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CHEN YA ZHU
陳亞珠院士是我國具有自主知識產權大型醫療器械的研究先驅和產業開拓者,最早實踐了“臨床需求-技術創新-產業轉化”的創新模式,發明的腎結石體外粉碎機迄今依然引領該技術領域發展,建立了國產產品為中國市場主流的少見格局,在該領域打破了我國高端醫療器械產品都依賴進口的神話。陳亞珠院士目前仍活躍于物理治療技術和醫療器械產品轉化研究一線,面向臨床需求,繼續深耕相控高強度聚焦超聲治療、熱協同靶向藥物的腫瘤復合治療、射頻消融等非浸入、無創治療的關鍵技術問題,研制了相關醫療器械產品,并都完成了成果的應用轉化,取得了輝煌的臨床應用效果,創造了巨大的社會效益和經濟效益;同時也開辟了我國物理治療和超聲無創傷治療技術的研究新方向,推動了我國醫療器械產業和生物醫學工程學科發展,主要成就與貢獻如下:
一、開創醫工交叉,引領產業發展,發明了我國的腎結石體外粉碎機,攻克了液體中強脈沖放電產生沖擊波粉碎腎結石的多項關鍵技術,締造了我國市場銷售規模數十億元、治愈數以百萬計患者的大型醫療器械成功應用典范,創造了交大式腎結石粉碎機風靡全國各大醫院、把進口產品拒于國門之外的輝煌成就。
上世紀80 年代,陳亞珠院士和團隊共同瞄準了新興邊緣學科,在當時一無資金又無資料的情況下,自籌資金走醫工結合的道路,潛心研究無創傷性醫療的臨床需求和技術難點,踏出了自力更生、自主創新之路,攻克了液體中強脈沖放電產生沖擊波粉碎腎結石的一系列關鍵技術。腎結石體外粉碎技術基于高電壓功率脈沖的液電效應,是融合應用聚能、X 光、圖像增強、計算機控制、機械傳動等于一體的綜合性、高難度、非浸入的醫學治療技術。她和團隊,不僅自主研制了液壓沖擊波震源,揭示了液電效應的強度與回路中各參量的優化關系,穩定、持續獲得了上升速度陡峭、脈寬窄的沖擊壓力波,論證了提高臨床效果的結石粉碎效果與沖擊壓力波幅值、前沿時間、放電次數、聚焦斑點大小等因素的關系,采用低劑量X 光和增強劑結合的方法解決了圖像顯示和定位速度快的問題,解決了沖擊放電和心電圖R 波同步技術從而有效提升了治療的安全問題,發明了我國的第一代腎結石體外粉碎機,得到了上海市中山醫院的大力支持并率先開展臨床試驗,取得了優異的治療效果,國內外專家一致認定:該機達到國內領先、國際先進的碎石機。之后不斷推陳出新,JT-EWSL-Ⅱ-Ⅲ-Ⅳ等機型相繼問世,她領導團隊使上海交大的腎結石體外粉碎機遍及全國三百余家醫院,成為各大醫院必備的醫療設備,成為深受患者歡迎的治療方法,締造了我國市場銷售規模數十億元、治愈數以百萬計患者的大型醫療器械成功應用典范,建立了國產產品為中國市場主流的少見格局,在該領域打破了我國高端醫療器械產品都依賴進口的神話。為我國泌尿外科事業發展做出了重要貢獻,成為了我國該技術領域的開拓者和實踐者,開創了我國無創傷性醫療領域。研究成果“腎結石體外粉碎機”列入1988 年《中國十年建設圖冊》,研究成果“液電沖擊波體外粉碎腎結石技術” 獲得1987 年國家科學技術進步一等獎,研究成果“體外腎結石粉碎機的推廣應用”獲得1993 年國家教委科學技術進步二等獎。
二、瞄準學科前沿,創新性的提出了相控高強度聚焦超聲多模式無創、“綠色”治療理念,發明了相控pHIFU 診治一體化系統,打破國外技術壟斷,打造具有完全自主知識產權的國產高端醫療裝備,為實現“健康中國”,作出了貢獻。
陳亞珠院士進一步瞄準學科前沿,確定以倍受國內外關注的高強度聚焦超聲(HIFU)治療技術為新的主攻方向,自主創新、攀登新高峰。HIFU 技術是將超聲波聚焦于人體內部,利用其熱效應、機械效應、空化效應等生物效應,對腫瘤等疾病進行無創治療的一種新方法。由于該方法不用開刀,病人承受的疼痛少、恢復快,同時沒有放療電離輻射和化療對人體的副作用,因此被譽為無創、“綠色”的治療方法。
傳統HIFU 技術采用單陣元自聚焦方式,只能形成尺寸很小的單焦點,而且焦點必須靠三維機械移動機構帶動探頭運動。針對傳統HIFU 技術在臨床應用中存在的問題,陳院士大膽擯棄傳統技術,創新性的提出了“超聲相控陣電子聚焦技術”,向無創治療領域的高峰再次發起沖擊。陳院士團隊提出了HIFU 相控陣設計參數優化方法用于優化球面相控陣參數,合理地選擇陣列排列方式、激發頻率、陣元大小和球面曲線,減少陣元數目,實現高性價比的HIFU 相控陣。全新的超聲相控陣電子聚焦技術用可變焦域代替固定焦域,通過相位和幅值校準,使超聲聲束繞過肋骨、穿透顱骨聚焦,突破傳統HIFU 技術的“瓶頸”。在此基礎上,陳院士又創新性的提出了“多模式治療”的新理念,利用多元相控陣可以形成多焦點的優勢,將相控聚焦超聲技術用于高溫消融治療,同時又可以進行43 度溫熱治療,又可以實現靶向藥物定向釋放,實現精準治療。陳院士團隊還攻克了靶區精確定位、體內焦域能量精確調控、精準適型治療以及實時療效評估等一系列制約HIFU 技術發展的重大難題。
陳亞珠院士代表上海交大成功舉辦2013 年國際超聲治療技術領域的頂級學術會議—國際治療超聲ISTU 大會并出任大會主席。陳院士在大會上做了題為“超聲治療新技術在中國的研究進展”的大會主題報告,確立了中國在該研究領域的國際地位,大會獲得了廣泛的社會關注,文匯報、新民晚報等百余家媒體對大會進行了報道,期盼這一創新技術早日惠及廣大患者。
為了打破國外對我國高端醫療設備的壟斷,把高昂的醫療設備采購費用降下來,陳院士積極構建產業集群,在陳院士的支持和推動下,上海交大與鑫高益醫療設備股份有限公司、江蘇中惠集團等多家企業合作,成立了寧波通德醫療器械科技有限公司、上海中惠醫療設備科技有限公司、上海沈德醫療器械科技有限公司、沈德(寧波)醫療器械科技有限公司等多家創新型醫療器械企業,積極推進團隊無創超聲治療技術重大科研成果的產業化,努力打造具有完全自主知識產權的國產高端醫療裝備。用于治療子宮肌瘤、乳腺腫瘤和骨腫瘤的聚焦超聲系列產品已通過臨床醫療器械檢測,獲得2016 年第18 屆中國國際工業博覽會創新產品銀獎及第18 屆中國國際高新技術成果交易會優秀產品獎,產品目前正在進行注冊。為我國醫療事業的發展做出新的重大貢獻。
三、通過技術創新,引領現代醫學技術發展,提出了超聲輻射致熱協同熱敏靶向藥物的腫瘤復合治療理念,建立了從治療系統、能量控制方法、精確溫度調控策略到臨床治療計劃的關鍵技術體系,開拓了最早的藥物輸送系統研究,并成功應用到口腔頜面部惡性腫瘤治療,通過3 期近200 例臨床應用驗證了臨床治療方案的可行和有效。
惡性腫瘤的熱、化復合治療理念是針對臨床需求提出的創新性治療方法,特別是新型靶向熱敏藥物和Drug Delivery 技術的飛速發展,已促成這一領域成為目前治療腫瘤的研究熱點之一。將熱敏化療藥物(如阿霉素、順鉑、紫杉醇)通過靜脈注射入患者體內,應用頻率在0.4-1.0 MHz 之間的超聲波實現對人體深部腫瘤組織加熱,精確控制溫度在41-43℃,誘導癌細胞在熱療和化療協同作用下調亡。
陳亞珠院士研制了多元陣超聲輻射治癌熱療系統,提出了與放療、化療有明顯的互補和增敏效果的腫瘤多模式治療理念,具有3 項中國發明專利授權, 在上海市科委主持的研究成果鑒定會上,獲得的結論是“填補了國內外空缺,具有原創性。鑒定委員會一致認為,屬國內領先、國際先進水平。”
發明的口腔頜面部惡性腫瘤超聲熱療系統,全面適應頭頸部惡性腫瘤治療的需求,對口腔鱗癌單獨應用超聲熱療抑瘤率達78.11%,超聲熱療聯合順鉑化療時抑瘤率高達97.86%;發明的功率超聲換能器激勵電路能根據治療需要提供適當的電壓和電流,能隨著治療的進展相應地調整其輸出的電壓、電流和占空比,實時可控的精確輸出保證達到41-43℃的精確溫控;發明的基于病人首次治療測溫及治療參數的后續無損溫控技術、多點測溫針、超小型測溫針保證并實現了超聲輻射致熱協同熱敏靶向藥物的腫瘤復合治療的最佳模式。該系統已由上海交通大學附屬第九人民醫院、徐州市人民醫院順利完成臨床Ⅰ、Ⅱ、III 期試驗,治療患者二百余人,治療效果顯著。研究成果已通過專利轉讓方式在上海熙洛生物科技有限公司進行產業化,并建立了《YUT-I型口腔頜面部惡性腫瘤超聲熱療系統》的醫療器械注冊產品標準,樣機已獲得上海醫療器械質量監督檢驗中心的安全型式檢測。研究成果“口腔頜面-頭頸部惡性腫瘤超聲熱化療的基礎研究及臨床應用”獲2011年上海市科學技術進步一等獎和2013年中華醫學科技三等獎,研究成果“超聲熱療系統在頭頸部惡性腫瘤綜合治療中的應用研究”獲2016年中國抗癌協會科技二等獎附。
四、倡導并實踐“技術普惠健康”醫療器械發展觀點,一直堅持臨床需要的、百姓獲益的就是要全力研究的技術理念,開創了采用物理方法實現精確控溫的熱治療技術臨床應用覆蓋面,受益人群廣泛,創建了完整的、適合臨床應用需求的射頻消融治療核心技術體系,發明的前列腺增生射頻治療儀,廣泛應用到上海中山、華山、瑞金為代表的全國44 家醫院,受益患者達數十萬。
射頻電磁場的高頻變化能夠引起組織內離子和分子產生扭動,進而形成摩擦致內源熱,使局部組織溫度升高。基于強大的工科背景和對電磁場醫學應用的熟悉,陳亞珠院士在國內最早開展了發明適當的電極,將強大的高頻電磁場調控在病灶區域內,通過控制溫度迅速上升到70℃ 以上而產生熱凝固性腫瘤“原位滅活”治療效果,已獲得5項發明專利和2項實用新型專利授權,通過了由上海市科委主持的研究成果鑒定,結論是“……設計具有原創性,其創新及獨特的成果是:……。鑒定委員會一致認為,……達到了同類產品的國際先進水平。”在核心技術體系中,創新性提出并研制了單針水冷式射頻消融治療系統和治療電極;發明了功率發生、驅動和監控系統;實現了根據靶組織阻抗大小及變化智能控制策略;提出了圖像引導的水冷式射頻消融腫瘤治療一體機概念。對于臨床巨大的由前列腺增生而引起的尿頻、尿急、尿滯留等問題,陳亞珠院士應用射頻熱療的非手術方法,先后研制了TURH-I-IV型的四代產品,并在上海中山、華山、瑞金為代表的全國44家醫院得到廣泛應用,截止1994年5月,完成近萬例臨床應用,該技術被證明可快速有效地達到優異的治療效果,不僅適應癥廣、創傷微小、療效良好、快速安全,而且結構簡單、成本低廉、方便易用,有效阻截了以色列等國家近25萬美元每臺的產品進口,通過了由上海市醫藥管理局、上海高教局主持的科技成果鑒定,達到了同類產品的國際先進水平。研究成果“TURH-I型前列腺增生射頻熱療儀”獲1993年第二屆上海市科學技術博覽會金獎,“前列腺增生射頻熱療儀”獲1994年上海市科學技術進步二等獎。
五、主持國家醫療器械產業發展戰略規劃,推動國家醫療器械產業科技專項計劃,引領了生物醫學工程學科發展,打通了集科學研究、教學、醫療臨床、產業基地等有機結合、相輔相成的技術創新鏈,開創了醫工結合、醫工交叉的產學研用創新模式。2012 年起,陳亞珠院士先后主持承擔了多項中國工程院戰略咨詢課題,以發展我國醫療器械產業、滿足“健康中國2020”的戰略需求為根本目標,通過廣泛調研臨床需求導向的轉化型研究、戰略型企業發展模式、我國中小企業發展現狀、高端診斷和物理治療設備專利分布、政府組織基于大學的國家級研發聯合體等專題形式,面向臨床、面向市場,通過行業分析,以轉化醫學的理念,提出我國醫療器械企業在做大、做強同時,其產品在國內中、高端市場份額不斷提高的產業戰略發展規劃建議,提出了以“臨床醫學為導向”和“技術創新為驅動”的普惠醫療健康技術、產業發展路線圖和高端人才引進與科學管理等配套政策建議,已被國家相關部委采納,融入了“十三五醫療器械產業發展規劃”和相關國家政策制定,并體現在國家重大研究計劃“數字醫療裝備”專項、醫療器械監管體系改革等方面,引領了國家醫療器械產業技術發展方向。先后創建了上海交通大學生物醫學儀器研究所、上海Med-X 重大疾病物理治療與檢測設備工程技術研究中心等研究平臺,并制定了基地發展策略:一新(技術創新、獨樹一幟)、二高(研究、教學要高起點、高水平)、三結合(基礎研究與應用研究相結合,工程技術與醫學臨床相結合,研究開發和產業化相結合)。目前,中心已形成研究開發教學、醫療臨床、產業基地三者有機結合相輔相成的技術創新鏈,同時造就一批具有國際前沿水平的人才隊伍,已成為致力于醫療器械技術及標準研究、工程化研究和專門人才培養的創新研究基地,在國內外享有較高的知名度。為了形成以臨床需求為導向、“研醫”融合的獨特優勢,全力推動了學校設立“醫工交叉基金”( 迄今逾一億元),共資助近700 項交叉研究項目,成功培育了400 多項國家級項目;同時也大力倡導專注高層次、復合型人才的培養模式和高度融合交叉的學科發展模式,有效推動了我國的生物醫學工程學科建設。
陳亞珠院士早期就是我國知名度很高的高電壓技術專家,研究成果“防雷配電變壓器研究成果推廣”獲得1985 年國家科學技術進步三等獎,研究成果“220 千伏屋內配電裝置電氣安全凈距”獲得1993 年國家較為科學技術進步三等獎,強大的高電壓技術背景才使得她逐步開創了醫工結合、醫工交叉的產學研用創新模式,成為中國工程院醫藥衛生工程學部第一位工學院士,并通過全力倡導“綠色、微創、個性化治療”的理念,推動了我國醫療器械產業技術發展,創造了國產醫療器械的輝煌應用成績。