工高人 | 吴丹：摘取医学影像领域“明珠”，不断刷新磁共振成像技术极限

工高班

    全称“浙江大学工程教育高级班”，是浙江大学竺可桢学院的交叉特色辅修班级。工高班自1994年建班以来产生了累累硕果，无论是奖学金、学科竞赛还是科研活动，都能在一线见到工高人活跃的身影。

   自工高班创立起来，工高人就一直在不断开拓进取，在各种各样的舞台上展现智慧与创想。今天，让我们将目光放到一位生物医学影像技术的前沿探索者身上。

吴丹  博士生导师2004浙江大学级生物医学工程校友，竺可桢学院工程教育高级班成员，2015年博士毕业于全美生物医学工程排名第一的约翰霍普金斯大学生物医学工程系，曾任约翰霍普金斯大学助理教授。目前主持国家自然科学基金委优秀青年科学基金、青年、面上、重点项目子课题、国家科技部重点专项、浙江省创新创业团队（首席）等；在美期间曾以首席科学家身份主持美国国家卫生所R01、R21、R03基金项目。入选2019年度麻省理工科技评论35岁以下35人中国榜单、2020年度达沃斯世界经济论坛青年科学家、2021年浙江省鲲鹏计划等。

10 月 28 日至 29 日，由杭州未来科技城（海创园）管委会指导，DeepTech 主办的世界科技青年论坛暨 “35 岁以下科技创新 35 人”（TR35）全球-亚太区线下发布仪式，在杭州未来科技城成功举办。

论坛上，300余名与会者共同见证了新一届全球及亚太青年科技引领者登场，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院研究员吴丹也在场做了精彩分享。

生物医学的首要研究对象就是人类的生命健康，这是一个很大的话题。

从古代中国的望闻问切到西方的基础解剖学，再到近现代医学，生物医学可以说是经历了非常长的发展过程。肉眼可见的变化是，人类寿命从 18 世纪的 40 岁变为 20 世纪初的 80 岁，这都得益于医学技术的突飞猛进。

那么，是什么样的力量推动生物医学向前发展呢？其实就是工程技术的创新及其在医学领域的应用。

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打破生物医学

工程：推动现代医学发展的技术力量

19 世纪末 20 世纪初，随着工程技术的蓬勃发展，现代生物医学逐渐形成，出现了 X 光机、心电图监测仪、以及呼吸机等医疗仪器，这极大提高了医生诊断的准备率和有效性，手术室也随之发生很大的变化。

现在，我们已经有了非常先进的达芬奇手术机器人，有了非常先进的微创手术系统，这些先进医疗设备能够帮助医生实施复杂的外科手术，提高操作的精准率。

在此背景下，生物医学工程应运而生，并成为连接生物医学和工程技术之间的桥梁。

吴丹表示，实际上，生物医学工程就是用工程技术的手段解决生物医学领域的一些科学问题。

2004 年，吴丹开始踏入生物学工程的领域，至今已有 18 年的学习和工作经历，并一直对该领域保有热爱。

从本质上来说，生物医学工程是非常交叉的学科，其研究领域涵盖医学仪器、医学影像、纳米技术及神经工程等。

吴丹举例说，小到体温监测仪，大到 “人工肺” ECMO，这些医学仪器都属于生物医学工程的研究范畴。

此外，数字医疗系统也是生物医学工程的研发重点，通过电子病历系统和医疗数字网络就可以在云端实现远程诊疗以及慢性病健康管理。

而吴丹本人投身医学影像领域，她认为医学影像就好比医学界的一双荷鲁斯之眼，可通过完全无创手段帮助医生获取到人体的结构和功能信息。从 X-ray 到 CT 到超声到 PET 到 MRI，不同的成像设备能给到医生不同的信息。

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磁共振成像：从

毫米达到亚毫米到微观世界

在医学影像领域，最顶尖的明珠就是磁共振成像，这是非常神奇的技术。基于该技术的磁共振扫描仪，可以得出人体从结构到功能的各方面信息，如大脑结构、神经纤维结构、造影等。

此外，相比于 PET-CT 断层显像，磁共振成像没有辐射性，是完全安全的成像技术。

据了解，磁共振成像技术是对水分子进行成像，通过水分子组织内扩散获取肉眼看不到的微观结构信息，如细胞大小、密度、渗透性等在病理状态下的变化，并以工程技术的手段得以实现，可用于治疗肿瘤等重大疾病。

不过，在技术领域，磁共振成像还有一些痛点存在，即成像的速度和分辨率受到一定局限。

当前，病人需要在磁共振扫描区域躺上十几分钟甚至半个小时以上，才能得到可用的成像模态。

为此，吴丹现在正专注快速高分辨率的成像序列研发，并在高场弥散磁共振的成像分辨率和成像速率上达到了世界领先水平。

成像序列就是根据物理成像原理设计一个序列，即一系列射频脉冲组合，以得到需要的成像、分辨率、速度及对比度。换句话说，成像序列就相当于计算机的操作系统，可以控制磁共振成像的扫描过程。

目前，吴丹课题组所研发的序列在某些领域已达到了领域内最高的成像分辨率，如扩散磁共振，能看到大脑里非常精细的结构。

吴丹表示，“从空间分辨率上，我们已从毫米达到了亚毫米的水平，但还远远不够，我们还是不能观测到特别微观的结构。在此情况下，我们需再进一步突破空间分辨率的局限。”

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高校与企业并进，中国

磁共振成像产业蓬勃发展

技术研发不是无源之水。事实上，生物医学工程领域的研究者是针对临床医学中碰到的问题来专门设计某项工程技术。

比如，大脑早期是怎样发育结构和功能的呢？

由于大脑最早发育是在还没有出生的胎儿时期，而胎儿在妈妈肚子里处于不断运动中，对成像技术来说是非常有挑战性的，需克服很多的技术难点。

这时，快速成像及伪影就起到了关键作用，可捕捉到大脑发育的过程和图谱。

吴丹称，经过十多年的工作，其研发出的技术在基础脑科学和临床机器上均有不少应用，并通过与磁共振企业合作把成像序列实际用到了医院的成像系统。

从整个领域来说，美国的通用电器、西门子、飞利浦等已占据 90% 以上的市场份额，且中国磁共振设备的人均拥有量远远低于欧美的发达国家。

近年来，磁共振成像产业开始在中国蓬勃发展。目前，在中低端的产品线上，中国已占有一定的市场份额量，不过在高端产品线仍处于比较初期的研发阶段。

吴丹认为，高校所研发的前沿技术和企业之间可以寻求共同发展的结合点。目前，浙江大学与西门子、联影企业均有深度合作，并在科研项目以及学生培养上做了很多工作。

她表示，生物医学工程特别是医学影像，是非常让人振奋人心的领域，同时也是值得她终生奋斗的事业。

在未来的 5 到 10 年中，吴丹将在磁共振成像领域持续耕耘，并结合临床及产业需求，更多地在核心部件和关键技术方面做最前沿的研发。

文章来源：DeepTech深科技、浙大校友创业观察