提升原始创新能级 感受北京向“新”而行

科技工作者之家 04月12日

作者:田瑞颖    来源:中国科学报

戴上3D眼镜,患者肠道内一枚仅3毫米的息肉,在显示器下被清晰立体化呈现。在北京友谊医院消化内镜中心内镜室,每天都会有很多患者在3D内镜成像系统的帮助下,被医生揪出极易癌变的“隐形杀手”。

北京友谊医院消化内镜中心单镜头3D内镜成像系统 田瑞颖摄

据北京友谊医院消化中心第二党支部书记、消化实验室副主任朱圣韬介绍,传统2D内镜检查设备很难检出微小或形状扁平的息肉。但借助单目3D成像系统,能将息肉检出率提高1.54倍、腺瘤检出率提高1.45倍。

在北京市大力支持下,2023年,北京友谊医院联合中国医学科学院药物研究所、中国科学院苏州国科医工科技发展(集团)有限公司,共同组建“消化健康全国重点实验室”,形成了“产学研医”协同创新体系,从新药物、新器械、新策略和新体系四个方向开展消化系统疾病前沿科研创新工作,取得了一系列重要成果,其中团队全球首创的消化内镜的单目3D成像系统已完成上千台的患者检查。

服务人民生命健康

“早发现,早诊断,早治疗。”对于消化道肿瘤,无论是在面向大众的健康电视节目,还是面向媒体的各种场合,北京友谊医院院长张澍田一再强调呼吁。

张澍田 田瑞颖摄

食管癌、胃癌和结直肠癌等消化道肿瘤,是我国发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一,严重威胁着人民健康。相比进展期肿瘤,早期消化道肿瘤患者的5年生存率要高出很多。因此,早期发现和精准诊治至关重要,而消化内窥镜则是目前WHO(世界卫生组织)推荐的首选方法。

“在当前的肠镜检查中,微小或隐藏的病变往往难以识别。如何精准观察病变, 特别是细微病变的真实形态,是一个亟待解决的问题。”张澍田说。

消化学科是北京友谊医院的重点和特色学科,为了解决该问题,研究团队与新光维医疗合作研发了可用于消化内镜的单目3D成像系统。

朱圣韬介绍,3D能够提高立体感,不仅在内镜检查中能精准观察到细微病变的真实形态,还能便于医生在手术时,更精准地对粘膜进行分层,降低术中出血概率,缩短手术时间。

值得一提的是,目前医学上应用的主要是双目3D成像技术,但两套成像通路会侵占内镜的大部分空间,不仅会增加患者检查的不适感,还会影响检查过程中送气送水等操作。

为达到在不改变任何现有内镜系统和使用习惯的前提下,研究团队通过5年多的攻关,基于单目立体成像原理,运用自主研发的“双网络超分辨成像算法”,使普通内镜图像实时转化为3D图像,最终实现了消化道内部的立体观察。

中国工程院院士、北京友谊医院副院长王振常透露,目前团队还在努力构建多维度、多模态的模拟人体,希望通过数字孪生等技术进行全方位综合成像信息评估。

北京友谊医院消化内科始建于1979年,是国内建立最早的消化专业。多年来,先后获得北京市重点学科、国家重点学科、国家临床重点专科称号,获批北京市消化疾病中心、北京市消化内镜质量控制与改进中心、消化疾病癌前病变北京市重点实验室、肝硬化转化医学北京市重点实验室、移植耐受与器官保护北京市重点实验室、消化诊疗技术北京市工程研究中心等。

“在北京市各项利好政策的支持下,我们实现了学科和医院的高质量发展。”张澍田表示,一方面,实验室面向疾病防治需求进行“关口前移”,围绕常见及难治性消化系统疾病,揭示癌前疾病发展的分子机制,确定疾病干预的潜在靶点,构建了多因素筛查体系,形成了中国人群特色诊治标准,推进医学转化研究。

另一方面,实验室还面向国家重大需求,解决医用设备卡脖子问题,建立了人工智能消化系统疾病辅助内镜及无创影像诊断系统,自主研发了单孔腔镜手术机器人、具有自主知识产权的肝纤维化无创诊断新仪器—FibroTouch等。

为高质量发展蓄势赋能

作为中国建设世界科技强国的排头兵,北京始终坚持创新驱动发展,全力塑造科技创新核心优势。

作为国家创新体系的生力军和实现高水平科技自立自强的重要抓手,新型研发机构“造血”能力不断提升,相继涌现一批原创科研成果。北京量子信息科学研究院发布的新一代量子计算云平台“Quafu(夸父)”,在国际上首次提出和实现开放式架构双场量子密钥分发系统,通信距离突破615公里;北京脑科学与类脑研究中心承担的“智能脑机系统增强计划”,已完成1024通道信号采集系统的开发;智源人工智能研究院发布“悟道3.0”系列大模型,在语言、视觉、多模态等基础大模型方面取得研究突破……

2022年底,为强化企业科技创新主体地位,充分发挥科技领军企业“出题人”“答题人”“阅卷人”作用,北京市科委、中关村管委会支持小米牵头,整合汇聚3C智能制造领域科研、产业、应用等优势资源,集中打造3C智能制造技术创新中心。

创新联合体成立一年以来,围绕满足3C智能制造行业良率好、换线快、可靠性高、生产柔性高的行业共性需求,积极承担国家和北京重大攻关任务,攻克了20余项关键核心技术,形成11大类126小类智能制造新装备、9个智能制造软件应用的数智系统。

“微芯研究院的发展得益于北京市建设国际科技创新中心和中关村先行先试下的优惠政策、创新机制。”北京微芯区块链与边缘计算研究院(以下简称微芯研究院)负责人表示,自2019年成立以来,微芯研究院创新科研组织机制,组织各领域科学家,以“集团化攻坚”的形式开展核心技术突破,大大提速了创新成果的产生;同时创新成果转化机制,成果转化平台,科研成果边研究、边转化、边应用,实现了研发和应用“零时差”。 

2021年1月,微芯研究院发布国内首个自主创新的区块链软硬件技术体系“长安链”。“长安链”具有全自主、高性能、强隐私、广协作的突出特点,每秒交易处理性能(TPS)已经超过10万,目前已更新17个重要版本。

2021年6月,微芯研究院发布全球首款96核区块链专用加速芯片,以该芯片为核心打造的“长安链”隐私计算专用加速板卡,可将区块链交易性能提升50倍,隐私计算性能提升20倍。

近年来,“长安链”持续取得一系列技术突破。从基于“长安链”的大规模对等网络通信技术Liquid“若水”,到全球支持量级最大的区块链开源存储引擎Huge“泓”,再到全球性能领先的区块链与隐私计算算力集群Hive“蜂巢”,“长安链”已经应用于国家级税务服务、可信数字身份、政务服务、供应链金融等一大批国民经济重要行业和关键领域。

北京市科委、中关村管委会相关负责人表示,今年将继续推动机构逐步健全完善各项制度,吸引合作和社会资金投入,持续提升机构科研能力和核心竞争力,加快产出更多原创科研成果。