劉文麗 洪寶玉 陳 斌 張吉焱 定 翔 胡志雄 李 姣

(中國計量科學(xué)研究院，北京 100029)

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先進(jìn)國家計量機(jī)構(gòu)醫(yī)學(xué)計量的前沿研究熱點(diǎn)*

劉文麗 洪寶玉 陳 斌 張吉焱 定 翔 胡志雄 李 姣

(中國計量科學(xué)研究院，北京 100029)

本文是國家科技支撐項目“醫(yī)學(xué)診療設(shè)備計量標(biāo)準(zhǔn)與溯源體系研究(2011BAI02B00)”中課題“醫(yī)用光學(xué)與放射影像設(shè)備計量標(biāo)準(zhǔn)與溯源體系研究(2011BAI02B02)”之子課題“醫(yī)學(xué)計量體系框架研究”中的部分內(nèi)容，旨在跟蹤了解國際先進(jìn)國家計量機(jī)構(gòu)在醫(yī)學(xué)計量領(lǐng)域所開展的前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)研究工作。

醫(yī)學(xué)計量；醫(yī)學(xué)影像；核醫(yī)學(xué)與放射醫(yī)學(xué)；醫(yī)用光學(xué)；生物化學(xué)；醫(yī)學(xué)綜合

0 引言

由于醫(yī)學(xué)計量直接關(guān)系人民健康，醫(yī)學(xué)計量研究機(jī)構(gòu)在世界各個先進(jìn)國家都得到充分的重視，正在不斷的發(fā)展中。本文按醫(yī)學(xué)影像、核醫(yī)學(xué)與放射醫(yī)學(xué)、醫(yī)用光學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)綜合5個主要方面，描述了各先進(jìn)國家計量機(jī)構(gòu)醫(yī)學(xué)計量的前沿研究熱點(diǎn)，供從事醫(yī)學(xué)計量工作的同志參考。

1 醫(yī)學(xué)影像

1.1 核磁共振成像MRI

NIST(美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院)已經(jīng)開發(fā)出了第一個可用于MRI系統(tǒng)性能和圖像數(shù)據(jù)溯源至國際標(biāo)準(zhǔn)單位的phannie膜體；

NIST完成了專門用于人體乳腺M(fèi)RI成像的校準(zhǔn)用膜體；

NIST開發(fā)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)和新型多功能核磁造影劑用于定量MRI成像;

KRISS(韓國標(biāo)準(zhǔn)和科學(xué)研究院)和PTB(德國聯(lián)邦物理技術(shù)研究院)也同時在開展MRI膜體研究；

NPL(英國國家物理實驗室)率先開展了射頻RF環(huán)境下，人體對電磁場信號功率的比吸收率SAR測量，開發(fā)了SAR值探針并建立了國家標(biāo)準(zhǔn)，同時該裝置可用于MRI設(shè)備的SAR值測量；

KRISS同時也開展了MRI成像過程中人體射頻功率沉積SAR值測量技術(shù)；

PTB開展了高場強(qiáng)核磁共振成像安全性評估研究以及MR成像用于熱療時體內(nèi)熱量的在線測量技術(shù)；

PTB開展了心臟MR成像以及心肌參數(shù)測量技術(shù)；

KRISS開展了基于ULF-MRI系統(tǒng)，結(jié)合MEG腦磁圖技術(shù)的腦功能測量研究；

KRISS研究開發(fā)了MCG系統(tǒng)用于心臟疾病的檢測。

1.2 計算機(jī)斷層掃描成像CT

NIST主要開展了肺部CT成像的膜體，為肺部成像提供了一套2088參考物質(zhì)，可以溯源至國際標(biāo)準(zhǔn)單位;

NPL新開展了工業(yè)CT測量技術(shù)的研究，同時為醫(yī)學(xué)成像提供技術(shù)服務(wù)。

1.3 正電子發(fā)射斷層掃描PET

NIST開發(fā)了一套含68Ge溶液的膜體來替代18F進(jìn)行PET掃描儀的校準(zhǔn)，實現(xiàn)了PET成像直接溯源至國際標(biāo)準(zhǔn)單位。

1.4 超導(dǎo)量子干涉儀SQUID

KRISS正在研究超導(dǎo)量子干涉儀用于腦功能測量及其測量方法。

1.5 超聲US

NPL主導(dǎo)了一項醫(yī)用超聲診斷劑量研究的項目，開展了劑量標(biāo)準(zhǔn)化研究工作；

KRISS開展了超聲技術(shù)用于高血壓篩查的研究項目；

NMIJ(日本國家計量院)和ITRI(臺灣工業(yè)技術(shù)研究院)也同時開展了超聲診斷技術(shù)研究。

2 核醫(yī)學(xué)與放射醫(yī)學(xué)

2.1 SPECT掃描儀

NIST開發(fā)了一套133Ba膜體替代131I用于SPECT掃描儀的校準(zhǔn)，溯源到了國際標(biāo)準(zhǔn)單位。

2.2 Tc-99造影劑

NPL主持完成了核醫(yī)學(xué)造影劑Tc-99的國際比對(CCRI(II)K-2.99Tc comparison)。

2.3 重離子束劑量

PTB開發(fā)了一種更加精確的用于定量重離子束劑量的方法；

NPL正在開展質(zhì)子和離子束放射劑量測量的研究。

2.4 電離輻射劑量

NPL2011年開發(fā)了最新的石墨測熱儀用于HDR近距離放療的劑量評價，將石墨測熱法作為評價電離輻射劑量的最重要的校準(zhǔn)基準(zhǔn)；

NPL開發(fā)了一套用于放射治療射野影像系統(tǒng)EPID放射劑量的測量方法；

KRISS開展了放射治療腫瘤的最優(yōu)化劑量研究和風(fēng)險評估;

KRISS開展了乳腺X線照相術(shù)治療過程中最優(yōu)化劑量研究。

2.5 醫(yī)用加速器

KRISS專門設(shè)立了CARS實驗室開展醫(yī)用加速器研究，包括137Cs和60Co的劑量及標(biāo)準(zhǔn)；

LNE開展了醫(yī)用直線加速器高能光子束241Am(60keV),137Cs(660keV),60Co(1.25MeV)的特性和劑量研究；

NMIJ開展了60Co的水吸收劑量標(biāo)準(zhǔn)，以及醫(yī)用直線加速器高能量光子束計量的水吸收計量標(biāo)準(zhǔn)。

3 醫(yī)用光學(xué)

3.1 高光譜成像

NIST收集了人類皮膚在不同波長下不同組織形態(tài)，建立了一套高光譜成像的計量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 光學(xué)相干斷層成像OCT

NPL研究開發(fā)了光學(xué)相干斷層成像OCT設(shè)備，構(gòu)建了OCT光學(xué)模型及組織膜體。

3.3 激光醫(yī)學(xué)系統(tǒng)

KRISS開展了超短脈沖激光醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的評估項目；

KRISS正在研究開發(fā)用于微創(chuàng)手術(shù)的飛秒激光醫(yī)學(xué)系統(tǒng)。

3.4 光學(xué)顯微鏡

NIST開發(fā)了一種新的用于熒光顯微鏡標(biāo)記和校準(zhǔn)的新方法；

PTB建立了光學(xué)顯微鏡、定量顯微鏡和紫外光顯微鏡的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，研究和開發(fā)超高分辨率光學(xué)顯微鏡測量方法，使其測量能力溯源至微米和納米級；

NPL目前正在研究開發(fā)超高分辨率的顯微鏡以實現(xiàn)對細(xì)胞內(nèi)分子水平的細(xì)節(jié)成像，分辨率達(dá)到納米級。

3.5 光學(xué)分子成像

NIST研制了分子生物成像設(shè)備，開發(fā)了納米生物傳感器，用于分子水平的醫(yī)學(xué)診斷和治療；

PTB開展了激光誘導(dǎo)熒光成像、特異性與非特異性熒光造影劑分子成像應(yīng)用，同時，研究熒光成像的定量化。

ITRI開發(fā)了大腸癌光學(xué)同調(diào)斷層掃描系統(tǒng)。

3.6 近紅外光譜腦功能成像

PTB開展了近紅外光譜腦功能成像用于人腦無創(chuàng)血氧飽和度測量。

3.7 近紅外激光二維掃描成像

PTB開展了近紅外激光二維掃描成像技術(shù)檢測乳腺良惡性腫瘤。

3.8 近紅外熒光成像

PTB開展了近紅外熒光成像技術(shù)用于風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的診斷以及腫瘤的診斷。

3.9 視光學(xué)

NIST開展了發(fā)光二極管LED的光度和色度學(xué)物理測量研究；

PTB開展了眼科光學(xué)屈光度和后頂焦度的測量研究及光學(xué)輻射防護(hù)研究。

4 生物化學(xué)

4.1 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

NIST正在認(rèn)證一項BK病毒(BK virus)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，該病毒在尿路和腎臟中容易感染；

NIST研制了一套巨細(xì)胞病毒(CMV)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)可用于校準(zhǔn)以及試劑生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品校準(zhǔn)；

NIST和NIH合作研究用于人體血清和血漿質(zhì)量控制的脂肪酸質(zhì)控物質(zhì)，同時完成了多個實驗室間的脂肪酸比對工作。

4.2 生物探針

NPL利用特殊納米探針進(jìn)行選擇性捕獲有毒構(gòu)象中的β蛋白(β-amyloid)，進(jìn)行進(jìn)一步生物物理和生物化學(xué)分析；

NIST在傳統(tǒng)PCR技術(shù)基礎(chǔ)上，采用基于微流體和乳液的數(shù)字化PCR平臺實現(xiàn)定量化分析核酸，包括DNA、RNA和cDNA；

NIST開發(fā)了毛細(xì)管粘度計和蛋白探針等流變學(xué)測量工具用于評價不同溶液和蛋白質(zhì)濃度的蛋白液的穩(wěn)定性；

PTB正在研究新的人體血細(xì)胞計數(shù)方法及儀器，開發(fā)了激于誘發(fā)熒光顯微鏡進(jìn)行單個生物細(xì)胞和組織切片的定位和計數(shù)；

PTB開發(fā)了基于微流控芯片技術(shù)的流式細(xì)胞儀，體積小、集成度高。

4.3 生物技術(shù)

NPL在生物技術(shù)方面開發(fā)了一套集合測量系統(tǒng)來監(jiān)測細(xì)胞在體外環(huán)境生長發(fā)育過程中的有利和不利因素，為優(yōu)化醫(yī)學(xué)產(chǎn)品和設(shè)備提供有效的定量測量工具。

NPL開發(fā)了一種結(jié)合定量生物物理學(xué)測量和分子工程技術(shù)的方法，通過微生物學(xué)比較和顯微鏡分析，將微生物膜成份和結(jié)構(gòu)與微生物的耐藥性建立起聯(lián)系，為細(xì)菌耐藥性研究提供了新思路。

ITRI開發(fā)了高密度基因晶片、自動化分子診斷系統(tǒng)、藥分子診斷系統(tǒng)等生物技術(shù)。

5 醫(yī)學(xué)綜合

5.1 無創(chuàng)血壓數(shù)據(jù)庫

KRISS正在通過無創(chuàng)血壓測量設(shè)備采集國人血壓并建立韓國血壓數(shù)據(jù)庫。

5.2 無創(chuàng)血壓模擬裝置

KRISS及ITRI都開發(fā)了人體無創(chuàng)血壓模擬裝置、無創(chuàng)血壓膜體以及校準(zhǔn)裝置。

5.3 醫(yī)用氣體

NPL使用室內(nèi)可塑性標(biāo)準(zhǔn)氣體對醫(yī)用氣體進(jìn)行校正，實現(xiàn)對高純度氣體的可溯源性測量，其分析能力包括氮?dú)?、氧氣、氬氣、氫氣、二氧化碳、一氧化氮等等?/p>

5.4 口腔材料

NIST領(lǐng)先于其他國家計量院，正在研究開發(fā)用于聚合類齒科材料的參考物質(zhì)，以實現(xiàn)口腔材料的溯源問題。

6 結(jié)束語

醫(yī)學(xué)計量與人類健康密切相關(guān)，隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步,先進(jìn)的醫(yī)學(xué)治療、診斷和監(jiān)護(hù)設(shè)備已經(jīng)成為提高醫(yī)治質(zhì)量和服務(wù)人類健康的一大支柱。醫(yī)學(xué)計量在新型現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備大量涌現(xiàn)的現(xiàn)實環(huán)境下,對實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備量值溯源的統(tǒng)一,確保診斷準(zhǔn)確、治療可靠等方面發(fā)揮基礎(chǔ)支撐作用。我國已開展的醫(yī)學(xué)計量工作與醫(yī)療設(shè)備的計量溯源需求尚有較大差距,了解國際先進(jìn)國家計量機(jī)構(gòu)在醫(yī)學(xué)計量領(lǐng)域所開展的前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)很有必要，為提升我國醫(yī)學(xué)診療設(shè)備計量檢測能力，建立具有國際先進(jìn)水平的計量標(biāo)準(zhǔn)和溯源體系還需計量工作者們共同努力。

參考網(wǎng)站

[1] www.nist.gov

[2] www.npl.co.uk

[3] www.ptb.de

[4] www.kriss.re.kr

[5] www.nmij.jp

[6] www.itri.org.tw

*國家科技支撐項目：2011BAI02B02

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.3.19