醫學工程

為實現“強工、厚理、振文、興醫”,建設具有中國特色的世界一流綜合性大學的戰略目標,2018年4月,天津大學成立醫學部。醫學部以“醫學牽引、工程支撐、轉化創新、臨床示范”為理念,促進我校工科、理科等傳統優勢學科與醫學學科交叉融合,帶動電子、物理、數學、計算機、信息技術等多個學科的發展,同時以醫學需求為牽引,突破學科發展瓶頸,培育新興學科生長點,規劃良好學科生態,力爭以科技力量守護人民生命健康。

一、研究方向

(一)腦科學與神經工程(Brain Science and neural engineering)

腦科學與神經工程方向致力于融會貫通神經科學知識與工程學方法,以揭示大腦中樞與周邊神經系統感知、認知機理,剖析神經生理、心理和病理及相關功能變化機理,研究開發可實現認識、修復、增強或替代神經系統功能的最新方法與尖端技術。重點涉及腦機交互(Brain-computer interaction)、腦科學與腦認知(Brain science and cognition)、神經工程(Neural engineering)、康復醫學(Rehabilitation medicine)、人因工效學(Ergonomics)等領域。目前已建有天津腦科學中心、天津神經工程國際聯合研究中心、天津市智能人機交互康復工程技術中心,以及天津市腦科學與神經工程重點實驗室等多個研究平臺,形成涵蓋動物、生理、病理、認知、行為、智能交互等在內的全鏈條實驗體系。

(二)組織工程與再生醫學(Tissue Engineering and Regeneration Medicine)

組織工程與再生醫學方向致力于組織工程(Tissue engineering)、再生(Regeneration Medicine)等醫學工程與轉化醫學基礎機理與前沿技術,以及面向前沿醫學重大領域的工程應用研究。重點涉及研制生物力學性好、降解可調控、低免疫原性、有利于血管生長和神經導向生長的組織工程神經,營造具有提升修復再生效率功能的人工培育環境或在體培養技術;開展神經組織精準再生、組織修復再生專家系統、自適應智能生物材料方面的技術開發和轉化;融合生物智能與機器智能,開展神經系統智能仿生裝置(人工腦芯片、人工神經細胞、仿生機器人等)的開發與臨床轉化工作。相關成果獲國內外多項獎勵。

(三)納米醫學和醫用材料(Biomaterials and Biotechnology)

生物材料和生物技術方向致力于使用先進的材料學、生物學等前沿技術,來揭示重大疾病的發生、發展及其演變過程;實現對重大疾病的早期診斷和快速診斷,以及重大疾病的高效治療。該研究方向涵蓋納米醫學(Nanomedicine)、分子影像(Molecule imaging)、生物傳感和檢測(Biosensors and Biodetection)、生物技術(Biotechnology)等醫學工程與轉化醫學基礎機理與前沿技術,以及面向前沿醫學重大領域的工程應用研究。以重大疾病為導向,使用跨學科的技術手段,推動各類技術在臨床醫學中的轉化和應用。

(四)智能醫學與精準診療(Intelligent Medicine)

智能醫學方向面向“健康中國2030”國家戰略需求,以現代醫學與生物學理論為基礎,融合先進的腦認知、機器學習等智能領域的工程技術手段,以患者為中心,以信息為紐帶,把臨床需求作為出發點和落腳點,挖掘人的生命和疾病現象的本質及規律,探索人機協同的智能化診療方法。重點涵蓋智能醫療健康大數據管理(Intelligent medical health big data management)、智能醫學影像與智能輔助診斷(Intelligent medical image and intelligent assistive diagnosis)、智慧醫療與遠程醫療(Smart medicine and telemedicine)、智能醫學儀器(Intelligent medical instrument)等領域。已獲批建設國家健康醫療大數據(試點工程)云腦中心、智能醫學工程教育部工程研究中心。

(五)救援醫學(Rescue Medicine)

救援醫學方向聚焦于研究各類災難事件所面臨的醫學問題,重點涉及救援醫學技術(Rescue Medicine)、救援醫學管理(Public Health and Preventive Medicine)以及救援醫學裝備(Emergency rescue medical equipment)等領域。從“創傷急救、心肺復蘇、緊急救治、檢傷分類、醫療后送”現代救援醫學五項技術出發,開展地震傷、火災傷、淹溺傷、外傷合并感染、擠壓綜合征等災害特色傷病的現場診斷和救治研究;以危機管理為引領,開展現場醫學救援風險分析與態勢監控、災難流行病學分析等救援醫學管理研究,為災難預防、應急救援和災后防疫提供災難相關傷病防控策略; 研發現場便攜式急救與生命支持裝備、救援移動醫院平臺、以及救援個體防護裝備等。通過基礎研究與臨床轉化相結合,救援技術與臨床工作相結合,有效提升醫療救援隊伍現場救治能力。建成天津市災難醫學技術重點實驗室、天津市五大類衛生應急培訓演練基地、天津大學溫州安全(應急)研究院。

二、成果轉化

天津大學醫學部在醫學工程領域的相關研究已形成包括100余項國家發明專利和國際專利在內的完整自主知識產權體系,并實現在臨床康復、載人航天、救援醫學等領域的重大應用,達到國際領先水平。

在康復醫學領域,陸續設計出新型卒中人工神經康復機器人系統“神工一號”(2014年)、“神工二號”(2015年)并通過國家食品藥品監督管理局(CFDA)檢測,在多地醫院臨床測試成功,受益患者超過3000余例。在航天醫學領域,與中國航天員中心合作,為2016年我國“天宮二號”和“神舟十一號”載人飛行任務主持研制了空間腦-機交互技術試驗系統,開展國際上首次在軌進行腦-機交互技術空間適應性測試,將為未來深入開展先進交互技術在軌適應性研究和技術應用起到重要推動作用。2019年,聯合中國電子信息產業集團,發布了擁有完全自主知識產權的世界首款腦機編解碼集成芯片“腦語者”,適用范圍覆蓋特種醫學、康復醫學、腦認知、神經反饋、信號處理等腦-機混合智能的重點應用領域。該芯片有望為實現我國腦-機接口關鍵技術自主可控,促進腦-機交互技術可持續發展提供重要支撐。

在應急救援醫學領域,自主研發方艙醫院,主要承擔重大災害救援、應急支援保障等任務。由8個醫療方艙、8頂充氣式帳篷、12臺保障車輛組成,開設床位50張,日手術量40人次,傷病員通過量300人次,救治能力相當于二級甲等醫院水平,獲2014年國家科技進步二等獎。研發高原增壓增氧醫療車,具有增壓增氧、通迅指揮、醫療救治、生活保障等功能,解決由平原快速進入高原執行任務遇到的急性高原反應問題,獲2016年天津市科技進步一等獎。自主研發創傷救治裝備:便攜式血液凈化機、野外現場截肢工具箱等,與醫院大型血透機相比,體積減小1/2,重量減輕1/3,解決了現場無法透析的問題,操作方便、快速可靠,獲得2017年軍隊科技進步二等獎。

三、科研合作

為充分把握資源優勢和發展方向,積極推進新興醫學與工程學科的交叉,天津大學醫學部建有“智能醫學工程”教育部工程研究中心、天津市人機交互智慧醫療工程研究中心、天津市智能人機交互康復工程技術中心、天津腦科學與類腦研究中心、天津市腦科學與神經工程重點實驗室、天津市災難醫學技術重點實驗室、天津神經工程國際聯合研究中心、天津市五大類衛生應急培訓演練基地等多個研究平臺。團隊與荷蘭格羅寧根大學共建中荷老齡健康科技發展基地,推進人工智能、大數據等高端智能技術與醫學深度融合;與中國電子信息產業集團等合作,共建“健康醫療大數據國家研究院”,以及“國家健康醫療大數據(試點工程)云腦中心”,推動海量健康醫療數據融合、共享和產業孵化。

此外,天津大學醫學部與包括軍事科學院、中國醫學科學院、中國殘疾人聯合會、中國航天員中心、中國航天科技集團公司第一研究院、第五研究院、中國航天科工集團第二研究院、第三研究院、中國電子信息產業集團、中國電子科技集團等近30所企事業單位展開深入協作共建,在天津、合肥等地布局了產學研轉化基地,豐富實踐就業通道。與溫州市人民政府合作共建天津大學溫州安全(應急)研究院,開展應急醫學領域科研孵化、成果轉化及產業化。醫學部還密切與天津大學天津醫院、天津大學海河醫院、天津大學兒童醫院、天津大學環湖醫院、天津大學中西醫結合醫院、天津大學胸科醫院、天津大學泰達醫院、天津大學泰達國際心血管病醫院等建立雙向聯動協作機制,在醫工結合領域展開全方位的務實合作。

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