武漢一張新名片，華科大數(shù)字PET

對于一個剛剛蹣跚上路的科研小白來說，

夢想中的成長平臺應該是什么樣子？

這個平臺，有國際前沿的科研方向、

世界一流的科研成果、國際化的指導團隊、行業(yè)內(nèi)的頂尖專家；

這個平臺，有源源不斷的資源，學生有機會飛到世界各地，

參展開會、學習交流、開拓視野；這個平臺，有智慧的人才培養(yǎng)模式，

本科生、碩士生也可斬獲各種國際大獎。

在華中科技大學，就有這樣一個夢之隊，

他們跨生物醫(yī)學工程、電子、數(shù)學、機械等十余個學科，

開創(chuàng)引領了全球PET成像新方向，

集結(jié)了相關(guān)領域的一流師資力量，培養(yǎng)了一批產(chǎn)業(yè)領軍人才。

這就是華中科技大學數(shù)字PET研究團隊。

數(shù)字PET第一課

為解開這一疑問，謝教授給記者解釋了數(shù)字PET的前世今生。

PET是正電子發(fā)射斷層成像（Positron Emission Tomography）的簡稱，是當前最尖端的醫(yī)學分子影像設備之一。PET能夠無創(chuàng)、定量、動態(tài)地評估生物體內(nèi)各個功能器官的代謝水平、生化反應和功能活動，是一種生化靈敏度極高的核醫(yī)學分子影像技術(shù)。PET在惡性腫瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病等重大健康危害的研究和診療方面具有獨特的優(yōu)勢和巨大的潛力。

要更加深刻又全面地了解PET，就要從醫(yī)學影像的出現(xiàn)說起。

在醫(yī)學影像出現(xiàn)前，醫(yī)生給病人看病，只能“望聞問切”，從疾病的表面癥狀入手，推斷病情。而醫(yī)學影像的出現(xiàn)，則為醫(yī)生直觀看到人身體打開了一扇大門。此后，當病人骨折，醫(yī)生能看到骨骼斷裂的情況；當病人胃疼，醫(yī)生能看到胃里的潰瘍?？梢哉f，醫(yī)學影像的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的診療方式。醫(yī)學影像從1895年倫琴射線的發(fā)現(xiàn)開始，發(fā)展到現(xiàn)有的超聲、光學、CT、MRI、PET等等，它的發(fā)展也標志著現(xiàn)代醫(yī)學的發(fā)展。

那么PET成像的原理是什么？

謝教授以一個案例來說明。假設有人的肝臟長了一個小小的腫瘤。在開始階段，這個腫瘤的密度和周圍肝臟的密度沒有差異，CT或MRI這樣的解剖成像無法區(qū)分，醫(yī)生難以發(fā)現(xiàn)。但腫瘤之所以是腫瘤，它必然與正常組織有差異。比如，腫瘤細胞的代謝強度要旺盛很多——正常細胞一餐吃一碗飯的話，腫瘤細胞可能得一頓吃兩碗。科學家們決定給細胞喂帶有標記的“食物”——放射性示蹤劑。細胞們吃完飯再來個合影，吃得多標記多的地方是腫瘤，吃得少標記少的是正常組織，難題迎刃而解。

科學家們要觀察的標記，就是正電子。放射性示蹤劑被細胞吸收，就會衰變釋放出正電子。正電子與細胞里的電子相遇，就會雙雙消失，留下一對伽馬光子，這就是“湮滅”。高能伽馬光子被閃爍晶體捕捉轉(zhuǎn)換成很多個可見光光子，然后通過光電轉(zhuǎn)換器件將其轉(zhuǎn)變成電脈沖，再通過信號處理電路變成數(shù)字信號，由符合算法形成投影數(shù)據(jù)，最后通過圖像重建算法形成醫(yī)生可以解讀的圖像。這就是PET的成像過程。

那什么是數(shù)字PET呢？

要回答什么是數(shù)字PET，先得說什么不是數(shù)字PET。在上面說到的成像過程中，PET的信號經(jīng)歷了多次的變換。其中，在將電脈沖轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的時候，有一個巨大的挑戰(zhàn)。這種電信號是一種高速閃爍脈沖，上升沿只有1-2個納秒。如果用數(shù)字電路中傳統(tǒng)采樣方法來采樣，其要求的采樣頻率和實現(xiàn)功耗都遠遠超出可行的范圍。因此，傳統(tǒng)的PET不能精確采樣信號，只有采用模數(shù)混合電路對信號進行整形、拉寬、放慢等模擬處理來間接獲取時間、位置、能量信息，信號精度低、數(shù)據(jù)質(zhì)量差，成像效果自然不好；而用模擬電路處理的功耗和成本非常高，抗擾能力弱、調(diào)試維護難，系統(tǒng)復雜而性能受限。這也造成了傳統(tǒng)PET使用難、應用窄的短板，應用量遠遠低于同時代發(fā)明的CT和MRI。

面對這個世界難題，華中科技大學數(shù)字PET實驗室選擇了一條與眾不同的解決方法。

2004年，謝慶國教授在國際上首次提出“全數(shù)字PET”的概念。該技術(shù)以“多電壓閾值采樣”（MVT）從源頭上實現(xiàn)了超高速閃爍脈沖的精確數(shù)字化，它以“全數(shù)字”和“精確采樣”為本質(zhì)特點，在擺脫模擬處理電路的同時獲取精準的閃爍脈沖波形數(shù)據(jù)，事半功倍地解決了問題。這個技術(shù)為數(shù)字PET帶來了一系列革命性優(yōu)勢：

高性能：精準的信息數(shù)字化、無損無丟失地獲取，保證了分辨率、靈敏度、計數(shù)率、信噪比、圖像質(zhì)量等一系列性能參數(shù)地提升。這在臨床上意味著可以發(fā)現(xiàn)更小的腫瘤、更小的病灶，實現(xiàn)更早診斷、更早治療，使得個性化精準治療成為可能。

模塊化：數(shù)字化帶來的模塊化設計，便于維護、升級、更新以及組成多種不同結(jié)構(gòu)的PET系統(tǒng)。這使平板PET、超長軸向PET（超級PET）、異質(zhì)探測器的PET、頭盔式PET等都成為可能。

寬應用：高性能及模塊帶來的性能和功能優(yōu)勢，使PET變成一個通用的配件，極大拓展應用。例如應用于質(zhì)子刀在線監(jiān)測的數(shù)字PET、PET/MRI等等。

借助原理創(chuàng)新的巨大技術(shù)勢能，謝教授的團隊于2010年完成了全球首臺動物全數(shù)字PET，成為天天“忙活”的科研利器，迄今為國內(nèi)外的眾多科研單位進行了4000多例成像；2015年，團隊又完成全球首臺臨床數(shù)字PET，目前正在廣州中山大學附屬醫(yī)院進行臨床試驗，很快將投入臨床使用。此外，應用于“治癌利器”質(zhì)子刀在線監(jiān)測的平板全數(shù)字PET、面向腦疾病的頭盔式PET、作為大科學儀器的超級全數(shù)字PET等一系列新系統(tǒng)也在源源不斷地鋪開……

作為數(shù)字PET的發(fā)明團隊，他們開創(chuàng)和引領了全球PET成像的新方向。

你敢做，我們就敢讓你做

事在人為。要成就數(shù)字PET這樣集大成的前沿學科，人才自然是核心。PET成像原理極其復雜，其研制涉及到生物醫(yī)學工程、電子、數(shù)學、機械、放射學等十余個學科，需要群英薈萃。endprint

怎么能找到相關(guān)學科的“頂尖高手”？

謝教授的老搭檔肖鵬教授開玩笑說，謝老師其實是一個批著科學家外衣的獵頭經(jīng)理。他經(jīng)常借著講座的機會，拋出奇怪刁鉆的問題，“勾引”那些愛思考、愛質(zhì)疑的聽眾?？吹接泄趋狼迤娴暮妹缱樱颓Х桨儆嬐纤麃磙k公室談心，跟他聊聊人生、談談學術(shù)，一步步請君入甕。很多出身電子、機械、自動化、計算機這些熱門專業(yè)的好孩子，都慘遭洗腦，放棄穩(wěn)妥光明的就業(yè)前景和錢景、告別BAT這些大公司的召喚，一頭栽進數(shù)字PET實驗室跟謝老師搞科研。

在2017年日內(nèi)瓦發(fā)明展上憑借頭盔式PET斬獲金獎的“95后”本科生高敏，是謝老師的得意門生之一。但是，剛進實驗室的時候，作為科研小白的高敏一定想不到會這么快成為團隊的骨干。大三暑假，剛剛保研進入團隊的她，忽然被謝老師任命為組長，負責管理一堆師兄師姐，其中不乏博士研究生。

“我這個人就是不怵，不害怕。別人可能會說，你一個本科生怎么能干這個。但是當謝老師問我愿不愿意做的時候，我覺得我可以做?！?/p>

你敢負責，謝教授就敢讓你承擔。

任命剛?cè)腴T的本科生在有研究生、博士生的團隊里當組長，看起來有點形同兒戲，但謝慶國卻成竹在胸?！拔矣幸粋€觀點，就是要提倡大學自信。這個自信跟你是名牌大學和普通大學學生無關(guān)，跟你身上的標簽無關(guān)，這個自信只跟你做人的態(tài)度和做事的水平有關(guān)。作為一個大學生，首先你得相信自己、敢做，我們就敢無條件地相信你、讓你做。”

謝慶國認為，大學生跟中學生有很大不同，他們已經(jīng)是即將走入社會的成年人，具備很強的獨立思考能力，必須給予學生放手做事的絕對信任，在“放養(yǎng)”的基礎上，再細心打磨出既有專業(yè)能力又有管理能力的科研“通才”，這樣的通才——才是拔尖的人才。

2017年4月，高敏被安排以頭盔式PET的發(fā)明項目去參加第45屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展。在其他實驗室都有老師帶隊的情況下，高敏作為華中科技大學參展人員中唯一的本科生，只身代表實驗室前往。她需要單槍匹馬操辦參展、布展、講解等全部工作，而那也是這個小姑娘第一次出國。在展會上，高敏充分展示出頭盔式PET數(shù)字化、模塊化、全覆蓋等創(chuàng)新概念，讓這個充滿想象力的發(fā)明一舉斬獲展會的金獎。對這個結(jié)果，高敏興奮而自豪：“就因為兩個字——相信。謝老師相信我能做到，能做好，所以，我最終沒有辜負他的信任！”

謝慶國的放手和信任，就足以讓高敏完成了一次蛻變，迎來了開掛的人生。

2017年11月，高敏又一次幸運地以主創(chuàng)身份參與一項重大科研活動——全數(shù)字平板PET的首次質(zhì)子束在線監(jiān)測實驗。在中國僅有的三家質(zhì)子治療中心之一——臺灣長庚醫(yī)院，高敏作為意大利籍教授Nicola的搭檔，成功利用全數(shù)字平板PET在線監(jiān)測到半衰期極短的氧15，意味著數(shù)字PET有望破解精準獲知質(zhì)子作用范圍和投遞劑量的這道世界難題。

“還是相信。但謝老師的這次相信，其實冒著更大的風險?！备呙粽f，“質(zhì)子設備造價非常昂貴，動輒幾十億人民幣。治療費用也是天價，3分鐘的療程，市價二十幾萬人民幣。長庚醫(yī)院為這個實驗，將兩個治療室給我們使用兩天兩夜。我們的每一分鐘都十分寶貴！”

為了不辜負這份高風險的相信，高敏硬是拿出了爺們兒的狠勁兒，“拼了！”這位95后的嬌小姑娘說到這里，語氣卻透露著倔強?！斑@次去臺灣，我和Nicola教授連拖帶扛一起帶了80公斤的設備。出發(fā)前的晚上，花了一個通宵拆裝，到了臺灣，又花一個通宵組裝。剛運行時設備不穩(wěn)定，就連夜一個個地找問題、做測試。最終，我們在短短兩天內(nèi)成功得到了理想的實驗結(jié)果?！?/p>

這幾天，高敏又在忙活另一項實驗室布置的大任——心腦全數(shù)字PET在武漢大學人民醫(yī)院的裝機應用。“數(shù)字PET這個平臺真的很好，只要你有這個膽子，有這個心勁，老師們就會盡其所能把所有的資源都給你。這些資源是團隊經(jīng)過十幾年努力才積累起來的，老師們毫無保留地奉獻給我們，就是為了給我們一個不同于別處的高起點，這就像一個夢想的舞臺，我們只要努力，就能在上面發(fā)光發(fā)熱。”

“你有多敢想，我們就有多敢給，不僅敢給，我們也能給。這樣不斷去挑戰(zhàn)學生的極限，我的培養(yǎng)方式就是這么‘簡單粗暴！”謝慶國笑著說。

世界一流大學國際一流老師

不一樣的學生培養(yǎng)，自然離不開不一樣的教師團隊。

華科大數(shù)字PET實驗室成立于2001年，現(xiàn)有4名教授，帶領著從本科生到博士后40多人的團隊。

除了謝慶國，團隊其他教授也都是PET領域的新老精英：畢業(yè)于俄羅斯工程物理學院的俄羅斯籍教授Valeri Saveliev是硅光電倍增管發(fā)明人之一、光電器件領域頂尖專家；畢業(yè)于漢堡大學的意大利籍教授Nicola D'Ascenzo主攻高能粒子物理與探測技術(shù)；畢業(yè)于國立新加坡大學的肖鵬教授則專注于數(shù)字PET新型系統(tǒng)設計和圖像重建領域?！拔覀冏龅氖侨蛞涣鞯目蒲?，當然要在全球范圍集結(jié)一流人才。”謝慶國介紹，數(shù)字PET這一領跑技術(shù)的出現(xiàn)，為整個PET產(chǎn)業(yè)帶來鏈式創(chuàng)新，各個環(huán)節(jié)的頂尖人才也隨之匯聚而來。

談到兩位外籍教授，謝慶國介紹道，“他們?nèi)肼毲耙言谶@兒工作過相當長一段時間，我們互相看一看合不合適。2014年年底，他們確定全職在華工作。其中，Nicola更是舉家搬到武漢，妻子也將入職華中科技大學，兩個女兒都將成為‘新中國人?！?/p>

“外籍專家很純粹，相對于國外的水準，他們在這的工資并不高?！敝x慶國教授說，“他們都是看重了數(shù)字PET這個處于世界最前沿的科研平臺，借助這個平臺，將來這些科學家的技術(shù)可以通過產(chǎn)業(yè)化被真正廣泛運用，從而擁有持續(xù)的生命力，這個是他們最為看重的。”

肖鵬教授補充道，中國的大環(huán)境變了，以前國內(nèi)的人才都是跑到國外發(fā)展，現(xiàn)在這個情況正在發(fā)生反轉(zhuǎn)，人才輸出變成了人才輸入。

發(fā)生反轉(zhuǎn)的，不僅僅是人才的流動模式。endprint

隨著以數(shù)字PET為軸心的科研高地的形成，團隊也在源源不斷地輸出技術(shù)和產(chǎn)品，“中國正以輸入技術(shù)為主反轉(zhuǎn)為輸出技術(shù)——這也是‘中國自信的一部分。”肖鵬說。

2017年，華中科技大學數(shù)字PET裝置被送到芬蘭國家PET中心用于疾病研究和新藥研發(fā)，這是該中心首次使用來自中國的設備。芬蘭國家PET中心是全球唯一國家級PET研究中心，在心血管和代謝、腦、癌癥、炎癥研究等領域影響力突出，世界各大PET廠家都把自己的產(chǎn)品在該中心裝機視為業(yè)界高度認可的標志。芬蘭PET中心主任尤哈尼·克努蒂表示，謝慶國教授團隊的數(shù)字PET在世界同類產(chǎn)品中處于頂級水平。

謝慶國團隊還與意大利莫里塞大區(qū)達成合作協(xié)議：意大利腦科學研究中心將引進謝慶國團隊自主研發(fā)的全球首臺人體臨床全數(shù)字PET，雙方還將合作建立數(shù)字PET莫里塞研究中心，共同開展腦科學研究。這將是意大利首次在本土建立中國的海外研究中心。

謝慶國教授表示，如今，國際上好一些的大學都會進行PET研究。中國研究PET的大學也很多。“我們比較自豪的一點就是，我們是研究PET的學校里唯一沒有核物理、高能物理專業(yè)的學校。其他的大學，比如說芝加哥大學，它本身就是核物理的發(fā)源地，像早期的費米（Fermi）、反應堆等。但我們依托學校優(yōu)勢的工科和醫(yī)科交叉，從數(shù)字化技術(shù)切入，打了個出奇制勝?！?/p>

“獨門”教學“秘方”打造產(chǎn)業(yè)領軍人才

“我們另一個比較自豪的就是，從PET這個領域的人才培養(yǎng)規(guī)模上看，我們可是全球最大的?！敝x慶國教授說，“我們現(xiàn)在很有把握，照這樣發(fā)展下去，能夠培養(yǎng)出一批產(chǎn)業(yè)界的領軍人才?！?/p>

那么，實驗室究竟有怎樣的獨門絕技，讓謝教授有如此的底氣？

謝慶國教授強調(diào)，實驗室一直堅持建構(gòu)式、研究型教學方式。對于建構(gòu)式教學，他進行了一番形象的解釋?！敖?gòu)式教學其實是和人認知世界的過程很類似。比如高敏在老家的時候，看見的馬都是白色的，所以她得出一個結(jié)論：馬是白色的。等她來到武漢，發(fā)現(xiàn)有黃色的馬，她就會修正觀點，認為老家的馬是白色的，武漢的馬是黃色的，馬有黃色和白色之分。之后，她看到的東西會越來越多，就會在這個過程中慢慢去發(fā)現(xiàn)，這個是被什么東西決定的，那個是被哪些科學所決定的。”

數(shù)字PET實驗室也十分強調(diào)研究型教學?！拔覀儽容^喜歡做的一件事情，就是一把本科生豁騰進來就做研究。”謝慶國教授特地選了“豁騰”一詞，“就是忽悠進來，要讓他開始做一個研究性的東西?！?/p>

對于教學方面，謝教授也進行了一番思考與改良。他認為之前的教學工作中存在著一定誤區(qū)：過分強調(diào)工作量，而不注重它的質(zhì)，所以這也是在教學過程中著重去改變的。比如，對于基礎學科和專業(yè)學科所設置的課時應該是不一樣的?；A學科的課時應稍多一些，專業(yè)學科則最好不超過32個學時。專業(yè)學科課時太多，就會演變成教授疲于奔命，教學效果也不會好。在剛剛完成的華中科技大學生命學院國際學科評估會議上，由國際權(quán)威專家組成的學科評估委員也跟謝老師的觀點不謀而合：目前生命學院的本科生獲得學位需要修的學分偏多，讓學生少上點課、多做點科研，會更利于他們成才。

謝教授還十分注重發(fā)揮學生自主性，強調(diào)科學強調(diào)方法。“說句老實話，10%的知識是通過課堂上教學學來的，20%是導師教的，剩下的70%其實都是靠自己的。所以我認為平時對學生進行點撥就足夠了。不要一天到晚地干涉，指一步動一步。這是不行的?！?/p>

高敏介紹道，實驗室每周都會開組會，由實驗室成員輪流負責主講，時長一個半小時左右，內(nèi)容不限，可以說是十分自由。同學們都會分享自己在科研上的新發(fā)現(xiàn)，或者現(xiàn)在熱門的科學話題等。通過每周一次的自由組會，也可一窺謝老師是如何將教育理念轉(zhuǎn)化為實際行動，實驗室就是以這種方式，給予學生充分自由又隨時加以指引，潤物細無聲地滋潤著“苗子們”的萌芽、成長。

謝慶國教授對于《射雕英雄傳》中一對一、多對一的教學方式十分贊成?！啊渡涞裼⑿蹅鳌分v得很清楚，好多個老師來教一個郭靖，郭靖就厲害了。王重陽比江南七怪厲害多了，但是他教的七個學生可能都打不過郭靖。實際上從教育的角度來講也是這個道理。所以要增加一對一，多對一的培養(yǎng)，這樣的效果會更好。

比如實驗室的碩士生呂旭東，他本來是光電學院的學生，因?qū)熍c謝慶國的合作關(guān)系，他加入到數(shù)字PET實驗室，同時得到光電學院和生命學院多個老師的指導，現(xiàn)在，他已經(jīng)是實驗室負責探測器研發(fā)的組長，是團隊的骨干成員。

就在剛剛結(jié)束的華中科技大學海鯨探索獎學金評比中，呂旭東在60個入圍選手中拔得頭籌，斬獲了一萬元頭等獎?！斑@真是多虧了前不久謝老師的一頓罵?！眳涡駯|說，一個星期前，謝老師帶他去上海參加一個學術(shù)研討會，想到自己是個學生，他就躲到最后，全程一言不發(fā)。當天晚上，謝老師特別生氣，直接開罵：“別人難道就一定比你行？你太不把自己當回事了！”那次事情對他的震動特別大，是啊，如果自己都覺得自己不行，那別人怎么可能記住你、看重你呢？吸取了教訓，在海鯨探索獎學金評比現(xiàn)場，呂旭東硬是當了一回“麥霸”：他直接坐到評委邊上，在每個選手的問答環(huán)節(jié)都會提問。這個操作的效果真是不同凡響，幾乎每次茶歇，他身邊都會有一堆學生甚至教授過來交流，“我從他們眼里看到了認可、看到了欣賞，這應該為我加了不少印象分?！眳涡駯|說。

“要培養(yǎng)一批產(chǎn)業(yè)領軍人才，不僅不能讓他們的天賦才華被浪費，更要不斷挑戰(zhàn)他們的極限、激發(fā)他們的潛能?！北M管成績斐然，但謝慶國最看重的，卻不是團隊成就的這些事，而是培養(yǎng)出的人。

這也是數(shù)字PET實驗室教授團隊的共同理念。

“Dont Panic（別害怕）?！?/p>

在數(shù)字PET發(fā)明人謝慶國教授的辦公室門上，設有一個醒目的標識。謝慶國教授介紹說，這句話其實是被譽為“科幻圣經(jīng)”的小說《銀河系漫游指南》里的經(jīng)典名句。在這本指南手冊上，Dont Panic是印在封面的座右銘，提醒星際旅行者們在進入未知、墮入混沌的時候，不要害怕、不要恐慌。在謝慶國看來，它有兩層含義：其一，科研之路是通向未知的道路，啟程的時候的確要有一往無前的勇氣；其二，謝教授的倔脾氣全校知名，但同學來找他都歡迎，只管放膽敲門。

經(jīng)謝教授的一番鼓勵，記者雖是文科生，也鼓起勇氣拋出第一個問題：數(shù)字PET被稱作醫(yī)療裝備界的“兩彈一星”，它到底是什么？

世界一流大學

一流學科

雙一流

2

world first-class

universities and disciplines

專欄主持：尹穎堯

1.謝慶國團隊在臨床全數(shù)字PET鄂州產(chǎn)業(yè)化基地

2.謝慶國團隊在動物全數(shù)字PET蘇州產(chǎn)業(yè)化基地

借助原理創(chuàng)新的巨大技術(shù)勢能，謝教授的團隊于2010年完成了全球首臺動物全數(shù)字PET，成為天天“忙活”的科研利器，迄今為國內(nèi)外的眾多科研單位進行了4000多例成像；2015年，團隊又完成全球首臺臨床數(shù)字PET，目前正在廣州中山大學附屬醫(yī)院進行臨床試驗，很快將投入臨床使用。

數(shù)字PET實驗室2014年集體照

世界一流大學

一流學科

雙一流

world first-class

universities and disciplines

日內(nèi)瓦發(fā)明展獲獎者合照

全球首臺人體臨床數(shù)字PET

裝機廣州中山大學附屬第一醫(yī)院和中大附屬腫瘤醫(yī)院

就在剛剛舉行的面向大四學生的招生宣講中，肖鵬教授的一番演講顯得格外另類：

我們期望的學生得有passion（激情）、ambition（夢想）、

courage（勇氣）、responsibility（責任），最重要的，還得夠stupid（愚蠢）。

只有愚蠢到足夠倔強、足夠堅韌、足夠瘋狂，才能接受足夠高的挑戰(zhàn)，才能完成華麗蛻變！

“以partner（合伙人）的定位加入，而不是以student（學生）的定位加入，

相信自己夠牛，你就真的有這么牛！”謝慶國如是說。endprint