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上海交大研发高端数字病理扫描仪打破关键技术国际垄断-病理形态 ...

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图片说明:上海交大关新平教授团队研发的多维高分辨率数字病理扫描仪学校供图(下同)

  何为病理医生?在医疗界,他们是“医生中的医生”。传统的病理医生每天透过显微镜观察分析各种组织、细胞的切片样本,根据它们的病理形态变化,探讨病变的内因机理、发生发展过程,最后做出病理诊断。由于病理诊断可以对疾病进行全面、客观判断,并能对疾病代谢、转归进行诊断,被称为疾病诊断的“金标准”。

  病理科负责整个医院的病理诊断任务,长期以来也面临着人才短缺、工作繁重的局面。上海交大关新平教授团队研发的多维高分辨率数字病理扫描仪不仅为进一步提高病理诊断的准确率和效率提供了可能,还打破了高端数字病理扫描技术的国际垄断。这位“交”字头数字化“病理医生”为国内病理诊断带来了一场真正的“及时雨”。

  交大智慧打破数字病理关键技术国际垄断

  病理诊断对肿瘤、炎症等各种疾病的诊断准确率可以高达95%以上,能客观反应疾病发展的真实情况,对疾病的诊断、治疗和预后的参考价值不言而喻。作为大型综合医院必不可少的关键科室,病理科负责整个医院的病理诊断任务,长期以来也面临着人才短缺,工作繁重的局面。

  如何才能提高病理诊断的准确率和效率?数字化“病理医生”是传统病理医生的好帮手。“我们可以通过数字病理扫描仪将病理切片转化为全切片数字图像(WSI, Whole Slide Images),并对超大容量数字病理图像进行数据存储、网络传输、实时阅览、智能分析以及远程诊断的软硬件综合系统。它可以自动完成对焦探测、全局扫描,甚至自动装片等操作,并将高分辨显微病理图像通过电脑屏幕、移动终端等显示设备实现无级缩放、全局浏览,将病理医生从繁琐的显微镜操作和观察上解脱出来;同时能够通过大型存储设备实现长期保存,通过网络传输实现异地实时阅览,实现远程诊断、专家会诊,有助于实现病理诊断多人校对和质量控制,实现专家资源的共享;而且病理图像的数字化有利于以大数据为基础的深度学习在临床病理上开展,通过超大病理图像数据集、不断前进的人工智能技术,加速计算机辅助诊断的临床应用和推广。”该项目负责人、上海交大科学技术发展研究院常务副院长关新平表示。

  然而,当前我国病理科室数字化水平普遍偏低,数字病理设备严重匮乏。国产数字病理扫描仪主要集中在中低端产品,高端数字病理扫描仪市场完全被莱卡、奥林巴斯等国外仪器厂商所垄断。以日本滨松、美国Apero为代表的数字病理设备厂商依靠其技术垄断,制定严重畸形的市场价格,单台设备通常都在150万到200万之间。

  数字病理扫描仪的开发涉及光学、机械、控制、软件等多学科技术体系,其技术壁垒非常之高。以自适应连续扫描技术为例,为了保证高倍物镜的扫描成像质量,要求在整个扫描过程中实现0.2个微米的对焦精度,相当于飞机贴地飞行过程中始终保持厘米级精度的离地高度。关新平教授团队依托国家重大仪器专项项目,数年来产学研联合攻关,相继突破大数字孔径物镜、多维显微成像光学、多光谱分子成像、高速线扫成像控制、自适应连续对焦等十余项关键技术,实现了高端数字病理扫描仪的核心技术国产化,开发出与国外产品基本处于同一个水平的产品,打破了数字病理关键技术国际垄断,该产品也在本次工业博览会上首次亮相。

图片说明:打破了数字病理关键技术国际垄断,该产品也在本次工业博览会上首次亮相

  产学研结合,推动国产高端数字病理扫描仪的产业化

  在仪器研发过程中,上海交通大学重大仪器专项实施团队,积极与业界同行企业紧密合作,非常注重产学研结合和技术推广,已将多项关键技术、关键部件用于这些企业的技术改造、产品升级,并产生了数千万的经济效益。

  电动载物台是实现显微切片数字化扫描的基础部件,上海交通大学通过技术攻关开发出自主知识产权的直线驱动扫描台,打破了传统丝杠驱动电动载物台低速爬行、高速振动、存在反向间隙等技术缺陷,关键技术指标与外国外同类产品无异,但是销售价格只有国外产品的一半,市场竞争优势明显,在全自动显微镜设备、激光检测设备、光谱设备等获得了推广。

  高分辨率成像光学系统是保证显微镜成像质量的关键,上海交通大学自主研发的大孔径无限远校正成像技术、宽波段光谱成像技术在获得了业界同行的广泛认可,并在体液分析仪器、核型分析仪器、显微高光谱系统进行了推广应用,获得了用户的认可。

  同时,上海交通大学国家重大仪器专项项目组非常注重产品开发与用户体验相结合,从第一代原理样机开始,就注重邀请用户单位进行现场指导和评价。目前,mSlide-I型工程化样机已经在国家蛋白质科学中心、上海交通大学多个附属医院进行了多个阶段的试用,获得了大量的用户反馈和高度的技术评价。

图片说明:目前,该项目组已经申请专利近三十项,开发数字病理专用软件2套

  依托上海交通大学附属第六人民医院、上海交通大学附属国际妇婴保健院、北京301总院、北京大学药学院等国内三甲医院和科研单位,项目组积极开展智能诊断领域的研究,已构建多个数字病理数据库,开展了结肠癌、骨髓病变、宫颈微小浸润癌等智能诊断研究或药物药效评估。在抗帕金森病(PD)药物药效评估中,黑质致密带的神经元细胞计数统计达到了95%的精度。

  目前,该项目组已经申请专利近三十项,开发数字病理专用软件2套。业内同行前来进行技术交流、寻求技术合作者络绎不绝,投资单位更是给出了2亿元的技术估值。上海交通大学仪器专项项目有望推动国产高端数字病理扫描仪的产业化,为国家开辟病理诊断的新局面贡献力量。