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山西医科大学生物医学工程研究中心推动光学分子影像技术发展纪实

时间:2013-12-05 10:04来源:未知 作者:admin 点击:
        编者按:分子影像学是运用影像学手段显示组织水平、细胞和亚细胞水平的特定分子,反映活体状态下分子水平变化,对其生物学行为采用影像学方法进行定性和定量研究的科学,能够为临床诊断提供定性、定位、定量的资料。光学分子影像技术在分子生物学与临床医学之间架起了相互连接的桥梁,是医学影像近年来最大的进步,也代表了今后医学影像技术发展的方向,它对现代和未来医学模式将会产生革命性的影响。
        尽管目前我国在开展在体生物光学成像理论及其技术的研究工作时间尚短,但一批致力于光学分子影像技术研究的有识之士和机构已经在专业领域和应用实践中迈出了可喜的一步。日前,记者了解到,作为分子影像技术的一项重大突破,由国家自然科学基金资助、山西医科大生物医学工程研究中心研发的多光谱分光融合外科手术引导系统即将面世,它将使外科手术变得更为简单、手术过程更为精确,将为广大临床外科医生和患者带来巨大的福音。
        作为我省第一个以光学分子影响技术为研究对象的专业机构,山西医科大学生物医学工程研究中心从筹备成立以来就一直致力于数字化医学图像采编分析系统系列产品以及生物光学分子学荧光成像设备的开发研究,近年来研发的一系列医用光学分子影像产品光均得到了市场的良好反响,为各类大专院校、科研院所和制药企业提供了科研和技术支撑,并逐渐广泛应用到了临床医学的各个领域,成为现代临床医学光影技术当仁不让的龙头。

坚持梦想   实现专业技术新突破

        在山西医科大学第一医院乃至全省泌尿患者心中,杨晓峰的名字可谓口口相传,闻名遐迩。作为毕业于湖南医科大学外科学专业的博士生,现任山西医科大学第一医院泌尿外科主任医师,是山西省高校工委联系的高级专家、山西省跨世纪学科带头人、山西省优秀专家、中华泌尿外科学会肿瘤学组委员,相继完成和承担国家和省部级项目15项,发表学术论文43篇,出版论著2部,获得山西省科技进步奖2项,2010年2项科研成果更是分别获国内领先和国际先进……
        对于着力从事光学分子成像技术研究的杨晓峰来说,从医者仁心到科研攻关的角色转化并非偶然。2001年,作为泌尿外科领域的学术骨干,杨晓峰承担了卫生部“膀胱肿瘤诊断和治疗”视听教材的编辑工作,在当时编辑过程中,由于许多外科手术过程中很有价值的图片没有保存下来,导致编辑工作历史半年多时间才完成。
        善于思考和探索的杨晓峰深深体会到平时保留医学图像和图片的重要性。就是这一偶然发现,杨晓峰和计算机专业人员尝试合作,编辑完成了“数字化医学图像采编系统”及其软件,多所医院认为非常实用。自此,开发医学光学影成像系统的梦想在杨晓峰脑海中若隐若现。2004年在山西医科大学第一医院的支持下,杨晓峰正式向市场推广了“数字化医学图像采编系统”及其软件,这套系统在很短时间就在北京各大医院销售了50多台,让杨晓峰坚定了对外科成像系统的研发信念。
        “摄取术中图像,保存医学资料;进行图像处理,精美医学图片;永久图像存储,丰富医学知识;手术全程录像,制备视频光盘;回放手术过程,提高手术技巧;病案资料齐全,进行科学研究;完美图文报告,提高综合效益;图片分类管理,提高教学质量;图文医学资料,著书立撰资源;并入网络世界,实现数字医院;长久工作积累,显示专家风范;创新医学思维,促进医学发展。”这是杨晓峰在总结“数字化医学图像采编系统”及其软件研发和推广时的宣传诗。正是这种总结和思考,让杨晓峰有了对外科成像系统更为超前的探索和创新,从此其研发势头一发不可收拾。
        2005年,杨晓峰和他的团队开发出了自主产权产品“S-3000型数字化医学图像采编列产品”,同年被山西省科技厅评为山西省高新技术产品,2008年,开发出了“腹腔镜一体化台车”,2009年成功开发出“生物荧光激发光源”、“S-0010A型多光谱荧光活体成像系统”等高技术产品,2010年开始研发“多光谱活体分子荧光成像系统”,相继通过了山西省电子产品质量检验所的产品检验,山西省科技成果鉴定和新产品鉴定。2011年年底,在山西医科大学和山大一院领导的支持下,山西医科大学生物医学工程研究中心经过长期的酝酿和积淀正式组建而成。

四个突破   开创外科引导新时代

        岁月峥嵘,厚积薄发。从2005年甫一踏入光学分子影像技术领域,就注定杨晓峰在未来将成为这个行业的佼佼者。八年过去了,依托山西医科大学和山西医科大学第一医院,杨晓峰带领的研究中心在医学光学分子影像技术领域已经拥有10项专利、6个系列的产品。其数字化医学图像采编系列产品2008年曾代表太原市参加了科技部在大连举办的全球软件产品博览会,2010年5月代表山西参加了北京科技博览会,自主研发的“S-0010A型多光谱荧光活体成像系统”更是达到了国际先进水平,一举奠定了其在我国光学分子影像学技术的领先地位。而目前中心全力攻坚的“多光谱分光融合外科手术引导系统”,更将改变多年来图像引导外科技术一直由国外主导的局面。
        据杨晓峰介绍,“多光谱分光融合外科手术引导系统”依据光学分子影像学、多光谱分光融合技术原理,基于近红外光谱的生物组织成像,采用多种CCD模式下的分光摄像、图像融合、图像测量、分析以及可视化计算和先进图像软件等光电一体化技术研制而成,整套系统由激发光源、分光摄像镜头、图像电荷耦合元件、图像融合元件,计算机处理系统、图像处理软件、可移动支架及机箱等构成。与传统外科引导系统不同的是,这一技术使外科医生在术中能够得到实时的肿瘤解剖结构图像,在手术过程中实时成像、操作方便、非侵入、无损害,不仅可以提高手术切除准确度和成功率、降低手术创伤、避免手术过度切除,而且还能减少医疗费用、促进病人康复。
        在这一系统研发中,山西医科大学生物医学工程研究中心在技术上实现了四大突破:一是理论突破,形成了解剖学图像和近红外荧光功能图像分光成像的理论,提出了手术野的解剖学图像和组织中近红外荧光的功能图像分光成像、使同一手术场景同一时刻的图像合并成一幅新图像,从而更加准确地显示残余肿瘤、淋巴管和血管的理论基础;二是设计突破,设计出了功率、多波段、环型排列的LED照射灯头,可以达到低耗能、安全、使用简便的要求,光在组织中穿透深度提高;三是技术突破,创造性地采用了宽带分色技术,将手术野的发射光采用分色元件分为可见光、700nm和800nm波长的光波,三台CCD分别摄取,分屏显示手术野的解剖结构和深部肿瘤组织结合荧光探针的近红外荧光,再使图像融合,准确标识肿瘤组织的位置;四是应用突破,引入高端图像处理技术,能够得到高质量的图像,使目标探测识别的可靠性和自动化程度提高。
        据了解,在整个系统研发中,该中心采用了近红外光波段生物组织成像、分光摄像和图像融合技术,其技术整合基本与国外处于同一水平,且形成了自己的特色和优势。

精益求精   构筑生物医学“中国梦”

        作为一个致力于“以提高我国光学分子影像学技术国际竞争力”为使命的医疗科研机构,杨晓峰在宏观把控上兼具了一个专业医生和技术舵手的睿智和追求。“建成我国研究光学分子影像成像理论和技术,生产光学分子备和试剂,培养光学分子影像领域高技术人才的重要基地,促进我国该领域高新技术的发展。”在山西医科大学生物医学工程研究中心,记者看到了如上所说的科研愿景。这份恢弘的胸襟和抱负不由人不心生敬佩。
       据了解,目前山西医科大学生物医学工程研究中心在“多光谱图像融合外科手术引导系统”研发中,已经成功完成了样机的动物实验。同时在山西省药品食品监督管理局的指导下完成了该产品的质量标准制定,初步临床试用取得满意效果,山西省药品食品监督管理局已经正式批准生产许可,不久将进入临床服务于医生和患者。
        据业界人士和专家表示,山西医科大学生物医学工程研究中心研发的“多光谱分光融合外科手术引导系统”不但能提升我国光学分子影像技术的原始创新,推动临床医学新学科的形成、新技术的应用,还能带动分子生物技术、光电一体技术、机械设计、精密加工、激光技术、光纤技术、软件技术,化学合成、纳米技术等多个行业和产业的发展,其影响广泛深远。
        几年来,在杨晓峰的带领下,山西医科大学生物医学工程研究中心已经在光学分子成像领域取得了诸多辉煌。但作为技术领军人物和带头人,杨晓峰却有更为恢弘的目标。“我们将不断推出新的基础理论和技术,提升系统集成水平,让更多的医学光学影像技术产业化,使我国分子影像技术尽早实现自主研发制造的强国梦想!”杨晓峰如是说。

(责任编辑:admin)
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