“做科研，要關(guān)注實(shí)際應(yīng)用，積極推動科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品?！?/span>

在科技與醫(yī)療深度交融的前沿領(lǐng)域，北京理工大學(xué)楊健教授憑借其卓越的科研能力，在光學(xué)工程和人工智能領(lǐng)域取得了顯著成就。他致力于提升手術(shù)精準(zhǔn)性與安全性，積極推動科研成果向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，為醫(yī)療行業(yè)帶來了深遠(yuǎn)的影響。本文將帶您走進(jìn)楊健教授的科研旅程，探討他在手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人領(lǐng)域的探索歷程，并呈現(xiàn)他在教育與創(chuàng)新方面的深刻思考和獨(dú)到見解。

01
學(xué)術(shù)啟航：光學(xué)工程的初心與選擇

在王涌天教授的悉心指導(dǎo)下，楊健迎來了參與醫(yī)學(xué)影像分析研究的關(guān)鍵機(jī)遇。當(dāng)時，王涌天教授承擔(dān)國家973子課題，楊健主動請纓加入該研究方向。在這一契機(jī)的推動下，他深入探索醫(yī)學(xué)影像與手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域，并逐步在該領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

2007年，楊健博士畢業(yè)后赴加拿大多倫多兒童醫(yī)院，師從加拿大皇家科學(xué)院院士R. Mark Henkelman教授，繼續(xù)深入開展醫(yī)學(xué)影像分析研究。2009年歸國后，他重新加入王涌天教授的團(tuán)隊(duì)。在面臨是否轉(zhuǎn)向更為熱門的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的抉擇時，王涌天教授的建議幫助他堅(jiān)定了自己的研究方向。正是這種堅(jiān)守，使楊健在醫(yī)學(xué)影像手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域取得了一系列重要研究成果。

楊健的科研歷程是一條充滿探索與堅(jiān)守的道路。他的學(xué)術(shù)選擇不僅深受導(dǎo)師的影響，更源于對科學(xué)探索的熱愛與執(zhí)著。正如他所言：“我始終圍繞醫(yī)學(xué)影像手術(shù)導(dǎo)航這一研究方向，不斷深入探索，堅(jiān)持至今。”多年來，他以不懈的努力和卓越的堅(jiān)持，在光學(xué)工程領(lǐng)域書寫了濃墨重彩的一筆。

02
創(chuàng)新突破：手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人的科研之旅

在手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人研究領(lǐng)域，楊健團(tuán)隊(duì)迎難而上，攻堅(jiān)克難。他回憶道：“手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人的研發(fā)涉及光學(xué)、機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等多個學(xué)科，需要高度協(xié)同的跨學(xué)科合作?！痹谶@一過程中，團(tuán)隊(duì)克服了諸多技術(shù)難題，最終成功研發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)。

穿刺機(jī)器人

楊健還指出，他們的研究成果不僅在國內(nèi)獲得高度認(rèn)可，也在國際舞臺上備受矚目。目前，該手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)已在數(shù)十家醫(yī)院投入應(yīng)用，取得了優(yōu)異的臨床反饋。這一系列成就，既是團(tuán)隊(duì)不懈努力的見證，也是楊健科研生涯中的重要里程碑。

03
探索前沿：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

他進(jìn)一步指出，國外已相繼批準(zhǔn)了多款與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)手術(shù)導(dǎo)航相關(guān)的醫(yī)療器械注冊證，而國內(nèi)在這一領(lǐng)域雖已取得一定進(jìn)展，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。楊健特別強(qiáng)調(diào)，要真正實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的臨床應(yīng)用，需克服諸多技術(shù)難點(diǎn)，比如：虛實(shí)融合深度辨識度、交叉辨別度、疊加區(qū)分度等方面的能力還需進(jìn)一步提升；此外，虛實(shí)目標(biāo)融合的真實(shí)感不足、融合精度低也是目前臨床應(yīng)用的重大難點(diǎn)性問題。目前，國內(nèi)所謂的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)或混合現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，多用于教學(xué)、培訓(xùn)和學(xué)術(shù)交流，而在實(shí)際臨床場景中的廣泛應(yīng)用尚屬空白。

楊健對這一技術(shù)的未來充滿信心。他認(rèn)為，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將顯著拓展醫(yī)生的術(shù)野，極大提升手術(shù)的精準(zhǔn)性和安全性。目前，楊健團(tuán)隊(duì)已在虛實(shí)融合精準(zhǔn)度、真實(shí)感提升等方面取得了諸多研究成果。他展望，隨著技術(shù)的不斷成熟與應(yīng)用的深入，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮變革性作用，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)精準(zhǔn)診療帶來全新可能。

04
攻克瓶頸：手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人核心部件的自主創(chuàng)新研制

手術(shù)導(dǎo)航核心部件是長期依賴進(jìn)口的“卡脖子”難題，嚴(yán)重制約了國產(chǎn)手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人的發(fā)展。為攻克這一難題，楊健教授團(tuán)隊(duì)聚焦核心技術(shù)，自主研發(fā)高精度光學(xué)定位設(shè)備和高精度磁定位設(shè)備，成功打破國外技術(shù)壟斷，填補(bǔ)了相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)空白。

在高精度光學(xué)定位設(shè)備的研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)攻克了雙目相機(jī)光學(xué)設(shè)計(jì)及精準(zhǔn)標(biāo)定等技術(shù)難點(diǎn)，顯著提升了數(shù)據(jù)采集的刷新率，確保了跟蹤目標(biāo)的精確提取和立體視覺參數(shù)的高精度計(jì)算。此外，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，團(tuán)隊(duì)解決了定位系統(tǒng)的溫度控制、散熱優(yōu)化及抗高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等關(guān)鍵問題，有效消除了溫差漂移、定位不穩(wěn)定的行業(yè)瓶頸問題。此外，團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了核心板卡的全自主研發(fā)，在核心板卡上可完成全部定位功能的高速實(shí)時計(jì)算。該設(shè)備已成功入選北京市新技術(shù)新產(chǎn)品服務(wù)目錄，成為行業(yè)標(biāo)桿。

瑞瞳PRO

與此同時，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了多源視覺重建與定位系統(tǒng)，具備全自動瞬時配準(zhǔn)、全光場圖像引導(dǎo)、全視域虛實(shí)融合及全場景視覺傳感等核心能力。在高精度磁定位設(shè)備的研發(fā)中，團(tuán)隊(duì)從理論模型到軟硬件架構(gòu)全面實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)，可在受遮擋場景下進(jìn)行高精度、大范圍、多目標(biāo)實(shí)時定位。

這些關(guān)鍵技術(shù)的自主突破，不僅顯著提升了國內(nèi)手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人技術(shù)的整體水平，還為相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了堅(jiān)實(shí)支撐。楊健教授團(tuán)隊(duì)的工作，不僅展現(xiàn)了科研攻關(guān)的實(shí)力，更為中國醫(yī)療器械領(lǐng)域的技術(shù)自立自強(qiáng)樹立了典范。

他進(jìn)一步說道：“2019年，我作為首席科學(xué)家獲得了第二個國家‘十三五’重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目，專注于開發(fā)頭頸部手術(shù)導(dǎo)航機(jī)器人系統(tǒng)，涵蓋力覺感知與精確控制技術(shù)。該項(xiàng)目旨在構(gòu)建一個基于混合現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)的頭頸部腫瘤精準(zhǔn)治療系統(tǒng)，推動手術(shù)精準(zhǔn)度和治療效果的提升?！?/span>

顱底導(dǎo)航

憑借在手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域的卓越創(chuàng)新，楊健教授獲批國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目資助，并作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人獲批國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目，聚焦于骨科手術(shù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)與生物屬性精確表征、形態(tài)與形變?nèi)娓兄确矫娴年P(guān)鍵技術(shù)突破。在談及研究進(jìn)展時，楊健教授表示：“我們致力于探索軟硬組織結(jié)構(gòu)重建與功能量化分析方法，形成適用于骨創(chuàng)傷、脊柱、關(guān)節(jié)等多種骨科微創(chuàng)手術(shù)的信息融合精準(zhǔn)導(dǎo)航理論體系，推動骨科手術(shù)向精準(zhǔn)、量化、安全方向發(fā)展，加速手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)在骨科微創(chuàng)治療中的普及和應(yīng)用?！?/span>

在協(xié)調(diào)跨學(xué)科合作方面，楊健面臨的挑戰(zhàn)在于如何整合醫(yī)學(xué)、工程、人工智能等多個領(lǐng)域的專家，實(shí)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新。他成功組建了跨領(lǐng)域?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)，通過建立高效的溝通機(jī)制和協(xié)作流程，合作共贏，協(xié)同推動項(xiàng)目的順利進(jìn)展。這些項(xiàng)目的成功，不僅展示了楊健在項(xiàng)目管理方面的卓越能力，也體現(xiàn)了他在推動科學(xué)前沿方面的深遠(yuǎn)眼光。通過這些項(xiàng)目，楊健和他的團(tuán)隊(duì)期望提高基層醫(yī)生的診療水平，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)的同質(zhì)化，并為疑難病癥的治療提供精準(zhǔn)、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化方案。

06
轉(zhuǎn)化之路：科研成果的產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)

談到科研成功的轉(zhuǎn)化歷程，楊健強(qiáng)調(diào)了將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用的挑戰(zhàn)。他表示：“通過從北京理工大學(xué)孵化學(xué)科型企業(yè)，將科研成果真正落地生根，服務(wù)臨床和民生。在轉(zhuǎn)化應(yīng)用過程中，學(xué)校給予了團(tuán)隊(duì)全方位的支持?！?/span>

談及成果轉(zhuǎn)化過程中的最大挑戰(zhàn)，楊健指出：“從科研人員的角度來看，我們在基礎(chǔ)科研領(lǐng)域取得了顯著成績，但將科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品則面臨諸多困難。研發(fā)的產(chǎn)品需經(jīng)歷一系列權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測認(rèn)證，確保設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性和有效性。此外，產(chǎn)品還需具備較強(qiáng)的技術(shù)成熟度和先進(jìn)性，才能獲得市場的全面認(rèn)可?！?/span>

面對這些挑戰(zhàn)，楊健團(tuán)隊(duì)通過不斷學(xué)習(xí)和實(shí)踐，逐步攻克了從科研成果到產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的難題。他們不僅確保了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，還通過多輪檢測和認(rèn)證，確保滿足醫(yī)療設(shè)備嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在此過程中，團(tuán)隊(duì)成功將學(xué)術(shù)科研成果與工程化流程相結(jié)合，打通了科研成果向?qū)嶋H產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的渠道。

楊健總結(jié)道：“如何將學(xué)術(shù)科研成果與工程化邏輯流程有效結(jié)合，是我近年來持續(xù)學(xué)習(xí)和探索的課題，也是科研成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品時所面臨的巨大挑戰(zhàn)?！睏罱F(tuán)隊(duì)的實(shí)踐不僅推動了科研成果的產(chǎn)業(yè)化，也為其他科研團(tuán)隊(duì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和啟示。

在談到如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)業(yè)精神時，楊健分享了他在教育方面的經(jīng)驗(yàn)與見解。他表示：“我們的學(xué)生在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中屢獲佳績，連續(xù)兩屆獲得‘互聯(lián)網(wǎng)+’創(chuàng)新大賽全國總決賽金獎，以及兩項(xiàng)‘挑戰(zhàn)杯’全國總決賽金獎。這些成就源于我們在培養(yǎng)學(xué)生的過程中，注重引導(dǎo)學(xué)生將科研活動與具體臨床應(yīng)用相結(jié)合?！?/span>

他進(jìn)一步解釋道：“我們要求學(xué)生不僅具備扎實(shí)的理論創(chuàng)新能力，還必須具備堅(jiān)實(shí)的工程實(shí)踐能力。學(xué)生加入實(shí)驗(yàn)室后，我們不僅注重培養(yǎng)他們的基礎(chǔ)科研能力，還強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐的落地應(yīng)用，二者結(jié)合才能取得顯著的科研成果，培養(yǎng)出既具創(chuàng)新能力又具工程能力的卓越人才?！?/span>

通過這種教育模式，楊健成功激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和自豪感。他的學(xué)生在理論和實(shí)踐方面均取得了顯著成績。這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的教育方法，為學(xué)生未來在科研或創(chuàng)業(yè)道路上的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為培養(yǎng)新一代創(chuàng)新者和創(chuàng)業(yè)者提供了寶貴的參考。

08
未來洞見：光學(xué)工程與人工智能的融合之路