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“跨界”医疗工程师

来源:  发布时间:2021-03-02

  
——记深圳大学医学部生物医学工程学院副院长陈昕
  
徐芳芳

  
  
  医学超声由于其价位低廉、实时成像、无损伤等优点,已经成为临床应用最广泛的影像诊断技术。医学学科的快速发展和重大疾病早期诊疗的紧迫需求,促进医学超声与材料科学、生物科学、信息科学等学科的交叉融合,不断发展新理论、新方法和新设备。目前医学超声的发展趋势主要包括:成像速度更快,分辨率更高;除了形态信息,发掘更多定量的功能信息;成像诊断—给药—治疗的诊疗一体化。
  那么,医学超声的这些发展趋势需要解决哪些关键科学问题?医学超声领域还有哪些新技术?带着这些问题,记者专访了深圳大学生物医学工程学院副院长陈昕。多年来,他主要从事超声成像新技术、超声影像临床诊断研究,完成了多项超声弹性成像、超声影像处理相关课题,并在超声弹性成像系统构建、弹性成像算法、超声图像处理等领域有良好的研究基础。可以说,陈昕是真正意义上的“跨界”医疗工程师。
  
缘起:“工程+医学”的进阶路
  1994年,陈昕考入中国科学技术大学。当时,正在中国科学技术大学读本科的陈昕,第一次接触到医学超声的概念。而真正确定这个科研方向,则是在1998年,从此缘定。
  “我本科读的是电子工程专业,当时学制5年。学校有个规定,本科读4年后可以选择分流,然后再读5年博士就能够拿到博士学位。1998年,我选分流直博,博士的课题就是做压电免疫传感器——利用超声检测免疫反应。从那时起,我逐渐走进了医学超声领域。”
  2003年,获得中国科学技术大学博士学位后,陈昕到香港理工大学工作,在郑永平教授的团队做助理研究员。那个时候,陈昕就开始用超声技术测量组织的力学特征,与其后来做的弹性成像研究工作可以说是一脉相承。
  “当时我们开发了一个产品,用超声印压的方法去测量组织的硬度。”陈昕说的这个产品,是一套包括软件、硬件在内的系统。当时,陈昕协助开发了整套系统,还做了“糖尿病足的评估”“伤疤的评估”等应用,取得了很好的应用效果。
  2008年,陈昕来到深圳大学加入了生物医学工程系。他之所以选择到深圳大学工作,一方面是被深圳的科研环境和产业背景吸引;另一方面则是恰逢深圳大学新学科创立的契机。时间回溯到2005年,时任深圳大学副校长的陈思平教授考虑到深圳的医疗产业背景对人才和高端技术的需求,创立了深圳大学生物医学工程学科。学科创立后,医学超声成为一个重要方向。
  如今,15年过去了,生物医学工程学院从一开始在很简单的条件下开创学科,发展到拥有国家工程实验室,建立起完整的本科、硕士、博士、博士后的人才培养体系。这个过程中,陈昕不仅是参与者、见证者,更是核心成员。“我来的时候,生物医学工程学院还叫生物医学工程系,是个不到十个人的团队。今天,已经发展成拥有五六十人的学院,这个过程挺不容易的。”陈昕感慨,“我在深圳大学的成长过程,也是同团队、整个学科的发展密不可分的。”
  
突围:交叉学科的“产学研”
  生物学工程本身是一个交叉学科,涉及理工、医学、生物各方面。与其他交叉学科一样,和不同思维模式的人打交道,可能是科研工作中最普遍遇到的问题。
  目前,陈昕的工作主要集中在超声力学效应的两种应用,即基于声辐射力的超声诊断和治疗。“诊断方面,我现在做得比较多的就是超声弹性成像。它是对组织的形态结构的一种成像,去测量组织的硬度,如果比正常组织硬的话,往往就代表这个组织有一些病变。”陈昕介绍,超声弹性成像是超声力学效应的一个重要应用,它利用声辐射力激励组织并对组织力学特性进行功能成像,是传统超声影像的重大革新。超声弹性成像目前在临床多个领域都已经广泛应用,包括肝脏、乳腺、前列腺等疾病,其中肝脏是超声弹性成像应用最多的领域。
  作为超声力学效应的另一个重要应用,超声治疗主要是以声辐射力的形式作用于人体,使人体组织发生有利于疾病治疗或是身体康复的变化。声辐射力引起的稳定空化及微声流效应能改变细胞膜的结构、功能和渗透性,使细胞在结构和功能上发生改变,从而促进组织修复或伤口愈合。“在超声力学效应的研究里面,我开展的主要是全链条的工作——合作方包括医院、高校和科研机构,以及企业,同时我们做的研究也包括关键技术的研究、临床应用的推广,以及产品的研发。三个方面是融合在一起的,不光是做关键技术研发,最终目的是希望把技术做成实际的产品,并且在临床上应用推广。”陈昕介绍,开始独立做科研之后,他发现一个亟待突破的问题——怎么去跟医生交流。“这个学科的特点就是为临床服务,需要用工程技术去解决临床的问题,但是工程师有工程师的语言和思维模式,医生有医生的语言和思维模式,只有先学会用医生的语言或思维去考量,才能更深刻地理解他们从临床上提出的问题。”
  另一方面,成果的最终落地离不开与企业的合作。而与企业合作不像在高校做研究,还需要考虑技术之外的方方面面。“首先要考虑技术的可行性;其次,要考虑临床上的价值——这个东西做出来之后,医生是不是能够认可;最终,要做成产品。而从产品的规划、样品到真正量产的许多中间环节,是书本上和实验室里学不到的,要跟企业密切合作之后,经历‘摸爬滚打’,才能了解。”陈昕表示,这种深度融合不仅局限在技术层面上,还体现在市场、商务、投资等方方面面。只有对一个产品的思考、策划更全面,才能真正把技术转化成产品。
  在这个过程中,陈昕觉得横着一道鸿沟:“对于高校来说,它可能有很好的想法或者很好的技术,但局限于自身条件而无法规范开发,最终只能做成一个很简单的样机或者半成品;对于企业、投资方来说,它愿意投产这些好的想法或者好的技术,但是从样机到真正应用到临床、实现批量生产之间,还有很大距离。”
  克服困难,填平鸿沟。近年来,陈昕联动企业、医院,顺利实现了“从科研成果到产品,再到临床应用”的终极目标,可以说,在产学研合作方面成绩斐然。
  在超声弹性成像方面,陈昕与深圳迈瑞公司、湖北医疗器械质量监督检验中心合作,建立了国内的超声弹性成像设备试验方法和体系。三家单位合作起草制定了两个中国医疗器械行业标准,不仅填补了国内外检测超声弹性成像设备性能的空白,还对促进我国医疗器械行业的发展、扩大国际影响力具有重要意义。在超声治疗方面,与深圳圣祥高科技有限公司合作,其研发的关键技术实现产业转化,新一代超声治疗产品销售全国200多家医院和科研机构,基于该产品40多家机构发表科研论文。
  而这些成果在临床上的推广应用,更是让陈昕的科研工作彰显出无法估量的价值,并产生良好的社会效益。以“多模态肝脏疾病无创诊断模型”的研究成果在临床推广应用为例:陈昕通过与深圳市第三人民医院开展深入合作收集的临床数据显示,运用该模型对近万人次慢性乙肝患者的肝纤维化程度进行评估发现,该模型对肝纤维化评估的诊断性能优于现有临床指标。
  成果转化离不开各方面的积极参与和配合,而其推进之所以能够如此顺畅,还离不开两方面因素的加持:一方面是扎根于具有良好产业背景、同时也是国内医疗机械行业聚集地的深圳,在地域优势上“占了先机”;另一方面是深圳大学医学部生物医学工程学院强调产学研结合的学科建设特色——“把科研成果落地到最终的产品,并且推向临床”是整个学院开展科研工作的共识。
  
使命:医疗器械人才培养
  多年来,在教学的过程当中,陈昕一直认为培养人才是重要使命。“生物医学工程专业建设与国家大健康战略密不可分。大健康战略最终会落脚到医疗器械产业,这个产业离不开创新型的专业人才。那么,建立培养人才的教学体系,与我们专业的发展以及产业的需求是紧密结合在一起的。”
  陈昕带领教学团队,立足于学科特色与地域优势,与企业深度合作,创新性地构建了以行业需求为导向的生物医学工程专业教学体系。项目团队与深圳本地的企业多次研讨,深入了解企业需求,在国内首先提出以行业产品为导向的创新实验课程体系。该体系选择行业内最典型的医疗器械产品——监护仪,并将监护仪开发过程所需要的实践能力分解到各个具体实验课程。学生最后通过两个实训课程(包括竞赛或毕业设计),综合应用实践能力,完成一个小型化产品的设计开发,例如电子温度计、血氧计等。这样的实验课程体系具有多方面的特点。一方面,该体系不但可从顶层设计上实现与企业需求的无缝对接,而且使实验教学的过程模块化、系统化、规范化。另一方面,学生在实验课程中可以测试到自身的真实生理信号(心电、体温、呼吸、血压、血氧),能极大地激发学生的学习积极性。
  项目团队还在上述实验课程体系的指导下,开发完整体系的教学实验设备,使用范围涵盖了大多数高校生物医学工程专业的几乎全部课程,填补了国内空白。由项目团队开发的实验平台已经在东南大学、重庆大学、南方医科大学等单位应用。另外和中南民族大学、西安交通大学、广东药科大学、中山大学、东北大学等数十所大学达成了推广应用的意向。
  
奋进:22年有所得
  从与生物医学工程和医学超声结缘到现在,陈昕已经在这个领域深耕22年。教学科研路上,不可能总是一帆风顺,时而遇到困难和挫折的时候,助他继续前行的驱动力就是兴趣和成就感。“尤其是当产品投入到临床应用的时候,它对诊断和治疗的帮助以及产生的社会效益,都能带来其他任何事都无法比拟的成就感。”陈昕笑道。
  如今,陈昕已在教学、科研和产业化方面取得了一系列成绩。在教学方面,带领团队开发了全系列的教学实验设备,在全国数十所高校应用,并获得深圳大学教学成果奖一等奖。他作为专业负责人,带领专业获得2019年国家一流本科专业建设点。
  在科研方面,陈昕已主持及完成国家自然科学基金4项、科技部科技支撑计划项目1项、省市科技项目多项。作为核心成员参与自然科学基金重大仪器项目、国家重点研发计划等。近年来在IEEE Trans BME、IEEE Trans TIP、IEEE Trans UFFC、Ultrasound in Medicine and Biology等国际一流期刊上发表论文80多篇,制定中国医疗器械行业标准2项。他先后获深圳大学首届荔园优青、深圳市高层次领军人才、2017年广东省科技进步奖三等奖(第一完成人)、2015年深圳市科技进步奖二等奖(第一完成人)、第十四届高交会优秀产品奖、2011年中国产学研合作创新成果奖(第二完成人)。目前他任中国生物医学工程学会理事、中国生物医学工程学会医学超声工程分会副主委、中国医学装备协会超声装备技术分会常委、中国超声医学工程学会仪器工程开发专委会委员、中国电子学会生物医学电子学分会委员。
  “其实在我们学院内,很多老师做得比我出色。在产学研合作方面,有些老师做的公司都已经上市了,我们培养的学生也在公司内成长为技术骨干,这种例子在我们学院比比皆是。”陈昕谦逊地补充道。他认为自己只是这众多连接学科与产业两端的科研人员的其中之一,未来,漫长的理论求索与产业转化之路仍在脚下,他想与所有同行者一道,继续敲开一扇扇超声科学的奥秘之门。
  
专家简介  
  陈昕,教授,博士生导师。2003年获中国科学技术大学生物医学工程博士学位,2003—2008年在香港理工大学担任博士后、助理研究员等工作,2008年加入深圳大学。现任深圳大学医学部生物医学工程学院副院长、中国生物医学工程学会理事、中国生物医学工程学会医学超声工程分会副主委、中国医学装备协会超声装备技术分会常委、中国超声医学工程学会仪器工程开发专委会委员、中国电子学会生物医学电子学分会委员。
  主要从事医学超声工程研究及其产业化推广,研究领域包括超声成像新技术、超声信号处理、超声成像设备开发等。主持及完成国家自然科学基金项目4项、科技部科技支撑计划项目1项、省市科技项目多项。作为核心成员参与自然科学基金重大仪器项目、国家重点研发计划等。近年来在IEEE.Trans.BME、IEEE.Trans.TIP、IEEE.Trans.UFFC、Ultrasound.in.Medicine.and.Biology等国际一流期刊上发表论文80多篇,制定中国医疗器械行业标准2项。他先后获深圳大学首届荔园优青、深圳市高层次领军人才、2020年深圳市科学技术奖(标准奖)、2017年广东省科技进步奖三等奖(第一完成人)、2015年深圳市科技进步奖二等奖(第一完成人)、第十四届高交会优秀产品奖、2011年中国产学研合作创新成果奖(第二完成人)。
  

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2022年4月

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