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生物成像技术国际发展态势分析

出版日期:2018-11  ISBN:978-7-03-058834-0  中图法分类:N1 
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内容提要

生物成像技术是生物结构和功能研究最直接、最有效的方法。得益于光学显微镜的发明和使用,人类开始认识微观世界。在飞速发展的信息技术与新材料技术的深刻影响下,生物成像技术研究也取得了革命性进展。一方面,成像数据的体量越来越大,成像系统速度加快,维数变多,数据量也呈指数增长;另一方面,成像对象越来越小,由器官到组织到细胞再到分子,灵敏度和时空分辨率都越来越高。尤其是近年来发展的超分辨率光学成像技术打破了光学成像的衍射极限限制,实现了单分子水平的高精度成像。这些进步使生物成像技术大大突破了传统成像的局限,不仅在生命科学研究领域,也在生物医学领域,如对重大疾病诊断、个性化治疗、药物开发和疾病致病机理的理解发挥着举足轻重的作用。各国都十分重视生物成像领域的布局与规划,如美国国立卫生研究院专门成立国家生物医学成像及生物工程研究所,推动生命科学基础研究和国家医疗事业的进步;美国国家科学技术委员会发布《医学成像研发路线图》;欧盟在欧洲研究设施路线图中也明确提出了建设欧洲生物医学影像基础设施;澳大利亚在《国家研究基础设施路线图》中也对生物成像设施做出了相应布局。我国也正在大力推动生物成像技术研究和相关科研设施的建设。

通过文献和专利计量分析,对生物成像技术的研发态势进行了研究。在文献计量部分,对冷冻电镜技术和核磁共振成像技术开展了计量分析,结果显示,20世纪80年代初冷冻电镜技术研究开始起步,经过10年的探索至90年代开始进入快速发展期,2015~2017年,发文量呈现急剧增长趋势。从国家(地区)分布来看,美国遥遥领先,发表论文4601篇,其发文量是排名第2位的德国的近4倍;2015~2017年中国在这一领域的发文量快速增长,且中国的高被引论文占比最高,达到6.98%,从论文整体的篇均被引次数来看,中国与其他发达国家相比,还存在很大差距。发文量排名前10位的研究机构主要集中在美国,且综合性国立科研机构显现出较强的集成优势和引领作用。在核磁共振成像技术领域,2000~2017年,除2017年发文量略有下降,其他各年度总体呈稳态增长趋势。美国在核磁共振成像技术领域发文量优势较为明显,发表高被引论文数量也最多。荷兰发表高被引论文占该国论文总数的比例最高。中国的发文量增长趋势明显,2015~2017年已经赶超德国、英国和日本,但在发表高被引论文方面略显不足。发文量排名前10位的研究机构主要集中在美国,其中,美国国立卫生研究院篇均被引次数最高,达到54.62次,麻省总医院发表高被引论文占该机构发表论文总数的比例最高,达到2.71%。专利计量分析结果显示,生物成像领域专利申请从1967年开始,1984~2013年增长趋势迅猛,至2013年达到申请的高峰;美国、日本和中国是生物成像领域专利申请人最重视的领域保护市场地,其次是欧洲、韩国和德国等;所有专利中用于医学诊断目的的测量设备与领域分类最多,利用电磁感应、核磁共振、超声波和X射线等原理的测量仪器和设备也有较多涉及;大型跨国公司是全球最主要的专利申请主体,申请量排名前两位的是日本东芝机械株式会社和日本日立有限公司,其次是荷兰皇家飞利浦电子公司、美国通用电气公司和德国西门子股份公司,再次是韩国三星集团、日本佳能株式会社、日本岛津公司、美国皮克国际公司和瑞士奈科明有限公司。

当前,生物成像技术发展日新月异,性能不断提升;成像技术向多模态、多功能的方向发展;新材料、新技术的广泛应用,在生命科学研究领域发挥了更关键的作用。同时,对国内外生物成像设施建设的主要机构进行了调研和分析,发现与国外生物成像设施建设起步较早、多为系统布局或有所侧重不同,国内生物成像设施较为零散,多为仪器设备拼凑,对生物成像技术本身的研究较少,多以科研平台的形式,支撑生命科学和生物医学研究。基于上述分析,本文最后分别从发展思路、发展策略和发展途径三个角度给出了建议。

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