三、影像工程及分子生物实验室建设
介入超声实验室是科研平台建设中的一个重要组成部分，是科研成果的主要产出单元。实验室建设的内容和规模根据学科发展方向和发展需求而决定。各团队根据自身情况可以围绕介入诊疗诸多技术开展实验研究，但消融治疗是目前介入超声的核心技术，也是面临的基础科学问题最亟须解决的领域，尤其是随着精准医疗概念的提出，肿瘤消融的需求和发展已经迈向了更高的平台和水平。然而，该技术仍面临单根天线消融范围有限、单一模态影像无法建立热场三维量化信息、穿刺引导定位不准、微小卫星灶显示不清、毗邻重要脏器肿瘤消融热场覆盖不全以及多发肿瘤难以消融完全等挑战。继2001年梁萍教授在IEEE杂志率先提出肿瘤原位灭活理论［56］，面对肿瘤消融的新形势和现状，2016年梁萍教授在Int J Hyperthermia杂志邀请撰写的《中国微波消融现状与进展》综述中率先提出精准消融理念［57］，明确超声主导的多模态影像导航是保证消融精准性的关键。除了多模态影像导航对提高消融精准性至关重要外，肿瘤分子影像和分子机制研究对提高肿瘤灭活彻底性、降低消融后转移复发也具有重要的意义。由此，建立以肿瘤消融为核心研究内容的影像工程实验室和分子生物实验室势在必行。多模态导航技术和机器人技术为肿瘤消融提供了量化、精准、智能的平台；分子影像技术则为人体分子靶向显影和治疗提供了新的方法和途径，使得医疗技术从宏观水平转换到微观水平；肿瘤消融相关分子机制研究则为肿瘤的突变基因筛查、靶向治疗奠定了基础，这些均为精准医疗发展的热点需求。两个实验室的建立，突出临床应用导向，致力于基础研究与临床应用的协同创新，依托医工结合的优势，促进构建转化医学平台，为科室科研项目的竞争和实施提供强有力的支撑点。
就其建设而言，应根据自身的具体情况并从长远考虑，首先确定实验室的建设目标并予以准确定位，应参考国内外相关实验室建设法规、标准。例如，实验室生物安全有关法律、标准以及教材中均有生物风险方面的说明和规定。世界卫生组织《生物安全手册》以及我国国家标准《实验室生物安全通用要求》（GB 19489—2004）中均对实验室生物风险/危害评估做出了规定。根据实验室对病原微生物的生物安全防护水平（图1-3-4-8），依照实验室生物安全国家标准的规定，我国将实验室生物安全防护水平分为4级，即BSL-1、BSL-2、BSL-3和BSL-4实验室［58］。其中，一级、二级实验室不得从事高致病性病原微生物实验活动，三级、四级实验室可从事这类实验活动。一般科研院校及场所的实验室生物安全水准达到二级标准即可，三级和四级实验室需要通过国家认可。实验室二级生物安全水平，即能够安全操作、对实验室工作人员和动物致病性低、对环境有轻微危害的病原微生物的生物安全水平。介入超声实验室在建设初期可按生物安全二级实验室标准建设，由小至大，逐步发展完善，为研究生和医生基础科研工作提供实验场所。如果条件和时机成熟，可以深入发展，与其他科研平台联合建设成为院、部级以上重点实验室。
其次，确立实验室的建设模块和方法。根据实验室构建要素建议分为以下3个模块：①人才梯队建设；②基础设施建设；③多学科交叉合作与开放共享平台建设。
人才是实验室发展的根本和关键。随着科学技术的发展，科技实力的竞争早已超越个人，成为团队梯队整体水平之间的较量，而不再仅仅是几个“尖子”之间的角逐［13］。因此，实验室人才梯队建设是实验室建设的重要组成部分。实验室人才梯队建设可以分为以下几个方面：
实验室带头人不仅需要是该实验室主要研究领域的学术权威，而且应是实验室建设的管理者。因此，挑选好实验室带头人并充分发挥他们在实验室建设中的作用，对实验室的建设至关重要。实验室带头人应当在实验室主体研究相关领域学术造诣深厚，具备广阔的专业知识和综合应用能力，掌握学科临床最新发展动态，已在科学研究方面取得同行专家公认的成就，有一定的学术地位和管理能力。原则上由科室主任或主抓科研的具有高级职称的主任担任，主要负责实验室的建设规划、战略决策以及研究生科研方向的制定与把关等。
科研骨干应具有硕士及以上学位，科研能力较强、发展潜力大，应用基础研究者须已发表高水平论文，应用开发研究者须具有项目成果转化成绩，从事3年以上相关领域研究工作。根据实验室研究方向和科研需求，建议每个实验室配备至少1～2名科研骨干，主要负责实验室仪器耗材的采购、监督并指导研究生课题以及推动具体实验进展和项目实施等。
技术人员应具有学士及以上学位，医学影像、分子生物学、免疫学、生物医学工程、纳米材料与技术专业、生物技术等相关专业，具备相关专业基本的实验操作技能。根据实验室研究方向和科研需求，建议每个实验室配备至少1～2名技术人员，主要负责辅助研究生或入室科研人员进行基础实验的开展、实验室耗材的出入库管理以及实验仪器的使用维护等。
实验技术设备是科学活动的劳动工具，也被称为“为自然科学提供研究和观察的物质手段”。实验室基础设施能反映出一个科研单位的科研能力和水平，在现代科学发展中占有重要地位。所以，基础设施建设对于实验室的整体建设来说至关重要［59］。科研单位应结合具体情况对实验室的硬件设施进行合理规划，用有限的经费发挥最大的效应［60］。首先，实验室设计要相对独立，符合生物安全2级实验室标准，能够控制一定的湿度、温度和洁净度。其次，实验室内的格局要从学科特点出发，根据需要合理布局。比如，实验室内洁净区、半污染区、污染区，细胞培养间与材料合成区要分开，人流和物流需进行规定。最后，根据需要购买基本的实验设备和器材。
在进行场地规划时，建议实验空间设置既要结合现实又要前瞻未来发展潜力。建议完善的实验空间面积不小于400m2。根据科室发展需要和自身情况对实验室进行区域划分，完整的实验室硬件建设根据需要可划分为若干区域，以解放军总医院实验室规划为例，影像工程实验室可设计5个区域，分别为：①消融热场SAR标定间；②多模态影像穿刺导航间；③穿刺机器人间；④腹部脏器、肿瘤、管道三维重建间；⑤肝肾US/CT/MRI仿体穿刺模型制作室等。肿瘤分子影像和靶向治疗实验室可设计6个区域，分别为：①细胞培养间；②分子探针合成间；③肿瘤分子机制研究间；④生物样本处理储存间；⑤病理标本处理间；⑥实验动物房等。各个区域并非完全独立，一些基础仪器设备可共同使用，但必须达到使用要求。总体来说，在实验室空间环境建设方面，要求每个房间至少应安装门禁系统、照明系统、监控系统及防火系统等装置，房间地面均应采用防滑、耐磨、耐腐蚀、无渗漏、防水、容易清洗的材质。普通实验室，即无特殊要求的非封闭式空间，在设计时要求墙壁平整即可，需要有通向外界的窗户供通风使用，并且电路系统完善，具有空调系统，最好可同时提供冷热水。特殊实验室，如细胞培养间、实验动物房和穿刺机器人间等，其各自对于空间环境建设方面的具体要求将在以下分区介绍中详细描述。
消融热场SAR标定间主要用来进行多脏器微波消融热场测量实验研究，量化不同型号消融针影像消融范围的温度分布参数。
1）消融热场SAR标定间面积建议不小于80m2，根据需要应至少包括3个大小适当的独立区间：消融热场测量区、微波传输效能测试区和消融热场SAR标定区。房间地面需满足普通实验室建设标准，且墙壁光滑无死角以便清洁和消毒。
2）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-3所示。
3）每台仪器上张贴仪器使用说明及负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
多模态影像穿刺导航间主要用来进行超声实时引导的多模态穿刺导航技术研究，以及导航系统配准、定位的精准性、安全性和稳定性等实验研究。
1）多模态影像穿刺导航间面积建议不小于70m2，根据需要应至少包括3个大小适当的独立区间：影像融合实验区、呼吸柔性配准区和光磁定位配准区。房间不靠近强电磁场。房间地面需满足普通实验室建设标准，且墙壁光滑无死角以便清洁和消毒。
2）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-4所示。
3）每台仪器上张贴仪器使用说明及负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
穿刺机器人间主要用来进行腹部穿刺机器人的研制和临床实验研究。
1）穿刺机器人间面积建议不小于70m2，根据需要应至少包括3个大小适当的独立区间：定位穿刺器具设计区、前端工具设计区和机器人导航区。房间不靠近强电磁场。房间地面需满足普通实验室建设标准，且墙壁光滑无死角以便清洁和消毒。
2）此区域涉及基础仪器设备。如表1-3-4-5所示。
3）每台仪器上张贴仪器使用说明及负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
腹部脏器、肿瘤、管道三维重建间主要用来进行脏器、肿瘤、管道分割研究，消融能量场规划研究和进针路径规划研究。
1）腹部脏器、肿瘤、管道三维重建间面积建议不小于40m2，根据需要应至少包括2个大小适当的独立区间：三维可视化规划区和增强现实实验区。房间地面需满足普通实验室建设标准，且墙壁光滑无死角以便清洁和消毒。
2）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-6所示。
肝肾US/CT/MRI仿体穿刺模型制作室主要用来进行腹部穿刺机器人的研制和临床实验研究。
1）肝肾US/CT/MRI仿体穿刺模型制作室面积建议不小于40m2。房间地面需满足普通实验室建设标准，且墙壁光滑无死角以便清洁和消毒。
2）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-7所示。
3）每台仪器上张贴仪器使用说明及负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
细胞培养间主要用来进行不同种类细胞的培养以满足实验室科学基础研究的需要。
1）细胞培养间面积建议不小于35m2，顶部不宜超过2.5m，根据需要应至少包括3个大小适当的独立区间：更衣室、缓冲间和无菌操作间。房间地面需满足普通实验室建设标准，且墙壁光滑无死角以便清洁和消毒。
2）无菌操作间除了需要满足普通实验室建设要求外，还应具备良好的紫外消毒系统、过滤换气系统和空调系统，保证细胞培养的外部条件。
3）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-8所示。激光扫描共聚焦显微镜为非必须配备的大型贵重仪器，使用次数不太频繁，如果没有条件配置，可通过科研共享平台缴费预约使用。
4）细胞培养间属于公共实验区域，使用前应先通过公共平台进行网上预约。
5）超净工作台和二氧化碳细胞培养箱需用75%乙醇每周彻底清洁消毒一次；无菌操作间和缓冲间地面每周也需彻底清洁消毒一次。消毒完毕再紫外灭菌30分钟左右。打扫消毒前需进行通知，为避免误伤，期间不允许实验人员进入培养间开展实验。
6）细胞培养注意事项：操作过程要快、准、稳，减少细胞在工作台内停留时间以防污染；超净工作台和二氧化碳培养箱均需保证无菌环境，任何耗材物品均需高温灭菌或75%乙醇消毒后才能放入；尽量减少培养箱开门次数、缩短开门时间，保证培养箱内环境稳定。
7）超净工作台根据使用情况定期进行风速测试、悬浮粒子测试和微生物测试，以确保正常的实验操作环境。
分子探针合成间主要用来制备多功能分子探针以进行临床应用基础研究。
1）分子探针合成间根据需要应至少包括材料合成区和测试分析区，面积建议不小于40m2，按照前面普通实验室建设要求规划即可，无特殊要求。
2）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-9所示。透射电子显微镜和颗粒分析仪为非必须配备的大型贵重仪器，使用次数不太频繁，如果没有条件配置，可通过科研共享平台缴费预约使用。
3）每台仪器上张贴仪器使用说明及负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
4）备有常规安全急救箱，专人管理，定期更换过期药品和耗材。
肿瘤分子机制研究间主要用来研究肿瘤在分子水平的产生机制，为对其进行有效治疗提供新的方法和途径。
1）肿瘤分子机制研究间面积建议不小于20m2，按照前面普通实验室建设要求规划即可，无特殊要求。
2）此区域涉及基础仪器设备如表1-3-4-10所示。
3）每台仪器上张贴仪器使用说明及其负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
4）备有常规安全急救箱，专人管理，定期更换过期药品和耗材。
生物样本处理储存间应涵盖样本实体、样本信息、临床数据，主要用来给基础研究者提供疾病发病原因、发生发展机制的实验材料，或为临床医师进行肿瘤分期、精准医疗、疗效评估、预后随访等提供相应的支持。
1）生物样本处理储存间面积建议不小于40m2，场地应该相对独立和封闭，要求单向进出，保证工作人员、生物样本和设备安全。其他设施按照前面普通实验室建设要求规划即可，无特殊要求。生物样本处理储存间至少需要涵盖综合办公区、样本接收区、样本处理区、样本存储区等区域。其中，综合办公区根据需要至少应包括信息采集记录室和随访室；样本处理区根据需要至少应包括体液样本处理区和组织样本处理区；样本存储区应包括低温冰箱存储区、液氮存储区、常温存储区。
2）生物样本处理储存间除了需要满足普通实验室建设要求外，还应具备良好的温控系统，并配备UPS（不间断电源）。
3）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-11所示。
4）每台仪器上张贴仪器使用说明及负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
5）备有常规安全急救箱，专人管理，定期更换过期药品和耗材。
6）样本处理注意事项：尽量做到样本从离体到进入样本库的时间不超过30分钟；建立SOP，保证标本均一，记录时做到样本脱敏、惟一；操作时尽量减少对标本质量的影响；保证样本质量，定期抽检核对信息。
病理标本处理间主要用来处理保存已采集标本，为精确的病理报告打下基础。
1）病理标本处理间面积建议不小于20m2，按照前面普通实验室建设要求规划即可，无特殊要求。
2）此区域涉及基础仪器设备，如表1-3-4-12所示。
3）每台仪器上张贴仪器使用说明及负责人联系方式，并配置预约使用记录本。
4）备有常规安全急救箱，专人管理，定期更换过期药品和耗材。
实验动物房是指具有特定环境要求和实验手段的适宜于饲养、繁育实验动物的建筑物，用以保证基础研究中动物的品质和实验研究的准确可靠性。根据对微生物控制程度的不同，目前我国将实验动物分为普通级动物（conventional animals，CV）、清洁级动物（clean animals，CL）、无特定病原体动物（specefic pathogen free animals，SPF）和无菌动物（germ free animals，GF）4个等级，实验动物房也据此分为不同的等级。一般科研院校及场所的动物房建设水平处于CL及以上级别。此部分并非本实验室建设必须单元，就近依托中国人民解放军总医院动物房满足实验室动物研究需要，根据自身实验需要要求依托动物房至少应满足以下两点：
1）依托动物房应具有一定安全等级，满足不同品种不同饲养环境要求的小动物饲养要求，如裸鼠、白鼠、黑鼠和新西兰兔等。
2）依托动物房应具有良好的饲养环境、管理系统和规章制度。
纵观近现代科技发展史，具有颠覆性意义的重大理论突破和技术发明大多源自多学科的交叉融合。多学科交叉合作平台的建立，旨在搭建一个临床医学与其他学科交叉合作的高水平研究平台。通过学科有机结合，有效组织临床医学及相关学科的力量协同攻关，促进并引领临床医学及相关交叉学科的应用研究。肿瘤分子影像和靶向治疗实验室的多学科交叉合作平台立足于科室在临床工作中存在的问题，基于临床医学、分子影像学、医学影像学和纳米医学等学科的交叉融合，通过基础性科学研究解决临床中存在的关键问题，推动诊疗技术、治疗设备与药物的创新改革，为学科进步和人民健康带来新的发展方向和科技保障。
建立开放型实验室是实现实验室资源共享、提高实验人员综合素质、培养创新型人才的重要措施之一［61］。通过对已有的资源实行开放式使用，首先利于实验室资源设备的合理分配和充分利用；其次利于培养和提高实验人员的创新能力、动手能力和思维能力；然后利于拓宽科研人员和技术人员的视野，培养其开放性思维和与时俱进的科学态度；最后利于全面提高实验室研究人员的综合素质，对促进实践教学的改革具有重要的现实意义。
目前，交叉学科和共享平台在资源配置、人才培养、激发创新等方面起着重要的促进作用。就介入超声实验室的建设来讲，一方面，它的建设涵盖了理学、工学、农学和医学等多个学科，融合了以影像学和临床医学为主的多个研究领域，需要多个学科的交叉融合，并不是单个学科能独立支撑和完成的。因此，在实验室发展过程中，交叉平台的搭建显得尤为重要。比如，为了研发新型肿瘤成像造影剂，实验室在进行多模靶向探针的应用研究时，需要纳米材料与技术、化学、分子生物学、影像学、临床医学等多个专业和学科的特定人才进行协作交流，此时多学科一个横向合作的建立对于相关研究的顺利进展十分必要。另一方面，对实验室资源进行合理配置、实现资源共享是目前实验室建设和发展中存在的一大问题。解决这个难题的最有效方法就是搭建实验室开放共享平台，利用合适的管理平台将有限的资源加以合理利用，实现资源价值的最大化。
多学科交叉合作与开放共享平台建设与普通实验室建设不尽相同，建设要点主要分为以下3个方面：场地规划、人员配备和规章制度［59］。
交叉合作与开放共享平台应涵盖交叉合作公共实验区、常规仪器使用区、精密仪器使用区以及污染实验隔离区等几个部分。
人员配备一般应包括管理人员1名和实验技术人员1～2名。其中，管理人员主要负责实验室设施配备、实验室工作人员和入室科研人员的统筹管理，并负责实验室合作协议的签署等。实验技术人员负责常规仪器的使用指导和日常维护及入室科研人员的登记收费等。
实验室需建立科研仪器设备共享管理平台系统，制定一系列入室管理制度和仪器使用制度进行管理和规范。对于常用仪器均需编写标准操作规程，使用时需在实验室技术人员的陪同下操作完成；高级贵重仪器采取专人专管制度，使用时需由实验室技术人员操作完成。
1.大型仪器必须由专人保管，须配有稳压电源，使用前须先检查仪器间各电路连接情况，再开稳压电源，然后再启动仪器开关。
2.必须严格执行仪器设备运行记录制度，每台仪器配置使用记录本进行预约登记使用，记录仪器运行状况、开关机时间。凡不及时记录者，一经发现，停止使用1个月。
3.使用仪器前必须熟悉本仪器的性能和操作方法，熟悉操作使用后必须经有关教师和实验人员同意方可进行独立操作。
4.仪器使用完毕，必须将各使用器件擦洗干净归还原处，盖上防尘罩，关闭电源，打扫完室内卫生，方可离开。
5.下次使用者，在开机前，首先检查仪器清洁卫生、仪器是否有损坏，接通电源后，检查是否运转正常。发现问题及时报告管理员，并找上一次使用者问明情况，知情不报者追查当次使用者责任。
6.若在操作使用期间出现故障，应及时关闭电源，并向有关管理人员报告，严禁擅自处理、拆卸、调整仪器主要部件，凡自行拆卸者一经发现将给予严重处罚。用后切断电源、水源，各种按钮回到原位，并做好清洁工作、锁好门窗。
7.实验室每台仪器设备上均需张贴仪器使用说明及负责人联系方式，所有仪器设备的操作手册及技术资料原件一律建档保存，复印件随仪器使用。
8.保持仪器清洁，仪器的放置要远离强酸、强碱等腐蚀性物品，远离水源、火源、气源等不安全源。
9.各仪器要根据其保养、维护要求，进行及时或定期的干燥处理、充电、维护、校验等，确保仪器正常运转。每半年进行一次仪器使用检查，发现有损坏应及时上报实验员联系厂家维修。
10.仪器不能随意搬动，如借给外单位使用需本单位掌握仪器性能的实验员操作。
1.化学药品必须根据化学性质分类存放，易燃、易爆、剧毒、强腐蚀品不得混放。剧毒、放射性物体及其他危险物品要单独存放，由专人负责管理。存放剧毒物品的药品柜应坚固、保险，要健全严格的领取使用登记管理。储存的易燃易爆物品应避光、防火和防电等，要制定合理的储存量，不许过量且包装容器应密封性好。
2.存放药品要专人管理、领用，存放要建账，所有药品必须有明确的标志。及时更换字迹不清的标签，对于过期失效和没有标签的药品，应禁止使用并对其进行妥善处理。
3.实验室长期不用的药品，应放到药品储藏室，统一管理。
4.要经常检查危险物品，防止因变质、分解造成自燃、自爆事故。对剧毒物品的容器、变质料、废渣及废水等应予妥善处理。
5.危险物品的采购和提运按公安部门和交通运输部门的有关规定办理。
6.实验人员在使用过程中要严格执行操作规程，注意安全，防止意外事故的发生。
7.遇水分解或燃烧、爆炸的药品，如钾、钠、三氯化磷、五氯化磷、发烟硫酸、硫磺等不准与水接触，不准放置于潮湿的地方储存。