科技公园文/胡月
去医院看病,除了做一般检查,医生还经常会让患者拍片子、照核磁,等检查结果出来后才能判断病情,进行下一步治疗。
实际上,随着现代计算机技术的发展,医学影像设备早已从普通的X线,发展到计算机断层扫描、核磁共振、影像归档和通信系统等,并成为医生诊断病情离不开的“好帮手”。
但是,在实际应用中也遇到一个很大的问题,那就是人工阅片有时受制于医师的经验和水平,容易产生误判。现在,计算机辅助诊断技术(CAD)为有效解决这一难题提供了方案,这项技术可把医生的实践经验和丰富的医学知识转化成智能阵列进行储存并应用于临床医疗,因此这一技术被誉为放射科医师的“第二双眼睛”。
我国广西大学计算机与电子信息学院教授张学军,长期专注肝病的计算机辅助诊断研究,研究成果多次获奖。但是,张学军并不止步于此,他结合人工智能、大数据等新兴技术,不断创新计算机与电子信息应用领域,在防疫、建筑、工控、教育等领域多点开花,取得了更多产学研成果。与此同时,张学军不忘初心,呕心沥血,发扬工匠精神,为国家培育英才,在信息化教学与实践方面也创出一片新天地。
专注研发 创新不断
在广西大学计算机与电子信息学院,张学军与研究生物医学图像处理的同事共同成立了生物医学信息处理实验室。张学军偏重肝脏研究,其他教授则各自偏重脑部、骨头、生物细胞等研究。在交叉合作的项目中,还涉及胃癌、肺癌、子宫癌、口腔正畸、蛇伤、腹腔镜手术机器人、工业控制图像处理等领域。跨学科研究、开放式合作,是团队在多年工作中形成的一大特色。
2007年回国至今,张学军主持国家自然科学基金项目3项,包括“肝脏疾病的计算机辅助诊测及信息管理与分析系统的研究”、“基于医学图像处理的肝纤维化分期诊断研究”和“计算解剖学在腹部疾病诊断及手术中的应用研究” ;主要参与国家自然科学基金项目 “基于CT数据的胃癌模型的三维重建和手术仿真”。
因为在CAD研究领域的丰富经验,张学军多次受邀参与国内外的联合研究。比如,他主持一项苏州高新区科技创新创业领军人才计划项目“腹腔镜微创手术协作机器人系统研发及产业化”;与中国科学院苏州生物医学工程技术研究所联合,主持了“基于介入治疗对医疗数据挖掘前沿技术的探索研究”项目;与广西人民医院联合,参与“原发性腹膜后肿瘤的三维重建与术前规划”的研究;与广西梧州市中医医院合作,研发“蛇伤辅助诊断系统软件和蛇伤救治虚拟教学系统软件”;与澳门医学科技研究协会合作,参与“甲状腺微创手术的术前规划和仿真研究”;与香港理工大学合作,参与“肝细胞癌CT图像评估”项目等。
2006年,2010年和2014年,张学军还分别受德国布莱梅大学Mevis研究所,日本岐阜大学医学研究科和美国南加州大学生物医学工程学院的邀请,先后以访问教授、访问学者的身份合作开展相关研究。
近5年来,张学军发表学术论文43篇,其中被《科学引文索引》(SCI)检索15篇(最高影响因子10.88),《美国工程索引》(EI)或《科技会议录索引》(ISTP)检索20篇。在不断发表学术成果的同时,他申请发明专利15项,国外专利6项、软件著作权46项。
双管齐下 打破瓶颈
在多年的技术积累中,张学军一直没忘记肝脏CAD研究的初衷,一直在思考如何才能将技术应用到现实场景中。
然而,当技术成果陆续研发出来后,他却遭遇了意想不到的瓶颈——现行政策下,病人的数据属于个人隐私,不允许研究者大规模公开使用,相关产品的产业化批准更是难上加难。这也是领域内的研究者面临的共性问题。
不允许大规模公开使用,CAD产品的产业化之路将注定充满曲折,促使科学家去完善技术中关于隐私泄露的漏洞,这是科技与伦理又一次艰难博弈。
作为团队负责人,张学军心里的压力比谁都大。后来,他发现除了第一个解法,即想方设法解除人们对CAD技术的疑虑,以人为本改善产品,还有另一个解法,即既然在医疗领域有诸多限制,何不利用已掌握的日新月异的计算机技术服务其他行业?
张学军选择了双管齐下,技术应用的视野顿时海阔天空。
在CAD成果大规模产业化前景不甚明朗的情况下,张学军毅然决定将技术免费应用于广西的大型医院。他在医院的云平台上创建了一个“私有云”,患者的数据仅限于内部阅览,解决了数据泄露的问题。当然这样一来,应用面就窄了许多,受益者也相应地少了许多。
那怎么才能在保护隐私的情况下,让CAD惠及更多人呢?张学军在思考中,看到了国内医疗资源的不平衡问题。所以他提出构想,能不能建立一个直面患者的云平台?
在他的构想中,这个云平台的意义在于,每位患者对自己的医学图像数据都是有处置权的。一名处在边远乡村的病人,去县医院拍一张胸片或做CT扫描,在全科医生不能给予他专业解读时,可以足不出户地将数据传输到云平台上,CAD会立即给出智能诊断结论。
如果患者不信赖计算机的结果,还可以借助云平台,选择联系发达地区三甲医院的空闲医生进行专业解读。这样,云平台就将发达地区过剩的医疗资源和落后地区急需救助的患者很好地连接了起来。基于边缘计算的私有云系统就此诞生。
这些年,在努力规避隐私漏洞的同时,在第二种解法上,张学军也下了不少功夫。砂石种类识别鉴定管理系统、一种无人值守智慧砂矿场云平台,是他在建筑行业的尝试;电子信息化知识库管理系统软件、物联网数据管理系统,是他在数据管理的尝试;数字化智能教学云平台、一种交互式智能云音箱系统,是他在教学方面的尝试;飞创云灾备系统、基于视觉控制的工厂无人运料搬运车,是他在工业方面的尝试……
不久前,《基于边缘计算和编码传输的云灾备平台创新技术的研究及应用》获2023年度发明创业奖创新奖二等奖。
尤其,教学方面的两个专利均来自张学军2021年获批的广西科学技术厅的广西创新驱动发展专项(科技重大专项)“基于人工智能的交互式智能云音箱研发与产业化”。项目经费高达1000万元,是张学军将人工智能、云平台等计算机技术在医疗之外领域进行应用的典型案例。目前,张学军领衔的《基于智能化通用云平台的跨学科创新创业实践教学研究》项目,已申请2023年广西高等教育(本科)自治区级教学成果等次评定。
积极参赛 培育人才
当年学成归国时,张学军心里装着两件事:一件事是学成技术发展科研;另一件就是培养好下一代人才。
“2007年一回来就碰上了创新创业大赛,于是我就带着5名本科生申请了一个创新项目。”学院里经费少,张学军就用自己的项目经费支持学生做研究、发文章、到学术会议上交流,甚至还专门请了德国专家过来指导。
2007年创新小队旗开得胜一举斩获了教育部和科技部共同主办的第二届“春晖杯”中国留学人员创新创业大赛二等奖。因为这段创新经历的启蒙,其中有3名学生在毕业后均获得了去新加坡工作的机会。
“三大赛”是中国高校科研实力博弈的重要擂台,每年都吸引着高校人才一展身手。过去,学院在其中的“互联网+”大学生创新创业大赛上成绩一直不理想。2020年,张学军主动请缨,做了本科新生的班主任。“一入学我就找到班长,问他有没有参加比赛的想法。我计划在两年内指导学生打磨精品项目,把它推到国赛上去拿奖。”
2020年年初,新冠肺炎疫情暴发,空气消杀成为疫情防控工作的关键。张学军召集了课题组的10名学生,组建了“大白机器人”团队,随后成立自主移动智能消毒机器人项目组。他们打算开发一个能够识别地图、自主移动,实现消毒液360度雾化喷洒的人工智能机器人。
两年间,张学军带着学生一起摸索、突破,搭建起网络云平台边缘计算、人工智能人机交互算法,完成了互联网的环境感知与自动驾驶技术的研发。最终,团队与云计算、大白小黑机器人公司联合,融入激光雷达SLAM技术,实现了机器人内部的地图构造和定点识别。
2022年5月,大白机器人落地学院,开始了空气消杀服务。同时,在一些医疗机构中,也开始了产品的试用,未来这款机器人有望开展大规模的应用。
不仅如此,经两年历练,在2022年第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛上,由张学军指导的本科生团队也不负所望创下佳绩。来自Aiot智能物联创新创业兴趣小组的“维肝——全球领先的肝癌前期疾病诊断和手术规划领航者”和“智砂科技——砂矿行业数字化转型方案提供商”项目均取得自治区级金奖。其中,作品“维肝”更以高分斩获全国铜奖,也获得了第十一届“挑战杯”大学生创业计划竞赛广西赛区特等奖。团队自主研发肝脏器官分割核心算法,解决了纤维化肝脏难以快速、精确建模的难题,以第一发明人取得知识产权15项,与多家顶尖医疗院校合作研究,进行了超过3000例病例的临床试验。相关成果不仅获得了一线医护人员的认可,还被北美放射学会相关网站评价为“最佳肝脏成像分析工具”。
自2007年至今,张学军已组织、指导学生获得包括“互联网+”、“挑战杯”大赛国家铜奖4项(指导老师)、2017年第2届全国大学生智能互联创新大赛全国总决赛一等奖(优秀指导老师)、2022年第24届中国机器人及人工智能大赛全国决赛全国总决赛一等奖(优秀指导老师)等在内的40余个国家及省 部级奖项。
因材施教 学有所用
2018年,张学军担任广西大学计算机与电子信息学院电子信息工程系主任。他对系里的课程体系进行了针对性的改革,添加了“人工智能”“模式识别机器人”“物联网电路”“电子信息系统”等新颖实用的课程。在形式和内容上,为了充分调动学生的积极性、锻炼学生的能力,张学军对部分课程进行了大刀阔斧的改革。
电子信息专业课程中数字信号处理、数字图像处理、微波技术与天线等课程的基本原理常常需要用抽象的数学表达式进行说明,学生不能形成直观感性的认识和理解。张学军采用网络编程与边缘计算相结合的方式,有效地解决了实时响应的难点,使学生能随时随地使用移动设备学习课程的知识要点,完成各种预定的实验项目。“微波天线参数的云虚拟仿真教学”获第二届全国高校电子信息类专业课程实验教学案例设计竞赛全国三等奖;“数字图像处理课程虚拟仿真实验教学” 获中南部赛区二等奖,均入选省级和国家级一流本科建设课程。
在“电子信息系统”课程中,张学军将课堂的主导权交给了学生,通过给学生布置具有挑战性的设计工作来锻炼学生的实践能力。这门课程结课时,学生们有的拥有了自主设计的软件著作权,有的发表了期刊论文,有的申请了专利。
2021年,广西大学评选第25届“我心目中的好老师”(导师类),张学军以高票获选。几名过去成绩较差的学生在这年的教师节给张学军送了一束花,在附带的卡片上,他们对张学军深情表达了自己在他的引导下,从抵触专业课到热爱上本专业的心路历程。在结尾处,学生做出保证,要把过去落下的课程都补齐,争做合格的电子信息专业学生。
“这两年走访了不少企业,主要是看企业界有什么需求。目前,我们团队已经在跟信息行业、建筑行业、生物行业的公司进行产学研合作,并获批了2022年度苏州高新区科技创新创业领军人才计划。我还担任了几家广西企业的首席技术官,正在共同推动相关单位的创新发展。”无论是企业还是学校,张学军都在不遗余力地用自己的能量带动、引导着大家一起向前。
