回顧自己多年的科研路，江雪覺得正反饋起了很大的推動作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推動靜止的輪子，一開始需要花費很大的力氣，而一旦輪子開始轉(zhuǎn)動，只要用比較小的力，就能讓它越轉(zhuǎn)越快。

音樂廳中回蕩的美妙樂聲、孕檢B超圖顯示的小生命、深海探測與通信……人類的生產(chǎn)生活中，處處存在利用聲波的案例。

超聲波承載的信息與能量是聲學在醫(yī)學的應(yīng)用中“一個最好的突破點”。由于B超影像分辨率較低，一些疾病的早期癥狀在影像中表現(xiàn)并不顯著。倘若從物理學角度，利用聲學人工結(jié)構(gòu)等技術(shù)提高超聲成像精度，就能為盡早發(fā)現(xiàn)異常增添一份可能。

針對醫(yī)學應(yīng)用中的需求，復(fù)旦大學信息科學與工程學院副教授江雪用聲學人工結(jié)構(gòu)對聲波進行精準調(diào)控，實現(xiàn)了三維空間任意位置的精準聚焦。她作為第一作者提出了三維亞波長分辨率超聲成像，實現(xiàn)了亞波長（0.58波長）分辨率，達到了納米量級。

作為聲學領(lǐng)域的研究者，江雪以聲為器，從物理學角度持續(xù)提出創(chuàng)新方案。

▲江雪在實驗室開展工作/圖源：江雪

讓一只螞蟻絆倒大象

聲波被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學成像領(lǐng)域，以超聲成像為例，因其安全無輻射、靈活度高、性價比高等特點，在常規(guī)體檢中被廣泛用于腹部臟器的檢查。然而，現(xiàn)有的絕大部分醫(yī)學器件都是以自然材料為基石設(shè)計的，受材料物理屬性的限制，超聲波在衍射成像過程中存在一個難以突破的衍射極限，影響了成像的精度，分辨率低成為無法忽略的硬傷。

成像清晰度在很多疾病的診斷中都起著關(guān)鍵作用。一些不太明顯的疾病表征，如瘤體直徑小于1厘米的微小肝癌，若僅采用B超檢查，很可能無法被檢測出來。B超漏診之后，普通體檢中的其他步驟很難將患者篩查出來，對小腫瘤更敏感的CT檢查便極易被略過。

因此，在醫(yī)學成像領(lǐng)域，追求更高的空間分辨率一直是醫(yī)學超聲的研究重點。在實現(xiàn)高分辨率成像方面，聲學人工結(jié)構(gòu)是從物理聲學領(lǐng)域跨界而來的“破局者”，它能夠突破自然材料的限制，幫助獲取超聲波在傳播過程中衰減的信息。

“這種物理屬性的突破不是從原子或分子尺度上構(gòu)造材料。”江雪解釋，“而是通過結(jié)構(gòu)上的特殊設(shè)計，更精準地控制聲波?！?

利用聲學人工結(jié)構(gòu)，江雪及合作者實現(xiàn)了三維亞波長分辨率超聲成像。他們在傳統(tǒng)超聲超構(gòu)透鏡的基礎(chǔ)上人工構(gòu)造了一種超聲透鏡，使其具有寬頻、精準、體積小、結(jié)構(gòu)簡單等特點，從而達到了三維空間任意位置的精準聚焦。

在對聲波的控制與引導中，相比由自然材料構(gòu)成的聲學器件，聲學人工結(jié)構(gòu)體積更小，性能更好，“就像一只螞蟻將大象絆倒”。在保證對聲波調(diào)控效果相同的前提下，利用聲學人工結(jié)構(gòu)研發(fā)器件后，原本數(shù)十米的龐大自然材料器件就能夠被縮減到幾厘米甚至更小。體積上的縮小，極大提高了儀器在實際應(yīng)用場景中的靈活度。

“這項開創(chuàng)性的工作為超聲超材料在醫(yī)學上的應(yīng)用樹立了一個重要的里程碑?！蹦暇┐髮W聲學研究所教授程建春在同期評論文章中評價。

江雪以聲學人工結(jié)構(gòu)為手段，攻克了醫(yī)學超聲和水下通信等國家重大領(lǐng)域與聲學的技術(shù)難點，在學科交叉領(lǐng)域持續(xù)探索。正是因為這些成果，江雪在31歲時入選2022“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃”，在更廣闊的平臺上用創(chuàng)新素養(yǎng)繼續(xù)探索世界科技的前沿。

轉(zhuǎn)動科研的飛輪

回顧自己多年的科研路，江雪覺得正反饋起了很大的推動作用。一步一步摸索走向科研，就像是徒手推動靜止的輪子，一開始需要花費很大的力氣，而一旦輪子開始轉(zhuǎn)動，只要用比較小的力，就能讓它越轉(zhuǎn)越快。

起初，江雪只是覺得聲學很特別，“它既是一門科學，又可以非常人文、非常藝術(shù)，比如可以與音樂聲學、建筑設(shè)計等相關(guān)學科密切交織?！薄@是江雪在大二專業(yè)分流時對聲學的初印象。

作為一門與其他領(lǐng)域廣泛交叉的學科，物理聲學帶來了很多選擇與不確定。江雪坦言，與很多同學一樣，自己在本科階段的關(guān)鍵詞更多時候是迷茫，并不知道未來將去向何方。

大二下學期，江雪參加了南京大學為本科生開設(shè)的科創(chuàng)項目，第一次接觸到物理聲學領(lǐng)域的科研工作，并因此與科研結(jié)緣。在聲學實驗室里，她接受科學素養(yǎng)的培訓，鍛煉了科研能力，“更重要的是擴充了視野，覺得更有信心了”。

更大的鼓舞發(fā)生在大四，江雪作為第一作者發(fā)表的論文被刊登在SCI（Scientific Citation Index）索引收錄的期刊。這篇SCI論文的發(fā)表不僅是江雪個人的第一次，也是當時南京大學物理學專業(yè)兩三百名本科生中的第一次，于她而言，是“比較重要的一個激勵”。

在那篇文章中，江雪設(shè)計并實驗了世界上首個聲場旋轉(zhuǎn)器。這一特殊的聲學人工結(jié)構(gòu)能將在其中的聲波波陣面旋轉(zhuǎn)一個特定的角度，被美國物理聯(lián)合會（AIP）專文評價為“可幫助提高醫(yī)學超聲成像質(zhì)量，提升超聲器件的對比度并提高受損組織的成像質(zhì)量”。

這僅僅是一個開頭。

2019年，江雪加入復(fù)旦大學生物醫(yī)學中心，這是她從基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向偏學科交叉的一個轉(zhuǎn)折點。

江雪回憶，在摸索個人研究方向的過程中，王威琪院士給了她很多提綱挈領(lǐng)的指導。作為生物醫(yī)學工程中心的領(lǐng)頭人，王威琪鼓勵江雪結(jié)合物理聲學的研究基礎(chǔ)，針對醫(yī)學、通信等重點領(lǐng)域的“卡脖子”難題，開展基礎(chǔ)與應(yīng)用的聯(lián)合研究。

這一建議讓江雪將工作重心轉(zhuǎn)向醫(yī)學超聲的應(yīng)用研究。

如今，面對我國高端醫(yī)療超聲設(shè)備國產(chǎn)化難題，她利用聲學人工結(jié)構(gòu)的獨特屬性，除亞波長分辨率超聲成像之外，還提出了多功能超聲無線控制平臺、高強度聚焦超聲刀和組織消融等，在包括Science等的綜合類期刊發(fā)表第一通訊作者論文20余篇，2篇入選ESI高被引文章，1篇入選期刊正封面。

深耕物理聲學的十年中“當然會有階段性的疲倦”，但科研更多時候給江雪帶來的是新鮮感。因為它不是一份墨守成規(guī)的工作，對江雪來說，創(chuàng)新帶來的成果會成為一種正反饋，激勵她持續(xù)前行。

不過，江雪深知，基礎(chǔ)學科研究成果的落地并非易事?！坝∠笞钌畹氖峭踉菏咳ハ蜥t(yī)生取經(jīng)的時候，他跟著醫(yī)生在手術(shù)室，看他們做手術(shù)，呆上幾個小時，甚至一整天。這樣才能知道這個手術(shù)具體怎么做，以及醫(yī)生到底需要什么?！痹谕跬鞯膯l(fā)下，江雪力求在實際情境中與應(yīng)用學科的工作者們接觸，在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究學科的溝通中找尋真正的問題。

在江雪看來，基礎(chǔ)學科研究發(fā)現(xiàn)的應(yīng)用成果的落地還需要面臨一系列復(fù)雜問題：設(shè)備的可操作性、產(chǎn)品間的兼容性、使用便攜程度、產(chǎn)業(yè)化的成本。江雪自知，要將論文上的一行行公式、一串串數(shù)據(jù)、一句句結(jié)論推進到流水線生產(chǎn)，仍有很長一段路要走。

馬拉松接力賽

“電磁波與聲波本質(zhì)都是波動，是相輔相成的?！?

聲學的前沿研究經(jīng)常從電磁波中尋找一些啟發(fā)。作為本科生課程《電磁場與電磁波》的主講教師之一，江雪讓自己的教學與研究相互促進。這門課開設(shè)了四年，江雪也把教科書讀了四五遍。在江雪看來，反復(fù)學習讓她吃透電磁場與電磁波的相關(guān)知識，有助于她在聲學方面的創(chuàng)新研究。

將根植于電磁波理論的5G技術(shù)應(yīng)用實例融于理論課堂，是江雪和另一位授課老師他得安教授讓《電磁場與電磁波》“活”起來的方法。

以5G技術(shù)在疫情期間的應(yīng)用為切入點，他們向同學們講解5G結(jié)合遠程會診，以此把大城市的醫(yī)療資源向中小城市輸送，展示火神山、雷神山醫(yī)院建設(shè)的視頻直播。把電磁場與電磁波的前沿應(yīng)用作為教學案例，他得安與江雪把新科技的實際應(yīng)用搬入課堂，找到了理論知識與生活的連接點。

在課堂上，江雪還會向?qū)W生介紹老一輩學者的科研故事，講述謝處方老師、金亞秋院士等如何拒絕外國優(yōu)厚的條件，毅然回到國內(nèi)鉆研科學技術(shù)，激勵學生們“把自己學到的知識轉(zhuǎn)換成科技生產(chǎn)力”。

作為一名黨員教師，江雪的教學并不局限于大學校園。閑暇時她常常參與各類科普宣傳志愿活動，從生活中找到切入點:聲音的振動能否被看見？怎么理解聲音的傳播需要介質(zhì)？耳機對我們的耳朵造成了什么樣的影響？為什么在樓梯間唱歌聲音會更好聽？

在江雪主講的面向中學生的趣味科普講座中，這些問題都能得到解答。江雪通過生活中的聲學問題、生動具體的實驗介紹聲學，盡可能激發(fā)中學生們對物理、對聲學的興趣。

同樣，在培養(yǎng)本科生科研能力時，江雪扮演著“引路人”的角色，最看重的是“激發(fā)學生的興趣，讓他們先確定好一個愿意嘗試的方向”。她提供中英文文獻等資料，讓學生對聲學領(lǐng)域先有大方向上的認識，并在接下來一年半到兩年的科研初體驗中，提供理論和實踐方面的具體指導，比如實驗設(shè)備的使用、實驗方案的打磨、實驗測量過程中的幫助等。

作為本科生科創(chuàng)項目的受益者，江雪很愿意指導本科生進行科研。她自2021年起擔任復(fù)旦大學騰飛書院導師，并在復(fù)旦大學本科生學術(shù)研究資助計劃（FDUROP）、復(fù)旦大學騰飛書院“騰飛科創(chuàng)計劃”等平臺上提供了多個開放課題，如基于深度學習的超聲器件設(shè)計方法、超聲波對水中雜質(zhì)濃度的檢測研究等。目前，江雪共指導4名本科生參加科研項目。

江雪知道，作為青年教師，“我們肩負重任——跑好我們的馬拉松接力賽，將接力棒從前輩們手中更好地傳給明天的年輕人”。