这篇文章介绍了白宫颁发国家科学家和创新家奖给麻省理工学院的四位成员，其中包括开发光学相干断层扫描（OCT）技术的科学家。通过合作和创新，他们的技术在眼科诊断和治疗中发挥着关键作用，并有着广泛的应用前景，包括心脏疾病和癌症诊断。同时，苏雷什因在材料科学和国际合作方面的贡献获得了科学国家奖章。这些成就展示了跨学科合作和持续创新对科学技术发展的重要性，对对STEM领域感兴趣的学生有启发意义。预计阅读本文需要约10分钟。*
白宫今天（2023年10月24日）给麻省理工学院的四名成员颁发了国家最高荣誉——国家科学家和创新家奖。在今天下午的仪式上，总统乔·拜登宣布了今年的技术和创新国家奖章以及科学国家奖章的获奖者。
詹姆斯·富吉莫托 ’79, SM ’81, PhD ’84，电气工程Elihu Thomson教授以及电子研究实验室（RLE）的首席研究员，与RLE的研究成员和麻省理工学院Deshpande技术创新中心的导师艾瑞克·斯旺森 SM ’84 以及俄勒冈健康和科学大学的眼科教授大卫·黄 ’85, SM ’89, PhD ’93 一起获得了技术和创新国家奖章。
斯布拉·苏雷什 ScD ’81，Vannevar Bush终身教授以及麻省理工学院工程学院前院长，被授予了科学国家奖章。
“只要我们坚定信念，与你们在一起，你们拥有不可思议的头脑，”总统拜登对获奖者说道。“你们拯救了人们的生命，改变了我们看待这个世界的方式，让它变得更好。我不知道我们还能期待什么。”
富吉莫托、斯旺森和黄因发明了光学相干断层扫描（OCT）技术而获得荣誉，该技术利用反射光来生成对敏感组织（如眼睛）的高分辨率图像，而无需侵入性。OCT于1991年发表在《科学》杂志上，自那以后已经成为眼科学的标准，并用于许多疾病的诊断和治疗，包括黄斑变性、青光眼和糖尿病视网膜病变。
今年早些时候，这三人还因为他们的杰出工作而获得了Lasker-DeBakey临床医学研究奖。
麻省理工学院工程学院院长和电气工程与计算机科学Vannevar Bush教授阿纳坦查德拉卡桑表示：“光学相干断层扫描的发明代表了麻省理工学院过去几十年来的最重大工程突破之一。富吉莫托教授、大卫·黄博士和艾瑞克·斯旺森的研究对世界各地无数患者产生的影响真的很了不起，体现了麻省理工学院致力于为人类的福祉而工作的使命。”
技术和创新国家奖章于1980年设立，旨在表彰那些为美国的竞争力和生活质量做出持久贡献并帮助强化国家技术劳动力的人士。候选人由代表私营和公共部门的杰出独立委员会选择。
富吉莫托、斯旺森和黄加入了其他30名麻省理工学院社区成员，他们已获得技术和创新国家奖章。
从实验室到临床
在1990年代初，富吉莫托，一名于1985年加入麻省理工学院的电气工程师，正在研究先进激光技术在生物医学应用中的应用。他的实验室受到了新英格兰眼科中心眼科医生卡门·普利亚菲托的邀请，后者要求他们探索用于眼科手术的激光应用。
当时是富吉莫托实验室的医学博士研究生的黄开始了一个旨在使用干涉术来测量视网膜厚度的项目。他们与当时是麻省理工学院林肯实验室的卫星通信工程师，以及光学空间通信专家的艾瑞克·斯旺森合作。斯旺森利用光纤和高速检测技术构建了一个原型设备，它非常灵敏，不仅可以精确测量视网膜的厚度，还可以用于查看视网膜内部并实现OCT成像。这个仪器产生了首个高分辨率的视网膜微观结构横截面图像。
富吉莫托说：“艾瑞克最初在他的业余时间工作在这个项目上。由于他的参与，我们能够证明可以进行成像，而这确实需要使用先进的卫星和光通信技术。”
OCT成像通过将薄光束照射到组织上，穿透其表面。组织内部的结构将光反射回检测器，但由于不同深度的结构会以不同方式反射光，所以它会以时间延迟返回到检测器。
一台计算机测量这个时间延迟，以构建结构的深度剖面。OCT使用多道光束进行多次扫描，以生成一系列深度剖面，然后将它们组合成横截面或3D图像，可以显示组织表面下的物体。
开发OCT的最大挑战是如何以光速捕捉反射。富吉莫托说：“月球上的光在1.3秒内抵达地球。如果你试图测量生物组织细胞尺度的东西，需要非常高的时间分辨率。而且回射的光量非常小，大约是初始强度的十亿分之一。这两者的结合是一个非常困难的事情。”
在斯旺森的专业知识下，他们能够克服这些挑战，设计出一个可以在医疗环境中工作的仪器。新英格兰眼科中心的临床科学家卡门·普利亚菲托和乔尔·舒曼带领了对超过5,000名患有糖尿病性视网膜病变、老年黄斑变性和青光眼的患者进行眼部成像的临床研究。
富吉莫托表示：“这些研究为未来眼科应用以及OCT的商业化奠定了基础。只有跨越临床医学、科学和工程的多学科合作才能取得进展。”
今天，OCT是最常用的眼科程序，全球每年进行数千万次扫描。这项技术如此精确，以至于可以用来成像仅约一毫米的物体。
光学相干断层扫描的未来
除了在眼科学中的应用，OCT还被用于成像可能引发突发心脏骤停的心脏动脉斑块，并用于癌症检测和手术指导，以及在基础研究中应用。
在麻省理工学院，富吉莫托及其生物医学光学成像和生物光子学研究组继续改进OCT技术，以获得更高速度和更高分辨率。通过这些进展，该技术可以用来捕捉视网膜微血管结构的变化，这可以作为疾病的早期标志。他们还研究了OCT的其他应用，包括对胃肠道高分辨率的活体成像，用于早期癌症检测。
富吉莫托表示，全球各地的几十个研究小组也正在致力于OCT的激动人心的应用。其中一个有前途的未来方向涉及使用该技术来绘制血管并通过观察血细胞的运动来非侵入性地评估血流。其他小组正在利用OCT进行神经科学研究。
一些公司现在正在努力创建OCT设备，这些设备可以用于药房或社区卫生中心，以筛查那些难以获得筛查的患者，特别是那些处于不利地区的患者。
富吉莫托说：“开发具有影响力的技术需要在长时间内持续承诺。当然，你需要有一个创新的突破，但在这一过程中可能会有很多被视为渐进的进步。但当你将许多渐进的进步与来自国际科学界以及不同学科的人的贡献结合在一起，它可以起到变革性的作用。”
有影响力的研究人员和变革性的教育者
苏雷什因他在研究、教育和国际合作方面的承诺，推动了材料科学研究及其在其他学科中的应用，促进了人民和国家之间的合作而获得了科学国家奖章。
麻省理工学院工程学院阿纳坦查德拉卡桑表示：“苏雷什博士的学术和材料科学领域的进展确实令人印象深刻。他促进了跨学科研究的合作 – 跨越学科领域和跨国界 – 在学术界产生了深远的影响。无论是在担任麻省理工学院工程学院院长、美国国家科学基金会主任，还是卡耐基梅隆大学校长的角色中，他对工程教育的贡献都是变革性的。”
科学国家奖章于1959年设立，并由国家科学基金会代表白宫进行管理。它每年颁发，旨在表彰对化学、工程、计算机、数学或生物、行为/社会和物理科学的杰出贡献。由总统任命的委员会根据杰出的化学、工程、计算机、数学或生物、行为/社会和物理科学方面的卓越贡献提名候选人。
在麻省理工学院获得机械工程博士学位后，苏雷什于1989年加入布朗大学教职，并于1989年晋升为正教授。他于1993年返回麻省理工学院，担任材料科学与工程系教授，并在七年后被任命为该系主任。
在担任系主任期间，苏雷什还担任了新加坡-麻省理工学院研究与技术联盟（SMART）的主要协调员，这是麻省理工学院在新加坡的研究项目。他还创立了全球微机械与分子医学（GEM4）项目，旨在促进跨越全球范围内的纳米机械在生物医学和环境卫生领域的合作，超越学科界限。
苏雷什于2007年被任命为工程学院院长。在他担任院长期间，学院推出了多项新计划，包括计算工程中心和麻省理工学院灵活工程学位计划。他于2010年被任命为美国国家科学基金会（NSF）的主任后，获得了名誉教授资格。
在他的领导下，NSF启动了全球研究委员会，这是一个由50多个国家的科学和工程资助机构负责人组成的虚拟组织，旨在促进全球合作和数据共享。他还监督了“生活平衡中心”计划的建立，该计划旨在增加科学和工程领域女博士人数，从2011年到2021年之间，将其从26％提高到40％。
苏雷什于2013年离开NSF，成为卡耐基梅隆大学的校长，直到2018年被任命为新加坡南洋理工大学的校长。他于2023年回到布朗大学担任工程学院的大学教授。
新闻资料来源：Four from MIT awarded National Medals of Technology, Science
读者可能会感兴趣的问题：
1. 什么是光学相干断层扫描（OCT）技术？为什么这项技术如此重要？
2. 这四位在MIT工作的获奖者是如何合作开发并推广OCT技术的？
3. 除了眼科学，在哪些其他领域可以应用光学相干断层扫描技术？这些领域有哪些潜在的应用前景？
4. 对于那些对STEM领域感兴趣的学生来说，这些获奖者的背景和成就有何启发性？
5. 苏雷什因他的研究、教育和国际合作获得了科学国家奖章。他的贡献涉及哪些方面？对科学界和工程教育有何影响？
6. 除了这四位获奖者，还有哪些MIT社区成员曾获得技术和创新国家奖章？
7. 未来光学相干断层扫描技术的发展方向是什么？有没有其他创新应用领域？
8. 总统颁发国家科学家和创新家奖章的标准是什么？如何确定获奖候选人？
答案：
1. 光学相干断层扫描（OCT）技术是一种利用反射光来生成对敏感组织的高分辨率图像的无侵入性成像技术。它在眼科学中得到广泛应用，为多种眼部疾病的诊断和治疗提供了非常重要的工具。
2. 这四位在MIT工作的获奖者合作开发OCT技术的过程中，通过跨学科合作和创新突破，克服了技术上的挑战，从而使这项技术得以实现并推广应用。他们的合作涉及从基础研究到临床实践的各个环节。
3. 光学相干断层扫描技术除了在眼科领域应用广泛外，还可以用于心血管疾病的诊断、癌症检测和手术指导，以及在基础研究中的应用。未来可能的应用领域包括血管成像、神经科学研究等。
4. 这四位获奖者的背景和成就对于对STEM领域感兴趣的学生具有启发意义，展示了跨学科合作和创新对于科学技术的发展和推动社会进步的重要性。
5. 苏雷什因其在材料科学研究领域以及国际合作方面的贡献获得了科学国家奖章。他推动了跨学科研究的合作，并在科学界和工程领域产生了深远影响。
6. 除这四位获奖者外，还有其他30名MIT社区成员曾获得技术和创新国家奖章，说明MIT在科学和创新领域具有卓越的贡献和影响力。
7. 未来光学相干断层扫描技术的发展方向可能包括更高速度、更高分辨率的技术改进，用于光学成像的更广泛应用领域，如血管成像、神经科学研究等。
8. 总统颁发国家科学家和创新家奖章的标准是表彰那些对美国的竞争力和生活质量做出持久贡献并帮助强化国家技术劳动力的人士。候选人由代表私营和公共部门的杰出独立委员会选择，根据对相关领域的杰出贡献和影响程度来确定获奖者。
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