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打造科技创新“加强版” | ②聚焦超声领域的领跑者

文章来源:七一客户端 作者:CQDK全媒体记者 许幼飞 发布时间:2021-06-11 12:23:48 字体:

▲王智彪正在指导团队成员做实验

在重庆海扶医院,一位患有子宫肌瘤的患者即将接受聚焦超声消融手术。

与传统的手术室不同,这里的医护人员并不需要层层消毒,手术室内也不需要无菌环境;患者并没有进行全身麻醉,只是注射了一些镇定剂,可以与医生自由交流。

在这里,我们看不到手术刀和止血钳,看不到止血的纱布和棉花。而医生手中不断移动的鼠标,就是正在从体外向患者体内做手术的海扶刀。

一丝奇思妙想的火花

高强度聚焦超声技术,英文缩写为“HIFU”。

“这项技术是我国坚持原始创新,并在全球率先用于临床的。”超声医学工程国家重点实验室主任、重庆医科大学教授王智彪称,“利用超声波的可穿透性和可聚焦性,从体外发射超声波,通过换能器把低能量的超声波聚焦到体内,形成一个高能量的点,对需要治疗的病灶部位直接进行消融。”

对病灶“隔山打牛”,这件看似不可能的事情在如今已经成为现实。

其实,对聚焦超声的研究,王智彪已经带领团队做了33年。

“我常常说我们这条原始创新之路是‘熬’出来的,但对我来说这个过程并不是只有苦,而是充满了希望和自豪。”每当提起这段奋斗史,王智彪总是笑眯了眼。

1988年,还是妇产科医生的王智彪在研究“诊断超声对胎儿的安全性”时发现,超声波达到一定剂量可导致胚胎死亡。

“能否将超声波这一杀伤效应运用于疾病治疗,比如肿瘤?”刹那间,灵感的火花在王智彪脑海中迸出。

超声波是一种人耳听不见的声波,因为频率高、穿透性强,被广泛地应用于医疗领域。

在20世纪40年代,美国的科学家就曾提出用超声波聚焦来实现体外治疗肿瘤的梦想。但这一梦想始终被搁浅在研究阶段,因为超声波虽然在水里容易聚焦,但要经过复杂的生物组织,在人体内聚焦就十分困难。

“超声波遇到组织的界面会产生反射、散射等现象,如遇到非均匀的组织,例如肋骨、肠道等,情况就会更加复杂。”于是,王智彪成立课题组,开始着手研究超声波聚焦问题。

通过什么方式能让超声波精确地“杀死”肿瘤,而不伤害周围的组织呢?

王智彪团队的答案很简单,那就是不停地做实验。

实验过程异常艰辛,团队成员杜永洪至今仍记得自己刚加入课题组时面临的窘境——一瓶生理盐水需要自己去找,简单的实验器材要自己去凑;做动物实验,解剖兔子只能在走廊上进行;没有自己的实验室,细胞培养、器械消毒等都需要借用实验室来完成……

“因为器材需要一样一样地找,所以等到一切准备妥当开始实验时,往往天已经黑了。”杜永洪回忆道,“每天都是连轴转。”

一种永不气馁的精神

▲“HIFU”在牛肝里打出“中国”字样

在实验初期,除了简陋的环境,更让团队成员感到沮丧的是,实验所期望的聚焦超声凝固性坏死点的形成不稳定。

其间,也有团队成员萌生退意,但最后还是坚持下来了。

“当时我在帮王老师做医学检测,如果我离开了,很可能就会影响这项工作的推进。”杜永洪称。

不仅是杜永洪,团队成员叶方伟、赵纯亮等人原本拥有一份稳定的工作,他们从最开始抽出周末、晚上的时间过来帮忙做实验,到后来干脆辞掉原来的工作,一心扑在科研上。

“这是一种情怀,也是对这个团队的认同。”杜永洪解释道。

就这样,为了得到精准的数据,王智彪和团队成员做了数万次动物实验,每年实验品的数量可以用“吨”来计算。而每找到一个凝固性坏死点,大家就将超声波的频率、聚焦的夹角等数据记录下来,试图找出其中的规律。

“通过对海量数据的分析、总结,我们总能找到满足让焦点损伤,而其他地方不损伤的方法。”王智彪对此信心十足。

突然一天,在切开一头经聚焦超声辐照后的小型香猪的肝脏时,众人惊讶地发现,聚焦的近10个点都出现了凝固性坏死,而且每一个凝固性坏死点的边界清晰,大小可控。

“这是一种理想的‘刀尖’效果!通常我们做完实验后会把实验动物的尸体还给动物实验中心,但这头香猪的尸体我们自己留下来了。”王智彪十分兴奋,“大家为这头猪默哀,感谢它对人类医学特别是超声治疗作出的贡献。”

1996年,凭借工程实验研究成果,王智彪团队获得了国家自然科学基金重点项目70万元资助,国家“九五”科技攻关项目200万元资助,这也是重庆医科大学零的突破。1997年,重庆医科大学医学超声工程研究所应运而生。

“我们有了自己的细胞培养间、组织切片室等实验场地,吸引了一批又一批年轻人加入,真正形成了‘医工交叉’的科研队伍。”杜永洪笑道。

一场震惊世界的手术

▲团队讨论

积累了动物实验的成功,团队迎来了另一个巨大的挑战——如何将这一无创手术应用在人的身上?

将该手术进行临床试验,担负的不仅仅是患者的生命健康风险,还有巨大的精神压力。就在这风口浪尖上,时任重庆医科大学附属第二医院院长的贺正才站了出来,他说:“这件事情我来担保,有什么后果我来负责。”

于是,在贺正才的鼎力支持下,临床试验就此开展起来。

1997年12月,重庆医科大学实施了第一例聚焦超声消融治疗骨肿瘤手术。

“那是我们一辈子都不会忘记的场景。”团队成员陈文直回忆道,“手术对象,是一个患有骨肿瘤的孩子。”

在骨科,骨肿瘤是一种高度恶性肿瘤,常见的治疗方法就是截肢。但即使截肢,5年后患者的生存率也只有10%左右。而截肢手术给患者和家属带来的不仅仅是身体上的残缺,还有心理上的创伤。

对于这台手术,大家有着太多的期待。

为了确保手术顺利进行,在手术前5天,团队成员每天买来猪腿模拟情况;在手术前一晚,大家讨论到凌晨两三点;在实施手术前,联系医院包括急症、麻醉等科室做好充分准备,全力防备一切有可能的并发症、突发状况等。

“当时救护车在院外停了一排,都是不同类型的救护车。”陈文直称。

“3、2、1,开始!”伴随着倒计时的结束,操作人员启动了机器。

“啪——亮了!骨肿瘤里面出现了一个亮点!在B超上可以看见的亮点!”众人十分兴奋,因为出现亮点就意味着肿瘤面遭到了破坏。

“但当时还在治疗中,不能交流,我们就按治疗方案,把骨肿瘤那一片都打亮了。”王智彪称,“后来通过B超,我们确认患者的皮肤完好无损,周围的正常组织没有损伤。”

这一例无创手术打破了肿瘤手术多年来必须通过开刀治疗的传统方式。

“通过超声波、CT等诊断的第一例患者都不在中国,但是第一例聚焦超声消融手术在中国,而且这个第一例不是一个患者,而是第一例肝癌、乳腺癌、胰腺癌等都在中国。”说罢,王智彪又笑眯了眼。

这项中国的原始创新技术先后斩获国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖,这也是国产医疗器械行业迄今为止获得过的最高国家科技奖项。

一份不断攀登的信念

除了做实验,为了迎接国家“九五”科技攻关项目验收——验收要求必须有两台商业机,王智彪团队还需开展商业机的研发。

长期以来,我国高端、大型医疗设备90%以上都是进口产品。

因此,当中国首台具有完全自主知识产权的大型医疗器械——海扶刀?聚焦超声肿瘤治疗系统诞生时,在场医生都难以相信自己的眼睛。

在这台海扶刀?聚焦超声肿瘤治疗系统之前,实验室曾先后研制了四代实验样机。

“第一代实验样机是由理疗超声设备改装而来,后来发现能量不够,我们又研发了第二代、第三代设备。”王智彪介绍道。

1999年,重庆海扶技术有限公司(现重庆海扶医疗科技股份有限公司)应运而生,王智彪团队的规模进一步壮大,并由此从研究所转向了实体企业运作。

设备和技术的成熟,并不代表海扶团队会放缓研究的脚步:为了弄清楚为什么超声波聚焦过程中会导致肠穿孔,团队用不同的介质和方法做了数万次实验;为了培训操作医生,海扶公司每年购买数吨大型动物脏器,让临床医生通过操作鼠标在脏器里“绣花”……

上千项的技术改进,让海扶的产品质量和服务水平大幅跃升:改进前,杀死一个直径8厘米的肿瘤需要10个小时,而现在只需不到2个小时。

持续不断的技术创新,让海扶始终走在行业前列。

2002年,海扶刀?聚焦超声肿瘤治疗系统首次出口英国,中国自主知识产权大型高端医疗设备没有出口的历史从此被改写。国外的科学家更是赞叹:“中国(重庆)在聚焦超声消融技术的临床应用上领先世界3—5年。”

荣誉如潮水般向王智彪及其团队涌来,但他们很淡然。王智彪说:“科学最重要的就是原创,我更希望能通过海扶的经历,树立起国人原始创新的自信!”

责任编辑:许幼飞

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