5T磁共振系統中，我們提出了快速成像技術原理，并結合了高密度收發一體化射頻線圈等系列精密硬件。以掃描全腦和頸部血管斑塊為例，進口設備的掃描時間是10多分鐘，而我們把成像時間縮短到了3.2分鐘，做到了國際最快。”梁棟說。
2009年加入生物醫學影像團隊的鄒超，經過多年攻關，研發出了國際領先的脂肪定量技術，實現全身脂肪圖譜和代謝能力的分析。該技術目前應用于包括5T磁共振系統在內的聯影醫療磁共振全線產品中。
“從理論原型設計到產品驗證，再到將這項技術應用于磁共振系統、成為真正能在臨床使用的一項技術，需要很長時間的打磨。”鄒超回憶說，在產品攻關最緊要時，他有兩三年時間不斷往返深圳、上海兩地，只為解決成像軟件在系統測試時遇到的各種問題。
“團隊里很多成員剛加入時還是碩士、博士、博士后，現在已經成長為國家級人才。”鄭海榮說。如今，深圳先進院生物醫學影像團隊已擁有106名科研骨干、15名國家級人才與技術專家，擁有授權專利505項、實現轉化的專利208項。
注重布局，勇闖科技“無人區”
推動高端醫療設備國產化、實現科技創新引領，不能光靠單個團隊“單槍匹馬”，還要靠產學研醫多學科、多鏈條協同合作。鄭海榮介紹，團隊運行主要有三種機制。
一是緊盯國家需求，從立項時就要明確多主題聯合立項，明確哪些是可以解決行業問題、需求問題、產業問題的科技項目；二是與骨干企業、醫院建立緊密的合作關系，從產業中發現問題，從醫院中得到臨床反饋，將掌握的前沿技術在產品中落地，提升產品的性能和國際競爭力；三是建立一套靈活的團隊內部管理制度，建立以技術貢獻為基礎的評價體系，保障并激勵團隊成員不斷創新。
什么樣的科研成果值得轉化？未來醫療設備的研發應該如何布局？在鄭海榮看來，持續的科技創新是推動高端醫療設備國產化、實現國際領先的關鍵一環，“無人區”探索要考慮無序和有序、規劃與隨機相結合。
所謂有序布局，就是在他國領先而我國還落后的領域積極布局，如用于腫瘤治療的大型質子治療設備、冷凍電鏡等；而無序布局，就是要敏銳地布局、儲備一些“無人區”的變革性、顛覆性技術。
有序充滿了科學的確定性，而無序的不確定性則要求完善穩定的支撐機制，這樣才能讓無序布局的產出更加符合預期。兩者相結合，科學有序的布局會更聚焦、讓科技服務需求，而無序的布局能探索科技創新突破口。
“人工智能、納米技術、高溫超導、物理學、量子技術等前沿領域都可能和醫學產生更多的交叉領域，帶來診療新原理、新路徑，這些都是未來醫療設備值得關注的結合點。只要是科學發現的需要和臨床精準診療的需求，都值得我們去深耕。我想，這也是醫療儀器研發團隊的夢想。”鄭海榮說。
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