“透视”生物组织

谢更好

在生物光子学这条路上，汪待发博士已经行进了十余年，热情却丝毫未减，因为这指向他的梦想应许之地。新的开创

对于光，生物组织存在强散射现象。“举个例子来说，一杯牛奶的内部，我们是看不清的，这是因为牛奶里面有很多的小颗粒，造成了光的散射。”汪待发解释说。与此类似，当一束光进入浑浊不透明的生物组织后，经过一个传输平均自由程，光束将丢失原始的方向信息，呈现漫射传播。

当下，在深层生物组织中实现高分辨的功能、分子影像或靶向光学治疗、操控等一直是生物光子学领域最核心的挑战。“我们需要破解这一难题，如果我们能清晰地看透生物组织，那么许多疾病的诊断就会轻而易举，例如皮肤癌、肠癌。当然，它还有其他的意义，比如验证药效、探究药物作用原理等。”

从2001年考入清华大学生物医学工程专业开始，汪待发就逐渐走上探寻这一目标的道路。在清华大学，他从一名本科生成长为博士，度过了9年的时光。“这期间除了学习专业技能外，我的人生观、价值观、为人处事的方式都有了很大的改变，我从老师和同学的身上学到了很多。”读博士时，汪待发参与了“973”计划子课题和国家自然科学基金课题，开展了散射光学断层成像研究，提出了多种全新的重建算法和成像系统，获评清华大学优秀博士学位论文一等奖，他本人荣获清华大学优秀博士称号。当时，清华大学有超过1000名博士生毕业，而一等奖只颁发了22人。

走出清华大学的校门后，汪待发选择来到北京航空航天大学生物与医学工程学院就职，继续开展光学断层成像研究，并主持了包括国家自然科学基金在内的多项相关课题。长期以来，已有成像方法存在需要旋转成像物体、笨重光源或探测部件等难题，汪待发迎难而上，在研究中提出了全新成像算法与装置，例如基于旋转镜的断层成像方法，为问题的解决提供了新的突破口，得到了国内外同行广泛关注和认可。

2014年4月，在国家留学基金的支持下，汪待发赴美国加州理工学院，与生物光子学领域的著名学者Yangchanghuei教授合作，针对生物光子领域的核心難题“如何在深层组织中实现光学聚焦”开展研究。他们提出和建立了世界上最快的数字光学相位共轭方法，相对已有方法性能提升了近百倍，进而在世界上首次透过超过2mm厚的、含血液流动的动物皮肤实现持续高强度光学聚焦。相关成果被三位审稿人一致推荐在Optlea（美国光学学会OSA的顶级期刊，影响因子>5）上发表。论文发表后，得到了同行的广泛关注，1年内被引用20余次。

这一切，都成为了汪待发开展国家自然科学基金面上项目的积淀。“我发现磁场有一些独特的优势，所以想将磁场与光学两种模态组合起来，进行生物光子学的研究。”他说。转化是着力点

“应用和转化是我开展研究的着力点。把成果转化工作做好，从大的方面说可以减少国家的高端医疗影像进口，造福国民：从小的方面讲能培育人才队伍，实现个人价值。”汪待发说。

至今，汪待发在产品转化方面已经做出了许多成绩。他带领团队，为北京谊安集团预研了下一代呼吸机的智能气泵控制器：为北京纳通集团预研了基于电阻抗的椎弓根智能开路器，避免了传统椎弓根手术中螺钉植入过程中的刺破脊椎神经的风险，提高手术准确度和安全性。另外，他还为清华大学研发了一套可穿戴式心理生理监测系统。该系统尺寸小，续航高达1周，支持运动脉搏波监测和心理评估，为心理学的定量研究提供了全新的研究工具和手段。当然，最值得一提的还是其团队推向市场的中国第一台大型高端近红外光谱脑功能成像（fNlRs）系统。

“利用组织光谱特性的差异，fNlRs可以高时间分辨地探测和成像脑活动激活的脑皮层血流和血氧含量的变化，进而有效地对脑活动进行可视化和定量评估。”汪待发介绍说。相对于脑电、功能核磁共振等其他成像方法，fNIRs具有成本适中、时间分辨率高、空间分辨率适中、对运动不敏感等特点和优势，现在已发展成为一种不可或缺的脑功能成像模态，在基础科研和临床应用中发挥越来越重要的作用，被众多国内外研究者青睐。尽管近几年国内利用fNlRs开展基础研究和临床的单位急剧增加，这一大型高端影像设备的中国市场一直由国外控制。“在这方面，我们必须要赶超外国，打破垄断，引领技术发展。”汪待发说。

基于多年在散射光学领域的研究技术基础，以及在微弱信号探测领域的积累，汪待发用了多年的时间，突破了超微弱、超宽动态范围近红外光检测，时空频多重耦合的多通道多光谱并行高速探测、近红外光谱信号处理和分析诊断方法等核心技术，自主研发出了中国第一台高端大型fNlRs系统。

经过验证，新设备相关指标已可与国际高端产品竞争，部分核心性能指标有所超越，并具有明显的成本优势。目前设备已经被清华大学、国家康复辅具中心、深圳大学、中国康复研究中心等单位采购或应用。

“产业化过程会遇到太多难题。”汪待发说。尽管在应用上有了好的开端，他依然觉得，与其说要打通产品转化的最后一公里，还不如说距离真正实现技术成果产业化之路还有99公里。为了推进这“99公里”，依托北京航空航天大学产业研究院，以近红外光谱脑功能成像为核心技术，汪待发与一群志同道合者一起，创立了丹阳慧创医疗设备有限公司。这是一家专注于为脑研究和脑健康提供创新、专业解决方案和服务的高科技企业，目前已经形成了产学研用一体的完整规划，并得到了“丹阳创新创业人才”等当地政府科技政策的扶持。正如他所说，这条路走起来并不容易，但是他仍有志于此，因为在他心中，这是值得去做的事。

“实践出真知”，经过多年来在科研与产业化道路上的探索，汪待发已经将这一理念融成了行事风格。作为一名师者，他在对本科生和研究生的授课过程中也因材施教，注重实践与科研环节的双重培养。近年来，他指导大学科研训练计划（sRTP）1项、冯如杯竞赛3项。其中，“冯如杯”为北京航空航天大学年度学生竞赛项目，每年有4000多名本科生参与，计上千支参赛队伍。而汪待发指导的竞赛项目分别在2013和2014年获得一等奖和二等奖。

现在，如何开展前沿的研究解决生物光子学领域的核心难题，如何将创新的技术向市场转化，是汪待发每天不断在思考的问题。在国家科技创新的东风下，作为自主高端医疗脑功能影像设备的先行者，他会一往直前！