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湾区逐梦 | 马腾:打破医学超声技术壁垒,助推疾病诊疗更进一步

时间:2020-01-03  来源:南方日报记者 徐峰/先进院文宣办 文本大小:【 |  | 】  【打印

  【庆祝新中国成立70周年,献礼中科院建院70周年,深圳先进院推出“引领科学风尚 传承科学精神”系列人物报道,树立先进典型,凝聚榜样力量,讲述科技工作者的精彩故事及取得的最新成果,弘扬他们胸怀祖国、服务人民的爱国精神,勇攀高峰、敢为人先的创新精神,追求真理、严谨治学的求实精神,淡泊名利、潜心研究的奉献精神,集智攻关、团结协作的协同精神,甘为人梯、奖掖后学的育人精神。】

 

  医学超声是临床疾病诊疗的重要手段,正向早期诊断、精确诊断及精准治疗的方向快速发展,目前已成为在我国使用最广泛的医学影像技术。

  其中,超声换能器是所有超声设备的核心,它可借助超声波让人体与机器实现沟通,被称为超声系统的“眼睛”。然而,高性能的超声换能器设计原理及制备工艺极其复杂,核心技术长期被国外垄断,成为我国高端医学超声设备制造的“卡脖子”问题。

△ 深圳先进院医工所马腾研究员(南方日报记者 徐峰摄)

  为打破核心技术壁垒,中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称“深圳先进院”)医工所研究员马腾于2017年从美国南加州大学完成博士后研究归国,加入劳特伯生物医学成像研究中心。年轻的他在不到两年时间内,在中心的大力支持下快速建立起一支年轻高效的研究团队,突破了多项关键核心技术,成功搭建起了功能齐全的超声换能器研发平台。 

  小器件,大应用:从核心技术做起

  新型超声换能器的设计和研制是马腾的研究重点之一。据他介绍,超声换能器又被称为超声探头,其核心组成部分是压电材料,该材料能够将电信号转换为机械振动,机械振动以超声波的形式在介质中传播并发生反射,反射回的超声波被超声换能器接收,这时压电材料又反过来将接收到的机械振动转化为电信号,电信号再经过处理就可以得到屏幕上显示的影像。

  “简言之,在医用超声成像中,首先要向人体组织发射超声波,然后再接收包含了人体组织结构信息的反射回波,通过一系列的信号处理过程,最终获得可以直观观察的灰度和彩色图像。” 马腾介绍道。

△ 马腾研究的超声换能器是超声设备的核心

  不过,超声换能器之所以成为“卡脖子”问题,其难点并不在于工作原理,而在其制作工艺。若要完成高端超声换能器的制作,需要长期技术积累及跨学科知识背景,涵盖材料、机械、电子等多个工程学科,还涉及化学、物理及生物医学等方面的大量知识。

  为何选择深耕这一领域?马腾表示,在一定程度上,超声换能器的性能状况直接决定着医用超声设备的性能。如今,医学超声系统的临床应用日趋广泛,已从基础的影像诊断延伸到精准介入治疗,再进一步拓展到超声神经调控等前沿科学领域。“器件虽小,但其承担的责任可不轻。不仅是为医生提供诊疗设备,同时也还在为科研人员提供研究工具。”

  担重任,解难题:助力攻克“癌中之王”

  2018年,刚刚回国加入深圳先进院的马腾便承担起一项重要任务,负责国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目——“用于胰胆管病变研究的多模态声光融合内窥成像系统”项目。

  据马腾介绍,该项目的主要目的是为胰腺癌科研提供一种强有力的影像学工具。被称为“癌中之王”的胰腺癌具有死亡率高、存活率低的特点,80%以上的胰腺癌患者在发现患病时往往已到晚期,并全身转移。

△ 胰腺癌位于腹腔深部,难以在早期发现(图片来自网络)

  胰腺癌难以在早期被发现,主要有两大原因:一是胰腺位于腹腔深部,传统影像学手段受限于成像深度对分辨率的影响,无法观察到早期肿瘤。二是缺乏能够有效抵近观察的在体影像学方法,限制了对胰腺癌发生发展过程的了解,因此难以实现早诊早治。

  超声内镜是近些年发展起来的经消化道影像诊断设备,被认为是现阶段胰腺癌诊断的“金标准”。目前超声内镜市场的壁垒极高,90%以上的产品由日本公司制造,售价高昂且不开放数据接口,极大地阻碍了其他科研人员开展相关临床医学研究。

△ 超声内镜被认为是现阶段胰腺癌诊断的“金标准”(图片来自网络)

  马腾负责的重大仪器项目不仅要打破这一技术壁垒,还要将超声探头的工作频率提升到50MHz以上,分辨率较传统超声内镜提升五倍。更难得的是,团队目标要将先进的光学成像和分子成像技术与超声成像融为一体,从结构、功能、分子等多角度对胰腺癌开展全方位的科学研究。

  “高频超声换能器的制作原本就已很难,还要把光学、声学的多个器件融合到1毫米直径的导管上,从超声内镜钳道进入到胰管或胆管进行扫描成像,整个过程精密复杂。”面对高难度任务,马腾干劲十足,他表示:“作为一名年轻的科研工作者,能够担此重任对我来说是一种鼓励,更是一种鞭策。”

  目前,马腾团队已与复旦大学附属肿瘤医院建立合作,深入了解一线医生在临床与基础研究中亟待解决的关键科学问题,为其临床早期诊断提供创新实用的诊疗工具。

  栽下梧桐树,引得凤凰来

  回国前,马腾曾在美国生活了10年,先后就读于美国密歇根大学及南加州大学。早在2011年,他就通过深圳先进院的海外招聘关注到了这个新型科研机构。在接下来近十年的时间里,他见证了深圳先进院的飞速发展,从“白手起家”,到如今成为海外华人圈颇具声望的科研力量。“特别是医学影像团队,经过十年发展已在全国首屈一指,更加坚定了我加入深圳先进院的决心。”

△ 马腾(前排右一)及其团队

  “来了就是先进院人”是马腾加入团队后的一大感受,深圳先进院浓厚的“海归”文化及科研氛围给青年人才创造了广阔的创新发展空间。“能够在短时间内顺利组建团队,并获批国家级重大科研项目,这离不开医工所科研人员的团结协作以及职能部门的鼎力支持,可以让年轻的科研工作者获得这样宝贵的机会。”

  对于未来,马腾充满信心。他表示,他将立足当下,继续集中精力巩固和优化已掌握的核心技术,把超声换能器开发工作做扎实、做全面、做出特色,立志为我国高端医用超声换能器核心技术实现自主可控贡献一份力量。

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