除了江雷,藤岛昭指导过的中国学生还有刘忠范(中国科学院院士,现任北京大学化学与分子工程学院纳米科技岗位长江特聘教授)、姚建年(中国科学院院士,现任国家自然科学基金委员会副主任)、金明(同济大学材料科学与工程学院教授、博士生导师)可谓一门三院士,桃李满天下。
IPCC报告指出,全球变暖的每一分增量,都会使得高温热浪、强降水等极端天气气候事件进一步增强增多。关于极端天气气候事件的归因问题在科学界已有广泛研究,牵涉两个概念。
现在,某个极端事件发生后的数月甚至一个月内,科学家就有能力解释人类活动影响使类似的极端事件的发生概率和强度增加还是减少,以及具体影响多大。事实上,每个极端天气气候事件都具有独特的形成条件,而且都在远短于气候变化的时间尺度上发生,单个极端天气气候事件的发生直接取决于当时当地的多尺度条件以及气候系统复杂的多圈层相互作用。第二,在科学上,不要轻易否定频繁出现的高强度极端事件与气候变化的联系。如6月末发生在美国西部和加拿大的破纪录高温,7月中旬袭击德国和比利时的短时强降水及造成人员伤亡的严重洪涝,再如7月我国郑州地区造成重大人员伤亡的极端强降水,还有近日愈演愈烈的美国加州和希腊部分地区的大面积山火。在我国,不同类型的极端天气气候事件在不同地区时有发生,常常造成重大人员伤亡和经济损失,我们对其形成机理特别是强化机理认识仍然不足,需要通过跨专业、多学科合作,加强观测、模式、过程机理等多方面的综合研究,发展快速的极端事件归因分析技术,才有可能迅速回答近期发生的极端事件与气候变化联系的问题,同时也有利于提高预测预警能力。
比如,在6月底美国西部和加拿大热浪发生后的一个月内,一组国际科学家就采用多个模式、不同方法得出了没有人类活动造成的变暖的贡献,这样的极端高温事件基本不可能发生的结论。关于极端事件的评估结论也被凝练成第六次评估报告的关键决策服务信息,如人类活动造成的气候变化已经影响全球每个地区的许多极端天气气候事件。周欣研发该仪器,源于我国人民生命健康的广泛需求。
周欣独辟蹊径,开发超极化气体磁共振技术,让微观世界的原子核自旋的陀螺朝一个方向旋转,从而极大增强气体磁信号,进而让肺部气体可视成为可能。十年奋斗 今朝发力 肺部气体磁共振成像设备在台上的十分钟,背后是周欣带领团队十年功的艰辛付出。作者:韩扬眉 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/9 15:20:53 选择字号:小 中 大 周欣:坚如磐石 实现国产设备从无到有 2020年1月22日12点,距离武汉封城还有10个小时,周欣从北京搭乘当日最后一班飞机回到武汉。我们自主研制的人体肺部气体磁共振成像技术和设备可能会发挥作用,我毕竟是团队负责人,要回去推进这个事情。
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微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。2011年1月,周欣得到了国家青年科学基金项目的支持,完成磁共振信号增强方法的全面调研,自主研发了一套远程探测的磁共振装置,可进一步提高磁共振的检测灵敏度,这一研究为仪器研制奠定了相关理论基础。周欣告诉《中国科学报》,肺部常规的影像学检测手段包括胸透、CT和PET等技术,但这些技术都有电离辐射。周欣第一时间向组织提交请战书,希望携带肺部气体磁共振成像设备参战,在中科院党组的高度重视和协调指挥下,武汉市金银潭医院原院长、人民英雄张定宇大力支持下,设备安装在武汉市金银潭医院,在全球率先开展新冠肺炎患者肺功能临床评估,同期也应用至武汉同济医院等抗疫一线,共计对1000余人次的新冠患者进行肺部微结构和功能的全面评估。
逆时针旋转的陀螺,其自旋朝下,一个向上和一个向下的自旋相互抵消了磁矩,一般在约一百万个质子自旋中,只有一个自旋真正贡献了磁信号,所以通常状态下质子磁信号十分微弱。2013年1月,周欣作为专项首席科学家牵头攻关国家重大仪器项目用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像仪器系统。随后,国家自然科学基金委员会鼓励科学家立足国家战略需求,支持原创性和独创性的科学研究,设立了国家重大科研仪器设备研制专项(部委推荐)。同时,周欣团队还将磁共振发射和接收频率扩展至多种元素的原子核,实现了多核磁共振成像。
从一个人到70人的团队,从6块地板砖到专门的实验室,周欣带领团队不负众望,实现了我国肺部气体磁共振技术从无到有的突破,有效解决了肺部结构和功能的无损、定量、可视化检测瓶颈技术背后的科学难题,打破了国外的技术封锁,核心技术指标国际领先。2020年,周欣被评为中国科学院年度创新人物。
周欣受美国约翰斯霍普金斯大学医学院邀请,作线上学术报告,英国牛津大学等机构跟进开展相关研究,指出:气体磁共振成像技术能够精确定位肺部生理受损部位。周欣曾为了修复一台80MHz的旧磁共振波谱仪连续三天三夜没睡觉,修复过程整整一年时间。
通过研究,发现虽普通症出院患者的肺部CT影像和吹气肺功能参数无异常,但其气体磁共振成像设备影像显示通气功能有轻微损伤,气血交换功能明显受损,大部分普通症出院患者的通气和气血交换功能在第6个月的随访时有进程性改善。是因为磁共振成像信号来源于人体中水质子的信号,肺部是空腔组织,其水质子的密度比正常组织低约1000倍,因此无法实现肺部的可视化。武汉有传染病,要封城了,你别回去了。如今,周欣也常告诉学生们,做科研要将个人兴趣和重大科学问题及社会需求相结合,要面向国家和社会的重大需求,切实解决实际问题来回馈社会,在国家进步的潮流中最大化地发挥个人价值,真正实现新时代科研工作者的中国梦。肺部疾病是严重威胁人民生命健康的重大因素,尤其是肺癌,已位居我国恶性肿瘤发病首位,提高对肺部疾病的检测技术水平并及时对肺部疾病进行筛查,实现早诊断、早发现、早治疗至关重要。周欣是中国科学院精密测量科学与技术创新研究院(以下简称精密院)研究员,坚持十年冷板凳,研制出了世界首台(套)获得医疗器械注册证的人体肺部气体磁共振成像装备,突破多项关键核心技术,核心指标国际领先,为肺病患者早期诊断和治疗作出了重要贡献。
点亮肺部的各个角落,了解人体肺部功能的缺失,读懂肺部气体与气体交换、以及气体与血交换的信息,让疾病杀手无处隐藏,这便是肺部气体磁共振成像设备的最大优势。令他意外地是,答辩前一个月,他连续3篇基于研发仪器的高水平论文刊发出来,可能发不了文章,但我当时坚信,能够学到一门技能保底。
坚持钻研 强国有我 周欣表示,医学仪器能够研制成功并为民所用,跟国家自然科学基金委员会个性化的项目指导是分不开的。当时,由于进口仪器价格昂贵,他们用的是老旧的磁共振仪器,仪器罢工是家常便饭,而请国外专家修理价格贵、等待的时间长,周欣和所里的工程师们就拿着说明书自己动手。
周欣了解到新冠肺炎患者主要是肺部受损害,而其仪器可对患者肺功能进行临床评估,可能会为此次疫情阻击战提供强有力的技术支撑,他毫不犹疑地决定逆行武汉。周欣发现,氙气是一种惰性气体,具有良好的生物惰性、脂溶性和化学位移敏感性,可以溶解在肺部血液和组织中,特别在肺部气血交换功能中具有十分独特的优势,经反复调研最终选择氙气作为气体造影剂。
这些经历告诉我坚持最重要,一旦坚持突破了瓶颈,科学研究是肯定会出成果的。此外,通过结合人工智能及压缩感知欠采样技术,设计出用于人体肺部成像的自适应的高倍欠采样模式,将信号的动态采样速度在原有基础上提高至最大10倍,实现世界上最快的高分辨率人体肺部气体动态采样。从那时起,他便意识到科学仪器的重要性,注重提高研制仪器的技能。很快,他看到有报道指出了新冠肺炎患者的临床死亡原因,这是一种新型冠状病毒肺炎,患者呼吸衰竭,死亡前三天,血氧饱和度下降至70%-80%。
仪器是认识世界的工具,近百年的科学发展历程表明,重大科学创新和研究领域的开辟,往往是以科学仪器和技术手段上的突破为先导。点亮肺部,解决传统磁共振成像对肺部空腔无法清晰成像的难题一直是周欣的心愿。
每个人身体里都有水,水分子中每个质子都有自旋,就像一个个微观的陀螺。很多同事朋友劝道。
在家中,周欣每每向窗外望去,中学时代家乡对岸的岳阳楼里那句先天下之忧而忧,后天下之乐而乐,时刻提醒他前行的方向与目标。一个人就是一支团队,他的实验室占了研究所大厅的6块地板砖,实验方案设计、实验设备安装调试、甚至到一个螺丝钉的固定,都亲力亲为,工作到凌晨是常态。
该仪器项目涉及物理、化学、生物、医学等多专业的学科交叉研究,医学科学部每年度都会组织年度交流会,邀请不同领域的专家到会进行现场指导和研讨交流,并针对性地邀请了百余人次全国知名影像学专家和临床医生到仪器研发测试现场指导,共同优化仪器的性能指标。但他付出的代价不止于此,到距离毕业答辩前两个月,周欣还没有发表一篇论文,而其他同学早在第3年、第4年就有了论文。磁共振成像技术是一种对人体无损无辐射的检测手段,能对人体大部分组织器官的结构和功能进行成像,但肺部,在磁共振检测中却犹如一个黑洞。然而,普通的氙气并不足以点亮肺部,关键是要将其超极化,即增强气体的信号强度,这也是整个研究的难点所在。
点亮肺部 照亮患者 周欣于武汉封城当日凌晨抵达武汉,时时关注着全球疫情数据推演和研究动态。博士5年期间我基本都在修仪器和改造仪器功能。
周欣说,在这个过程中,他学会了很多的技术和知识,对每个部件功能、如何优化及其仪器运行原理等有了深入理解,需要很长时间静下心来钻到里面,才会真正学有所得。他坚定地说,把个人理想融入国家发展伟业,必将加速实现科技强国的伟大梦想
1980年已被选为中国科学院学部委员(后改称院士)的吴自良,仍继续着自己的科研事业,上海甲肝疫情期间也在坚持指导后辈开展高温超导体相关研究。1988年的一天,在受到甲肝疫情折腾的上海市,中科院上海冶金研究所的博士生们向一位年过七旬的老人报告,我们这个发现值得在学界顶级刊物发表。
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