先进国家计量机构医学计量的前沿研究热点*

刘文丽 洪宝玉 陈 斌 张吉焱 定 翔 胡志雄 李 姣

(中国计量科学研究院，北京 100029)



先进国家计量机构医学计量的前沿研究热点*

刘文丽 洪宝玉 陈 斌 张吉焱 定 翔 胡志雄 李 姣

(中国计量科学研究院，北京 100029)

本文是国家科技支撑项目“医学诊疗设备计量标准与溯源体系研究(2011BAI02B00)”中课题“医用光学与放射影像设备计量标准与溯源体系研究(2011BAI02B02)”之子课题“医学计量体系框架研究”中的部分内容，旨在跟踪了解国际先进国家计量机构在医学计量领域所开展的前沿热点技术研究工作。

医学计量；医学影像；核医学与放射医学；医用光学；生物化学；医学综合

0 引言

由于医学计量直接关系人民健康，医学计量研究机构在世界各个先进国家都得到充分的重视，正在不断的发展中。本文按医学影像、核医学与放射医学、医用光学、生物化学、医学综合5个主要方面，描述了各先进国家计量机构医学计量的前沿研究热点，供从事医学计量工作的同志参考。

1 医学影像

1.1 核磁共振成像MRI

NIST(美国国家标准与技术研究院)已经开发出了第一个可用于MRI系统性能和图像数据溯源至国际标准单位的phannie膜体；

NIST完成了专门用于人体乳腺MRI成像的校准用膜体；

NIST开发校准标准和新型多功能核磁造影剂用于定量MRI成像;

KRISS(韩国标准和科学研究院)和PTB(德国联邦物理技术研究院)也同时在开展MRI膜体研究；

NPL(英国国家物理实验室)率先开展了射频RF环境下，人体对电磁场信号功率的比吸收率SAR测量，开发了SAR值探针并建立了国家标准，同时该装置可用于MRI设备的SAR值测量；

KRISS同时也开展了MRI成像过程中人体射频功率沉积SAR值测量技术；

PTB开展了高场强核磁共振成像安全性评估研究以及MR成像用于热疗时体内热量的在线测量技术；

PTB开展了心脏MR成像以及心肌参数测量技术；

KRISS开展了基于ULF-MRI系统，结合MEG脑磁图技术的脑功能测量研究；

KRISS研究开发了MCG系统用于心脏疾病的检测。

1.2 计算机断层扫描成像CT

NIST主要开展了肺部CT成像的膜体，为肺部成像提供了一套2088参考物质，可以溯源至国际标准单位;

NPL新开展了工业CT测量技术的研究，同时为医学成像提供技术服务。

1.3 正电子发射断层扫描PET

NIST开发了一套含68Ge溶液的膜体来替代18F进行PET扫描仪的校准，实现了PET成像直接溯源至国际标准单位。

1.4 超导量子干涉仪SQUID

KRISS正在研究超导量子干涉仪用于脑功能测量及其测量方法。

1.5 超声US

NPL主导了一项医用超声诊断剂量研究的项目，开展了剂量标准化研究工作；

KRISS开展了超声技术用于高血压筛查的研究项目；

NMIJ(日本国家计量院)和ITRI(台湾工业技术研究院)也同时开展了超声诊断技术研究。

2 核医学与放射医学

2.1 SPECT扫描仪

NIST开发了一套133Ba膜体替代131I用于SPECT扫描仪的校准，溯源到了国际标准单位。

2.2 Tc-99造影剂

NPL主持完成了核医学造影剂Tc-99的国际比对(CCRI(II)K-2.99Tc comparison)。

2.3 重离子束剂量

PTB开发了一种更加精确的用于定量重离子束剂量的方法；

NPL正在开展质子和离子束放射剂量测量的研究。

2.4 电离辐射剂量

NPL2011年开发了最新的石墨测热仪用于HDR近距离放疗的剂量评价，将石墨测热法作为评价电离辐射剂量的最重要的校准基准；

NPL开发了一套用于放射治疗射野影像系统EPID放射剂量的测量方法；

KRISS开展了放射治疗肿瘤的最优化剂量研究和风险评估;

KRISS开展了乳腺X线照相术治疗过程中最优化剂量研究。

2.5 医用加速器

KRISS专门设立了CARS实验室开展医用加速器研究，包括137Cs和60Co的剂量及标准；

LNE开展了医用直线加速器高能光子束241Am(60keV),137Cs(660keV),60Co(1.25MeV)的特性和剂量研究；

NMIJ开展了60Co的水吸收剂量标准，以及医用直线加速器高能量光子束计量的水吸收计量标准。

3 医用光学

3.1 高光谱成像

NIST收集了人类皮肤在不同波长下不同组织形态，建立了一套高光谱成像的计量标准。

3.2 光学相干断层成像OCT

NPL研究开发了光学相干断层成像OCT设备，构建了OCT光学模型及组织膜体。

3.3 激光医学系统

KRISS开展了超短脉冲激光医学系统的评估项目；

KRISS正在研究开发用于微创手术的飞秒激光医学系统。

3.4 光学显微镜

NIST开发了一种新的用于荧光显微镜标记和校准的新方法；

PTB建立了光学显微镜、定量显微镜和紫外光显微镜的校准标准，研究和开发超高分辨率光学显微镜测量方法，使其测量能力溯源至微米和纳米级；

NPL目前正在研究开发超高分辨率的显微镜以实现对细胞内分子水平的细节成像，分辨率达到纳米级。

3.5 光学分子成像

NIST研制了分子生物成像设备，开发了纳米生物传感器，用于分子水平的医学诊断和治疗；

PTB开展了激光诱导荧光成像、特异性与非特异性荧光造影剂分子成像应用，同时，研究荧光成像的定量化。

ITRI开发了大肠癌光学同调断层扫描系统。

3.6 近红外光谱脑功能成像

PTB开展了近红外光谱脑功能成像用于人脑无创血氧饱和度测量。

3.7 近红外激光二维扫描成像

PTB开展了近红外激光二维扫描成像技术检测乳腺良恶性肿瘤。

3.8 近红外荧光成像

PTB开展了近红外荧光成像技术用于风湿性关节炎的诊断以及肿瘤的诊断。

3.9 视光学

NIST开展了发光二极管LED的光度和色度学物理测量研究；

PTB开展了眼科光学屈光度和后顶焦度的测量研究及光学辐射防护研究。

4 生物化学

4.1 标准物质

NIST正在认证一项BK病毒(BK virus)的标准物质，该病毒在尿路和肾脏中容易感染；

NIST研制了一套巨细胞病毒(CMV)标准物质可用于校准以及试剂生产厂商的产品校准；

NIST和NIH合作研究用于人体血清和血浆质量控制的脂肪酸质控物质，同时完成了多个实验室间的脂肪酸比对工作。

4.2 生物探针

NPL利用特殊纳米探针进行选择性捕获有毒构象中的β蛋白(β-amyloid)，进行进一步生物物理和生物化学分析；

NIST在传统PCR技术基础上，采用基于微流体和乳液的数字化PCR平台实现定量化分析核酸，包括DNA、RNA和cDNA；

NIST开发了毛细管粘度计和蛋白探针等流变学测量工具用于评价不同溶液和蛋白质浓度的蛋白液的稳定性；

PTB正在研究新的人体血细胞计数方法及仪器，开发了激于诱发荧光显微镜进行单个生物细胞和组织切片的定位和计数；

PTB开发了基于微流控芯片技术的流式细胞仪，体积小、集成度高。

4.3 生物技术

NPL在生物技术方面开发了一套集合测量系统来监测细胞在体外环境生长发育过程中的有利和不利因素，为优化医学产品和设备提供有效的定量测量工具。

NPL开发了一种结合定量生物物理学测量和分子工程技术的方法，通过微生物学比较和显微镜分析，将微生物膜成份和结构与微生物的耐药性建立起联系，为细菌耐药性研究提供了新思路。

ITRI开发了高密度基因晶片、自动化分子诊断系统、药分子诊断系统等生物技术。

5 医学综合

5.1 无创血压数据库

KRISS正在通过无创血压测量设备采集国人血压并建立韩国血压数据库。

5.2 无创血压模拟装置

KRISS及ITRI都开发了人体无创血压模拟装置、无创血压膜体以及校准装置。

5.3 医用气体

NPL使用室内可塑性标准气体对医用气体进行校正，实现对高纯度气体的可溯源性测量，其分析能力包括氮气、氧气、氩气、氢气、二氧化碳、一氧化氮等等。

5.4 口腔材料

NIST领先于其他国家计量院，正在研究开发用于聚合类齿科材料的参考物质，以实现口腔材料的溯源问题。

6 结束语

医学计量与人类健康密切相关，随着现代医疗技术的进步,先进的医学治疗、诊断和监护设备已经成为提高医治质量和服务人类健康的一大支柱。医学计量在新型现代医疗设备大量涌现的现实环境下,对实现医疗设备量值溯源的统一,确保诊断准确、治疗可靠等方面发挥基础支撑作用。我国已开展的医学计量工作与医疗设备的计量溯源需求尚有较大差距,了解国际先进国家计量机构在医学计量领域所开展的前沿热点技术很有必要，为提升我国医学诊疗设备计量检测能力，建立具有国际先进水平的计量标准和溯源体系还需计量工作者们共同努力。

参考网站

[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

*国家科技支撑项目：2011BAI02B02

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.3.19