瑞士当地时间3月28日，2022年日内瓦国际发明特别展线上评审结果公布。清华大学此次41组参赛团队共获得20项金奖、23项银奖和2项铜奖，共计45项奖励，获奖总数创历史新高。我院金欣教授团队、马少华副教授团队均荣获金奖。
金欣（左三）项目团队
金欣教授带领2019级博士生杜东宇，2020级硕士生邓儒嘉、康今世发明了基于光子飞行时间的体散射成像系统，实现在强体散射环境中计算重建被散射介质淹没的目标信息。体散射介质广泛存在于自然界中，如雾霾、烟尘、浑浊水体和生物组织等，其严重限制了人眼和成像设备的可视范围，影响了人们的生活。光在体散射介质中传输时，携带目标信息的信号光子强度会极具衰减，并和由散射介质反射的背景光子高度耦合.现有的散射成像方法，如图像增强方法、时间门控方法以及光传输建模与求逆方法，在这类极端散射场景中无法进行有效成像。因此，体散射成像仍面临着巨大挑战。
发明的基于光子飞行时间的体散射成像系统精确建模了光在体散射场景中的空域及时域传输过程，并将成像空间与目标物空间的映射关系表示为散射波场时域边界到空域边界的转换，大大提升了成像系统在强体散射场景下的目标重建能力，该方法的重建精度和可适用的散射场景范围远超同领域的其他算法。
实验装置图
实验结果展示
如实验结果图所示，当传统相机拍摄的浓雾散射图像无法提供成像目标的任何信息时，发明的系统仍能重建目标物体清晰的像，其成像能力超越了人眼可视能力8倍以上。同时，该方法重建复杂度低，运行时间为毫秒量级，可有效服务于自动驾驶、火灾救援、海底科考和医学观测等领域，具有很高的实用化前景。
马少华（前排右三）项目团队
马少华副教授带领2019级博士生赵浩然，2019级硕士生曹远雄，2020级硕士生李家炜、杨浩威等，完成了“高通量肿瘤类器官药物评价与个体化诊疗平台”项目，开发了一个自动化的、高通量的类器制备平台，可广泛应用于药物毒性及药敏测试，同时还可为患者提供定制化的用药筛查和指导服务，提高病人临床用药的获益率。
该方法使用原代组织（如人肿瘤组织等），并将其通过机器研磨和酶促反应提取细胞，将从原代组织中提取的细胞与基质胶（溶胶）按比例混匀，将混合基质溶胶的细胞悬液自动注入微流体系统，制成均匀的、载有细胞的基质溶胶液滴。载有细胞的基质溶胶液滴在微流控管路中凝胶化后，便可以得到均匀的类器官前体。通过集成化微流控打印系统，可把类器官前体打印到96孔板或用于类器官培养的定制芯片中。
高通量人源类器官操作系统示意图、类器官打印机实物图及肿瘤病人原代类器官荧光染色3D图
一个视觉成像反馈系统被集成加装在打印机中，可以对打印的类器官空间排布精准定位，该设计有利于制备出标准、均一化的类器官，并方便在培养期间实现类器官的高通量成像表征。在类器官的培养过程中，团队同样引入类器官监测检测系统，对类器官的结构与生长状态进行实时跟踪监测，实现自动化的类器官培养和药物测试。
该发明为当前的类器官生物技术的转化应用提供了工程化和标准化选择，保证药物测试的时效性与准确性。工程化培养方案在类器官建模时间效率和建模通量上均展示出显著优势，将大体积类器官建模周期从1个月缩短至1周，药筛周期缩短至9天，小样本肿瘤的建模通量提高10倍以上。该方法制备出的类器官可还原约97%原代组织的基因表达，药物筛选准确率达81%以上。根据药敏测试反馈的临床用药试验结果，病人可从该体系中显著获益。由于这一建模方法可还原肿瘤异质性并保证定制化药物测试的时效性，该方法或可在未来成为辅助肿瘤等多种疾病诊断治疗的重要手段之一。
日内瓦国际发明展（International Exhibition of Inventions of Geneva）创办于上世纪的1973年，每年一度（2020年受疫情影响未举办），截止到2022年已经成功举办了47届展会和2届线上特别展。此大型国际展览由瑞士联邦政府、日内瓦州政府、日内瓦市政府和世界知识产权组织共同举办，也是全球举办历史最长、规模最大的发明展之一。
来源：清华新闻网、金欣团队、马少华团队
编辑：叶思佳
封面设计：武晨
