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仇森 | 面向人民生命健康,探索人-机-环境融合之路

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当前,以人工智能、大数据为代表的新一轮科技革命和产业革命推动医学发展进入了新的阶段,我国的卫生健康事业发展面临着新的挑战。根据“健康中国”战略要求,实施医工交叉是我国医疗技术创新发展的必由之路,也是传统工科焕发新活力的重要途径。在新时代使命的感召下,千千万万的科研工作者把个人理想融入国家发展伟业,为人民生活质量实质跃升持续贡献智慧和力量。大连理工大学副教授仇森亦是其中一员,从求学立志,到授业解惑,他始终牢记自己的初心——利用自动化和人工智能技术,为国家和百姓谋福利。

医工结合,一起向未来

早在20世纪70年代,一些世界顶尖的研究型大学就已经开始投入巨资开展医工结合学科研究。几十年来,全球的医工结合实践已取得一系列突破性成果。其中,融多模态信息、人机交互、健康监测等技术为一体的可穿戴智能设备是近几年备受关注的方向之一。

▲仇森(右)作大会学术报告,与人-机-环境系统工程学科创始人龙升照合影

临床中常见的可穿戴智能设备有心电图检测仪、血压检测仪、除颤仪等,它们可在软件支持下感知、记录、分析、调控、干预甚至治疗疾病或维护大众的健康状态。但传统的医疗健康护理一直集中在特定的医疗机构,病患必须到这些场所才能获取相关的检测或者治疗,这种模式意味着远距离的交通行程,以及给日常生活和工作带来不便。面对我国的医疗需求缺口和日益增长的远程医疗需求,发展具有低负荷、可移动操作、使用简便、支持长时连续工作和无线数据传输等特点的可穿戴智能设备已成热潮。

在人体传感器网络方面,仇森等人研发了一套基于体域传感器网络的马术治疗分析与评估系统设备。马术治疗是一种用于治疗神经性疾病的全方位治疗手段。但是,由于数据获取相对困难、评估方法单一,制约了它的进一步的发展。而仇森带领团队研制的这套系统设备可通过在骑手和马的关键部位布置惯性传感器,采集马术运动过程中的运动信息,通过数据融合方法,进行运动学分析。同时通过对存在运动功能障碍的儿童病患在参与马术治疗前后的康复情况进行统计,验证马术治疗的有效性。

在人体动作的监测与识别方面,仇森及其团队与大连医科大学附属第一医院、本溪铁路医院合作,采集了包括脑卒中、帕金森病和脊髓型颈椎病等患者的步态数据约400例,设计实现了三维步态分析系统。步态分析在很多领域,如运动康复医学、双足机器人控制和步态识别领域都有很重要的意义。传统的步态测量借助秒表和米尺使用目测方法及足印法得到步态的信息,人为因素造成的误差非常大。为了更精确地测量人行走过程中的步长、步速、步频和步行时相划分,团队使用惯性测量单元并结合无线传感器网络(ZigBee),直接测量人在步行过程中下肢的加速度和角速度变化,通过无线网络传送到上位机。在上位机软件中,通过数字滤波、阈值检测、传感器数据融合得到被测者的三维步态参数,最后将结果存储在数据库并显示在上位机界面,测量及辅助诊断效率远超传统步态分析方法。目前,这套人体步态分析系统已通过辽宁省医疗器械检验检测院的安全规范和电磁兼容(EMC)测试,打通成果转化“最后一公里”指日可待。

在心理负荷检测方面,仇森及其团队正着手研发基于多源情感信息感知的乳腺癌并发抑郁障碍智能诊断系统,以期为芳香疗法研究提供数据支撑。他们定制化设计了便携式脑波采集仪、心率手表、惯性传感器心率带等一系列可穿戴设备,轻量化、便携式的设计大幅减少了对佩戴者日常活动的影响,可长期、精准、有效地采集其心理负荷变化信息,并结合功能性磁共振成像(fMRI)做到准确分析。

辅助评估治疗方案的效果、辅助诊断患者病情发展状况、常态化随身健康监测……将大数据与人工智能前沿技术融入医疗领域,为早发现、早诊断、早干预各类疾病,保障人民生命健康提供助力——这个踏上研究之路时树立的理想,仇森真正做到了。但对他而言,当前取得的一些成果,仅仅是在构筑、完善这一理想的路上迈出的一小步,未来仍旧任重道远。

今天,随着人民的健康需求从传统且比较单一的疾病治疗,转变为预防、治疗、康复、健康促进等多元化、多层次的健康需求,对穿戴者的日常活动的影响降到最低,以实现低生理、心理负荷下的个人健康管理和对病人健康状况实时监护,并能因此提供全天低成本的健康、心理和行为状态监测,且更便携的可穿戴智能设备,成为这一领域发展的必然。而这也意味着应用到健康领域的可穿戴设备将会被提出更加严格的要求。

“当前我们还是不能在保障数据精准度的同时,做到轻量化和无感计算,也就是让人感受不到外物,不知不觉间完成数据的收集和分析。这些既是我们发展所面临的痛点,也是未来的突破口。所以我们就想能不能以后就把它织到衣物里面,或者嵌到鞋子里面,不需要用户额外佩戴设备。”仇森如是说。这不仅仅是其个人,也是这一领域许多科学家十分看好的未来发展趋势之一,大家都在为此而不懈努力着。他们相信,随着微型可穿戴传感器、智能纺织品、微电子学和无线通信等科学技术进步的推动,这一天不会太遥远。

一切都是最好的安排

从求学立志算起,到如今授业解惑,仇森踏入控制理论与控制工程领域已有十余载。立足当下,回首过往,他发自内心地感叹道:“一切都是最好的安排。”

将时光拨回2005年,凌水河畔,黄海之滨,初入大学校园的仇森意气风发中还带着些许迷茫。是大连理工大学里和蔼可亲的师长帮他拨开眼前迷雾,是大连理工的红色基因培养了他的家国情怀,是大连理工“海纳百川、自强不息、厚德笃学、知行合一”的校训精神赋予他无限攀登的勇气……在母校的陪伴和培养下,仇森收获了一生取之不尽的财富。

在这里,仇森遇到了自己的科研引路人。“我特别感谢我的导师王哲龙教授,他是辽宁省优秀专家。我从2009年本科毕业设计开始跟着王老师一起学习,第一块电路板制作,第一次滤波器电路设计工作,第一次独立承担课题……我一直深受王老师严谨治学精神的影响,受益良多。”在这里,他遇到了一大批榜样前辈。“比如我们控制学院的孙希明老师,作为第一完成人在2020年拿到了国家自然科学奖二等奖。作为他的助理,我能够更加近距离地感受到科研人的使命担当,深受激励,也获得了很多的成长。”在这里,他完成了从学生到为人师的转变。也是在这里,他先后入选大连理工大学“星海骨干”人才、大连市高层次人才、辽宁省“兴辽英才”青年拔尖人才,并被列入2022年度斯坦福全球前2%顶尖科学家榜单。

任教多年以来,仇森始终与学生坦诚相待,尊重学生兴趣。在人才培养方面,他指导的学生多次获评国家奖学金、电信学部科研创新之星等;指导毕业的研究生入职中国航发集团、上海航天研究所、海信集团、九号机器人、北京万集等科研机构。在基础课堂教学方面,他创新性地将增强现实技术(AR)和虚拟现实技术(VR)与教材相结合,编写了国内第一本《VR/AR电机与拖动基础》教材,在广大师生之间取得了良好反响。

2020年10月到2022年1月,仇森被借调至教育部科技发展中心,主要参与教育部重点实验室、教育部工程研究中心评估、霍英东青年科技奖励和教育教学奖励评审,以及多个国家级人才项目的形式审查工作。这段经历让他对国家的科技发展和人才政策与导向有了更深层次的理解。如今,作为控制科学与工程学院副院长,仇森在扎根国家民委-教育部蒙医药研发工程重点实验室开放课题研究的同时,也承担起了重点实验室、工程中心、英歌石科学城等科研平台的搭建工作,以及学科方向规划和一流学科建设工作。“有平台,我们才能够吸引人才、汇聚人才,才能够凝聚力量去做一些真正的符合国家战略导向的‘大科研’。”仇森说,“这个工作过程,也是更好地了解国家需求、开拓个人研究方向的过程。我们科研人,就是应该要从‘能做什么就做什么’,变成‘国家需要做什么,我们就顺应天时地利人和去努力做什么’。”以行动回应时代呼唤,响应国家战略需求,就是一位科研人对家国情怀的最好诠释。

评论
科普者勇
学士级
大连理工大学副教授仇森,从求学立志,到授业解惑,他始终牢记自己的初心——利用自动化和人工智能技术,为国家和百姓谋福利。
2024-04-16
祥和123
进士级
利用自动化和人工智能技术,为国家和百姓谋福利。
2024-04-15
科普临川
进士级
已阅读全部
2024-04-18