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【深度华西】破局探路,华西生物医学大数据中心特色医工模式进阶攻略 2023.12.12

近日,生物医学大数据·智能技术会议在成都圆满落幕,数千位来自全国各地的医、工、理及交叉学科领域同仁齐聚一堂,探讨前沿智能技术赋能传统医科。这是四川大学华西生物医学大数据中心第九次举办该项会议,会议已成为医学大数据与医工交叉融合领域的品牌学术活动。

10年前,华西生物医学大数据中心在医工交叉领域迈出了第一步,从零开始不断钻研摸索;

10年后,中心初步探出了破局之道,形成了华西特色的医工发展模式。

瞄准前沿领域,凝练研究方向

21世纪初,医疗记录数字化已经普及,电子病历、医学影像等数据迅速产生,人类基因组计划完成推动基因组学的发展,测序技术突飞猛进,生物医学领域的信息化数据不断积累。2010年代,美欧日国等发达国家开始利用大数据分析与统计方法,在临床效果比较评价、临床决策支持、病人远程监控、定价环节优化、卫生经济学研究、疗效研究、个性化治疗、健康及商业保险业务等方面取得了诸多进展。

2013年,华西生物统计和成本效益研究中心成立,这是华西生物医学大数据中心的雏形。最初,中心仅由几位兼职人员组成。就是这样一支“小团队”,探出了华西医学大数据的第一步,华西也因此成为了在国内最早一批布局医学大数据的医院。

2016年6月,国务院办公厅印发《关于促进和规范健康医疗大数据应用发展的指导意见》,明确“将健康医疗大数据应用发展纳入国家大数据战略布局”。这一年,华西生物医学大数据中心正式挂牌成立,力争在医学基础与理论、预防、诊疗与康复服务等方面实现“体系创新、技术创新、模式创新和管理创新”,推动川大华西医学整体率先进入世界一流。

根据临床研究热点及中心团队能力构成,中心期初规划了“全生命周期的智能预警及预测干预、多组学数据智能医学、健康服务与医学工程、大健康数据挖掘与应用、医学数据分析平台与质量安全体系”五个研究方向。采用“边建设、边研究、边运用、边推广"的方法,开展研究及中心建设;研究方面做到“问题为中心、项目为纽带、成果共享为保障、服务民生为根本”;以“创新、开放、协同、共赢”的开放态度,可持续地推进医工工作开展。

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10年来,中心在“医学+信息”的医工领域发表了大量优秀科研成果,多次受邀参加国际级技术成果展,团队也已经发展到现在100多人的大家庭。紧跟时代发展、紧跟校院规划,中心今年重新凝练了研究方向:预测干预医学与临床决策、生物信息与系统医学、人工智能与医学机器人、健康数据科学应用、临床信息学。锚定前沿方向,坚持开放合作,助力医工学科高质量发展。

聚焦医工交叉痛点,组建交叉特色队伍

人才供不应求是医工交叉领域长期存在的痛点。医学和数学、计算机、统计、人工智能等理工学科之间存在天然的沟堑,亟需跨学科知识和技能的复合型人才。

为此,中心一直坚持以“内培加外引、专业加跨界、集智加借智、固定少加流动多、不求拥有但求用有"的五重并举模式,开展平台式人力建设,在组织发展和人才培养方面则强调开放、灵活和合作的重要性。

(一)核心主力军-权威专家团队

火车跑得快,全凭车头带。中心引进了多位理工科领域的跨界权威专家,分别组建研究团队,深度结合临床科室开展各类医工交叉研究项目,研究覆盖医学人工智能、医疗机器人、骨科和康复生物力学、精神应激、大型队列数据库、人群流行病学、生物信息学、影像组学等多个领域。

(二)外部策应军-多元支撑队伍

组建在院内极具学科交叉特色的科研支撑技术岗团队,由数学、统计、计算机等专业的研究生构成,投身到具体项目中来,和临床人员搭班子,互补互助,负责数据治理、算法方案、代码实现、数据库建设等任务,支撑医工工作开展。

中心目前共有PI专家14人,固定医工交叉科研支撑与研究人员30人,流动研究人员90余人,伙伴们和临床团队的合作现已轻车熟路,产出了一系列优秀的科研成果。

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随着研究逐步推进,大家的“技能树”也逐渐交叉扩散,例如很多临床专业的研究生,从开始不认识linux系统和编程,现在已经能够完全熟练掌握shell语言、python编码等技术了,成长为典型的医学信息学交叉人才。

打通医工沟通壁垒,创造交叉融合土壤

医工交叉研究,没有沟通就没有创新,建立医院与理工科学院之间顺畅的交流通道也至关重要。临床人员不清楚理工科有哪些新技术,无法针对性提出需求;理工科人员不了解临床存在哪些实际问题,也就很难应用。基于此,中心围绕“打通医科与工科沟通壁垒,建立医工合作”的目标,首创性开展“医信荟、数智角”系列活动。

“医信荟”交叉学科学术沙龙打破了会议交流的固有模式,氛围更适于天马行空的交流与探讨,创造学科交叉融合的优良土壤。我院医科与我校校内外工科学者参加沙龙,双方专家“结对子”“交朋友”,充分激发和调动了不同领域合作者的积极性、主动性和创造性。医科专家抛出的研究问题及观点,来自材料、人工智能、数学、计算机等领域的理工科专家提出技术方面的建议与猜想,并积极探索合作研究的可能。

“不以规矩,不成方圆”,中心拟定了交叉学科项目管理办法,整体上明确了医学的中心位置并规划了重点支持的领域,做有组织的科研;具体从项目立项、实施、考核几方面规范实施,项目均为双PI制保障推进。

中心至今已经陆续开展了3次医信荟沙龙,支撑临床科室及理工科学院开展医工交叉开放性项目14项。其中我院血管外科袁丁团队和学校建环学院郑庭辉合作开展的腹主动脉瘤破裂风险综合评估AI模型研究,成果“基于计算流体力学分析的血流分型与腹主动脉瘤破裂风险的关系”发表在血管外科专业领域顶刊European Journal of Vascular and Endovascular Surgery,研究具有典型多学科交叉特性以及结合临床热点,同时具有创新性,可为临床实践带来参考价值。

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聚焦解决临床研究一线人员具体技术问题,中心创新打造“数智角”科研门诊服务。咨询领域划分为医学大数据挖掘与分析、智能医学工程、生物信息学、医学人工智能、标准数据库建设五个方向。每周五天,由不同工作人员按照自己擅长的细分研究方向轮流进行相关问题解答。技术难题如同病症,咨询服务就是为科研而开设的门诊,抓住症结,对症下药至关重要,中心不断充实实技术背景,同时要求中心咨询服务人员细心、耐心服务。数智角持续开展2年,接待科研门诊213次,大部份老师通过咨询得到了满意的解答。

负责医学人工智能方向的指导老师王俊人总结说,来咨询的部分临床科研人员大多都是医学背景,对很多模型算法理解不透彻;这种情况他都会深入浅出地讲解算法原理,同时推荐具有相似研究范式的经典文章,帮助他们更加快速地开展临床数据研究。

生物信息学指导老师陈一龙在成功解决老年医学团队的咨询问题后,双方也萌生了合作意向,促成中心和老年医学董碧蓉教授合作研究普氏菌对肌少症的影响;最终在《Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle》(影响因子12.91,川大B级)发表重要论文,展示了我们在生物信息学领域的专业能力,也为老年医学的研究进展做出贡献。

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“医信荟、数智角”系列活动,打通了医工双向沟通桥梁,促进了新技术在医疗领域的应用,从而可以推动医疗设备、技术和治疗方法的创新。

超前部署学科建设,重视医工人才培养

科学、全方位地开展交叉学科人才培养,是保证交叉学科发展的决定因素。中心作为四川大学“双一流”重点建设的“医学大数据”超前部署学科的牵头建设单位,着力于多学科背景人才的培养,打造具有核心竞争力的技术创新团队和具有国际竞争力的创新人才培养体系。

学科建设方面,中心着力推进人工智能、机器学习等技术的合理运用,加强对医学数据的挖掘和分析,帮助临床工作者发现潜在的疾病规律和个体化治疗方案。不断促进医学大数据交叉学科建设跨界合作和国际交流,与不同领域的专家进行深度合作,共同解决医学大数据应用中的难题。跨学科的合作模式推动了医学大数据在临床实践中的落地,提高医学研究的效率和水平。

人才培养方面,2018年以来,中心学位点(医学信息学、人工智能)招收理工科方向硕博学生36人,占招生总人数的61%。中心以解决医学问题为出发点,在导师积极引导下,学生从不同角度挖掘问题实质,选择最优解决办法,优化研究设计的同时深化对理论知识的理解,拓展破题技能,产出了一批高质量研究成果。同时,中心着力推进国际化人才培养,鼓励学生出国交流学习、参加国际会议和知识竞赛。如中心李康教授团队在医学图像处理领域顶级会议“国际医学图像计算和计算机辅助干预会议” (MICCAI 2022)中的糖尿病足部溃疡国际挑战赛中获得亚军;来自多个团队的同学参加知名国际会议并做大会发言。

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中心开设分别面向硕士生和博士生的《医学数据科学概论》与《医学数据科学研究与应用》,主要面向各临床专业,授课师资背景丰富,涵盖医、理、工、管多个学科;授课内容结合健康医疗应用案例,系统讲授数理统计与人工智能相关原理、技术与方法,培养学生从事医理工交叉研究基本能力,并学会鉴别交叉领域研究成果的应用价值。开课5年来,学生评价良好,线下年选课人数累计达467人,受到同学们普遍欢迎。2022年,《医学数据科学概论》MOOC ( Massive Open Online Courses)课程完成录制,并在学堂在线和全国医学专业学位研究生教育指导委员会官方平台上线,改变传统授课形式,为课程建设提供了新的思路。

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布局大型基础设施,打造科研创新引擎

大型科研平台是支持医学大数据科研创新的重要算力“引擎”。医院投入大量资源构建科研基础平台,中心目前科研平台整体规模达1.19Plfops,配备14PB存储空间,同时配备了完整的安全设备和安全策略保障医疗数据安全,为医院科研团队提供安全、强力的计算和存储资源。就单体医院而言,平台投资和算力规模位于国内顶级,达到高校超算水平,可支持大规模医学大数据与人工智能、精准医学、生物信息领域的数据科研工作。

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中心一直重视科研算力设施优化建设,提供安全、先进、多场景的科研算力:在支撑服务中开展算力资源、数据治理、数据共享等技术创新,产出相关发明专利7项;响应二十大中 “面向人民生命健康,加快实现高水平科技自立自强”精神,保持危机意识,提防“卡脖子”风险,提前布局探索自主可控科研平台。目前平台已平稳运行3年,共服务人数共计300人,覆盖29个临床科室,年均执行计算任务超50万,支持产出多项医工高质量成果。

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10年来,华西生物医学大数据中心由几个人的小团队发展壮大为现如今百人的高水平科研团队,承担四川大学双一流超前部署“医学大数据”学科和四川大学“医学+信息”中心建设任务,并已获批四川省科学技术厅“四川省医学大数据应用工程技术研究中心”、四川省发展和改革委员会“疾病流行病学大数据研究平台”。

中心始终积极落实响应国家健康战略,与校外企事业单位及科研院所一起,共同研究,转化研究,为实现健康中国战略、构建人类健康命运共同体贡献力量,争取在医学基础与理论、预防、诊疗与康复服务等方面实现“体系创新、技术创新、模式创新和管理创新”,推动川大华西医学整体率先进入世界一流。未来,中心将继续永攀科研高峰,“筑高原,建高峰”,保持信念,在卡脖子、高精尖领域继续探索。

作者:应志野 田宸宇 来源:生物医学大数据中心
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