“透視”生物組織

謝更好

在生物光子學(xué)這條路上，汪待發(fā)博士已經(jīng)行進(jìn)了十余年，熱情卻絲毫未減，因?yàn)檫@指向他的夢(mèng)想應(yīng)許之地。新的開(kāi)創(chuàng)

對(duì)于光，生物組織存在強(qiáng)散射現(xiàn)象?！芭e個(gè)例子來(lái)說(shuō)，一杯牛奶的內(nèi)部，我們是看不清的，這是因?yàn)榕Ｄ汤锩嬗泻芏嗟男☆w粒，造成了光的散射?！蓖舸l(fā)解釋說(shuō)。與此類似，當(dāng)一束光進(jìn)入渾濁不透明的生物組織后，經(jīng)過(guò)一個(gè)傳輸平均自由程，光束將丟失原始的方向信息，呈現(xiàn)漫射傳播。

當(dāng)下，在深層生物組織中實(shí)現(xiàn)高分辨的功能、分子影像或靶向光學(xué)治療、操控等一直是生物光子學(xué)領(lǐng)域最核心的挑戰(zhàn)?！拔覀冃枰平膺@一難題，如果我們能清晰地看透生物組織，那么許多疾病的診斷就會(huì)輕而易舉，例如皮膚癌、腸癌。當(dāng)然，它還有其他的意義，比如驗(yàn)證藥效、探究藥物作用原理等。”

從2001年考入清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開(kāi)始，汪待發(fā)就逐漸走上探尋這一目標(biāo)的道路。在清華大學(xué)，他從一名本科生成長(zhǎng)為博士，度過(guò)了9年的時(shí)光。“這期間除了學(xué)習(xí)專業(yè)技能外，我的人生觀、價(jià)值觀、為人處事的方式都有了很大的改變，我從老師和同學(xué)的身上學(xué)到了很多?！弊x博士時(shí)，汪待發(fā)參與了“973”計(jì)劃子課題和國(guó)家自然科學(xué)基金課題，開(kāi)展了散射光學(xué)斷層成像研究，提出了多種全新的重建算法和成像系統(tǒng)，獲評(píng)清華大學(xué)優(yōu)秀博士學(xué)位論文一等獎(jiǎng)，他本人榮獲清華大學(xué)優(yōu)秀博士稱號(hào)。當(dāng)時(shí)，清華大學(xué)有超過(guò)1000名博士生畢業(yè)，而一等獎(jiǎng)只頒發(fā)了22人。

走出清華大學(xué)的校門后，汪待發(fā)選擇來(lái)到北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院就職，繼續(xù)開(kāi)展光學(xué)斷層成像研究，并主持了包括國(guó)家自然科學(xué)基金在內(nèi)的多項(xiàng)相關(guān)課題。長(zhǎng)期以來(lái)，已有成像方法存在需要旋轉(zhuǎn)成像物體、笨重光源或探測(cè)部件等難題，汪待發(fā)迎難而上，在研究中提出了全新成像算法與裝置，例如基于旋轉(zhuǎn)鏡的斷層成像方法，為問(wèn)題的解決提供了新的突破口，得到了國(guó)內(nèi)外同行廣泛關(guān)注和認(rèn)可。

2014年4月，在國(guó)家留學(xué)基金的支持下，汪待發(fā)赴美國(guó)加州理工學(xué)院，與生物光子學(xué)領(lǐng)域的著名學(xué)者Yangchanghuei教授合作，針對(duì)生物光子領(lǐng)域的核心難題“如何在深層組織中實(shí)現(xiàn)光學(xué)聚焦”開(kāi)展研究。他們提出和建立了世界上最快的數(shù)字光學(xué)相位共軛方法，相對(duì)已有方法性能提升了近百倍，進(jìn)而在世界上首次透過(guò)超過(guò)2mm厚的、含血液流動(dòng)的動(dòng)物皮膚實(shí)現(xiàn)持續(xù)高強(qiáng)度光學(xué)聚焦。相關(guān)成果被三位審稿人一致推薦在Optlea（美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)OSA的頂級(jí)期刊，影響因子>5）上發(fā)表。論文發(fā)表后，得到了同行的廣泛關(guān)注，1年內(nèi)被引用20余次。

這一切，都成為了汪待發(fā)開(kāi)展國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的積淀?！拔野l(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，所以想將磁場(chǎng)與光學(xué)兩種模態(tài)組合起來(lái)，進(jìn)行生物光子學(xué)的研究。”他說(shuō)。轉(zhuǎn)化是著力點(diǎn)

“應(yīng)用和轉(zhuǎn)化是我開(kāi)展研究的著力點(diǎn)。把成果轉(zhuǎn)化工作做好，從大的方面說(shuō)可以減少國(guó)家的高端醫(yī)療影像進(jìn)口，造福國(guó)民：從小的方面講能培育人才隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值。”汪待發(fā)說(shuō)。

至今，汪待發(fā)在產(chǎn)品轉(zhuǎn)化方面已經(jīng)做出了許多成績(jī)。他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，為北京誼安集團(tuán)預(yù)研了下一代呼吸機(jī)的智能氣泵控制器：為北京納通集團(tuán)預(yù)研了基于電阻抗的椎弓根智能開(kāi)路器，避免了傳統(tǒng)椎弓根手術(shù)中螺釘植入過(guò)程中的刺破脊椎神經(jīng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)準(zhǔn)確度和安全性。另外，他還為清華大學(xué)研發(fā)了一套可穿戴式心理生理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)尺寸小，續(xù)航高達(dá)1周，支持運(yùn)動(dòng)脈搏波監(jiān)測(cè)和心理評(píng)估，為心理學(xué)的定量研究提供了全新的研究工具和手段。當(dāng)然，最值得一提的還是其團(tuán)隊(duì)推向市場(chǎng)的中國(guó)第一臺(tái)大型高端近紅外光譜腦功能成像（fNlRs）系統(tǒng)。

“利用組織光譜特性的差異，fNlRs可以高時(shí)間分辨地探測(cè)和成像腦活動(dòng)激活的腦皮層血流和血氧含量的變化，進(jìn)而有效地對(duì)腦活動(dòng)進(jìn)行可視化和定量評(píng)估?！蓖舸l(fā)介紹說(shuō)。相對(duì)于腦電、功能核磁共振等其他成像方法，fNIRs具有成本適中、時(shí)間分辨率高、空間分辨率適中、對(duì)運(yùn)動(dòng)不敏感等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在已發(fā)展成為一種不可或缺的腦功能成像模態(tài)，在基礎(chǔ)科研和臨床應(yīng)用中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，被眾多國(guó)內(nèi)外研究者青睞。盡管近幾年國(guó)內(nèi)利用fNlRs開(kāi)展基礎(chǔ)研究和臨床的單位急劇增加，這一大型高端影像設(shè)備的中國(guó)市場(chǎng)一直由國(guó)外控制?！霸谶@方面，我們必須要趕超外國(guó)，打破壟斷，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展?！蓖舸l(fā)說(shuō)。

基于多年在散射光學(xué)領(lǐng)域的研究技術(shù)基礎(chǔ)，以及在微弱信號(hào)探測(cè)領(lǐng)域的積累，汪待發(fā)用了多年的時(shí)間，突破了超微弱、超寬動(dòng)態(tài)范圍近紅外光檢測(cè)，時(shí)空頻多重耦合的多通道多光譜并行高速探測(cè)、近紅外光譜信號(hào)處理和分析診斷方法等核心技術(shù)，自主研發(fā)出了中國(guó)第一臺(tái)高端大型fNlRs系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，新設(shè)備相關(guān)指標(biāo)已可與國(guó)際高端產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)，部分核心性能指標(biāo)有所超越，并具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。目前設(shè)備已經(jīng)被清華大學(xué)、國(guó)家康復(fù)輔具中心、深圳大學(xué)、中國(guó)康復(fù)研究中心等單位采購(gòu)或應(yīng)用。

“產(chǎn)業(yè)化過(guò)程會(huì)遇到太多難題?！蓖舸l(fā)說(shuō)。盡管在應(yīng)用上有了好的開(kāi)端，他依然覺(jué)得，與其說(shuō)要打通產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的最后一公里，還不如說(shuō)距離真正實(shí)現(xiàn)技術(shù)成果產(chǎn)業(yè)化之路還有99公里。為了推進(jìn)這“99公里”，依托北京航空航天大學(xué)產(chǎn)業(yè)研究院，以近紅外光譜腦功能成像為核心技術(shù)，汪待發(fā)與一群志同道合者一起，創(chuàng)立了丹陽(yáng)慧創(chuàng)醫(yī)療設(shè)備有限公司。這是一家專注于為腦研究和腦健康提供創(chuàng)新、專業(yè)解決方案和服務(wù)的高科技企業(yè)，目前已經(jīng)形成了產(chǎn)學(xué)研用一體的完整規(guī)劃，并得到了“丹陽(yáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才”等當(dāng)?shù)卣萍颊叩姆龀?。正如他所說(shuō)，這條路走起來(lái)并不容易，但是他仍有志于此，因?yàn)樵谒闹?，這是值得去做的事。

“實(shí)踐出真知”，經(jīng)過(guò)多年來(lái)在科研與產(chǎn)業(yè)化道路上的探索，汪待發(fā)已經(jīng)將這一理念融成了行事風(fēng)格。作為一名師者，他在對(duì)本科生和研究生的授課過(guò)程中也因材施教，注重實(shí)踐與科研環(huán)節(jié)的雙重培養(yǎng)。近年來(lái)，他指導(dǎo)大學(xué)科研訓(xùn)練計(jì)劃（sRTP）1項(xiàng)、馮如杯競(jìng)賽3項(xiàng)。其中，“馮如杯”為北京航空航天大學(xué)年度學(xué)生競(jìng)賽項(xiàng)目，每年有4000多名本科生參與，計(jì)上千支參賽隊(duì)伍。而汪待發(fā)指導(dǎo)的競(jìng)賽項(xiàng)目分別在2013和2014年獲得一等獎(jiǎng)和二等獎(jiǎng)。

現(xiàn)在，如何開(kāi)展前沿的研究解決生物光子學(xué)領(lǐng)域的核心難題，如何將創(chuàng)新的技術(shù)向市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，是汪待發(fā)每天不斷在思考的問(wèn)題。在國(guó)家科技創(chuàng)新的東風(fēng)下，作為自主高端醫(yī)療腦功能影像設(shè)備的先行者，他會(huì)一往直前！