醫工融合助力醫學“上新”

 医疗卫生领域如何“上新”？医工融合是重要的途径。医工融合，即医学与现代化工程技术的交叉融合，是推动医学领域创新发展的重要途径，需要大量复合型医学人才作为支撑，被公认为突破医学“卡脖子”技术的“关键之钥”。
  近日，北京市医学科技创新院士、北京学者“领航”系列讲座第七讲举办。美国国家医学院外籍院士、清华大学副教务长、清华大学医学院主任黄天荫，国际眼科科学院院士、北京学者、首都医科大学附属北京同仁医院眼科中心主任王宁利，分别以《人工智能在医学领域的基本概念和未来发展》《物理生物医学：探索眼健康的新维度》为题展开精彩讲座，讲述自己通过医工融合守护群众光明“视”界的故事。
  临床和科研两手抓
  眼睛是心灵的窗户，而眼科疾病却让这明亮的窗户蒙尘。一直以来，无数医者都在为守护患者的眼健康而努力，其中就有黄天荫和王宁利。
  黄天荫是一位华裔科学家。他出生在新加坡，从医后，逐步成长为一名颇具国际名望的医学科学家，主要从事黄斑病变和视网膜疾病相关的临床工作，并致力于视网膜疾病和眼部成像（含人工智能）的研究和创新。
  多年前，清华大学万科公共卫生与健康学院创始院长、世界卫生组织荣誉总干事陈冯富珍教授问了黄天荫一个问题：“你是想要作为一个局外人观看中国医疗卫生事业的崛起，还是希望亲自参与到这份事业之中？”
  黄天荫选择了后者。2021年，他全职加盟清华大学，希望能培养出一批“既能问诊，又能科研”的复合型医学人才。
  王宁利是我国眼科领域首屈一指的专家，他曾任北京同仁医院院长，退休以后，仍坚守在临床和科研的一线。他把自己比作防止青光眼患者滑向失明深渊的“刹车人”。
  “青光眼是致盲眼病之一。一旦得了青光眼，视神经就会被一步步蚕食，造成不可逆的视力损伤。它就像一辆没有刹车和倒挡的失控汽车，载着乘客一路走向黑暗的深渊。”王宁利表示，“作为医者，我们要用专业的医学知识和先进技术，修好刹车和倒挡，帮助更多眼疾患者重获视力和光明。”
  多年来，王宁利临床和科研两手抓，首创眼颅压力差学说，发现青光眼视神经损害机制，建立了以平衡眼颅压力差为目标的新诊疗体系；开创微创青光眼内引流手术设备和技术，打破了传统的眼外滤过手术高并发症的困局，开展的新术式在全国应用的比例已达40%。
  医工“双向奔赴”
  近年来，黄天荫每个月都会到清华大学附属北京清华长庚医院坐诊。与患者的长期接触，让他对我国的医疗卫生事业发展现状和患者需求有了更深入的了解。“近年来，居民健康素养水平和疾病谱发生变化。”黄天荫表示，“随着人均预期寿命的延长、老龄化的加剧，疾病防治已从以‘急诊’为主转向糖尿病、心脑血管疾病等慢性病、共病管理时代。”
  黄天荫表示，这不仅是中国的新情况，也是世界面对的大趋势。“如今，我们已经经历了从传统医学到循证医学再到精准医学的发展过程，接下来将要进入智慧医学模式。”黄天荫表示，“我们应该正确认识并积极拥抱AI（人工智能）。AI在疾病的早诊早治以及预后管理方面，具有较大优势，将在智慧医学发展中起到重要作用。”
  黄天荫提出了AI技术在医疗领域应用的“6P”关键要素，即需要医师科学家、医师工程师等多样化人才（People），消除医患对AI技术的恐惧（Physicians、Patients），技术与医疗系统融合（Process），政策支持（Policy），行业耐心（Patience）。
  关于人才培养，他提出了“4I”人才培养理念，即创新、引领、国际、融合（Innovation、Initiation、Internationa-lization、Inter- discipline）。“我们依托清华大学的传统理科优势，交融不同学科技术，开拓多学科医工、医理交叉，并转化到疾病诊疗这一最终目标中来。”黄天荫说。
  医工交叉的关键在于医生和工程师了解彼此的需求，并将这些需求转化为实际应用的产品。
  糖尿病视网膜病变（DR）是糖尿病最常见的微血管并发症，该病初期症状隐匿，病情严重时可能导致永久视力损伤甚至失明。由于不同患者病情进展存在较大差异，每名糖尿病患者患DR的风险和时间难以准确预测。
  “以深度学习为代表的人工智能技术已被用于DR筛查。但是，糖尿病患者通常只会按照相对固定的时间进行疾病筛查和随访，无法知晓并发症确切的发生时间，也无法对疾病的进展时序轨迹精准建模。”黄天荫介绍。
  针对这一糖尿病管理的技术难题，上海交通大学医学院附属第六人民医院内分泌代谢科、上海市糖尿病重点实验室贾伟平教授和李华婷教授团队，联合黄天荫团队、上海交通大学电子信息与电气工程学院计算机科学与工程系人工智能教育部重点实验室盛斌教授团队，进行了医工交叉合作。
  团队首次基于大规模医学影像纵向队列，利用涵盖多国多种族的超20万名糖尿病患者的眼底图像和临床数据，创新性地提出了深度学习框架（DeepDR Plus），成功实现对DR进展的风险预警和时间预测。
  “该研究成果可以推荐个性化的DR筛查间隔和管理策略，并回答临床医生和患者共同面临的两大关键问题：患者应什么时候转诊去眼科，患者的DR会有多严重。”黄天荫介绍。
  “医学﹢X”推动创新
  “医学﹢X”模式是现代医疗领域中一种创新的合作模式，强调医学与其他学科的交叉融合，促进新技术和新方法的产生，以推动科学创新和医疗技术的发展。
  王宁利深刻领悟“物理生物医学”的深刻内涵，并利用物理的方法和技术实现对生命过程的调控。
  “我们都知道，眼睛是光学器官，光是眼正常生长发育、发挥生理功能的基础。然而，力学在眼睛的生长发育及功能维持中也扮演着不可缺少的角色，如机械应力参与了晶状体泡、视杯、视网膜的发育等。”王宁利介绍，“在所有与力学关联的眼科疾病中，关联最紧密的疾病便是青光眼。人们最初对于这个疾病的认识便是眼压升高导致的视神经损害，很长一段时间甚至把高眼压和青光眼画上等号。”
  然而，当王宁利团队用眼压测量法对患者进行疾病筛查时，检出率不到30%。这些正常眼压的青光眼患者是如何患病的？这部分患者发病是不是和力学没有关系？带着这样的疑问，他们开启了科研探索之旅。
  一天，王宁利的科室转来了一名脑脊液漏的患者。该患者脑脊液漏程度并不严重，出院3年来没有补漏，但在随访中发现了青光眼性的视神经损害。
  王宁利发现，患者的眼底影像显示其患有典型的青光眼，青光眼视盘有一个明显的坑，但是眼压却不高。“坑是怎么形成的？可能是高眼压造成的。还有一种可能——脑脊液就像眼睛里的地下水，水被抽走了，凹陷下去形成了坑。”王宁利表示，他立刻为患者开展了脑脊液漏修补术。术后，患者的颅压恢复了，青光眼进展也停止了。
  于是，王宁利大胆提出假说：低颅压造成的眼内压力与眼球后视神经周围脑脊液压力之间的压力差（跨筛板压力差）的增大，可能是正常眼压青光眼发生视神经损害的原因。
  为了验证该假说，他带领团队开展前瞻性临床研究，并第一次在国际上发现了“跨筛板压力差导致青光眼视神经损害”的机制，为青光眼的治疗带来了新的思路和证据。