像拼装乐高玩具那样
组装全数字PET
完成全身扫描仅需80秒
效仿削菠萝原理
全球首创心肌旋切技术
让原本四五个小时的
手术时间缩短至一小时
……
近期，多项“华科造”
频频出圈
展现出华科大在
医工交叉领域
的雄厚实力
一起来看——
能看清骨头和血管堪比CT
新式B超7月将进入临床
“能看清骨头和血管！”5月14日中午，位于光谷的维视医学影像有限公司（以下简称维视医学）一派繁忙，研发团队正在对这款新式B超进行临床前的最后准备。这款新式B超拥有神奇的“照相”能力，将右手伸进一个“水缸”，30秒后，右手骨骼、血管、神经的三维图像便呈现在电脑屏幕上，骨骼、血管等内部结构一览无遗。
新式B超显示手臂的骨骼透视图，且无辐射。
“新式B超跟CT拍出来的效果一样。”我校生命学院教授、维视医学首席科学家丁明跃手指旁边一米五见方的“盒子”介绍道。新式B超由控制台、扫查装置和床体三个部分组成，控制台主要负责信号采集和图像重建。“水缸”是信号采集装置，它里面装满水作为B超的耦合剂，“水缸”里还藏有新式B超的核心部件——“环形超声探头”，可以360度收集检查部位的声波信号，而作为耦合剂的水确保了声波信号的收集。
“新式B超比传统B超更加强大的关键，是信号处理更出色。”丁明跃进一步解释，传统B超只有64个或128个信号接收器，而新式B超有2048个信号接收器，而且这2048个信号接收器全部集中分布在“环形超声探头”上，可以实现360度全散射信号收集，收集功能包括透射、反射、漫射、衍射。即使是有128个信号接收器的主流传统B超，也只能接收6%的光子信号，而新式B超在“环形超声探头”帮助下可以实现几乎100%接收声波信号，然后依据接收的声波信号重建断层图像，而“环形超声探头”是图像清晰的关键。
丁明跃表示，今年7月，这款名为“肌骨超声断层成像系统”的新式B超将正式进入医院临床。较之于传统B超，新式B超更大，探头形状更丰富，如环形探头、半环形探头、球形探头，不同形状的探头可以实现不同用途。
“新式B超实质上是超声CT。”丁明跃解释，CT其实是一种技术，而不是产品本身，属于计算机断层扫描成像技术。“相比于CT，新式B超对患者的最大优势是安全。”接受新式B超临床实验的上海市第六人民医院副院长郑元义教授表示，传统B超只能看清肢体切面，新式B超可以看到肌骨整体，更利于诊断。
在维视医学研发部一隅，一人多高的“颅脑超声断层成像”正在进行最后的技术攻关。我校生命学院教授、公司技术总监尉迟明戴上装有“环形超声探头”的“头盔”，拍下了自己的第一张颅脑图片。“颅脑图片有些模糊，离成功还有距离，但我们有信心。”尉迟明表示，过去一直认为超声做不了成人颅脑检查，超声信号会被颅骨反射回来根本进不到大脑内。他们团队利用360度“环形超声探头”突破了技术瓶颈，首次实现用颅脑超声断层成像系统看到成人大脑断层图片。
图为丁明跃（右）和尉迟明（左）在调试新式B超。
“要不了多久，就可以实现用新式B超为患者做颅脑检查。”丁明跃表示，经过10年努力，他们已经攻克了超声断层成像技术在肌骨和乳腺检查上的难关，在颅脑上取得突破只是时间问题。目前，全球有6个颅脑超声断层成像研究团队正在各自攻关，他们团队有能力率先突破。
在2023年，丁明跃团队研发的乳腺超声断层成像系统已完成临床，列入湖北省二类创新医疗器械特别审查程序，即将获得医疗器械注册证，产品今年便可走向医疗市场。
全身扫描仅需80秒
全数字PET实现外销
5月10日上午，在武汉新城锐世医疗标准化的生产车间，一台全数字PET/CT设备刚刚下线便被客户拉走。“我们可以像拼装乐高玩具那样组装全数字PET，如脑部专用全数字PET、质子治疗导航全数字PET等，去年一年便有5款产品获准入市。”我校校友、锐世医疗产品总监李炳轩博士说，脑部全数字PET可以检测脑组织代谢及血流变化，识别肿瘤及脑血管疾病。采用全数字PET做质子刀的“眼睛”，能让质子刀指哪打哪。
图为全数字PET/CT看到的人体三维图。
博士毕业于我校生物医学工程专业的李炳轩是名90后，是我校生命学院、武汉光电国家研究中心谢庆国教授团队重要成员，从事全数字PET成像方法及医学应用研究15年，也是中国数字PET标准主要起草人之一。李炳轩介绍，PET的成像原理是先把放射性同位素氟-18标记的葡萄糖注入患者静脉，经过一系列反应人体会释放一种γ光子，PET通过检测γ光子产生的位置来对恶性肿瘤等病变进行定位。如何利用探测器准确采集光子的三个信息（时间、位置、能量），是研发PET的关键。谢庆国独辟蹊径，提出了多电压阈值采样（MVT）方法，能够以极低的成本和功耗实现远超传统PET的效果。“PET的全数字化，并不是简单的技术换代，而是PET的再发明。”谢庆国说，这好比数码相机之于胶片相机，其应用可能带来天翻地覆的变化。
我校谢庆国团队研发的临床全数字PET入选2023年湖北省十大医工交叉创新成果。PET是精准医学的重要设备，主要用于肿瘤、心脑血管等病理诊断，与CT、MRI并称医学影像“三大件”。我校同济医学院附属协和医院PET中心主任兰晓莉表示，目前国产PET质量在技术上与进口PET并无差别，很多参数甚至比国外产品更好。“相比于国外同类产品，全数字PET在分辨率和灵敏度等关键性能指标上取得领先。”2022年，谢庆国团队凭借源头创新的MVT方法，获得了世界知识产权组织全球奖。
让早期疾病“无处遁行”
微米级磁共振成像系统将登场
图为李炳轩展示团队生产的全数字PET/CT。
2005年，时年44岁的丁明跃放弃海外三维超声研究工作回到我校。2007年，32岁的尉迟明也留学回国进入我校。随后他们从我校自动控制专业转行到生物医学工程专业，开始专注于超声研究。丁明跃回忆，那时西方的超声断层成像走在前面，并不断尝试“超声+CT”的研发。2013年，美国第一款超声断层成像系统走向市场，每台70万美元。
同样是2005年，时年33岁的谢庆国从我校自动控制专业转到生物医学工程专业任教，先后与丁明跃和尉迟明成为同事。此前，谢庆国已在校内创立数字PET实验室，专注于正电子发射断层成像（PET）方法研究和仪器研制。他率先提出“全数字PET”概念，试图和进口PET“掰腕子”，“当时大家都憋着一股不服的气”。
1980年，经教育部批准，我校在力学系建设生物力学专业，并在此基础上成立生物工程系。1982年，生物工程系王君健教授、信息工程系康华光教授与化学系徐辉碧教授联名申请，全国第一个生物医学工程博士点花落我校，为中国生物医学工程学科发展开创了理工医交叉融合的先河。“面向国之需求进行交叉学科研究。”回忆生物医学工程专业创办的初衷，年逾九旬的王君健对今天的办学成绩很是欣慰。
科技部重点研发计划专家组组长王卫东教授表示，以全数字PET为首的华科系医学影像设备研发团队，经过20年坚持不懈的创新，核心部件都实现了国产，不仅推动了国内精准医学的发展，还带动了整个产业链的发展。而在医学影像“三大件”之一的MRI领域，我校团队也有了自己的规划。
图为我校国家脉冲强磁场科学中心。
“5年内，国家脉冲强磁场实验装置优化提升后将达110特斯拉，MRI性能也将获得大幅提升。”国家脉冲强磁场科学中心主任李亮表示，在磁共振成像上，可将目前的3特斯拉或1.5特斯拉提升至9.5特斯拉，将亚毫米级的显像提升至30微米，提升一个量级，对疾病的早期诊断更为有效，可以推出全新升级版的微米级磁共振成像系统（MRI）。
“MRI的性能（成像分辨率）与磁场强度正相关，强度提升带来性能提升。”国家脉冲强磁场科学中心教授曹全梁表示，MRI由磁体、波谱、数据处理系统组成，而磁体是研发的核心，核心问题解决了，其余都会迎刃而解。
首创心脏肥厚手术患者超百例
手术时间缩短至一小时
图为魏翔为肥心病患者进行经心尖微创室间隔心肌切除手术。
长期以来，作为一种先天性心脏病，肥厚型梗阻性心肌病对全球医疗界构成巨大挑战。60多年来，世界各国一直沿用由美国Morrow教授创立的室间隔心肌切除术治疗该病，但该术式被认为是心外科最难掌握、最难推广的手术之一。
“我们只需要切除心脏里很小一块心肌，真的需要如此大动干戈吗？”从医20余年，这一困惑始终萦绕在我校同济医学院附属同济医院心外科主任魏翔心头。在魏翔为传统手术方式的局限感到束手无策之际，一名果商削菠萝的动作吸引了他的目光——刀片穿心，旋转而下，果心随之抽拉而出。“是否能效仿削菠萝原理，做一把具有旋切功能的手术器械？”
查阅相关文献资料，未发现类似手术方式和器械，魏翔第一时间就投入了研究中。3年试制、实验、改进，7次原理样机迭代……历经无数次策略调整和工艺优化，魏翔团队终于制出定型样机，并在此基础上原创出心肌旋切技术。
从创意到产品，从产品到应用，魏翔用了4年。2022年4月，魏翔团队终于迎来胜利曙光。在湖北省创新转化医学研究院的中试平台，这套经心尖心脏不停跳的室间隔心肌切除设备通过验证，手术应用于临床试验的伦理也同期获批。魏翔团队完成的心脏不停跳心肌切除器入选2023年湖北省十大医工交叉创新成果。而后又是从零开始，逐步累积起十例、百例的病例。“为了让更多病人安心，了解并认可这项新技术，我不能出一点差错。”几年中，他不断扩大手术适应范围，从77岁的老者到8岁的孩童，受益患者的年龄段分布越来越广。
“这项技术的应用，让原本四五个小时的手术时间缩短至一小时。”在魏翔看来，技术最终要服务于患者所需，这才是真正造福社会。
5月24日，来自全球10个国家的12名心外科领域顶级专家到访同济医院，参观学习由魏翔团队全球首创的用于治疗肥厚性梗阻性心肌病的心肌旋切技术。
在满足患者需求的同时，这项技术也得到了国际上的认可。2023年12月，国际顶尖杂志JACC开篇文章刊发了魏翔团队的首创研究成果。随刊发表的评论文章写道，此术式是心外科间隔心肌切除术领域的开拓性突破。今年5月，魏翔受邀到美国梅奥医学中心进行学术交流，获得该中心多位专家的高度赞誉。
医工携手，双向奔赴
持续擦亮医工交叉
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科技自立自强
华科人使命在肩，奋勇向前！
来源 / 长江日报 人民日报健康客户端
部分资料来源于相关院系和单位
文字 / 王潇潇 杨亚
插图 / 陶然
编辑 / 郭雨辰
校对 / 汪伟颋
文章来自华中科技大学公众号
