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      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。天津大學醫學部以“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。

      依托醫學部,醫學部與天津醫科大學探索開展聯合培養模式,開設全國首個智能方向醫學類本科專業,探索醫工復合高端人才的本碩博貫通式培養模式。未來,醫學部將繼續發展形成多門類、多層次、多形式醫學辦學格局,打造成為創新醫學與工學融合的改革試點。

      一、研究方向

      天津大學醫學部依托國家重點研發計劃、863計劃、科技支撐計劃和自然科學基金等項目支持,聚焦神經傳感與成像、神經接口與反饋、神經刺激與調控、神經仿生與智能、神經再生與修復等的神經工程基礎機理與前沿技術,及其面向神經工程與組織工程、智能醫學與人機交互等重大領域的工程應用。重點發明了腦-機交互的神經信息學復合編解碼技術、肌-機交互的神經肌骨動力學復合調控技術以及體-機交互的人工神經系統視觸覺復合反饋技術。尤其在腦信號深度解碼、腦意圖精細辨識、腦-機快速通訊等方向形成了特色優勢。

      天津大學醫學部自主研發的大指令集高速腦-機接口系統,通過創立超短SSVEP(200ms)和P300腦電波高效融合范式,設計時-頻-相混合編碼的視圖腦-機交互信息策略,采用先進的機器學習算法,對極微弱腦電特征進行了精細分辨與快速解碼,輸出一個指令僅用1.7s,在世界范圍內首次實現了超過一百像元靶目標的高速腦機交互系統,實現了真正意義上的全鍵盤腦控字符拼寫,也創造了目前頭皮腦電BCI在線控制最大指令集的世界紀錄。該超大指令集高速混合BCI系統大大擴展了腦控技術的應用范圍,顯著提高了視覺型腦-機系統的靈活性,具有廣闊的應用前景和優勢。

      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、載人航天等領域的重大應用,達到國際領先水平。在醫學領域,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,被“觀察者”評為“2014年度中國可能改變未來的十大科技成果之一”,有力推動了新興的腦-機交互技術在臨床康復工程領域的發展與應用;在航天領域,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,國際上首次在軌進行腦-機交互技術空間適應性測試。該系統的建立和成功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,為我國載人航天工程的新一代醫學與人因保障系統提供了關鍵科學依據與技術支撐。相關研究成果還推廣到智能家居等相關領域,成功研制出國內首款人感仿生神經系統模塊并應用于海爾SmartFlow中央空調等系列產品。

      2019年5月,天津大學醫學部聯合中國電子信息產業集團,成功發布了世界首款腦機編解碼集成芯片,這款被命名為“腦語者”的芯片擁有完全自主知識產權,適用范圍覆蓋了特種醫學、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,促進軍民用腦-機交互技術可持續發展提供重要支撐。

      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,天津大學醫學部聚焦“中國腦計劃”等重大科技專項,與相關單位合作積極推動“天津腦科學中心”建設,推進人工智能、大數據等高端智能技術與醫學深度融合;醫學部還與中國電子信息產業集團等合作,在天津市共建“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。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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