周欣在工作中

■本报见习记者 程唯珈

无需注射什么药剂，也不用任何器械介入，只要吸一口气，就像按下了电源开关，将黑暗的肺部磁共振影像（MRI）世界照得灯火通明：气管、支气管、肺叶的轮廓清晰可见；肺泡膜有多厚，也可以被精准测量；甚至氧气从肺泡进入血液需要多少毫秒等目前临床无法获得的气体交换功能参数也都迎刃而解。

这是什么样的神仙技能？中国科学院武汉物理与数学研究所（以下简称武汉物数所）研究员周欣可能最有体会。

过去五年里，受到国家自然科学基金委员会（以下简称自然科学基金委）国家重大科研仪器设备研制专项（部委推荐）支持，周欣带领的团队成功研发出具有我国自主知识产权的“用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像仪器系统”，成为目前全球首套核磁共振信号增强大于57000倍的人体肺部MRI仪器，关键指标国际领先。

回顾五年历程，不仅科学研究领跑国际前沿，科研基金管理也为我国源头创新一路“保驾护航”。自然科学基金委医学科学部副主任徐岩英告诉《中国科学报》：“自然科学基金委鼓励科学家立足国家战略需求，进行原创性和独创性的科学研究，我们按照相关管理办法对项目的实施进行后期管理和监督，服务于科学家，使其科研工作规范、有序、高质量开展。”

立足国家战略需求

随着空气污染等问题的加重，肺部疾病已成为严重的公共卫生问题，其中，肺癌的发病率和死亡率均居我国恶性肿瘤首位，平均每4个死亡的癌症患者中就有1人死于肺癌。

然而，对于肺部疾病的诊断，传统的胸透、电子计算机断层扫描（CT）和正电子发射断层扫描（PET）等临床常规的肺部影像检测均为有电离辐射的检查手段，不建议短期内重复检测。

“无论是面对国家发展需求，还是与国际科技强国相比，我国高性能医疗器械的自主研发能力依然较弱，多数依赖于国外进口。要使国产医疗器械真正‘做得出、推得开、有效益’，需要在核心技术上下功夫。”谈及当初的研究计划，周欣告诉《中国科学报》。

为了扭转关键技术“卡脖子”的局面，周欣向自然科学基金委提出了国家重大科研仪器设备研制项目“用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像仪器系统”的申请。

“传统的磁共振成像技术只能对水成像，由于肺部特殊的空腔结构，检测时存在‘盲区’，如果用氙气作为造影剂，且信号足够大，可能把肺部照得通明。”他说，“该项目的立项符合我国肺部疾病研究与诊疗的重大需求，具有科学研究的必要性和迫切性，要想克服传统MRI不能对肺部成像的挑战，需要研究和解决最重要的前沿技术，如激光光泵新原理、磁共振新技术、电子技术新方法、无线电物理新概念等，科学意义重大。美国等发达国家已开始加大研制投入，武汉物数所前期已有多年研究基础和专利布局，与国际水平相当，若不尽快研制出整套肺部MRI仪器系统，将丧失有利的时机。”

然而，这样的设想并非所有人都认同。

“刚接到这个项目，有些专家光看标题就认为是不可能实现的事，说将磁共振用于检测肺部，这不是开玩笑嘛！”回忆立项申请之初，自然科学基金委医学科学部处长李恩中告诉《中国科学报》，“不过之后的一系列结果证实，梦想是可以变成现实的。”

2012年，自然科学基金委医学科学部在委里计划局的统一安排下，对该项目进行了通讯评审。在多数通讯评审专家同意立项的基础上，自然科学基金委医学科学部按照程序召开专家咨询委员会遴选和论证会议，进行评估。

过五关斩六将，由于该项目的理论操作性和具有的特殊战略意义，这项曾被视为“开玩笑”的计划最终获得了项目资助。

定期追踪监督检查

2013年，项目正式启动。回顾仪器样机设计到组装测试直至最后对仪器进行动物和人体试验的这段时光，周欣表示，自然科学基金委及时地对项目经费进行过程监督检查，定期追踪该重大仪器的“孵化”过程。

徐岩英介绍，自然科学基金委每年都会组织专家参与项目管理工作，包括进行项目启动、年度交流和中期检查直至最后的结题验收。

在仪器研制过程中，令周欣印象最深的，无疑是自然科学基金委对学科交叉融合的重视。

“仪器研制工作涉及物理、化学、生物、医学等多专业的学科交叉研究。自然科学基金委每年都会在项目承担单位组织年度交流会，邀请不同领域的专家到会进行现场指导和研讨交流。”周欣说。

例如，针对肺部气体磁共振成像仪器项目，自然科学基金委有针对性地邀请了百余人次全国知名影像学专家和临床医生到仪器研发测试现场指导，共同优化仪器的性能指标，研讨面临的临床科学问题。

在专家组的指导下，周欣团队在极化气体产生装置、肺部气体信号检测、常规MRI系统兼容等仪器核心技术创新方面取得了多项原创成果：MRI信号增强大于57000倍，有效解决了因肺部气体MRI信号强度低造成的无法成像的难题；动态成像采样速率达到202毫秒/帧，这是目前世界上最快的高分辨率人体肺部气体MRI成像采样速率，提升了肺部气体吸入过程的动态评估技术；兼容医院常规MRI系统、创新性研发的可穿戴式肺部成像探头和外挂式变频成像系统，使目前商业MRI仪器可扩展具备肺部成像功能。

在验收阶段，为确保仪器的万无一失，自然科学基金委还特意派出由三个小组组成的验收专家组进行全方位审核。

李恩中告诉记者：“我们组建的三个小组分别为仪器测试、档案审核和财务验收小组。三个小组合成一个验收组。验收工作大约需要经过一周的时间，最后专家组给出验收意见。”

其中，仪器测试组主要测试器材的实用性与稳定性，档案小组针对设计图纸、电子文档等进行查验，财务验收组则审核所有支出的合法性。

周欣表示，结题验收时，这台肺部气体磁共振成像仪器在所有关键指标上都达到并且优于既定目标，关键技术指标国际领先，有望解决我国肺部影像检测的技术难题。

重视成果管理

俗话说：工欲善其事，必先利其器。科研仪器是科学研究不可或缺的工具，在科研仪器上率先突破，才能占据科学研究的制高点。但如何将其推向产业化应用，可能是每位研究者的“心病”。

为此，自然科学基金委贴心地为项目负责人在人才培养和深入研究两方面提供资金支持。

徐岩英介绍：“在项目中期评估和验收成功后，项目负责人又连续得到国家杰出青年科学基金和重大研究计划的重点支持项目，有力推动了后续工作的展开。”

在此支持下，该仪器系统现已进入临床前测试，与多家三甲医院合作研究肺癌、慢性阻塞性肺疾病、哮喘、放射性肺损伤等病例累计近300例。同时，该项目成果知识产权已成功转移转化。

周欣告诉记者，在肺部结构成像方面，该仪器能探测到临床CT不能发现的肺部通气早期病灶，无损、定量、可视化地检测肺内气体扩散能力的变化，很好地反映慢阻肺患者肺内微结构的变化，对慢阻肺患者的分级也与临床肺功能分级金标准一致。

此外，该仪器还可无损地获得一系列重要的肺部结构和功能生理参数，如肺部气—血屏障的厚度、肺部气—血交换时间、肺泡的增大和损坏程度等。

“这些生理参数都是目前临床影像手段不能无创、实时获得的。”周欣说。

2018年，武汉物数所联合上海联影医疗科技有限公司、横店集团成立了“中科极化医疗科技有限公司”，标志着该项目正式进入产业化进程。

“感谢自然科学基金委对肺成像项目进行了细致入微的个性化管理和指导，保障项目可以良好地开展实施并顺利结题。”周欣说。

周欣希望自然科学基金委关注项目后续进展，使项目建立的肺部影像平台可以平稳运行和维护，从而更深入、更广泛地开展肺部重大疾病基础科学研究，服务于我国公共卫生事业。