可穿戴超聲貼片設(shè)備。受訪團(tuán)隊(duì)供圖

(資料圖片)

剛剛博士后出站的胡鴻杰，以一作身份發(fā)表的《自然》論文僅一周下載量就超過4.4萬次。這篇論文由胡鴻杰所在的美國加州大學(xué)圣地亞哥分校徐升團(tuán)隊(duì)完成，題目是《可穿戴心臟超聲成像儀》。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種只有郵票大小的可穿戴超聲貼片設(shè)備，可以24小時對心臟進(jìn)行實(shí)時動態(tài)監(jiān)測，即便劇烈運(yùn)動時也不妨礙其正常工作。而在此之前，人們要做類似的心臟監(jiān)測，不僅需要笨重的醫(yī)學(xué)設(shè)備和專業(yè)的技術(shù)人員，還無法獲取患者在運(yùn)動時的心臟狀態(tài)。

令人印象深刻的不僅是這篇論文的應(yīng)用前景，還有它長達(dá)136頁的篇幅。

“其他論文中通常一帶而過的內(nèi)容，我們都非常詳細(xì)地寫了進(jìn)去。”論文通訊作者、加州大學(xué)圣地亞哥分校副教授徐升對《中國科學(xué)報》說，他們目前已為這項(xiàng)技術(shù)申請了專利。

“寫得這么詳細(xì)可能確實(shí)不利于技術(shù)保密，但我們發(fā)表文章的目的就是讓別人來重復(fù)和效仿，所以就沒想著留一手。”徐升笑言。

一張“小郵票”，隨時隨地監(jiān)測心臟動態(tài)

多年前，徐升曾在就醫(yī)時體驗(yàn)過一次“負(fù)荷超聲心動圖”檢查。

一些心血管疾病在患者平靜的狀態(tài)下并不顯山露水，但在劇烈運(yùn)動或遭受情感和身體壓力時就會表現(xiàn)出來。“負(fù)荷超聲心動圖”旨在檢測患者心血管系統(tǒng)對各類負(fù)荷的反應(yīng)狀況。

徐升接受的是運(yùn)動負(fù)荷檢查。跑步前，醫(yī)生用超聲探頭對他進(jìn)行心臟成像檢測。接著，他需要在一臺跑步機(jī)上持續(xù)跑步，速度設(shè)置越來越快，他跑得越來越吃力，直到感覺實(shí)在跑不動了，就迅速從跑步機(jī)上下來，跳到旁邊的一張床上，這時醫(yī)生就會拿出超聲探頭對他的心臟進(jìn)行掃描。

檢查完后，徐升跟醫(yī)生聊了一會兒。他了解到當(dāng)前的檢測技術(shù)事實(shí)上只能檢測患者在運(yùn)動前和運(yùn)動后的心臟狀態(tài)，而無法實(shí)時檢測運(yùn)動中的狀態(tài)。

“患者從停止運(yùn)動的那一刻起，心臟就已經(jīng)開始休息了，10秒之內(nèi)心率會下降很快，這對檢測準(zhǔn)確性的影響非常大。這段檢測無法覆蓋的盲區(qū)也是國內(nèi)外的一項(xiàng)技術(shù)空白。”徐升說。

2019年初，胡鴻杰領(lǐng)銜開啟了關(guān)于可穿戴心臟超聲成像儀的研究。他們利用實(shí)驗(yàn)室制造柔性生物醫(yī)學(xué)電子設(shè)備的傳統(tǒng)優(yōu)勢，向著更高難度的目標(biāo)進(jìn)軍。

團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款尺寸為1.9厘米×2.2厘米×0.09厘米的超聲貼片，只有一張郵票大小，柔軟且富有彈性，即便在劇烈運(yùn)動時也能很好地貼合人體。貼片的背面有硅油，一方面用于與人體粘連，另一方面起到超聲檢查中耦合劑的作用。

這個小東西的巧妙之處不止于此。它由壓電換能器陣列、液態(tài)金屬復(fù)合電極和三嵌段共聚物封裝而成。研究人員創(chuàng)新了加工方法和算法，讓設(shè)備實(shí)現(xiàn)高分辨率的B超成像，然后創(chuàng)造性地引入人工智能技術(shù)，把隱藏在B超圖像里的重要心臟參數(shù)提取出來。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)設(shè)備只能提取一些離散的數(shù)值，這張“小郵票”卻可以提取出連續(xù)的波形，為醫(yī)生提供更全面、更有價值的信息。

“鑒于心血管疾病的突發(fā)性和危害性，開發(fā)一款針對心臟檢查的柔性電子設(shè)備是很好的開始。”徐升說，“但這項(xiàng)技術(shù)不僅應(yīng)用于心臟成像，還可以推廣用于其他深層組織的成像，例如下腔靜脈、腹主動脈、脊柱和肝臟等。”

136頁論文，這個課題組不怕“吃虧”

這篇長達(dá)136頁的論文，包括23頁正文和110多頁補(bǔ)充材料。

“這些材料里包含大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，甚至可以具體到我們最終采用的探頭是什么樣的，與其他探頭設(shè)計(jì)相比有什么優(yōu)勢和劣勢；在成像過程中為什么會出現(xiàn)噪聲干擾，怎么解決這種噪聲干擾……”胡鴻杰向《中國科學(xué)報》解釋，“此外我們還咨詢了很多臨床醫(yī)生，整理了大量與心臟疾病有關(guān)的資料，我們把這些也寫進(jìn)了論文。”

這也是徐升團(tuán)隊(duì)一貫的風(fēng)格。徐升表示，這種極其詳盡的論文寫作方法有利有弊。好處在于能夠幫助讀者理解論文內(nèi)容，方便同行重復(fù)和驗(yàn)證相關(guān)實(shí)驗(yàn)，并提升論文實(shí)際影響力。但風(fēng)險也很明顯：可能對專利申請和保護(hù)產(chǎn)生影響；而且寫作時間延長后，論文被“搶發(fā)”的風(fēng)險也大大增加。

對于這些顧慮，徐升卻表現(xiàn)得很豁達(dá)：“我就想，人各有命。我們的論文目前被‘搶發(fā)’過3次，但是我們也‘搶’過別人的，很正常。”

“最重要的，科研不是‘一錘子買賣’。我們既然做這個工作，就要盡可能把它更好地展示出來。這種態(tài)度本身也有助于把每一件工作做好。”他說。

胡鴻杰慢慢發(fā)現(xiàn)，這些精雕細(xì)琢、干貨滿滿的論文，給自己的科研生涯帶來了很大幫助。

所有求職簡歷都投給了國內(nèi)機(jī)構(gòu)

1992年出生的胡鴻杰，于今年初博士后出站。正在尋找工作的他，把每一份簡歷都投給了國內(nèi)的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。

“我大學(xué)畢業(yè)后，就來到了加州大學(xué)圣地亞哥分校學(xué)習(xí)，在外面已經(jīng)“漂”了太多年。家里的人都很思念我，所以我要回國工作。”胡鴻杰說。

這篇新發(fā)表在《自然》的論文，帶他走上了從事科研工作以來的第一個“小高峰”。他接到很多電話，有領(lǐng)域內(nèi)的專家學(xué)者來交流探討，也有企業(yè)界的人士尋求合作。但這項(xiàng)工作帶給他的最大收獲，是在領(lǐng)導(dǎo)一個小團(tuán)隊(duì)的過程中，具備了從確定學(xué)術(shù)課題到組織開展工作的獨(dú)立科研能力。

“徐老師在培養(yǎng)學(xué)生的過程中，很注重‘授人以魚不如授人以漁’。”胡鴻杰說，“他會啟發(fā)我們自己產(chǎn)生idea，然后教會我們判斷一個idea是否有價值，以及如何付諸實(shí)踐。”

胡鴻杰發(fā)現(xiàn)，讀文獻(xiàn)和聽學(xué)術(shù)報告是獲取idea最重要的源泉。而且在讀和聽的過程中，要時刻進(jìn)行思考。“比如哪些方面的研究還有不足和缺陷？我能不能利用專業(yè)知識和技術(shù)來彌補(bǔ)這些缺陷？如果我做到了，算不算解決了一個重大問題？經(jīng)常思考這些問題，idea就會自然而然產(chǎn)生。”他說。

在做一個科研小團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人時，胡鴻杰認(rèn)為：“一定要著眼大局，而不是只盯著項(xiàng)目的一小部分。要把整個項(xiàng)目的進(jìn)展、節(jié)點(diǎn)放在心里，有序推進(jìn)；此外，要培養(yǎng)自己閱人的能力，讓每個人去做最擅長、最合適的事情，同時根據(jù)大家的表現(xiàn)進(jìn)行及時反饋。而科學(xué)家也要有良好的社交能力，這樣才能更好地實(shí)現(xiàn)交流和合作。”

近日，胡鴻杰剛剛收獲了一個名為“寺崎久子青年創(chuàng)新旅途獎”的獎項(xiàng)，這個獎旨在表彰那些在職業(yè)生涯早期就取得卓越成果，特別是開發(fā)出突破性的、具有重大轉(zhuǎn)化潛力的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的個人。（記者 李晨陽）