高端医疗影像团队斩获国家科技进步奖一等奖

针对我国高端医疗设备严重依赖进口、创新乏力的困境，深圳先进院应对国家重大需求和人民生命健康需求，与联影医疗共同开展了“3.0T磁共振成像系统”研发，先后完成了一系列关键核心技术的突破，建立高场磁共振整机自主制造体系，实现了大型成像设备自主创新、国产制造和临床应用的跨越，填补了我国高场磁共振整机制造的空白。研究成果获得国家科技进步奖一等奖，并获批医疗器械领域设立的唯一制造业创新中心——国家高性能医疗器械创新中心。

1.首型3.0T系统荣获国家科技进步奖一等奖

2021年11月3日，国家科学技术奖励大会在北京隆重举行，上海联影医疗科技股份有限公司与中国科学院深圳先进技术研究院等单位合作完成的“高场磁共振医学影像设备自主研制与产业化”获得国家科技进步奖一等奖。

该项目历经十多年跨领域、多学科的合作，研制出我国首型3.0T人体磁共振成像设备（以下简称“3.0T系统”）并实现产业化，这是我国高端医疗设备国产化替代和自主创新的里程碑式成果。

项目首席科学家、深圳先进院副院长郑海荣研究员为项目第一完成人，上海联影医疗科技股份有限公司为第一完成单位，中国科学院深圳先进技术研究院为第二完成单位。

磁共振技术是心脑血管、神经和肿瘤等多种重大疾病影像诊断的利器，研发涉及学科门类繁多，技术体系精密复杂，研发高场磁共振技术更是难度极大。超导磁体和高性能谱仪是整个磁共振系统的核心，全球仅有个位数的企业具备磁共振设备所有核心部件的自主研发能力。购置一台高场磁共振设备动辄几千万元，患者检查成本很高，很多老百姓用不起。

急医疗所急，念产业之痛，2009年，郑海荣研究员牵头先进院旗下的劳特伯医学影像实验室，与联影医疗创始团队共同开展了“3.0T磁共振成像系统”研发工作。针对磁共振成像速度慢的世界难题和高场超导成像的技术封锁，项目创建了“软硬件协同”的磁共振快速成像技术体系，构建了影像数据“稀疏采集、快速扫描、精准重建”的技术路径，攻克了系统核心部件和成像技术难关，在快速成像软件与电子学、谱仪、射频功放、射频发射线圈、梯度功放、梯度线圈、超导磁体等一系列关键核心技术实现突破，多项技术指标达到国际领先水平。比如，发明了三维张量编码扫描技术，研制了世界最大孔径高场超导成像磁体，突破了业界最高功率的梯度功放部件，建立了高场磁共振整机自主制造体系，创新了心脏、大脑等快速成像序列和重大疾病定量诊断技术，与医院合作构建了全身临床应用技术体系等。

3.0T系统研制成功打破了国外长期的技术垄断，使中国成为继美国、德国之后极少数独立掌握磁共振全部核心技术和整机制造技术的国家，为5.0T和7.0T超高场人体磁共振研发奠定基础，改变了磁共振国际产业和技术格局；国产高端磁共振系列产品已经走进全国31个省市自治区的千余家医院，并实现了向美国、欧洲等海外市场的逆向输出，我国由净进口国变为出口国，有效缓解了老百姓看病贵、看病难的问题，具有重大社会与经济效益。

2.国奖背后的创新逻辑

科技进步是国家发展和改善民生的强大推动力。为奖励在科技进步活动中做出突出贡献的个人、组织，调动科学技术工作者的积极性和创造性，国务院设立了国家科学技术奖。郑海荣项目团队能够夺取国家科技进步奖一等奖，背后的创新逻辑是怎样的？

郑海荣解释道，这是有别于传统的科技创新的模式，背后的创新逻辑是三种机制：一是做科研要紧盯国家战略需求，不能全凭自己的兴趣去自由做科研，十年磨一剑，既不一味追求发表文章，也不刻意去争大项目，而是默默无闻、心甘情愿地攻克关键技术。团队里的每个人都认为值得做，值得隐姓埋名，长时间做有价值的研究、有产业需求的研发工作。虽然没有发表文章，但项目在研发过程中获发明专利124项、获授权美国专利11项，突破了国际知识产权壁垒，构建了自主知识产权体系。

二是与企业紧密合作，明确研究机构自身的价值在哪里，不与企业争利，研究人员将自己掌握的科技前沿技术落实到产品中去，赋能到机器设备上，才是真正提升产品的国际竞争力。

三是深圳先进院有一套科学灵活的团队管理机制，激励团队成员不断创新，从工资待遇到奖金分配，考虑到每个成员的具体技术贡献，不看他的论文和经费，让科研人员收获应有的回报，特别是成就感，可以沉下心来扎扎实实做科研。

目前，为满足脑科学等重大前沿科学需求，在我国首型3.0T系统完成之后，郑海荣团队正与联影医疗合作攻关高端7.0T人体磁共振成像技术；在中科院的支持下，组织开展我国未来14.0T极高场磁共振成像核心技术预先基础研究，筑梦未来大国重器、科学明珠。

“如果留在美国，我也能当教授带学生，但很难有机会把发明成果高效地转化为造福民众健康的尖端产品。”郑海荣自豪地说，“国家的需要，是科技工作者的努力方向，是科技进步的重要动力。先进院时刻在思考，围绕国家重大的需求，能做什么，我们把医疗的需求、产业的‘痛’看在眼里，急在心头，做到与其‘共情’。深圳先进院团队持续奋斗了十多年，成功构建了我国高端成像装备的技术体系，使我国在关键领域拥有完整的工业体系、创新体系，我们一直在为之奋斗。”

3.世界首创5.0T核磁，改变磁共振国际产业格局

长期以来，我国的高端诊断设备依赖进口，洋品牌市场占比在80%以上，每年超过180亿美元用于采购洋品牌设备。为了突破高端医学影像的关键技术问题，郑海荣团队与联影医疗合作完成世界首创的5.0T人体磁共振成像系统和全部核心部件的自主研制，改变了国际高端医学影像产业的版图。

超高场人体磁共振成像系统（3.0T以上）的自主研制和医学应用是我国高端医疗仪器发展的重要任务。超高场可提供微米级空间分辨率和高清晰分子代谢成像，是脑科学研究和重大疾病早期诊断的利器。然而，由于超高场中射频波长显著短于人体尺寸，因射频场不均匀导致图像伪影、射频能量安全沉积、成像速度慢等共性技术难题亟待攻克。

先进院医工所所长梁栋介绍，7.0T及以上成像系统目前仅用于脑成像研究，尽管德国西门子和美国通用最新一代7.0T技术分别于2017年和2020年获得了美国食品药品监督管理局临床注册认证，但仍然限于头部和骨关节成像，难以进行全身临床成像。

鉴于7.0T技术的诸多技术限制和巨额成本，在科技部“十三五”重点研发计划“5.0T超导磁共振核心部件及系统研发”和深圳市重大装备研发项目的支持下，深圳先进院联合上海联影医疗等单位重点突破超高场全身成像关键技术，开发射频均匀激发、热吸收安全监控新技术，探索超高场临床应用新序列，研制出世界首款5.0T人体超导磁共振成像系统，实现超高场全身快速、安全、高分辨成像。2022年8月31日，该系统获得国家药品监督管理局注册认证，这也是世界首张超高场人体全身核磁成像产品注册证。

2021年底，团队中的刘新研究员牵头先进院和国内优势科研团队获批科技部“十四五”重点研发计划，“基于学习模型的超高场磁共振成像关键问题研究”获得1700万元的科研经费支持，进一步瞄准现有超高场应用系统面临的图像质量、射频能量沉积安全以及成像速度慢等全球性技术难题。然而，由于超高场成像变量增多，复杂度加大，加上人体电导介质不均匀性加重，基于现有预设模型的迭代算法仍然无法保证稳定的图像质量。

项目团队针对传统建模困难与求解精度低且不稳定等问题，构建可学习正则化模型，研究基于深度学习的自适应性，实现快速准确及稳定求解。基于这一理论框架和5.0T成像平台，进一步研发面向超高场的新型均匀射频激发和快速成像技术，实现超高场人体热吸收率的准确监测和全身成像的临床应用。

刘新研究员介绍道：“该项目的预期成果包括国际领先水平的新型超高场多通道并行射频激发与谱仪控制系统，以及多核分子代谢成像前沿技术和全身临床应用，我们将在未来3年至5年里，显著提升国产核磁设备的成像性能和市场竞争力，为研制中的国产超高场人体成像系统提供关键基础技术。”

过去十多年，先进院医工所郑海荣团队一直跟联影医疗紧密合作，在高端医疗设备的研制上攻克了无数个技术难关。梁栋常常会给新加入医工所的同事们分享一篇报道：2014年5月习近平总书记考察上海联影医疗科技有限公司，得知联影医疗在高端医疗影像设备领域初闯新路，总书记很高兴地说：“医疗设备是现代医疗产业发展的必备手段，现在一些高端医疗设备基层买不起、老百姓用不起，要加快高端医疗设备国产化进程，降低成本，推动民族品牌企业不断发展。你们的事业大有可为。”在总书记的鼓励之下，梁栋和他的同事们在高端医疗设备研制的道路上不断追赶，不断超越，逐渐引领行业的方向。

4.研制科研仪器是医工所的优良传统

梁栋说，医工所有研制科研仪器的优良传统，基于三方面的原因：其一，生物医学工程学科是强交叉的学科，医学、生物、工程、电子、材料、人工智能等多个学科交叉在一起，而它的出口是医疗器械和仪器装备；其二，医工所成立之初就确定了“学术引领、服务产业”的目标，形成了一支科学家和工程师混搭的团队，通过协作创新，不断设计出新的仪器装备；其三，我国科学仪器长期依赖进口，就等于科学研究受制于人，为了解决这个短板，医工所把研制科研仪器作为一项使命，扛在自己的肩上。

2014年，刘新研究员牵头的“基于高场磁共振的三维动态温度测量与调控系统”，获批国家自然科学基金委员会公布的国家重大科研仪器研制项目，这是医工所承担的首个国家重大科研仪器研制项目。

此后，宋亮研究员负责的“用于易损斑块研究的血管内光/声多模态、多尺度成像系统”、郑海荣研究员牵头的“基于超声辐射力的深部脑刺激与神经调控仪器研制”、杨永峰研究员负责的“面向狨猴脑科学研究的高清晰磁兼容PET成像系统”、马腾研究员负责的“用于胰胆管病变研究的多模态声光融合内窥成像系统”、郑炜研究员牵头的“活体多脑区神经活动光学成像同步检测系统研究”、葛永帅研究员负责的“纳米分辨X射线微分相衬显微镜”、罗茜研究员牵头的“用于肿瘤代谢异质性机制研究的在体质谱仪器研制”和孟龙研究员牵头的“基于超声辐射力的细胞杨氏模量定量测量与筛选仪器研制”，先后获批国家自然科学基金委员会批准的国家重大科研仪器研制项目。其中，郑海荣牵头的是广东省第一个部委推荐类重大仪器研制项目。在国家重大科研仪器研制队伍中，深圳先进院医工所成为一支综合实力强、敢打硬仗的骨干力量。