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      2. 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

        (1)腦科學與神經工程

        腦科學與神經工程作為新興的交叉學科領域,應用生命、神經科學與工程學的原理與技術,從分子、細胞、組織、器官、系統到行為,探究大腦高級認知功能的神經機制;融合生命科學、神經科學、工程科學、材料科學、計算機與信息科學等多學科技術手段,瞄向生命體與非生命體之間的人-機交互協同與共融機制,開展新一代腦-機交互與類腦智能全鏈條研究;突破聲、光、電、磁發生原理與多源神經信息耦合的技術瓶頸,創新發展先進神經功能檢測、調控基礎核心器件與系統。實現神經系統的理解、增強、功能替代與修復等醫學工程應用以及人-機補充、控制、協同與共融的轉化醫學應用。

        (2)救援醫學

        救援醫學聚焦于研究自然災害、事故災難、公共衛生事件、社會安全事件等各類突發公共事件所面臨的醫學問題,重點涉及衛生應急管理、救援醫學技術以及救援醫學裝備等領域。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;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,開展地震擠壓傷、爆炸沖擊傷、煙霧吸入傷、創傷感染等災害特色傷病的現場診斷和救治研究;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。

        (3)智能醫學

        智能醫學聚焦大數據、人工智能、5G等前沿技術在醫學領域中的融合與應用。以研發高精度、多模態、智能化的磁共振成像技術為支撐,服務于人類腦連接圖譜、腦網絡與認知功能、神經系統疾病早期診斷;將計算機視覺與CT、MRI、X光、超聲、內窺鏡等醫學影像相結合,研究病灶分割、疾病預測等AI醫學影像輔助診斷和智能分析技術;開發先進的生物信息學技術,推動解決大分子藥物設計、免疫治療預測、多組學癌癥早期診斷等生物醫學問題;探索遠程醫療、重大疾病智能健康管理的新模式、新方法,構建智能健康管理體系。

        (4)組織工程與再生醫學

        組織工程與再生醫學聚焦生物3D打印、器官芯片、人工智能等前沿技術與干細胞精準誘導、神經生物與信息融合(BT-IT融合)等創新理論,研究皮膚、腦等軟組織的發育、疾病發展與再生。重點涉及解析組織發育的結構與時空發生規律,研發生物相容性良好、適用于軟組織打印的功能性生物墨水,建立生理與病理性皮膚類器官、開發血管化腦類器官、構建腦類器官智能復合體,篩選抑制瘢痕促進難愈性創面閉合的小分子藥物,搭建體內外腦類器官BT-IT交互驗證平臺,實現基于IT調控的腦類器官成熟度提升、基于BT-IT融合的移植宿主腦損傷修復等。

        (5)麻醉與重癥醫學

        麻醉與重癥醫學聚焦于麻醉監測、ICU重大疾病的診斷及臨床治療技術瓶頸的突破,以多模態生理監測技術為基礎,開展麻醉、重癥ICU腦保護以及無創腦氧系列技術研究,包括麻醉精準監測、腦積水患病機理探究、早期基因篩查、腦積水客觀精準診斷新技術及新型診療技術的開發;針對ICU腦創傷患者開發個性化腦灌注治療技術;針對心臟搭橋手術患者開發腦保護精準技術;針對膿毒癥患者開發多器官衰竭預測技術。旨在通過工程技術手段,解決當前麻醉重癥遇到的臨床診療瓶頸問題,為一線醫生提供更精準的治療手段及策略,降低重癥死亡率,改善重癥患者的預后。

        (6)康復醫學

        康復醫學聚焦于神經類疾病所導致功能障礙的康復醫學問題,重點涉及神經康復、運動康復、視聽覺康復、言語康復、精神康復、作業康復等研究方向。以主動健康需求為引領,開展上下肢運動模式與步態平衡能力分析、情緒精神狀態及聽覺能力評估等臨床智能評估技術研究;探索神經調控機制、認知與運動交互作用機制,開展神經調控康復、感知功能重建、運動功能恢復等智能康復方法研究;發展智能人機交互策略,研發面向情緒、聽覺診斷的新式腦機接口設備、腦控外肢體康復訓練系統、腦控主被動融合助行外骨骼系統等智能康復裝備研究。

        (7)特種醫學

        特種醫學聚焦航空、航天等特殊環境條件下作業人群的特有衛生保健需求,解決在實踐中涉及到的各種特殊醫學問題。從分子、細胞與整體水平,研究特殊環境條件作用于人體所引起的生理及病理變化的現象及規律;研究航空、航天對人體健康的影響機制,以及相應疾患的預防、診斷和治療;提出防護措施,保障作業人員在健康、安全、舒適的環境下工作,為發展我國航空、航天事業提供相關的醫學和生命科學方面的理論和技術保障。

        (8)精準診療與納米醫學

        精準診療與納米醫學聚焦于癌癥、神經系統疾病、免疫系統疾病、呼吸/代謝系統疾病、組織/器官損傷等臨床所面臨的棘手問題,通過醫學、物理、化學、材料學等多學科交叉研究,實現重大疾病的發病機理解析、病理演進追蹤和個體化精準診療。以疾病發展過程精確分類診斷為引領,結合納米孔、電分析、微流控、分子探針,開展疾病精準診斷和生物醫學傳感研究;基于材料生物學效應,設計開發具有良好生物相容性與生物活性的智能材料,發展新型生物制造工藝,研究其在生命系統中的行為與作用,探索針對重大疾病的創新治療策略。

        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;2021年,自主研發的首款“神經調控式機械外骨骼機器人系統”,實現了“體外人工神經通路”與外骨骼機器人系統的可穿戴便攜式集成,適用于腦卒中等下肢運動功能障礙患者的神經功能康復。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,并成功完成后續多項“神舟”載人飛行任務。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。該芯片獲“2020年度中國機器人科學引領獎”,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。2023年研發了時-頻-相混合多址的新型編碼范式,成功實現了216鍵的高速拼寫操作,創造了迄今為止國際上非侵入式腦機接口最大指令集的世界紀錄。

        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、通訊指揮、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。研發國內首套急救轉運型體外膜肺氧合設備(以下簡稱ECMO)并成功救治數十名猝死患者,該產品已在12家三甲醫院展開推廣,有望打破國外產品在這一領域的壟斷地位,實現國產高端ECMO自主化研制的重大突破。

        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醫工結合全國重點實驗室、衛健委國家健康醫療大數據研究院、智能醫學工程教育部工程研究中心、神經重癥教育部醫藥基礎研究創新中心、醫學救援關鍵技術裝備應急管理部重點實驗室、腦機交互與人機共融海河實驗室、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、天津市神經工程國際聯合研究中心、天津市人機交互智慧醫療工程研究中心、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“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。醫學部還密切與多家高水平附屬醫院及醫學中心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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