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去醫(yī)院看病,除了做一般檢查,醫(yī)生還經(jīng)常會(huì)讓患者拍片子、照核磁,等檢查結(jié)果出來后才能判斷病情,進(jìn)行下一步治療。
實(shí)際上,隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,醫(yī)學(xué)影像設(shè)備早已從普通的X線,發(fā)展到計(jì)算機(jī)斷層掃描、核磁共振、影像歸檔和通信系統(tǒng)等,并成為醫(yī)生診斷病情離不開的“好幫手”。
但是,在實(shí)際應(yīng)用中也遇到一個(gè)很大的問題,那就是人工閱片有時(shí)受制于醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)和水平,容易產(chǎn)生誤判。現(xiàn)在,計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)(CAD)為有效解決這一難題提供了方案,這項(xiàng)技術(shù)可把醫(yī)生的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和豐富的醫(yī)學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化成智能陣列進(jìn)行儲(chǔ)存并應(yīng)用于臨床醫(yī)療,因此這一技術(shù)被譽(yù)為放射科醫(yī)師的“第二雙眼睛”。
我國廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院教授張學(xué)軍,長期專注肝病的計(jì)算機(jī)輔助診斷研究,研究成果多次獲獎(jiǎng)。但是,張學(xué)軍并不止步于此,他結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù),不斷創(chuàng)新計(jì)算機(jī)與電子信息應(yīng)用領(lǐng)域,在防疫、建筑、工控、教育等領(lǐng)域多點(diǎn)開花,取得了更多產(chǎn)學(xué)研成果。與此同時(shí),張學(xué)軍不忘初心,嘔心瀝血,發(fā)揚(yáng)工匠精神,為國家培育英才,在信息化教學(xué)與實(shí)踐方面也創(chuàng)出一片新天地。
專注研發(fā) 創(chuàng)新不斷
在廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院,張學(xué)軍與研究生物醫(yī)學(xué)圖像處理的同事共同成立了生物醫(yī)學(xué)信息處理實(shí)驗(yàn)室。張學(xué)軍偏重肝臟研究,其他教授則各自偏重腦部、骨頭、生物細(xì)胞等研究。在交叉合作的項(xiàng)目中,還涉及胃癌、肺癌、子宮癌、口腔正畸、蛇傷、腹腔鏡手術(shù)機(jī)器人、工業(yè)控制圖像處理等領(lǐng)域。跨學(xué)科研究、開放式合作,是團(tuán)隊(duì)在多年工作中形成的一大特色。
2007年回國至今,張學(xué)軍主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng),包括“肝臟疾病的計(jì)算機(jī)輔助診測(cè)及信息管理與分析系統(tǒng)的研究”、“基于醫(yī)學(xué)圖像處理的肝纖維化分期診斷研究”和“計(jì)算解剖學(xué)在腹部疾病診斷及手術(shù)中的應(yīng)用研究” ;主要參與國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 “基于CT數(shù)據(jù)的胃癌模型的三維重建和手術(shù)仿真”。
因?yàn)樵贑AD研究領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn),張學(xué)軍多次受邀參與國內(nèi)外的聯(lián)合研究。比如,他主持一項(xiàng)蘇州高新區(qū)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才計(jì)劃項(xiàng)目“腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”;與中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所聯(lián)合,主持了“基于介入治療對(duì)醫(yī)療數(shù)據(jù)挖掘前沿技術(shù)的探索研究”項(xiàng)目;與廣西人民醫(yī)院聯(lián)合,參與“原發(fā)性腹膜后腫瘤的三維重建與術(shù)前規(guī)劃”的研究;與廣西梧州市中醫(yī)醫(yī)院合作,研發(fā)“蛇傷輔助診斷系統(tǒng)軟件和蛇傷救治虛擬教學(xué)系統(tǒng)軟件”;與澳門醫(yī)學(xué)科技研究協(xié)會(huì)合作,參與“甲狀腺微創(chuàng)手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃和仿真研究”;與香港理工大學(xué)合作,參與“肝細(xì)胞癌CT圖像評(píng)估”項(xiàng)目等。
2006年,2010年和2014年,張學(xué)軍還分別受德國布萊梅大學(xué)Mevis研究所,日本岐阜大學(xué)醫(yī)學(xué)研究科和美國南加州大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院的邀請(qǐng),先后以訪問教授、訪問學(xué)者的身份合作開展相關(guān)研究。
近5年來,張學(xué)軍發(fā)表學(xué)術(shù)論文43篇,其中被《科學(xué)引文索引》(SCI)檢索15篇(最高影響因子10.88),《美國工程索引》(EI)或《科技會(huì)議錄索引》(ISTP)檢索20篇。在不斷發(fā)表學(xué)術(shù)成果的同時(shí),他申請(qǐng)發(fā)明專利15項(xiàng),國外專利6項(xiàng)、軟件著作權(quán)46項(xiàng)。
雙管齊下 打破瓶頸
在多年的技術(shù)積累中,張學(xué)軍一直沒忘記肝臟CAD研究的初衷,一直在思考如何才能將技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中。
然而,當(dāng)技術(shù)成果陸續(xù)研發(fā)出來后,他卻遭遇了意想不到的瓶頸——現(xiàn)行政策下,病人的數(shù)據(jù)屬于個(gè)人隱私,不允許研究者大規(guī)模公開使用,相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化批準(zhǔn)更是難上加難。這也是領(lǐng)域內(nèi)的研究者面臨的共性問題。
不允許大規(guī)模公開使用,CAD產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化之路將注定充滿曲折,促使科學(xué)家去完善技術(shù)中關(guān)于隱私泄露的漏洞,這是科技與倫理又一次艱難博弈。
作為團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人,張學(xué)軍心里的壓力比誰都大。后來,他發(fā)現(xiàn)除了第一個(gè)解法,即想方設(shè)法解除人們對(duì)CAD技術(shù)的疑慮,以人為本改善產(chǎn)品,還有另一個(gè)解法,即既然在醫(yī)療領(lǐng)域有諸多限制,何不利用已掌握的日新月異的計(jì)算機(jī)技術(shù)服務(wù)其他行業(yè)?
張學(xué)軍選擇了雙管齊下,技術(shù)應(yīng)用的視野頓時(shí)海闊天空。
在CAD成果大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化前景不甚明朗的情況下,張學(xué)軍毅然決定將技術(shù)免費(fèi)應(yīng)用于廣西的大型醫(yī)院。他在醫(yī)院的云平臺(tái)上創(chuàng)建了一個(gè)“私有云”,患者的數(shù)據(jù)僅限于內(nèi)部閱覽,解決了數(shù)據(jù)泄露的問題。當(dāng)然這樣一來,應(yīng)用面就窄了許多,受益者也相應(yīng)地少了許多。
那怎么才能在保護(hù)隱私的情況下,讓CAD惠及更多人呢?張學(xué)軍在思考中,看到了國內(nèi)醫(yī)療資源的不平衡問題。所以他提出構(gòu)想,能不能建立一個(gè)直面患者的云平臺(tái)?
在他的構(gòu)想中,這個(gè)云平臺(tái)的意義在于,每位患者對(duì)自己的醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)都是有處置權(quán)的。一名處在邊遠(yuǎn)鄉(xiāng)村的病人,去縣醫(yī)院拍一張胸片或做CT掃描,在全科醫(yī)生不能給予他專業(yè)解讀時(shí),可以足不出戶地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)上,CAD會(huì)立即給出智能診斷結(jié)論。
如果患者不信賴計(jì)算機(jī)的結(jié)果,還可以借助云平臺(tái),選擇聯(lián)系發(fā)達(dá)地區(qū)三甲醫(yī)院的空閑醫(yī)生進(jìn)行專業(yè)解讀。這樣,云平臺(tái)就將發(fā)達(dá)地區(qū)過剩的醫(yī)療資源和落后地區(qū)急需救助的患者很好地連接了起來。基于邊緣計(jì)算的私有云系統(tǒng)就此誕生。
這些年,在努力規(guī)避隱私漏洞的同時(shí),在第二種解法上,張學(xué)軍也下了不少功夫。砂石種類識(shí)別鑒定管理系統(tǒng)、一種無人值守智慧砂礦場(chǎng)云平臺(tái),是他在建筑行業(yè)的嘗試;電子信息化知識(shí)庫管理系統(tǒng)軟件、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),是他在數(shù)據(jù)管理的嘗試;數(shù)字化智能教學(xué)云平臺(tái)、一種交互式智能云音箱系統(tǒng),是他在教學(xué)方面的嘗試;飛創(chuàng)云災(zāi)備系統(tǒng)、基于視覺控制的工廠無人運(yùn)料搬運(yùn)車,是他在工業(yè)方面的嘗試……
不久前,《基于邊緣計(jì)算和編碼傳輸?shù)脑茷?zāi)備平臺(tái)創(chuàng)新技術(shù)的研究及應(yīng)用》獲2023年度發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)創(chuàng)新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
尤其,教學(xué)方面的兩個(gè)專利均來自張學(xué)軍2021年獲批的廣西科學(xué)技術(shù)廳的廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展專項(xiàng)(科技重大專項(xiàng))“基于人工智能的交互式智能云音箱研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”。項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)高達(dá)1000萬元,是張學(xué)軍將人工智能、云平臺(tái)等計(jì)算機(jī)技術(shù)在醫(yī)療之外領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用的典型案例。目前,張學(xué)軍領(lǐng)銜的《基于智能化通用云平臺(tái)的跨學(xué)科創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究》項(xiàng)目,已申請(qǐng)2023年廣西高等教育(本科)自治區(qū)級(jí)教學(xué)成果等次評(píng)定。
積極參賽 培育人才
當(dāng)年學(xué)成歸國時(shí),張學(xué)軍心里裝著兩件事:一件事是學(xué)成技術(shù)發(fā)展科研;另一件就是培養(yǎng)好下一代人才。
“2007年一回來就碰上了創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽,于是我就帶著5名本科生申請(qǐng)了一個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目。”學(xué)院里經(jīng)費(fèi)少,張學(xué)軍就用自己的項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)支持學(xué)生做研究、發(fā)文章、到學(xué)術(shù)會(huì)議上交流,甚至還專門請(qǐng)了德國專家過來指導(dǎo)。
2007年創(chuàng)新小隊(duì)旗開得勝一舉斬獲了教育部和科技部共同主辦的第二屆“春暉杯”中國留學(xué)人員創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎(jiǎng)。因?yàn)檫@段創(chuàng)新經(jīng)歷的啟蒙,其中有3名學(xué)生在畢業(yè)后均獲得了去新加坡工作的機(jī)會(huì)。
“三大賽”是中國高校科研實(shí)力博弈的重要擂臺(tái),每年都吸引著高校人才一展身手。過去,學(xué)院在其中的“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽上成績一直不理想。2020年,張學(xué)軍主動(dòng)請(qǐng)纓,做了本科新生的班主任。“一入學(xué)我就找到班長,問他有沒有參加比賽的想法。我計(jì)劃在兩年內(nèi)指導(dǎo)學(xué)生打磨精品項(xiàng)目,把它推到國賽上去拿獎(jiǎng)。”
2020年年初,新冠肺炎疫情暴發(fā),空氣消殺成為疫情防控工作的關(guān)鍵。張學(xué)軍召集了課題組的10名學(xué)生,組建了“大白機(jī)器人”團(tuán)隊(duì),隨后成立自主移動(dòng)智能消毒機(jī)器人項(xiàng)目組。他們打算開發(fā)一個(gè)能夠識(shí)別地圖、自主移動(dòng),實(shí)現(xiàn)消毒液360度霧化噴灑的人工智能機(jī)器人。
兩年間,張學(xué)軍帶著學(xué)生一起摸索、突破,搭建起網(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)邊緣計(jì)算、人工智能人機(jī)交互算法,完成了互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境感知與自動(dòng)駕駛技術(shù)的研發(fā)。最終,團(tuán)隊(duì)與云計(jì)算、大白小黑機(jī)器人公司聯(lián)合,融入激光雷達(dá)SLAM技術(shù),實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人內(nèi)部的地圖構(gòu)造和定點(diǎn)識(shí)別。
2022年5月,大白機(jī)器人落地學(xué)院,開始了空氣消殺服務(wù)。同時(shí),在一些醫(yī)療機(jī)構(gòu)中,也開始了產(chǎn)品的試用,未來這款機(jī)器人有望開展大規(guī)模的應(yīng)用。
不僅如此,經(jīng)兩年歷練,在2022年第八屆中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽上,由張學(xué)軍指導(dǎo)的本科生團(tuán)隊(duì)也不負(fù)所望創(chuàng)下佳績。來自Aiot智能物聯(lián)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)興趣小組的“維肝——全球領(lǐng)先的肝癌前期疾病診斷和手術(shù)規(guī)劃領(lǐng)航者”和“智砂科技——砂礦行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案提供商”項(xiàng)目均取得自治區(qū)級(jí)金獎(jiǎng)。其中,作品“維肝”更以高分?jǐn)孬@全國銅獎(jiǎng),也獲得了第十一屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽廣西賽區(qū)特等獎(jiǎng)。團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)肝臟器官分割核心算法,解決了纖維化肝臟難以快速、精確建模的難題,以第一發(fā)明人取得知識(shí)產(chǎn)權(quán)15項(xiàng),與多家頂尖醫(yī)療院校合作研究,進(jìn)行了超過3000例病例的臨床試驗(yàn)。相關(guān)成果不僅獲得了一線醫(yī)護(hù)人員的認(rèn)可,還被北美放射學(xué)會(huì)相關(guān)網(wǎng)站評(píng)價(jià)為“最佳肝臟成像分析工具”。
自2007年至今,張學(xué)軍已組織、指導(dǎo)學(xué)生獲得包括“互聯(lián)網(wǎng)+”、“挑戰(zhàn)杯”大賽國家銅獎(jiǎng)4項(xiàng)(指導(dǎo)老師)、2017年第2屆全國大學(xué)生智能互聯(lián)創(chuàng)新大賽全國總決賽一等獎(jiǎng)(優(yōu)秀指導(dǎo)老師)、2022年第24屆中國機(jī)器人及人工智能大賽全國決賽全國總決賽一等獎(jiǎng)(優(yōu)秀指導(dǎo)老師)等在內(nèi)的40余個(gè)國家及省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。
因材施教 學(xué)有所用
2018年,張學(xué)軍擔(dān)任廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院電子信息工程系主任。他對(duì)系里的課程體系進(jìn)行了針對(duì)性的改革,添加了“人工智能”“模式識(shí)別機(jī)器人”“物聯(lián)網(wǎng)電路”“電子信息系統(tǒng)”等新穎實(shí)用的課程。在形式和內(nèi)容上,為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、鍛煉學(xué)生的能力,張學(xué)軍對(duì)部分課程進(jìn)行了大刀闊斧的改革。
電子信息專業(yè)課程中數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理、微波技術(shù)與天線等課程的基本原理常常需要用抽象的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行說明,學(xué)生不能形成直觀感性的認(rèn)識(shí)和理解。張學(xué)軍采用網(wǎng)絡(luò)編程與邊緣計(jì)算相結(jié)合的方式,有效地解決了實(shí)時(shí)響應(yīng)的難點(diǎn),使學(xué)生能隨時(shí)隨地使用移動(dòng)設(shè)備學(xué)習(xí)課程的知識(shí)要點(diǎn),完成各種預(yù)定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。“微波天線參數(shù)的云虛擬仿真教學(xué)”獲第二屆全國高校電子信息類專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例設(shè)計(jì)競賽全國三等獎(jiǎng);“數(shù)字圖像處理課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)” 獲中南部賽區(qū)二等獎(jiǎng),均入選省級(jí)和國家級(jí)一流本科建設(shè)課程。
在“電子信息系統(tǒng)”課程中,張學(xué)軍將課堂的主導(dǎo)權(quán)交給了學(xué)生,通過給學(xué)生布置具有挑戰(zhàn)性的設(shè)計(jì)工作來鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。這門課程結(jié)課時(shí),學(xué)生們有的擁有了自主設(shè)計(jì)的軟件著作權(quán),有的發(fā)表了期刊論文,有的申請(qǐng)了專利。
2021年,廣西大學(xué)評(píng)選第25屆“我心目中的好老師”(導(dǎo)師類),張學(xué)軍以高票獲選。幾名過去成績較差的學(xué)生在這年的教師節(jié)給張學(xué)軍送了一束花,在附帶的卡片上,他們對(duì)張學(xué)軍深情表達(dá)了自己在他的引導(dǎo)下,從抵觸專業(yè)課到熱愛上本專業(yè)的心路歷程。在結(jié)尾處,學(xué)生做出保證,要把過去落下的課程都補(bǔ)齊,爭做合格的電子信息專業(yè)學(xué)生。
“這兩年走訪了不少企業(yè),主要是看企業(yè)界有什么需求。目前,我們團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在跟信息行業(yè)、建筑行業(yè)、生物行業(yè)的公司進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作,并獲批了2022年度蘇州高新區(qū)科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才計(jì)劃。我還擔(dān)任了幾家廣西企業(yè)的首席技術(shù)官,正在共同推動(dòng)相關(guān)單位的創(chuàng)新發(fā)展。”無論是企業(yè)還是學(xué)校,張學(xué)軍都在不遺余力地用自己的能量帶動(dòng)、引導(dǎo)著大家一起向前。
