腫瘤呼氣篩查實(shí)驗(yàn)

　　醫(yī)學(xué)物理中心

　　精確放射治療系統(tǒng) ARTS 醫(yī)學(xué)物理中心供圖

　　源源不斷的交融與創(chuàng)新發(fā)生在合肥研究院醫(yī)學(xué)物理與技術(shù)中心：科學(xué)家?guī)е鴮?shí)驗(yàn)課題進(jìn)入臨床與醫(yī)護(hù)人員一同研究；醫(yī)生將難題與物理學(xué)家“分享”，雙方聯(lián)手尋求答案；科研團(tuán)隊(duì)將十幾年積累的科研成果集大成于一體，為更多患者服務(wù)……

　　■本報記者 楊琪 通訊員 孫策 

　　病床、手術(shù)臺、治療室是醫(yī)生的前線；實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)、科研儀器是科學(xué)家的戰(zhàn)場。醫(yī)療、科研，這兩條日常中看似難以相交的“戰(zhàn)線”在中國科學(xué)院合肥物質(zhì)研究所（以下簡稱合肥研究院）相遇，彼此之間不斷加深：科學(xué)家?guī)е鴮?shí)驗(yàn)課題進(jìn)入臨床與醫(yī)護(hù)人員一起采樣；醫(yī)生將難題與物理學(xué)家“分享”，雙方聯(lián)手尋求答案；科研團(tuán)隊(duì)將十幾年積累的科研成果集大成于一體，即將為更多患者服務(wù)……

　　源源不斷的交融與創(chuàng)新就發(fā)生在合肥研究院醫(yī)學(xué)物理與技術(shù)中心（以下簡稱醫(yī)學(xué)物理中心）。合肥研究院院長匡光力對《中國科學(xué)報》記者表示，2014年，合肥研究院積極推動“率先行動”計(jì)劃的落實(shí)并努力實(shí)施“一三五”戰(zhàn)略規(guī)劃，在“面向世界科技前沿”“面向國家重大需求”和“面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場”上邁出堅(jiān)實(shí)的步伐。其中，醫(yī)學(xué)物理中心的建設(shè)正是“面向國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場”的舉措之一。

　　該中心針對我國防控和診治重大疾病及常見多發(fā)病的實(shí)際需求，面向醫(yī)學(xué)物理技術(shù)前沿，以精確放療、質(zhì)譜檢測、核磁成像、等離子體醫(yī)療、激光醫(yī)療、運(yùn)動健康等先進(jìn)醫(yī)學(xué)物理技術(shù)研究為先導(dǎo)，探索醫(yī)學(xué)物理新方法和新技術(shù)的診療機(jī)理，發(fā)展相關(guān)新型醫(yī)療技術(shù)，運(yùn)用新技術(shù)提高臨床診療技術(shù)水平，培養(yǎng)專業(yè)人才。

　　合肥研究院副院長、醫(yī)學(xué)物理中心主任江海河說：“醫(yī)學(xué)物理中心以‘一三五’培育任務(wù)為牽引，快速形成醫(yī)學(xué)物理‘主學(xué)科’方向。目前，我們正在承擔(dān)一批醫(yī)學(xué)物理及臨床轉(zhuǎn)化的研究項(xiàng)目。未來，我們希望在早期診斷、精準(zhǔn)治療、系統(tǒng)康復(fù)等方面的技術(shù)創(chuàng)新上有所突破。”

　　擰成一股繩 

　　“那段時間，醫(yī)學(xué)物理中心臨床部與研究部參與實(shí)驗(yàn)的很多同志經(jīng)常清晨六點(diǎn)多就到崗開展肺癌患者呼氣質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)。”醫(yī)學(xué)物理中心書記、常務(wù)副主任王宏志回憶道。去年4月起，他帶領(lǐng)臨床部醫(yī)護(hù)人員與中心儲焰南副主任的科研團(tuán)隊(duì)就肺癌患者呼氣質(zhì)譜研究進(jìn)行第二輪實(shí)驗(yàn)。

　　“此次合作研究，是醫(yī)學(xué)物理中心在體制機(jī)制上的創(chuàng)新——讓科研走近臨床，讓臨床問題直接到實(shí)驗(yàn)室?！蓖鹾曛菊f。

　　肺癌患者呼氣質(zhì)譜研究的靈感源于嗅覺靈敏的動物。比如《英國醫(yī)學(xué)雜志》刊登了荷蘭的一只狗嗅出了超級病菌（艱難梭菌）等。“這是因?yàn)榧膊l(fā)出特殊氣味?！眱ρ婺细嬖V《中國科學(xué)報》記者。因此，一些科學(xué)家探索可否利用動物進(jìn)行疾病無創(chuàng)監(jiān)測。在葡萄牙，科研人員實(shí)驗(yàn)用蜜蜂診斷癌癥；非洲的科研團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練大鼠，希望它們能從人類唾液中嗅探肺結(jié)核。

　　醫(yī)學(xué)研究證明，肺癌細(xì)胞會釋放揮發(fā)性有機(jī)物，因此，利用呼氣檢測診斷肺癌成為可能。在我國，肺癌已是首位惡性腫瘤死因，部分科研團(tuán)隊(duì)近年來著手開展通過呼氣代謝組學(xué)進(jìn)行臨床診斷。

　　首先，“近年來，呼氣分析與疾病診斷研究越來越受重視?！眱ρ婺险f。其次，目前肺癌常規(guī)診斷主要有拍攝X射線胸片、CT斷層掃描及支氣管鏡檢等數(shù)種手段，但是各類檢查手段都有不足之處，需要有瘤體特征、射線有輻射、檢查器械要侵入，檢查過程煩瑣、速度慢、費(fèi)用高，難以作為肺癌早發(fā)現(xiàn)的篩查工具。

　　儲焰南團(tuán)隊(duì)通過承擔(dān)中科院低成本醫(yī)療項(xiàng)目，研制出了適合呼氣檢測質(zhì)譜儀PTR-MS設(shè)備?！拔覀冮_展肺癌及對照人群呼出氣體在線測量，發(fā)現(xiàn)肺癌標(biāo)志物特征，建立呼氣肺癌診斷模型技術(shù)方法。希望為肺癌篩查和早發(fā)現(xiàn)探索無創(chuàng)輔助診斷新技術(shù)途徑。”儲焰南說。

　　開展呼氣在線檢測并不是一件容易的事情。從儀器穩(wěn)定性控制到方案設(shè)計(jì)，從志愿者征集到實(shí)驗(yàn)流程，甚至是否空腹、是否刷牙等每一個細(xì)節(jié)都需要考慮并進(jìn)行規(guī)范。

　　“此次實(shí)驗(yàn)，我們采取一體化管理，讓臨床和物理學(xué)從一開始就結(jié)合在一起，真正體現(xiàn)出醫(yī)工結(jié)合?！蓖鹾曛菊f。經(jīng)過半年實(shí)驗(yàn)后，他們自主研發(fā)的設(shè)備取得了很大進(jìn)步，獲得了令人滿意的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

　　高端設(shè)備“巧”落戶 

　　在醫(yī)學(xué)物理中心一層，一座厚實(shí)的大門“守護(hù)”著亞太唯一、國際先進(jìn)的9.4萬高斯/孔徑400mm大型動物磁共振成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

　　這套科學(xué)裝置的“來頭”頗有幾分機(jī)緣巧合。2009年，中科院“百人計(jì)劃”入選者鐘凱加入中科院強(qiáng)磁場科學(xué)中心（以下簡稱強(qiáng)磁場中心），他的主要研究方向是高場下大型哺乳動物磁共振成像技術(shù)開發(fā)以及相關(guān)應(yīng)用研究。在強(qiáng)磁場中心建設(shè)過程中，醫(yī)學(xué)物理中心也在籌建時期。經(jīng)過科學(xué)、充分的考慮后，科研人員一致認(rèn)為應(yīng)將這套國際先進(jìn)的大型動物磁共振成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)安裝在醫(yī)學(xué)物理中心。因?yàn)椋谠撛O(shè)備即將開展的眾多實(shí)驗(yàn)中，有相當(dāng)比例為與臨床科學(xué)相關(guān)聯(lián)的研究，涵蓋眾多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，比如認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等臨床課題?！按殴舱癯上窦夹g(shù)自身發(fā)展就是一個多學(xué)科交互的過程，這套大型設(shè)備落戶醫(yī)學(xué)物理中心是一個非常好的選擇，與臨床更接近一些?！辩妱P說。

　　臨床醫(yī)生關(guān)注病人、病理，科研人員關(guān)注基礎(chǔ)研究和技術(shù)手段。其中的“中間地帶”不言而喻。“這就需要我們開發(fā)技術(shù)、手段和方法，它們的價值通過臨床應(yīng)用來體現(xiàn)。”經(jīng)過幾年建設(shè)，鐘凱團(tuán)隊(duì)做了幾件頗有特色的事情。

　　與動物房和實(shí)驗(yàn)室脫離的傳統(tǒng)動物研究不同，強(qiáng)磁場中心的科研人員將動物實(shí)驗(yàn)室與9.4萬高斯/孔徑400mm大型動物磁共振成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)有機(jī)地整合在一起。

　　這樣一來，既可以更好地管理實(shí)驗(yàn)室與動物房，又便于科研人員和醫(yī)生開展臨床病理研究。比如，科研人員開發(fā)轉(zhuǎn)基因動物模型與動物模型時，對環(huán)境的要求非?？量蹋绻l繁地在動物房與實(shí)驗(yàn)室之間長途運(yùn)輸動物，難以避免動物樣本不受到污染等。在醫(yī)學(xué)物理中心，經(jīng)過這樣的集成化設(shè)計(jì)和管理后，非常有利于科研人員對寶貴的動物樣本進(jìn)行更加高效的利用，獲得更多有科學(xué)價值的數(shù)據(jù)。

　　對臨床醫(yī)生或科研者而言，找到更多病源是開展科研的一個難題?！八?，醫(yī)生往回走一段，我們要往前再近一步，中間會合的地點(diǎn)就是利用模型動物，應(yīng)用9.4萬高斯的磁共振手段找到結(jié)合點(diǎn)，開展跨學(xué)科研究，為臨床需求發(fā)展新的技術(shù)或方法，這是一種非常有效的模式?！辩妱P說。

　　來自臨床一線的需求源源不斷地與科研工作者相遇了。得知醫(yī)學(xué)物理中心有國際先進(jìn)的磁共振設(shè)備，安徽醫(yī)科大學(xué)麻醉科教授找上門來，希望科研人員關(guān)注一個麻醉科醫(yī)生的醫(yī)學(xué)問題：心臟缺血之后對功能代償損傷的作用機(jī)制是怎樣的。

　　因此，強(qiáng)磁場中心的科研人員利用大鼠模型開展相關(guān)前期實(shí)驗(yàn)，并得到了一些初步研究結(jié)果。利用這些結(jié)果，雙方共同向國家自然科學(xué)基金申請到了面上項(xiàng)目的資助。未來，他們將更深入地合作下去。

　　“副業(yè)”來專攻 

　　在醫(yī)學(xué)物理中心，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的精確放療高端產(chǎn)品、核醫(yī)學(xué)智能專家系統(tǒng)研發(fā)及數(shù)字醫(yī)學(xué)與虛擬醫(yī)療系統(tǒng)研發(fā)等一系列工作讓人眼前一亮。

　　這些創(chuàng)新性的設(shè)備來自合肥研究院核能安全技術(shù)研究所（以下簡稱核安全所）。“一個團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該‘遠(yuǎn)中近’結(jié)合，不僅要面向國家重大戰(zhàn)略需求，做基礎(chǔ)研究、儲備技術(shù)，同時也應(yīng)該做一些眼前就能夠用得上的技術(shù)，醫(yī)學(xué)物理中心就是這樣一個‘眼下’便可應(yīng)用技術(shù)的平臺。”核安全所所長吳宜燦說。

　　核能的心臟是核反應(yīng)堆，通過反應(yīng)堆產(chǎn)生核能，從而進(jìn)行發(fā)電等應(yīng)用。在研發(fā)過程中，吳宜燦帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將核能領(lǐng)域先進(jìn)的技術(shù)擴(kuò)展到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，學(xué)科交叉造就了核技術(shù)的臨床應(yīng)用：既可以檢測疾病也能夠治療疾病。

　　“我們研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的精確放射治療系統(tǒng)ARTS，其在癌癥的早期治療中發(fā)揮積極作用?！眳且藸N說。

　　如何在使用射線治療癌癥時更加精準(zhǔn)，在殺死癌細(xì)胞的同時盡量降低對正常組織的損傷，這是醫(yī)學(xué)界一直在研究的難題之一。

　　基于在核能領(lǐng)域的厚實(shí)積淀，吳宜燦團(tuán)隊(duì)將相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到精準(zhǔn)治療中。他們精心設(shè)計(jì)人體模型、準(zhǔn)確計(jì)算射線到達(dá)癌細(xì)胞或病灶的方向、角度與時間，精確無誤地實(shí)施治療方案，使得治療不僅能夠取得更好效果，同時最大程度地保護(hù)正常組織，將損傷降到最小。

　　“2006年，精確放射治療系統(tǒng)ARTS獲得了安徽省科技進(jìn)步獎一等獎。”吳宜燦說。相對于核安全技術(shù)的其他研究，盡管ARTS是一個“副業(yè)”，但具有很好的應(yīng)用價值和前景。與國際最先進(jìn)的同類產(chǎn)品相比，ARTS不僅水平相當(dāng)，在一些核心技術(shù)上甚至已經(jīng)超越。

　　團(tuán)隊(duì)“遠(yuǎn)中近結(jié)合”的目標(biāo)也讓年輕的科研工作者更有動力，人才隊(duì)伍更穩(wěn)定。4年前成立的核能安全所建設(shè)得飛快，隊(duì)伍從最初的100多人已擴(kuò)展為400多人?！啊h(yuǎn)中近’目標(biāo)的結(jié)合，讓隊(duì)伍伸縮自如，吸引年輕人才加入，讓他們感到有發(fā)展前景。”

　　目前，來自核安全所的團(tuán)隊(duì)正與醫(yī)學(xué)物理中心臨床部合作開展利用中子治療癌癥的基礎(chǔ)研究。吳宜燦相信，未來，精確放射治療將在醫(yī)學(xué)物理中心的平臺上得到更多創(chuàng)新與應(yīng)用。

　　合肥研究院擁有眾多物理領(lǐng)域的學(xué)科，在物理技術(shù)方面也發(fā)展扎實(shí)。江海河表示，他們正在謀化與資本合作共同提升中心臨床部（腫瘤醫(yī)院）的學(xué)科發(fā)展，打造先進(jìn)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)臨床平臺，有力支撐合肥研究院的物理技術(shù)研究，更好、更快地促進(jìn)臨床實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用轉(zhuǎn)化工作，為中科院未來生物醫(yī)藥及醫(yī)療設(shè)備研發(fā)、技術(shù)更新提供強(qiáng)大的支撐和服務(wù)。（楊琪 孫策）