肿瘤呼气筛查实验
医学物理中心
精确放射治疗系统 ARTS 医学物理中心供图
源源不断的交融与创新发生在合肥研究院医学物理与技术中心：科学家带着实验课题进入临床与医护人员一同研究；医生将难题与物理学家“分享”，双方联手寻求答案；科研团队将十几年积累的科研成果集大成于一体，为更多患者服务……
■本报记者 杨琪 通讯员 孙策
病床、手术台、治疗室是医生的前线；实验室、计算机、科研仪器是科学家的战场。医疗、科研，这两条日常中看似难以相交的“战线”在中国科学院合肥物质研究所（以下简称合肥研究院）相遇，彼此之间不断加深：科学家带着实验课题进入临床与医护人员一起采样；医生将难题与物理学家“分享”，双方联手寻求答案；科研团队将十几年积累的科研成果集大成于一体，即将为更多患者服务……
源源不断的交融与创新就发生在合肥研究院医学物理与技术中心（以下简称医学物理中心）。合肥研究院院长匡光力对《中国科学报》记者表示，2014年，合肥研究院积极推动“率先行动”计划的落实并努力实施“一三五”战略规划，在“面向世界科技前沿”“面向国家重大需求”和“面向国民经济主战场”上迈出坚实的步伐。其中，医学物理中心的建设正是“面向国民经济主战场”的举措之一。
该中心针对我国防控和诊治重大疾病及常见多发病的实际需求，面向医学物理技术前沿，以精确放疗、质谱检测、核磁成像、等离子体医疗、激光医疗、运动健康等先进医学物理技术研究为先导，探索医学物理新方法和新技术的诊疗机理，发展相关新型医疗技术，运用新技术提高临床诊疗技术水平，培养专业人才。
合肥研究院副院长、医学物理中心主任江海河说：“医学物理中心以‘一三五’培育任务为牵引，快速形成医学物理‘主学科’方向。目前，我们正在承担一批医学物理及临床转化的研究项目。未来，我们希望在早期诊断、精准治疗、系统康复等方面的技术创新上有所突破。”
拧成一股绳
“那段时间，医学物理中心临床部与研究部参与实验的很多同志经常清晨六点多就到岗开展肺癌患者呼气质谱实验。”医学物理中心书记、常务副主任王宏志回忆道。去年4月起，他带领临床部医护人员与中心储焰南副主任的科研团队就肺癌患者呼气质谱研究进行第二轮实验。
“此次合作研究，是医学物理中心在体制机制上的创新——让科研走近临床，让临床问题直接到实验室。”王宏志说。
肺癌患者呼气质谱研究的灵感源于嗅觉灵敏的动物。比如《英国医学杂志》刊登了荷兰的一只狗嗅出了超级病菌（艰难梭菌）等。“这是因为疾病会发出特殊气味。”储焰南告诉《中国科学报》记者。因此，一些科学家探索可否利用动物进行疾病无创监测。在葡萄牙，科研人员实验用蜜蜂诊断癌症；非洲的科研团队训练大鼠，希望它们能从人类唾液中嗅探肺结核。
医学研究证明，肺癌细胞会释放挥发性有机物，因此，利用呼气检测诊断肺癌成为可能。在我国，肺癌已是首位恶性肿瘤死因，部分科研团队近年来着手开展通过呼气代谢组学进行临床诊断。
首先，“近年来，呼气分析与疾病诊断研究越来越受重视。”储焰南说。其次，目前肺癌常规诊断主要有拍摄X射线胸片、CT断层扫描及支气管镜检等数种手段，但是各类检查手段都有不足之处，需要有瘤体特征、射线有辐射、检查器械要侵入，检查过程烦琐、速度慢、费用高，难以作为肺癌早发现的筛查工具。
储焰南团队通过承担中科院低成本医疗项目，研制出了适合呼气检测质谱仪PTR-MS设备。“我们开展肺癌及对照人群呼出气体在线测量，发现肺癌标志物特征，建立呼气肺癌诊断模型技术方法。希望为肺癌筛查和早发现探索无创辅助诊断新技术途径。”储焰南说。
开展呼气在线检测并不是一件容易的事情。从仪器稳定性控制到方案设计，从志愿者征集到实验流程，甚至是否空腹、是否刷牙等每一个细节都需要考虑并进行规范。
“此次实验，我们采取一体化管理，让临床和物理学从一开始就结合在一起，真正体现出医工结合。”王宏志说。经过半年实验后，他们自主研发的设备取得了很大进步，获得了令人满意的实验结果。
高端设备“巧”落户
在医学物理中心一层，一座厚实的大门“守护”着亚太唯一、国际先进的9.4万高斯/孔径400mm大型动物磁共振成像实验系统。
这套科学装置的“来头”颇有几分机缘巧合。2009年，中科院“百人计划”入选者钟凯加入中科院强磁场科学中心（以下简称强磁场中心），他的主要研究方向是高场下大型哺乳动物磁共振成像技术开发以及相关应用研究。在强磁场中心建设过程中，医学物理中心也在筹建时期。经过科学、充分的考虑后，科研人员一致认为应将这套国际先进的大型动物磁共振成像实验系统安装在医学物理中心。因为，在该设备即将开展的众多实验中，有相当比例为与临床科学相关联的研究，涵盖众多医学领域，比如认知神经科学等临床课题。“磁共振成像技术自身发展就是一个多学科交互的过程，这套大型设备落户医学物理中心是一个非常好的选择，与临床更接近一些。”钟凯说。
临床医生关注病人、病理，科研人员关注基础研究和技术手段。其中的“中间地带”不言而喻。“这就需要我们开发技术、手段和方法，它们的价值通过临床应用来体现。”经过几年建设，钟凯团队做了几件颇有特色的事情。
与动物房和实验室脱离的传统动物研究不同，强磁场中心的科研人员将动物实验室与9.4万高斯/孔径400mm大型动物磁共振成像实验系统有机地整合在一起。
这样一来，既可以更好地管理实验室与动物房，又便于科研人员和医生开展临床病理研究。比如，科研人员开发转基因动物模型与动物模型时，对环境的要求非常苛刻，如果频繁地在动物房与实验室之间长途运输动物，难以避免动物样本不受到污染等。在医学物理中心，经过这样的集成化设计和管理后，非常有利于科研人员对宝贵的动物样本进行更加高效的利用，获得更多有科学价值的数据。
对临床医生或科研者而言，找到更多病源是开展科研的一个难题。“所以，医生往回走一段，我们要往前再近一步，中间会合的地点就是利用模型动物，应用9.4万高斯的磁共振手段找到结合点，开展跨学科研究，为临床需求发展新的技术或方法，这是一种非常有效的模式。”钟凯说。
来自临床一线的需求源源不断地与科研工作者相遇了。得知医学物理中心有国际先进的磁共振设备，安徽医科大学麻醉科教授找上门来，希望科研人员关注一个麻醉科医生的医学问题：心脏缺血之后对功能代偿损伤的作用机制是怎样的。
因此，强磁场中心的科研人员利用大鼠模型开展相关前期实验，并得到了一些初步研究结果。利用这些结果，双方共同向国家自然科学基金申请到了面上项目的资助。未来，他们将更深入地合作下去。
“副业”来专攻
在医学物理中心，具有自主知识产权的精确放疗高端产品、核医学智能专家系统研发及数字医学与虚拟医疗系统研发等一系列工作让人眼前一亮。
这些创新性的设备来自合肥研究院核能安全技术研究所（以下简称核安全所）。“一个团队应该‘远中近’结合，不仅要面向国家重大战略需求，做基础研究、储备技术，同时也应该做一些眼前就能够用得上的技术，医学物理中心就是这样一个‘眼下’便可应用技术的平台。”核安全所所长吴宜灿说。
核能的心脏是核反应堆，通过反应堆产生核能，从而进行发电等应用。在研发过程中，吴宜灿带领团队将核能领域先进的技术扩展到医学领域，学科交叉造就了核技术的临床应用：既可以检测疾病也能够治疗疾病。
“我们研发出了具有自主知识产权的精确放射治疗系统ARTS，其在癌症的早期治疗中发挥积极作用。”吴宜灿说。
如何在使用射线治疗癌症时更加精准，在杀死癌细胞的同时尽量降低对正常组织的损伤，这是医学界一直在研究的难题之一。
基于在核能领域的厚实积淀，吴宜灿团队将相关技术应用到精准治疗中。他们精心设计人体模型、准确计算射线到达癌细胞或病灶的方向、角度与时间，精确无误地实施治疗方案，使得治疗不仅能够取得更好效果，同时最大程度地保护正常组织，将损伤降到最小。
“2006年，精确放射治疗系统ARTS获得了安徽省科技进步奖一等奖。”吴宜灿说。相对于核安全技术的其他研究，尽管ARTS是一个“副业”，但具有很好的应用价值和前景。与国际最先进的同类产品相比，ARTS不仅水平相当，在一些核心技术上甚至已经超越。
团队“远中近结合”的目标也让年轻的科研工作者更有动力，人才队伍更稳定。4年前成立的核能安全所建设得飞快，队伍从最初的100多人已扩展为400多人。“‘远中近’目标的结合，让队伍伸缩自如，吸引年轻人才加入，让他们感到有发展前景。”
目前，来自核安全所的团队正与医学物理中心临床部合作开展利用中子治疗癌症的基础研究。吴宜灿相信，未来，精确放射治疗将在医学物理中心的平台上得到更多创新与应用。
合肥研究院拥有众多物理领域的学科，在物理技术方面也发展扎实。江海河表示，他们正在谋化与资本合作共同提升中心临床部（肿瘤医院）的学科发展，打造先进的转化医学临床平台，有力支撑合肥研究院的物理技术研究，更好、更快地促进临床实验与应用转化工作，为中科院未来生物医药及医疗设备研发、技术更新提供强大的支撑和服务。（杨琪 孙策）