“透視”生物組織

謝更好

在生物光子學這條路上，汪待發博士已經行進了十余年，熱情卻絲毫未減，因為這指向他的夢想應許之地。新的開創

對于光，生物組織存在強散射現象。“舉個例子來說，一杯牛奶的內部，我們是看不清的，這是因為牛奶里面有很多的小顆粒，造成了光的散射。”汪待發解釋說。與此類似，當一束光進入渾濁不透明的生物組織后，經過一個傳輸平均自由程，光束將丟失原始的方向信息，呈現漫射傳播。

當下，在深層生物組織中實現高分辨的功能、分子影像或靶向光學治療、操控等一直是生物光子學領域最核心的挑戰。“我們需要破解這一難題，如果我們能清晰地看透生物組織，那么許多疾病的診斷就會輕而易舉，例如皮膚癌、腸癌。當然，它還有其他的意義，比如驗證藥效、探究藥物作用原理等。”

從2001年考入清華大學生物醫學工程專業開始，汪待發就逐漸走上探尋這一目標的道路。在清華大學，他從一名本科生成長為博士，度過了9年的時光。“這期間除了學習專業技能外，我的人生觀、價值觀、為人處事的方式都有了很大的改變，我從老師和同學的身上學到了很多。”讀博士時，汪待發參與了“973”計劃子課題和國家自然科學基金課題，開展了散射光學斷層成像研究，提出了多種全新的重建算法和成像系統，獲評清華大學優秀博士學位論文一等獎，他本人榮獲清華大學優秀博士稱號。當時，清華大學有超過1000名博士生畢業，而一等獎只頒發了22人。

走出清華大學的校門后，汪待發選擇來到北京航空航天大學生物與醫學工程學院就職，繼續開展光學斷層成像研究，并主持了包括國家自然科學基金在內的多項相關課題。長期以來，已有成像方法存在需要旋轉成像物體、笨重光源或探測部件等難題，汪待發迎難而上，在研究中提出了全新成像算法與裝置，例如基于旋轉鏡的斷層成像方法，為問題的解決提供了新的突破口，得到了國內外同行廣泛關注和認可。

2014年4月，在國家留學基金的支持下，汪待發赴美國加州理工學院，與生物光子學領域的著名學者Yangchanghuei教授合作，針對生物光子領域的核心難題“如何在深層組織中實現光學聚焦”開展研究。他們提出和建立了世界上最快的數字光學相位共軛方法，相對已有方法性能提升了近百倍，進而在世界上首次透過超過2mm厚的、含血液流動的動物皮膚實現持續高強度光學聚焦。相關成果被三位審稿人一致推薦在Optlea（美國光學學會OSA的頂級期刊，影響因子>5）上發表。論文發表后，得到了同行的廣泛關注，1年內被引用20余次。

這一切，都成為了汪待發開展國家自然科學基金面上項目的積淀。“我發現磁場有一些獨特的優勢，所以想將磁場與光學兩種模態組合起來，進行生物光子學的研究。”他說。轉化是著力點

“應用和轉化是我開展研究的著力點。把成果轉化工作做好，從大的方面說可以減少國家的高端醫療影像進口，造福國民：從小的方面講能培育人才隊伍，實現個人價值。”汪待發說。

至今，汪待發在產品轉化方面已經做出了許多成績。他帶領團隊，為北京誼安集團預研了下一代呼吸機的智能氣泵控制器：為北京納通集團預研了基于電阻抗的椎弓根智能開路器，避免了傳統椎弓根手術中螺釘植入過程中的刺破脊椎神經的風險，提高手術準確度和安全性。另外，他還為清華大學研發了一套可穿戴式心理生理監測系統。該系統尺寸小，續航高達1周，支持運動脈搏波監測和心理評估，為心理學的定量研究提供了全新的研究工具和手段。當然，最值得一提的還是其團隊推向市場的中國第一臺大型高端近紅外光譜腦功能成像（fNlRs）系統。

“利用組織光譜特性的差異，fNlRs可以高時間分辨地探測和成像腦活動激活的腦皮層血流和血氧含量的變化，進而有效地對腦活動進行可視化和定量評估。”汪待發介紹說。相對于腦電、功能核磁共振等其他成像方法，fNIRs具有成本適中、時間分辨率高、空間分辨率適中、對運動不敏感等特點和優勢，現在已發展成為一種不可或缺的腦功能成像模態，在基礎科研和臨床應用中發揮越來越重要的作用，被眾多國內外研究者青睞。盡管近幾年國內利用fNlRs開展基礎研究和臨床的單位急劇增加，這一大型高端影像設備的中國市場一直由國外控制。“在這方面，我們必須要趕超外國，打破壟斷，引領技術發展。”汪待發說。

基于多年在散射光學領域的研究技術基礎，以及在微弱信號探測領域的積累，汪待發用了多年的時間，突破了超微弱、超寬動態范圍近紅外光檢測，時空頻多重耦合的多通道多光譜并行高速探測、近紅外光譜信號處理和分析診斷方法等核心技術，自主研發出了中國第一臺高端大型fNlRs系統。

經過驗證，新設備相關指標已可與國際高端產品競爭，部分核心性能指標有所超越，并具有明顯的成本優勢。目前設備已經被清華大學、國家康復輔具中心、深圳大學、中國康復研究中心等單位采購或應用。

“產業化過程會遇到太多難題。”汪待發說。盡管在應用上有了好的開端，他依然覺得，與其說要打通產品轉化的最后一公里，還不如說距離真正實現技術成果產業化之路還有99公里。為了推進這“99公里”，依托北京航空航天大學產業研究院，以近紅外光譜腦功能成像為核心技術，汪待發與一群志同道合者一起，創立了丹陽慧創醫療設備有限公司。這是一家專注于為腦研究和腦健康提供創新、專業解決方案和服務的高科技企業，目前已經形成了產學研用一體的完整規劃，并得到了“丹陽創新創業人才”等當地政府科技政策的扶持。正如他所說，這條路走起來并不容易，但是他仍有志于此，因為在他心中，這是值得去做的事。

“實踐出真知”，經過多年來在科研與產業化道路上的探索，汪待發已經將這一理念融成了行事風格。作為一名師者，他在對本科生和研究生的授課過程中也因材施教，注重實踐與科研環節的雙重培養。近年來，他指導大學科研訓練計劃（sRTP）1項、馮如杯競賽3項。其中，“馮如杯”為北京航空航天大學年度學生競賽項目，每年有4000多名本科生參與，計上千支參賽隊伍。而汪待發指導的競賽項目分別在2013和2014年獲得一等獎和二等獎。

現在，如何開展前沿的研究解決生物光子學領域的核心難題，如何將創新的技術向市場轉化，是汪待發每天不斷在思考的問題。在國家科技創新的東風下，作為自主高端醫療腦功能影像設備的先行者，他會一往直前！