从受精卵到细胞团再到胚囊，不同的组织、器官渐渐发育成形，将人体组装成一台结构缜密的“机器”。看清这台“机器”的内部结构，以便及时发现病灶从而精准地对症干预，是无数医生梦寐以求的愿望。
1942年，奥地利神经科医生卡尔·杜斯克率先使用A超（超声A型扫描成像检测仪）探测颅骨，拉开了超声医学诊断的序幕。自此之后，B超（超声B型扫描成像检测）、彩超、CT（计算机断层扫描）、核磁……各种医学影像手段不断涌现，为医生装上“透视眼”，也给越来越多的病人带来福音。
在澳门赌场声学研究所（以下简称声学所），由研究员林伟军、李玉冰等主持的高分辨率超声CT样机正在加紧研制，为超声医学诊断再添新动能。“经过多年的积累，我们已经从跟跑进入并跑阶段，期待未来能够实现领跑！”对此，这支年轻的团队信心满满。
从无到有
声学所在超声医学诊断上的积累可追溯至40多年前。档案馆里珍藏着一本发黄的册子，这是一份科学技术成果鉴定证书，上面标注的日期是1981年7月14至16日。
鉴定意见写道：“全部使用国产元件……显示的图象（像）质量为目前国内各同类产品中最佳者，可与日本一九七九年产品Aloka SSD-202D仪相媲美……”
这份鉴定书的主角是STS-Ⅰ线阵超声诊断仪，是我国首台国产医用B超仪。
1979年，一场B型超声实时图像诊断仪展销会在上海引起轰动。当时还是声学所东海研究站（以下简称东海站）副研究员的沈志华也被好友拉去现场。眼前的一切让他深受震撼：随着约手掌宽的探头在腹部滑动，一幅动态的黑白影像随之在显示器上出现，内脏形态一目了然。
这是沈志华第一次见到能直观显示人体内部组织图像的超声仪器——在当时，国内大部分医院使用的是A超，仅能显示出一维波形图。
震撼的同时，身为科研人员，沉甸甸的责任感也油然而生。
责任感来自现实的需求。沈志华曾这样写道：“国内尚无生产比较好的这种诊断仪，而医院又十分需要这类仪器……”“我国是超过十亿人口的国家，需要大量的这类仪器，可我国不可能用很多的外汇来购买这种仪器……呼吁国内自行研制、生产这种仪器……”
责任感里，也有几十年专业耕耘带来的底气。
沈志华长期从事声呐技术研究，他很快联想到，这一“神奇”的仪器与自己的工作“万殊一辙”：“这种诊断仪实际上也是一种声呐系统，它与军用、渔用声呐有很多相似的地方，当然也有差别，我们在这方面可以为国家出一份力。”
一句“出一份力”，背后是经年累月的攻坚克难。
1979年8月，高分辨率声呐课题组成立，沈志华担任课题组组长，高级工程师朱儒良任副组长。
首台国产医用B超仪研制自此启动。
广泛收集国内外文献资料、参加各种超声会议、参观国外进口的超声诊断仪、听取和征求超声诊断专家的看法和意见……细致的调研之后，仪器研制的关键问题被一一锁定。其中，换能器是核心之一。
“所谓的‘换能器’，就是我们通常所说的‘探头’，核心部件是晶体片。”朱儒良说，当电压作用于晶体片时，晶体片会随着电信号的变化产生振动，从而发射超声波。B超之所以能够展示二维图像，依靠的就是由许多晶体片组成的阵列，“阵列中的单组晶体片越多，也就是阵元越多，图像显示的分辨率就越高，但是难度也就越大。”他们当时瞄准的，是日本厂商生产的世界上最先进的64阵元B超仪。“我们想，既然要做，就做最好的。”朱儒良说。
为确保探头拥有良好性能，就需要对晶体片进行加工、研磨，使64组晶体片之间的间隔达到0.01毫米级。然而，当时课题组并没有合适的精密加工设备，进口的切片机又太贵。
“没有条件，创造条件也要干！”沈志华说，他们找到合作过的砂轮片厂，请求对方做出最薄的砂轮刀片；再请东海站一位八级车工师傅利用砂轮刀片制造出满足精度要求的切片机。
材料加工只是研发路上的难题之一。探头的灵敏性、不同系统之间的配合度……这些国产B超仪的先行者一路摸着石头在黑暗中跋涉。
“在这两年中，工作是十分紧张的……团队每位成员都充分发挥了自己的积极性和主动性，加班加点，为诊断仪出了力流了汗。”沈志华用短短一句，将背后的艰辛轻松带过。
幸好，曙光渐渐浮现。
1980年8月，仪器总装完毕，9月调试成功，随后进入临床试用阶段。期间，超声科医生利用该仪器完成了362例各类疾病的临床诊断，检出了直径不到2厘米的肝癌和直径1厘米的胆囊结石，有的医院甚至凭借这一仪器完成了超声引导下的羊膜腔穿刺试验。
在“实战”中得到检验的仪器，很快便拿到了科学技术成果鉴定证书。
40年来，在一代代科研人员的努力下，国产医用B超仪已经华丽转身。彩超仪、超声体模、超声CT……声学所医用超声领域研究不断取得新的进展。
退休多年的声学所研究员宋建宁曾参与国内首台彩超仪的研发，他一直密切关注着国产医学超声的发展。“国产医学仪器研发能力越来越强，让人振奋！”他期待着，这些成果能加速从实验室走向市场，使转化落地的科技成果尽快实现科研人员的初心——为患者造福。
从有到优
如今，历史的接力棒交到了声学所研究员林伟军和比他更年轻的一代身上。他们的研发起点从“找茬”开始。
传统的B超仪安全无创、无辐射，是孕妇、婴幼儿等群体疾病筛查的不二选择，这也是其他医学影像检测手段所无法比拟的。然而，它也有很多先天的不足。
“我们去做B超的时候，医生手持换能器在我们身上来回滑动。这是因为，显示器上显示的图像质量与换能器在身体上的位置密切相关。为了得到一个准确的诊断，医生要对人体结构有非常精准的了解。”林伟军总结，“也就是说，超声图像并不是一种标准图像，我们在不同医院、不同机器，由不同医生做B超，得到的结果可能都会不同。”正因为此，与CT等检查手段相比，不同医院之间的超声结果互认还有很大难度。
摆脱对医生的依赖，是他们对新型超声设备的第一个期许。
“现在超声结果是在一系列假设的基础上获得的，比如，我们假设人体是一个均匀的组织，假设检测过程中声波进行的是直线传播……但事实并非如此。”林伟军举例，不同脏器成分不同，声波在身体内的传播速度有快有慢。此前，受限于技术水平，大家忽略了这样的假定带来的误差。然而，随着精准医疗的不断发展，临床上对超声成像也提出了更高的要求。
更清晰的图像，是他们对新型超声设备的另一期待。
“如果把这两个问题解决了，那超声能干的事情就更多了。”这时，林伟军揭晓了团队正在进行的研究——高分辨率超声CT研究。
顾名思义，超声CT，既拥有超声检查的安全性，又拥有CT检查的高分辨率和标准度。
实验室里，记者见到了高分辨率超声CT样机：在由蓝色材料搭起的直径四五十厘米的圆形“游泳池”里，放置着一个白色“救生圈”。凑近看，“救生圈”内圈向内伸出一排小探头，外圈则与密密麻麻的黑线相连。
“这是我们打造的环形换能器，里面共有126个阵元，这样的探头排列方式实现了环绕式的检测。”研究员李玉冰是超声CT研制的骨干，他指着“救生圈”解释，“检测部位被置于水中，探头就能接收到不止一个方向的反射波和透射波，甚至是多重散射。这样一来，我们就有了更多的观测模式，可以获得检测部位的更多信息。”
这个方法的专业术语是“全波形反演成像”。说起来，团队还是受到了地震研究的启发。
“地震本质上也是一种声波。中国发生的地震，美国能接收到信号；美国发生了地震，欧洲也能接收到数据……根据这些透射、反射的信息，研究人员就能把地球的内部结构分析出来。这跟我们这台机器的原理是一样的。”李玉冰说。
虽然这种方法最早应用于地球研究，但声学领域为它提供了一个更好的舞台。“在哪里地震不是我们所能控制的。但是在声学研究领域，我们只要把阵列探头环搭好，声波想在哪里发射就在哪里发射，想在哪里接收就能在哪里接收。”
不过新的问题也随之而来：数据量大了，信息的处理能力必然受到挑战。
李玉冰请人工智能技术来帮忙，他三言两语归纳了技术的核心：“我们建立了大量数字模型，模拟了人体结构每一个位置的声速、声衰减、密度等详细信息，然后针对这些模型进行声场仿真，最后利用神经网络建立人体组织信息与声学观测数据的联系。”
需要解决的难事儿不止这一件。
“从理论上，我希望每一个阵元越小越好，因为阵元越小带回的数据信息就越具体。然而阵元的面积减小，转换效率也就降低了。所以我们只能在保证效率的情况下，尽可能将阵元做小。”
这样的例子李玉冰随口就能举出很多。再比如，为了提高超声图像的分辨率，最直接的办法就是提高它的频率。然而，超声的频率越高衰减就会越厉害，穿透性也会越差，影响最终成像效果。
“整个过程，我们要做很多平衡和妥协。”李玉冰说。
从优到“独”
事实上，超声CT是目前国内外研究团队争相抢占的科研高地。不过，不同团队采用的技术路线有所不同。比如，此前一直走在前沿的美国斯坦福大学团队聚焦的是反射波。放眼全球，声学所采用的技术路线几乎是独一份。
“只用反射波收集数据，涉及的数据量和计算量少，三维成像的速度也会更快，但这种方法所能取得的效果是有上限的。”李玉冰解释，骨骼就是反射波难以企及的“天花板”之一。“骨骼对超声的阻挡效应明显，松质骨的复杂结构为获取其内部结构更增加了难度。但我们在控制好频率的前提下，利用包围式的结构加上透射波的信号，就能解决骨骼超声的问题。”
为什么要跟骨头较劲？因为团队的终极目标是大脑超声。
“我们先在软组织如乳腺上进行验证，再在肉包骨也就是肢骨上进行验证，最后通过改进，希望有一天能直接给骨包肉也就是大脑做超声成像，难度一层层在递进。”
朝着这个梦想，他们的脚步坚定而稳健。
2022年初冬，在仿生组织上进行了多次验证之后，团队决定在活体组织上试试超声CT的真本事。仿生组织的内部结构是基本均匀的，远没有人体组织这么复杂。李玉冰内心充满了忐忑，“如果效果不好，我们就只能大改了。”
五花肉成为活体实验的第一选择。除了与乳腺组织结构有相似性，五花肉的实验操作性也很强——直接浸泡于环形换能器围起的水中即可。
焦急的等待后是欣喜。
一张当时的影像被李玉冰从电脑上调取出来，“您看声速比较低的部位是脂肪，声速高的地方是红色的肉皮，中间的部分是肌肉。边界和细节都非常明显。”鼠标箭头轻移，指向五花肉的“三维重建”。“借助于机械扫描或扩展阵列等方法，我们的成果也可以实现三维的整体成像，为生物组织构建数字孪生模型。”
李玉冰又兴致勃勃地为记者展示了女性活体乳腺的传统反射影像和全波反演影像。“在传统反射影像中，我们只能看到囊肿的边界，具备专业医学知识的人才能解读这张图像；而全波反演影像基本上就是一张解剖图，囊肿的细节更加清楚。良性的边缘光滑，恶性的形态更为张牙舞爪，一目了然。”
在李玉冰看来，乳腺筛查也是超声CT最有前景的应用舞台。“亚洲人乳腺比较致密，传统的乳腺钼靶检测难以穿透，声学检测对这一缺点进行了很好地弥补。”
李玉冰用严谨的表述为自己的演示做总结：“针对活体乳腺，我们实现了亚毫米级生物组织声参数影像；相比传统反射影像，分辨率极大提高，而且声速参数特异性能更好地辅助肿瘤性质诊断。与美国斯坦福大学最新发表的科研论文以及美国顶尖创业公司的成像结果相比较，我们的结果有极高的亚毫米分辨能力，具备争做行业首个的潜力。”
“目前，我们的设备在乳腺和肢骨的成像效果已经通过志愿者得到了验证，颅脑疾病的验证正在进行中。”李玉冰说，在不远的将来，超声CT将在乳腺肿瘤无创筛查、肢骨运动损伤动态监测、颅脑疾病精准诊疗上发挥重要作用。
未来超声CT会取代CT吗？李玉冰的答案是否定的。“更多的还是一种互补，为疾病诊断提供更加精准的方案。”他以某些肢干脊骨类疾病举例，这类疾病在诊断时需要患者保持站立位观察其肌肉状态；然而核磁、CT的检查基本需要患者保持躺卧。
数据采集时间从以小时为单位提速到秒级，设备不断集成精简……目前，国际上还没有成型的同类产品，各国的研究团队都在激烈竞争，声学所的年轻一代在奋力奔跑。
（原载于《北京日报》?2024-07-25?第16版）
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