7月12日，華中科技大學(xué)運動與健康智能化團(tuán)隊的陶光明教授、陳敏教授和北京體育大學(xué)洪平研究員團(tuán)隊在《Advanced Materials》期刊上發(fā)表題為 Multifunctional Fiber-Enabled Intelligent Health Agents 的展望論文(Perspective)，提出了一種基于多功能纖維的健康智能體，它具有自主性、主動性、智能性和感知性等特點。根據(jù)醫(yī)療領(lǐng)域和日常生活對醫(yī)療健康的需求，從材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)的角度總結(jié)了智能代理驅(qū)動的健康監(jiān)測、治療、保護(hù)和微創(chuàng)手術(shù)四個主要方面。最后，文章展望了健康智能體與人類健康相關(guān)的未來情景。

研究背景

隨著健康中國行動戰(zhàn)略的推進(jìn)，健康技術(shù)正在逐步占據(jù)頂層設(shè)計的重要位置。近年來，基于大數(shù)據(jù)、人工智能、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉的智慧醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療的快速發(fā)展，為醫(yī)療設(shè)備的智能化與數(shù)字化提供了更多的發(fā)展機(jī)會。然而，被廣泛的使用的笨重且僵硬的醫(yī)療健康設(shè)備會讓用戶在保護(hù)、診斷、手術(shù)和治療過程中感到不適。相比之下，由于其靈活的形態(tài)和強(qiáng)大的適應(yīng)性，纖維可以通過復(fù)雜的人體解剖結(jié)構(gòu)導(dǎo)航介入到達(dá)深層病變，而由纖維集合體構(gòu)成的織物可以在身體周圍形成一個緊密而舒適的網(wǎng)絡(luò)，適用于健康人、患者和醫(yī)務(wù)人員。功能纖維和織物與材料科學(xué)、電子信息、醫(yī)學(xué)和計算機(jī)技術(shù)等協(xié)同快速發(fā)展，有望更近、更久、更精準(zhǔn)地服務(wù)于我們的健康。

個性化的醫(yī)療健康需要健康技術(shù)以無感化和智能化的方式滲透到我們的日?；顒又?。然而，為了創(chuàng)建一個積極的面向用戶的健康模型，智能健康中的三個基本挑戰(zhàn)亟待解決：1）無感化的交互：長期的健康監(jiān)測、保護(hù)、介入和治療需要醫(yī)生和專業(yè)人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、診斷、治療和決策分析。人力資源和設(shè)備維護(hù)的巨大成本促使現(xiàn)有的醫(yī)療健康設(shè)備難以獲取多模式多視角的認(rèn)知。一個更全面的醫(yī)療健康系統(tǒng)需要在交互過程中對來自多個場景的設(shè)備和醫(yī)生的判斷和決策進(jìn)行自適應(yīng)學(xué)習(xí)。根據(jù)人們的健康需求和醫(yī)療體系，無擾化交互盡可能減少用戶的不適感。2）低成本制造：設(shè)備制造技術(shù)需要與基礎(chǔ)制造業(yè)緊密結(jié)合，以實現(xiàn)低成本、可靠且高質(zhì)量的生產(chǎn)。其經(jīng)濟(jì)性可以降低用戶獲取系統(tǒng)服務(wù)的難度，提高系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。3）用戶友好性：智能醫(yī)療系統(tǒng)必須能夠在醫(yī)生、護(hù)士、患者和管理人員之間實現(xiàn)高效、大規(guī)模和長期的信息交換。鑒于此，智能醫(yī)療系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動的服務(wù)迭代和優(yōu)化，以應(yīng)對多種深度和用戶友好的醫(yī)療健康場景。

研究進(jìn)展

健康智能體以物理科學(xué)為橋梁通過融合多材料纖維、纖維機(jī)器人、纖維電子、人工智能、5G、邊緣計算、數(shù)字孿生、微創(chuàng)干預(yù)、精確治療等技術(shù)，將醫(yī)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)連接起來，在智能健康相關(guān)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效、智能和便利的健康監(jiān)測。多種健康智能體部署可以在多個場景中為用戶供長期陪伴使用，其主要特點是自主性、主動性、智能性和感知性。根據(jù)主要應(yīng)用場景，健康智能體分為四類，具體包括健康監(jiān)測代理、治療代理、健康保護(hù)代理和微創(chuàng)手術(shù)代理。

【多學(xué)科驅(qū)動的健康智能體】

隨著健康中國行動戰(zhàn)略的推進(jìn)，健康技術(shù)正在逐步占據(jù)頂層設(shè)計的重要位置。近年來，基于大數(shù)據(jù)、人工智能、材料科學(xué)等多學(xué)科交叉的智慧醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療的快速發(fā)展，為醫(yī)療設(shè)備的智能化與數(shù)字化提供了更多的發(fā)展機(jī)會。然而，被廣泛的使用的笨重且僵硬的醫(yī)療健康設(shè)備會讓用戶在保護(hù)、診斷、手術(shù)和治療過程中感到不適。相比之下，由于其靈活的形態(tài)和強(qiáng)大的適應(yīng)性，纖維可以通過復(fù)雜的人體解剖結(jié)構(gòu)導(dǎo)航介入到達(dá)深層病變，而由纖維集合體構(gòu)成的織物可以在身體周圍形成一個緊密而舒適的網(wǎng)絡(luò)，適用于健康人、患者和醫(yī)務(wù)人員。功能纖維和織物與材料科學(xué)、電子信息、醫(yī)學(xué)和計算機(jī)技術(shù)等協(xié)同快速發(fā)展，有望更近、更久、更精準(zhǔn)地服務(wù)于我們的健康。

圖 | 健康智能體

【健康監(jiān)測代理】

健康監(jiān)測代理將無感化的健康監(jiān)測設(shè)備和多功能纖維無縫集成，通過收集用戶的生理和心理信息，利用深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等人工智能技術(shù)進(jìn)行人體的健康分析，實現(xiàn)無感化的人機(jī)交互。

圖 | 健康監(jiān)測代理

【健康治療代理】

現(xiàn)有的治療器械多為剛性金屬機(jī)電一體化器械，常給患者帶來強(qiáng)烈的異物感和心理壓力，甚至治療后容易留下難以去除的疤痕。而融合了柔性纖維的健康治療代理緩解了用戶的束縛感和異物感，其基于人工智能技術(shù)結(jié)合患者的需求確定個性化的治療方法，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)化的治療。

圖 | 健康治療代理

【健康保護(hù)代理】

健康保護(hù)代理可以適用于極端環(huán)境，包括微生物入侵、撞擊傷害和化學(xué)毒品傷害等，利用多功能纖維制作的醫(yī)用服裝在滿足輕便式的條件下可以全方位的保護(hù)用戶的身體不受侵犯。

圖 | 健康保護(hù)代理

【微創(chuàng)手術(shù)代理】

微創(chuàng)手術(shù)代理由具備導(dǎo)航、目標(biāo)操作以及成像和傳感功能的纖維機(jī)器人組成，該代理可以深入人的身體開展檢測和治療，基于人工智能系統(tǒng)輔助外科醫(yī)生實現(xiàn)體內(nèi)認(rèn)知和治療，維護(hù)人類的生命健康。

圖 | 微創(chuàng)手術(shù)健康代理

總結(jié)和展望

圖 | 健康智能體驅(qū)動人的一天和一生

柔性傳感材料驅(qū)動的健康智能體在未來生命健康領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，同時挑戰(zhàn)和機(jī)遇共存。

陶光明教授談到，“從適用于大眾的健康監(jiān)測到生病時的治療，再到主動的自我防護(hù)，需要基于醫(yī)學(xué)、材料學(xué)和計算機(jī)科學(xué)構(gòu)建新一代的醫(yī)療保健系統(tǒng)以應(yīng)用于未來場景”。

陳敏教授介紹到：“未來場景中由健康智能體驅(qū)動人的一天及一生”的構(gòu)想中可以將靈活且不易察覺的健康智能體嵌入到生活的方方面面，管理身心健康，如睡眠監(jiān)測、生理指標(biāo)評估、坐姿監(jiān)測、運動狀態(tài)評估等。當(dāng)人們暴露在惡劣的環(huán)境中時，具有保護(hù)特性的健康智能體可調(diào)節(jié)體溫，保護(hù)身體免受外部環(huán)境侵害等。同時，多功能纖維機(jī)器人可以進(jìn)入更深的病灶，拓寬外科醫(yī)生的視野，開展復(fù)雜的外科手術(shù)。手術(shù)后，健康智能體可以幫助制定個性化的治療方案，包括采用電、光和其他刺激技術(shù)增強(qiáng)治療效果。

“健康智能體將與人相伴一生，以無擾化的方式保護(hù)生命健康。在未來，健康智能體將致力于全民健康，對延伸生命長度和提高生活質(zhì)量發(fā)揮關(guān)鍵性的作用?！碧展饷鹘淌谡f。

華中科技大學(xué)計算機(jī)學(xué)院陳敏教授為本文第一作者，北京體育大學(xué)洪平研究員與華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心陶光明教授為本文共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會的經(jīng)費支持。

論文信息：M. Chen, P. Li, R. Wang, Y. Xiang, Z. Huang, Q. Yu, M. He, J. Liu, J. Wang, M. Su, M. Zhang, A. Jian, J. Ouyang, C. Zhang, J. Li, M. Dong, S. Zeng, J. Wu, P. Hong*, C. Hou, N. Zhou, D. Zhang, H. Zhou, and G. Tao*, “Multifunctional Fiber-Enabled Intelligent Health Agents”,Adv. Mater.2200985 (2022). DOI: 10.1002/adma.202200985

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網(wǎng)址: 基于多功能纖維的健康智能體 http://www.u1s5d6.cn/newsview207903.html