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灣區逐夢 | 馬騰:打破醫學超聲技術壁壘,助推疾病診療更進一步

時間:2020-01-03  來源:南方日報記者 徐峰/先進院文宣辦 文本大小:【 |  | 】  【打印

  【慶祝新中國成立70周年,獻禮中科院建院70周年,深圳先進院推出“引領科學風尚 傳承科學精神”系列人物報道,樹立先進典型,凝聚榜樣力量,講述科技工作者的精彩故事及取得的最新成果,弘揚他們胸懷祖國、服務人民的愛國精神,勇攀高峰、敢為人先的創新精神,追求真理、嚴謹治學的求實精神,淡泊名利、潛心研究的奉獻精神,集智攻關、團結協作的協同精神,甘為人梯、獎掖后學的育人精神。】

 

  醫學超聲是臨床疾病診療的重要手段,正向早期診斷、精確診斷及精準治療的方向快速發展,目前已成為在我國使用最廣泛的醫學影像技術。

  其中,超聲換能器是所有超聲設備的核心,它可借助超聲波讓人體與機器實現溝通,被稱為超聲系統的“眼睛”。然而,高性能的超聲換能器設計原理及制備工藝極其復雜,核心技術長期被國外壟斷,成為我國高端醫學超聲設備制造的“卡脖子”問題。

△ 深圳先進院醫工所馬騰研究員(南方日報記者 徐峰攝)

  為打破核心技術壁壘,中國科學院深圳先進技術研究院(以下簡稱“深圳先進院”)醫工所研究員馬騰于2017年從美國南加州大學完成博士后研究歸國,加入勞特伯生物醫學成像研究中心。年輕的他在不到兩年時間內,在中心的大力支持下快速建立起一支年輕高效的研究團隊,突破了多項關鍵核心技術,成功搭建起了功能齊全的超聲換能器研發平臺。 

  小器件,大應用:從核心技術做起

  新型超聲換能器的設計和研制是馬騰的研究重點之一。據他介紹,超聲換能器又被稱為超聲探頭,其核心組成部分是壓電材料,該材料能夠將電信號轉換為機械振動,機械振動以超聲波的形式在介質中傳播并發生反射,反射回的超聲波被超聲換能器接收,這時壓電材料又反過來將接收到的機械振動轉化為電信號,電信號再經過處理就可以得到屏幕上顯示的影像。

  “簡言之,在醫用超聲成像中,首先要向人體組織發射超聲波,然后再接收包含了人體組織結構信息的反射回波,通過一系列的信號處理過程,最終獲得可以直觀觀察的灰度和彩色圖像。” 馬騰介紹道。

△ 馬騰研究的超聲換能器是超聲設備的核心

  不過,超聲換能器之所以成為“卡脖子”問題,其難點并不在于工作原理,而在其制作工藝。若要完成高端超聲換能器的制作,需要長期技術積累及跨學科知識背景,涵蓋材料、機械、電子等多個工程學科,還涉及化學、物理及生物醫學等方面的大量知識。

  為何選擇深耕這一領域?馬騰表示,在一定程度上,超聲換能器的性能狀況直接決定著醫用超聲設備的性能。如今,醫學超聲系統的臨床應用日趨廣泛,已從基礎的影像診斷延伸到精準介入治療,再進一步拓展到超聲神經調控等前沿科學領域。“器件雖小,但其承擔的責任可不輕。不僅是為醫生提供診療設備,同時也還在為科研人員提供研究工具。”

  擔重任,解難題:助力攻克“癌中之王”

  2018年,剛剛回國加入深圳先進院的馬騰便承擔起一項重要任務,負責國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制項目——“用于胰膽管病變研究的多模態聲光融合內窺成像系統”項目。

  據馬騰介紹,該項目的主要目的是為胰腺癌科研提供一種強有力的影像學工具。被稱為“癌中之王”的胰腺癌具有死亡率高、存活率低的特點,80%以上的胰腺癌患者在發現患病時往往已到晚期,并全身轉移。

△ 胰腺癌位于腹腔深部,難以在早期發現(圖片來自網絡)

  胰腺癌難以在早期被發現,主要有兩大原因:一是胰腺位于腹腔深部,傳統影像學手段受限于成像深度對分辨率的影響,無法觀察到早期腫瘤。二是缺乏能夠有效抵近觀察的在體影像學方法,限制了對胰腺癌發生發展過程的了解,因此難以實現早診早治。

  超聲內鏡是近些年發展起來的經消化道影像診斷設備,被認為是現階段胰腺癌診斷的“金標準”。目前超聲內鏡市場的壁壘極高,90%以上的產品由日本公司制造,售價高昂且不開放數據接口,極大地阻礙了其他科研人員開展相關臨床醫學研究。

△ 超聲內鏡被認為是現階段胰腺癌診斷的“金標準”(圖片來自網絡)

  馬騰負責的重大儀器項目不僅要打破這一技術壁壘,還要將超聲探頭的工作頻率提升到50MHz以上,分辨率較傳統超聲內鏡提升五倍。更難得的是,團隊目標要將先進的光學成像和分子成像技術與超聲成像融為一體,從結構、功能、分子等多角度對胰腺癌開展全方位的科學研究。

  “高頻超聲換能器的制作原本就已很難,還要把光學、聲學的多個器件融合到1毫米直徑的導管上,從超聲內鏡鉗道進入到胰管或膽管進行掃描成像,整個過程精密復雜。”面對高難度任務,馬騰干勁十足,他表示:“作為一名年輕的科研工作者,能夠擔此重任對我來說是一種鼓勵,更是一種鞭策。”

  目前,馬騰團隊已與復旦大學附屬腫瘤醫院建立合作,深入了解一線醫生在臨床與基礎研究中亟待解決的關鍵科學問題,為其臨床早期診斷提供創新實用的診療工具。

  栽下梧桐樹,引得鳳凰來

  回國前,馬騰曾在美國生活了10年,先后就讀于美國密歇根大學及南加州大學。早在2011年,他就通過深圳先進院的海外招聘關注到了這個新型科研機構。在接下來近十年的時間里,他見證了深圳先進院的飛速發展,從“白手起家”,到如今成為海外華人圈頗具聲望的科研力量。“特別是醫學影像團隊,經過十年發展已在全國首屈一指,更加堅定了我加入深圳先進院的決心。”

△ 馬騰(前排右一)及其團隊

  “來了就是先進院人”是馬騰加入團隊后的一大感受,深圳先進院濃厚的“海歸”文化及科研氛圍給青年人才創造了廣闊的創新發展空間。“能夠在短時間內順利組建團隊,并獲批國家級重大科研項目,這離不開醫工所科研人員的團結協作以及職能部門的鼎力支持,可以讓年輕的科研工作者獲得這樣寶貴的機會。”

  對于未來,馬騰充滿信心。他表示,他將立足當下,繼續集中精力鞏固和優化已掌握的核心技術,把超聲換能器開發工作做扎實、做全面、做出特色,立志為我國高端醫用超聲換能器核心技術實現自主可控貢獻一份力量。

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