医学工程

为实现“强工、厚理、振文、兴医”,建设具有中国特色的世界一流综合性大学的战略目标,2018年4月,新京葡萄威尼斯成立医学部。医学部以“医学牵引、工程支撑、转化创新、临床示范”为理念,促进新京葡萄威尼斯-(中国)有限公司工科、理科等传统优势学科与医学学科交叉融合,带动电子、物理、数学、计算机、信息技术等多个学科的发展,同时以医学需求为牵引,突破学科发展瓶颈,培育新兴学科生长点,规划良好学科生态,力争以科技力量守护人民生命健康。

一、研究方向

(1)脑科学与神经工程

脑科学与神经工程作为新兴的交叉学科领域,应用生命、神经科学与工程学的原理与技术,从分子、细胞、组织、器官、系统到行为,探究大脑高级认知功能的神经机制;融合生命科学、神经科学、工程科学、材料科学、计算机与信息科学等多学科技术手段,瞄向生命体与非生命体之间的人-机交互协同与共融机制,开展新一代脑-机交互与类脑智能全链条研究;突破声、光、电、磁发生原理与多源神经信息耦合的技术瓶颈,创新发展先进神经功能检测、调控基础核心器件与系统。实现神经系统的理解、增强、功能替代与修复等医学工程应用以及人-机补充、控制、协同与共融的转化医学应用。

(2)救援医学

救援医学聚焦于研究自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件等各类突发公共事件所面临的医学问题,重点涉及卫生应急管理、救援医学技术以及救援医学装备等领域。以危机管理为引领,开展现场医学救援风险分析与态势监控、灾难流行病学分析等救援医学管理研究;从“创伤急救、心肺复苏、紧急救治、检伤分类、医疗后送”现代救援医学五项技术出发,开展地震挤压伤、爆炸冲击伤、烟雾吸入伤、创伤感染等灾害特色伤病的现场诊断和救治研究;研发现场便携式急救与生命支持装备、救援移动医院平台、以及救援个体防护装备等。

(3)智能医学

智能医学聚焦大数据、人工智能、5G等前沿技术在医学领域中的融合与应用。以研发高精度、多模态、智能化的磁共振成像技术为支撑,服务于人类脑连接图谱、脑网络与认知功能、神经系统疾病早期诊断;将计算机视觉与CT、MRI、X光、超声、内窥镜等医学影像相结合,研究病灶分割、疾病预测等AI医学影像辅助诊断和智能分析技术;开发先进的生物信息学技术,推动解决大分子药物设计、免疫治疗预测、多组学癌症早期诊断等生物医学问题;探索远程医疗、重大疾病智能健康管理的新模式、新方法,构建智能健康管理体系。

(4)组织工程与再生医学

组织工程与再生医学聚焦生物3D打印、器官芯片、人工智能等前沿技术与干细胞精准诱导、神经生物与信息融合(BT-IT融合)等创新理论,研究皮肤、脑等软组织的发育、疾病发展与再生。重点涉及解析组织发育的结构与时空发生规律,研发生物相容性良好、适用于软组织打印的功能性生物墨水,建立生理与病理性皮肤类器官、开发血管化脑类器官、构建脑类器官智能复合体,筛选抑制瘢痕促进难愈性创面闭合的小分子药物,搭建体内外脑类器官BT-IT交互验证平台,实现基于IT调控的脑类器官成熟度提升、基于BT-IT融合的移植宿主脑损伤修复等。

(5)麻醉与重症医学

麻醉与重症医学聚焦于麻醉监测、ICU重大疾病的诊断及临床治疗技术瓶颈的突破,以多模态生理监测技术为基础,开展麻醉、重症ICU脑保护以及无创脑氧系列技术研究,包括麻醉精准监测、脑积水患病机理探究、早期基因筛查、脑积水客观精准诊断新技术及新型诊疗技术的开发;针对ICU脑创伤患者开发个性化脑灌注治疗技术;针对心脏搭桥手术患者开发脑保护精准技术;针对脓毒症患者开发多器官衰竭预测技术。旨在通过工程技术手段,解决当前麻醉重症遇到的临床诊疗瓶颈问题,为一线医生提供更精准的治疗手段及策略,降低重症死亡率,改善重症患者的预后。

(6)康复医学

康复医学聚焦于神经类疾病所导致功能障碍的康复医学问题,重点涉及神经康复、运动康复、视听觉康复、言语康复、精神康复、作业康复等研究方向。以主动健康需求为引领,开展上下肢运动模式与步态平衡能力分析、情绪精神状态及听觉能力评估等临床智能评估技术研究;探索神经调控机制、认知与运动交互作用机制,开展神经调控康复、感知功能重建、运动功能恢复等智能康复方法研究;发展智能人机交互策略,研发面向情绪、听觉诊断的新式脑机接口设备、脑控外肢体康复训练系统、脑控主被动融合助行外骨骼系统等智能康复装备研究。

(7)特种医学

特种医学聚焦航空、航天等特殊环境条件下作业人群的特有卫生保健需求,解决在实践中涉及到的各种特殊医学问题。从分子、细胞与整体水平,研究特殊环境条件作用于人体所引起的生理及病理变化的现象及规律;研究航空、航天对人体健康的影响机制,以及相应疾患的预防、诊断和治疗;提出防护措施,保障作业人员在健康、安全、舒适的环境下工作,为发展新京葡萄威尼斯国航空、航天事业提供相关的医学和生命科学方面的理论和技术保障。

(8)精准诊疗与纳米医学

精准诊疗与纳米医学聚焦于癌症、神经系统疾病、免疫系统疾病、呼吸/代谢系统疾病、组织/器官损伤等临床所面临的棘手问题,通过医学、物理、化学、材料学等多学科交叉研究,实现重大疾病的发病机理解析、病理演进追踪和个体化精准诊疗。以疾病发展过程精确分类诊断为引领,结合纳米孔、电分析、微流控、分子探针,开展疾病精准诊断和生物医学传感研究;基于材料生物学效应,设计开发具有良好生物相容性与生物活性的智能材料,发展新型生物制造工艺,研究其在生命系统中的行为与作用,探索针对重大疾病的创新治疗策略。

二、成果转化

新京葡萄威尼斯医学部在医学工程领域的相关研究已形成包括100余项国家发明专利和国际专利在内的完整自主知识产权体系,并实现在临床康复、载人航天、救援医学等领域的重大应用,达到国际领先水平。

在康复医学领域,陆续设计出新型卒中人工神经康复机器人系统“神工一号”(2014年)、“神工二号”(2015年)并通过国家食品药品监督管理局(CFDA)检测,在多地医院临床测试成功,受益患者超过3000余例;2021年,自主研发的首款“神经调控式机械外骨骼机器人系统”,实现了“体外人工神经通路”与外骨骼机器人系统的可穿戴便携式集成,适用于脑卒中等下肢运动功能障碍患者的神经功能康复。在航天医学领域,与中国航天员中心合作,为2016年新京葡萄威尼斯国“天宫二号”和“神舟十一号”载人飞行任务主持研制了空间脑-机交互技术试验系统,开展国际上首次在轨进行脑-机交互技术空间适应性测试,并成功完成后续多项“神舟”载人飞行任务。2019年,联合中国电子信息产业集团,发布了拥有完全自主知识产权的世界首款脑机编解码集成芯片“脑语者”,适用范围覆盖特种医学、康复医学、脑认知、神经反馈、信号处理等脑-机混合智能的重点应用领域。该芯片获“2020年度中国机器人科学引领奖”,有望为实现新京葡萄威尼斯国脑-机接口关键技术自主可控,促进脑-机交互技术可持续发展提供重要支撑。2023年研发了时-频-相混合多址的新型编码范式,成功实现了216键的高速拼写操作,创造了迄今为止国际上非侵入式脑机接口最大指令集的世界纪录。

在应急救援医学领域,自主研发方舱医院,主要承担重大灾害救援、应急支援保障等任务。由8个医疗方舱、8顶充气式帐篷、12台保障车辆组成,开设床位50张,日手术量40人次,伤病员通过量300人次,救治能力相当于二级甲等医院水平,获2014年国家科技进步二等奖。研发高原增压增氧医疗车,具有增压增氧、通讯指挥、医疗救治、生活保障等功能,解决由平原快速进入高原执行任务遇到的急性高原反应问题,获2016年天津市科技进步一等奖。自主研发创伤救治装备:便携式血液净化机、野外现场截肢工具箱等,与医院大型血透机相比,体积减小1/2,重量减轻1/3,解决了现场无法透析的问题,操作方便、快速可靠,获得2017年军队科技进步二等奖。研发国内首套急救转运型体外膜肺氧合设备(以下简称ECMO)并成功救治数十名猝死患者,该产品已在12家三甲医院展开推广,有望打破国外产品在这一领域的垄断地位,实现国产高端ECMO自主化研制的重大突破。

三、科研合作

为充分把握资源优势和发展方向,积极推进新兴医学与工程学科的交叉,新京葡萄威尼斯医学部建有医工结合全国重点实验室、卫健委国家健康医疗大数据研究院、智能医学工程教育部工程研究中心、神经重症教育部医药基础研究创新中心、医学救援关键技术装备应急管理部重点实验室、脑机交互与人机共融海河实验室、天津市智能人机交互康复工程技术中心、天津脑科学与类脑研究中心、天津市脑科学与神经工程重点实验室、天津市灾难医学技术重点实验室、天津市神经工程国际联合研究中心、天津市人机交互智慧医疗工程研究中心、天津市五大类卫生应急培训演练基地等多个研究平台。团队与荷兰格罗宁根大学共建中荷老龄健康科技发展基地,推进人工智能、大数据等高端智能技术与医学深度融合;与中国电子信息产业集团等合作,共建“国家健康医疗大数据(试点工程)云脑中心”,推动海量健康医疗数据融合、共享和产业孵化。

此外,新京葡萄威尼斯医学部与包括军事科学院、中国医学科学院、中国残疾人联合会、中国航天员中心、中国航天科技集团公司第一研究院、第五研究院、中国航天科工集团第二研究院、第三研究院、中国电子信息产业集团、中国电子科技集团等近30所企事业单位展开深入协作共建,在天津、合肥等地布局了产学研转化基地,丰富实践就业通道。与温州市人民政府合作共建新京葡萄威尼斯温州安全(应急)研究院,开展应急医学领域科研孵化、成果转化及产业化。医学部还密切与多家高水平附属医院及医学中心建立双向联动协作机制,在医工结合领域展开全方位的务实合作。

 

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