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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,天津大学成立医学部。医学部以“医学牵引、工程支撑、转化创新、临床示范”为理念,促进我校工科、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

(一)脑科学与神经工程(Brain Science and neural engineering)

脑科学与神经工程方向致力于融会贯通神经科学知识与工程学方法,以揭示大脑中枢与周边神经系统感知、认知机理,剖析神经生理、心理和病理及相关功能变化机理,研究开发可实现认识、修复、增强或替代神经系统功能的最新方法与尖端技术。重点涉及脑机交互(Brain-computer interaction)、脑科学与脑认知(Brain science and cognition)、神经工程(Neural engineering)、康复医学(Rehabilitation medicine)、人因工效学(Ergonomics)等领域。目前已建有天津脑科学中心、天津神经工程国际联合研究中心、天津市智能人机交互康复工程技术中心,以及天津市脑科学与神经工程重点实验室等多个研究平台,形成涵盖动物、生理、病理、认知、行为、智能交互等在内的全链条实验体系。

(二)组织工程与再生医学(Tissue Engineering and Regeneration Medicine)

组织工程与再生医学方向致力于组织工程(Tissue engineering)、再生(Regeneration Medicine)等医学工程与转化医学基础机理与前沿技术,以及面向前沿医学重大领域的工程应用研究。重点涉及研制生物力学性好、降解可调控、低免疫原性、有利于血管生长和神经导向生长的组织工程神经,营造具有提升修复再生效率功能的人工培育环境或在体培养技术;开展神经组织精准再生、组织修复再生专家系统、自适应智能生物材料方面的技术开发和转化;融合生物智能与机器智能,开展神经系统智能仿生装置(人工脑芯片、人工神经细胞、仿生机器人等)的开发与临床转化工作。相关成果获国内外多项奖励。

(三)纳米医学和医用材料(Biomaterials and Biotechnology)

生物材料和生物技术方向致力于使用先进的材料学、生物学等前沿技术,来揭示重大疾病的发生、发展及其演变过程;实现对重大疾病的早期诊断和快速诊断,以及重大疾病的高效治疗。该研究方向涵盖纳米医学(Nanomedicine)、分子影像(Molecule imaging)、生物传感和检测(Biosensors and Biodetection)、生物技术(Biotechnology)等医学工程与转化医学基础机理与前沿技术,以及面向前沿医学重大领域的工程应用研究。以重大疾病为导向,使用跨学科的技术手段,推动各类技术在临床医学中的转化和应用。

(四)智能医学与精准诊疗(Intelligent Medicine)

智能医学方向面向“健康中国2030”国家战略需求,以现代医学与生物学理论为基础,融合先进的脑认知、机器学习等智能领域的工程技术手段,以患者为中心,以信息为纽带,把临床需求作为出发点和落脚点,挖掘人的生命和疾病现象的本质及规律,探索人机协同的智能化诊疗方法。重点涵盖智能医疗健康大数据管理(Intelligent medical health big data management)、智能医学影像与智能辅助诊断(Intelligent medical image and intelligent assistive diagnosis)、智慧医疗与远程医疗(Smart medicine and telemedicine)、智能医学仪器(Intelligent medical instrument)等领域。已获批建设国家健康医疗大数据(试点工程)云脑中心、智能医学工程教育部工程研究中心。

(五)救援医学(Rescue Medicine)

救援医学方向聚焦于研究各类灾难事件所面临的医学问题,重点涉及救援医学技术(Rescue Medicine)、救援医学管理(Public Health and Preventive Medicine)以及救援医学装备(Emergency rescue medical equipment)等领域。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,开展地震伤、火灾伤、淹溺伤、外伤合并感染、挤压综合征等灾害特色伤病的现场诊断和救治研究;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,为灾难预防、应急救援和灾后防疫提供灾难相关伤病防控策略; 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。通过基础研究与临床转化相结合,救援技术与临床工作相结合,有效提升医疗救援队伍现场救治能力。建成天津市灾难医学技术重点实验室、天津市五大类卫生应急培训演练基地、天津大学温州安全(应急)研究院。

二、成果转化

天津大学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。在航天医学领域,与中国航天员中心合作,为2016年我国“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,将为未来深入开展先进交互技术在轨适应性研究和技术应用起到重要推动作用。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。该芯片有望为实现我国脑-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。

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、通迅指挥、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。

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,天津大学医学部建有“智能医学工程”教育部工程研究中心、天津市人机交互智慧医疗工程研究中心、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、天津神经工程国际联合研究中心、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“健康医疗大数据国家研究院”,以及“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,天津大学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天津大学温州安全(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。医学部还密切与天津大学天津医院、天津大学海河医院、天津大学儿童医院、天津大学环湖医院、天津大学中西医结合医院、天津大学胸科医院、天津大学泰达医院、天津大学泰达国际心血管病医院等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。