“高端醫(yī)療裝備不能只靠引進(jìn)，須要通過我們自主創(chuàng)新制造出來?！边@句樸素的話語，道出了中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)副校長鄭海榮埋藏多年的“心結(jié)”。
鄭海榮（受訪者供圖）
十年前，走進(jìn)國內(nèi)三甲醫(yī)院的放射科，映入眼簾的幾乎清一色是歐美公司生產(chǎn)的3.0T磁共振設(shè)備。“這些設(shè)備不僅購置成本高昂，其核心技術(shù)也被國外壟斷。而缺乏核心技術(shù)，就意味著我們沒有議價(jià)權(quán)，更沒有發(fā)展的主動(dòng)權(quán)?！?/span>
如何讓中國高端醫(yī)療裝備從“自主可控”走向“自主智能”，是關(guān)乎國家醫(yī)療安全與民眾健康福祉的戰(zhàn)略任務(wù)。為此，鄭海榮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以磁共振成像核心技術(shù)為突破口，開啟了中國科學(xué)家的突圍之路。
破解磁共振“速度瓶頸”
時(shí)間回溯至2006年，鄭海榮以優(yōu)異的學(xué)業(yè)成績獲得美國科羅拉多大學(xué)博士學(xué)位，隨后在美國加州大學(xué)戴維斯分校從事博士后研究。2007年，他放棄了美國加州大學(xué)的科研職位回國，加入當(dāng)時(shí)正在籌建中的中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院。
彼時(shí)，我國高端磁共振設(shè)備市場完全被國際醫(yī)療設(shè)備巨頭壟斷，一臺(tái)3.0T設(shè)備售價(jià)高達(dá)三四千萬元，患者的檢查費(fèi)用也動(dòng)輒數(shù)千元，高端影像診斷因此成了“奢侈品”。
為了改變這一窘迫現(xiàn)狀，鄭海榮回國后從零開始、迅速組建團(tuán)隊(duì)，聚焦醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)。
那么，當(dāng)時(shí)國內(nèi)磁共振技術(shù)面臨哪些挑戰(zhàn)？面對《中國科學(xué)報(bào)》的提問，鄭海榮表示，最主要的挑戰(zhàn)就是成像速度慢和成像電子部件空白。
鑒于此，他提出“隱正則化稀疏快速成像理論”，通過數(shù)學(xué)建模優(yōu)化數(shù)據(jù)采集與重建效率，攻克高速電子部件，將臨床常規(guī)掃描時(shí)間縮短了50％以上。這一關(guān)鍵突破，為國產(chǎn)高端磁共振設(shè)備的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
鄭海榮團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長達(dá)八年的艱苦攻關(guān)，2015年，我國首臺(tái)3.0T磁共振設(shè)備正式推向市場。這不僅打破了國外廠商的長期壟斷，更使我國成為繼德國、美國之后，全球第三個(gè)掌握高場磁共振全鏈條自主技術(shù)的國家。而自主研發(fā)的國產(chǎn)設(shè)備上市，直接推動(dòng)了同類進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格的大幅下調(diào)，顯著降低了醫(yī)療機(jī)構(gòu)的采購成本和患者的檢查負(fù)擔(dān)。
基于此，聯(lián)影醫(yī)療作為牽頭單位、鄭海榮作為第一牽頭人完成的“高場磁共振醫(yī)學(xué)影像設(shè)備自主研制與產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目榮獲2020年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
自主研發(fā)的國產(chǎn)核磁共振設(shè)備（受訪者供圖）
引領(lǐng)全球磁共振技術(shù)
如果說3.0T磁共振設(shè)備的成功研制是“破局”，那么5.0T磁共振系統(tǒng)的誕生，則是中國在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“領(lǐng)跑”的標(biāo)志。
2022年，全球首臺(tái)5.0T磁共振系統(tǒng)獲批上市，填補(bǔ)了國際上持續(xù)二十余年的人體超高場全身磁共振技術(shù)空白。
這一成就的背后，是醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與聯(lián)影醫(yī)療在5T磁共振高密度射頻信號發(fā)射接收系統(tǒng)、智能心臟成像技術(shù)、全身脂肪定量成像圖譜和功能成像等關(guān)鍵技術(shù)上的持續(xù)攻堅(jiān)。
“5.0T磁共振設(shè)備的分辨率可達(dá)200微米，能夠清晰捕捉腦血管早期微小腫瘤和神經(jīng)纖維病變，使腫瘤、帕金森病、阿爾茨海默病等疾病的早期診斷準(zhǔn)確率大幅提升?！编嵑s介紹道。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，在5.0T項(xiàng)目研發(fā)過程中，鄭海榮團(tuán)隊(duì)共產(chǎn)生知識(shí)產(chǎn)權(quán)72項(xiàng)（含美國專利9項(xiàng)），發(fā)表相關(guān)論文60余篇，在國際磁共振領(lǐng)域引發(fā)強(qiáng)烈反響。
醫(yī)學(xué)成像科學(xué)與技術(shù)系統(tǒng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任梁棟與聯(lián)影醫(yī)療共同研發(fā)的業(yè)界首創(chuàng)LIVE Imaging技術(shù)，其核心成果——世界首臺(tái)“攝像”磁共振uMR Ultra，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)“靜態(tài)拍照”到“動(dòng)態(tài)攝像”的重大跨越。uMR Ultra能夠持續(xù)捕捉解剖結(jié)構(gòu)和功能組織活動(dòng)的高清動(dòng)態(tài)影像，對于人體運(yùn)動(dòng)部位的觀察、診斷和研究具有重大價(jià)值，目前已正式全球上市。
這一系列成就標(biāo)志著我國磁共振成像已進(jìn)入自主智能的全新時(shí)代。
醫(yī)學(xué)成像與腦機(jī)智能
然而，科學(xué)創(chuàng)新的步伐永不停歇。
鄭海榮的視野并不僅僅局限于影像診斷本身。他敏銳地意識(shí)到，成像技術(shù)或許將成為未來腦機(jī)智能的核心。
在中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的實(shí)驗(yàn)室中，一臺(tái)高精尖儀器正悄然運(yùn)轉(zhuǎn)，一排排控制指示燈明滅閃爍，密布其上的探頭發(fā)出超聲波形成的操控聲場，宛如一只“上帝之手”穿透實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的顱骨，深入大腦并精準(zhǔn)觸碰特定的神經(jīng)元，引發(fā)僅幾微米的細(xì)微形變，隨即被磁共振儀敏銳捕捉。
“亮了！亮了！”鄭海榮屏息凝視著屏幕，突然激動(dòng)地低呼。磁共振圖像上，原本漆黑一片的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大腦中間出現(xiàn)了微小卻清晰的白色亮點(diǎn)，如同在未知的腦科學(xué)宇宙深處，一顆沉睡的新星被悄然喚醒。
這是2019年初的一幕，也是鄭海榮團(tuán)隊(duì)開發(fā)“基于超聲輻射力的深部腦刺激與神經(jīng)調(diào)控儀器”的第四年。
此外，他的團(tuán)隊(duì)將研究觸角延伸至超聲神經(jīng)調(diào)控和無創(chuàng)腦機(jī)接口等前沿領(lǐng)域。
自2015年起，鄭海榮團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出并實(shí)驗(yàn)證實(shí)了“超聲輻射力能夠開關(guān)細(xì)胞膜上機(jī)械敏感離子通道”的科學(xué)機(jī)理?；诖?，他們攻克了萬陣元聲力發(fā)生器、非均勻組織時(shí)間反演波束合成和跨介質(zhì)聲力合成控制技術(shù)，解決了聲波跨顱骨靶向投射難題，成功研制出世界首臺(tái)無創(chuàng)超聲深部腦刺激儀器，實(shí)現(xiàn)了顱內(nèi)多靶點(diǎn)精準(zhǔn)調(diào)控。
這項(xiàng)技術(shù)被《自然》雜志評價(jià)為“潛在優(yōu)勢巨大”，目前已被國內(nèi)外40余家實(shí)驗(yàn)室用于腦科學(xué)研究，引領(lǐng)了國際超聲神經(jīng)調(diào)控領(lǐng)域的發(fā)展。
鄭海榮團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新探索還體現(xiàn)在無創(chuàng)聲波腦機(jī)接口技術(shù)系統(tǒng)和腦際生物通訊的前沿構(gòu)想。
“當(dāng)前人工智能仍處于‘?dāng)?shù)據(jù)智能’階段，AI依托大數(shù)據(jù)和大模型賦能各行業(yè)?！编嵑s指出，“未來將進(jìn)一步邁向‘物理智能’，實(shí)現(xiàn)AI與物理世界的深度融合互動(dòng)；而最終，可能通過腦機(jī)接口的基礎(chǔ)橋梁作用，‘生物智能’階段將有望實(shí)現(xiàn)人、機(jī)與環(huán)境的三元融合，構(gòu)建智能形態(tài)的終極圖景?！薄∧X機(jī)接口未來可實(shí)現(xiàn)智能與智慧傳輸和存儲(chǔ)，從而把智慧更有效賦能機(jī)器、實(shí)現(xiàn)腦機(jī)融合，促進(jìn)人工智能邁入生物智能時(shí)代。
中國標(biāo)準(zhǔn)走向世界
從引進(jìn)、模仿到自主創(chuàng)新，再到引領(lǐng)全球技術(shù)潮流，中國高端醫(yī)學(xué)裝備的崛起之路，正是“中國制造”向“中國智造”轉(zhuǎn)型的生動(dòng)縮影。
據(jù)新華社報(bào)道，2024年，我國醫(yī)學(xué)裝備市場規(guī)模達(dá)1.35萬億元，同比增長約6％；目前已形成22個(gè)大類、1100多個(gè)品類的醫(yī)學(xué)裝備產(chǎn)品體系，是世界上產(chǎn)品類別和品種最齊全的國家之一。
目前，鄭海榮領(lǐng)導(dǎo)的國家高性能醫(yī)療器械創(chuàng)新中心正積極與行業(yè)聯(lián)盟推動(dòng)國產(chǎn)高端醫(yī)學(xué)裝備進(jìn)入歐美市場。對于國產(chǎn)設(shè)備出海，他頗有信心地表示：“我們的部分技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，下一步的目標(biāo)是建立全球標(biāo)準(zhǔn)。”
此外，鄭海榮團(tuán)隊(duì)正聚焦于新一代無創(chuàng)腦機(jī)接口核心技術(shù)的研究，致力于突破全腦神經(jīng)信息無創(chuàng)成像、磁共振神經(jīng)影像翻譯、基于離子通道調(diào)控的神經(jīng)信息打印等顛覆性技術(shù)，為未來的物理智能、生物智能時(shí)代變革提供核心基礎(chǔ)設(shè)施。
“科研需要一股不服輸?shù)捻g勁！”回首來時(shí)路，鄭海榮感慨不已。
但也正是像鄭海榮一樣的中國科學(xué)家的不斷探索與創(chuàng)新，才讓中國在高端醫(yī)療裝備領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越，在全球科技競爭中占據(jù)越來越重要的位置。
“高端醫(yī)療裝備蘊(yùn)含著的不僅僅是智慧與創(chuàng)新，更承載著人類健康的‘生命方舟’。這場始于一臺(tái)磁共振儀的科技星火，必將形成燎原之勢，照亮億萬生命的健康前路，為推動(dòng)構(gòu)建人類衛(wèi)生健康共同體，貢獻(xiàn)出閃耀世界的東方智慧與中國力量。”鄭海榮說。
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