2021年医工交叉创新战略前沿技术十大发展方向!

近日,在国家卫健委、中关村管委会、海淀区人民政府等单位的支持下,由中关村智友天使研究院、北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心、北京大学第三医院创新转化中心、北京康卫医创科技有限公司和北京市医疗机器人产业创新中心,联合举办了第二届中关村“医工交叉创新创业谷”(简称“医工谷”)创新创业论坛。

2019年,中关村管委会和北京市海淀区人民政府等共同支持了中关村智友天使研究院成立,为人工智能机器人、医疗与健康领域科研技术成果提供孵化平台,为中关村示范区科技成果转化积极探索新的模式。

北航机器人所名誉所长王田苗:2021年,医工交叉应该关注的十大前沿技术趋势

北航机器人所名誉所长、中关村智友天使研究院院长王田苗教授

北京大学第三医院创新转化中心主任姜雪表示,在去年“医工谷”创新创业高峰论坛上,“北京医工交叉创新前沿技术十大热点方向”在广泛调研的基础上发布。

今年发布的“2021北京医工交叉创新战略前沿技术十大趋势”,结合我国实际临床需求,借鉴学术界、产业界和投资界的相关意见,从技术、临床、产业三个维度进行了总结。

北航机器人所名誉所长、中关村智友天使研究院院长王田苗教授对十大趋势进行了解读。

以下为王田苗教授的演讲内容:

王田苗:2019年,中关村管委会和北京市海淀区人民政府等共同支持了中关村智友天使研究院成立,为人工智能机器人、医疗与健康领域科研技术成果提供孵化平台,为中关村示范区科技成果转化积极探索新的模式。

智友天使研究院类似于一个智库,其目的就是探索,能否作为政府的第三只眼,自由地思考未来的前沿发展方向。

今天,我们联合一线医学专家和工程专家,发布了这样一份报告。主要是基于四个方面的考虑。

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第一个考虑,习主席已经明确提出十四五规划里的“四个面向”——面向前沿、面向经济、面向国家重大需求,还要面向人民的健康。

与此同时,卫生部也给出了《健康中国2030规划纲要》。与此同时,基金委、卫健委也给出了很多的建议,目前正在部署过程中。

第三个考虑是我们非常痛心的一点。高铁崛起了、航天崛起了,机床正在崛起,芯片再加上基础软件也在重视。可是,医疗基础研究和器械,这些方面的产业化却和国外有着很大的距离,这个距离让我们非常焦虑。

所以,在十四五的新起点下,我们有没有可能作为一个智库,让北航、清华、北大以及产业界专家,共同梳理一下医工交叉的热点方向。这些方向一方面是国际热点,一方面是临床需求。如果抛弃国际前沿,只是谈临床的需求,有可能会让我们在定位的层次上有些问题。

第二个目的是便于医生和科学家、工程师,共同积极参与到国家卫建委和基金委交叉学科的课题申请中。同时,也是凝练出比较好的创业方向以及年轻人才的培养。

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从数据来看,2016年—2019年,全国卫生总费用从4万亿元增长到6.5万亿元,年均增长超12%。预计“十四五”规划末期,全国卫生总费用将达到12万亿元,到2030年总费用可达16万亿以上。

为什么会达到12万亿?

这是因为老百姓在健康各方面的需求,希望有更好、更舒适的治疗,能看得起病,能够治好病。

从国际数据来看,发达国家医疗费用占比平均达11%以上,美国占比甚至达到16.2%。我国的占比仅有6%左右,还是存在不小的差距。

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来看一下医药方面的数据。

医药的增长率在去年第一次下滑。如果这一次国家还对医药成本进一步砍价的话,医药市场增速上可能还会下滑更多。

今年受疫情影响,医疗器械的增速可以达到15%。但是,我国药械比不仅低于发达国家的1:1水平,更低于全球平均水平1:0.7,未来中国医疗器械消费将会持续增加。

所以,未来在医工交叉领域,有三大挑战性的问题:医药、器械、医疗服务。我们今天分享的重点在于医疗器械。

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2018年,全球医疗器械市场前三类为IVD、心血管、影像诊断类。中国医疗器械市场的前三类为影像诊断、IVD、低值耗材。

同时,专科器械发展方向大,医疗设备国产替代空间大,心血管、骨科、眼科等相关器械市场增长潜力巨大。在一些细分的领域,例如糖尿病管理、医疗IT、耳鼻喉等方面的发展机会比较多。

但是,十四五过后,这些东西都会进行结构性的调整,慢慢向国际前沿的消耗和占有市场比而发展。

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这里面给了两个信号。

由于医疗器械是一个非常独特的行业,高投入、高风险、高研发频度。全球前20大医疗器械企业合计市场规模占医疗器械总体的54.5%,反观国内,前20家上市公司的合计市占率只有14.2%。

中国医疗器械公司销售与市值相对国外有10倍以上的差距。

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在这个问题上,像樊瑜波、北医三院的医生还有产业界的人士,就画了一个矩阵图。这个矩阵就是临床迫切需要解决的问题。每一个交叉点都有可能是医疗器械的未来增长点。

刚刚几位领导已经说了,北京有上百所高校,光海淀就27所,院士200多人,硕博研究生50万余人, 国家重点实验室50多家。以北大、清华、北航、北理工为代表的高校,都将医工交叉作为未来发展的重点方向之一。

与此同时,有近百家三甲医院,北京协和医院、中国人民解放军总医院(301)、北京大学第三医院等,而海淀区各级医院就达100余家。独角兽企业多达70多家,其中海淀区国家高新技术企业1.1万余家,占 全市41.12%。有乐普医疗、京东方、爱康宜诚、天智航等一批高端医疗器械领军企业,也有推想科技、零氪等一批医疗领域人工智能领军企业。

这样的一个交叉环境,带来了我们所说的优质“土壤”。

昨天,我们在讨论交叉的难点时,就有一个问题:医工交叉,是以医为主、工配合,还是工为主、医生配合。这个问题放到一些产业的会议上就是,到底是以工程师为主,还是以基础研究为主?

其实,这些问题都是开放性的课题,对医工交叉的前沿有着特别重要的作用。

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作为一个民间智库的角色,我们结合了像樊瑜波教授这样的代表科学家,北医三院的宋院长,还有北京大学第三医院创新转化中心主任姜雪以及在座的企业代表。我们觉得,上面这五个方面,是不是我们思考医工交叉的基石?

除了战略上的指导思想“四个面向”以外,第一个应该要加强医工交叉的基础,要对重大前沿的科学问题和高攻坚的问题,以国家的形式来进行组织部署。

另外,我们医工交叉的可持续生态怎么建?大小企业的创新成果转化,怎么来协同?我们所提到的第四点就是,加强医疗大数据的应用和法规。

最后一点就是要重视医工交叉的人才,特别是年轻人才。

我们认为,只要这样,眼前的图景才更加清楚。国家做什么,各个医院、各个学校怎么结合自己的优势,同时又结合老百姓的迫切需求,前沿的生命科学问题来部署。

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基于十大前沿方向,我们知道有一张图对技术的成熟度和热度进行预判,这个图就是美国著名的Gartner曲线。

它代表了什么事情?技术热度代表着产业投资商给钱的地方越多,而成熟度则是代表了大学的基础性研究往产业化研究的一个市场认可。

很多进行成果转化、基础研究和产业化的人都会这个图非常重视。

这个布局让我们清晰的看到,AI影像与慢性病诊断、微创手术机器人、柔性可穿戴式检测、生物计算与3D打印耗材等是创新创业热点,处于爆发的黎明,是重点发展的前沿方向。

当下,专用医疗器械、干细胞与基因测序诊断、新药开发工具、大型影像设备核心部件等是目前产业的一个重点的投入方向。

而IVD检测、第三方检测中心、专科连锁、高端医疗器械、各种生化健康检测等目前已经被市场认可,实现规模化高速发展,成为企业收入突破的重要方面。

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由此,基于这些考虑,我们梳理出了目前十大方向。

方向一:人工智能辅助新药疫苗试剂开发

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在今年疫情的特殊形势下,中央有关领导还有国际上的很多科学家都在密切关注新药的研发。

过去医药行业有一个特点——两个“10”,10亿美元、10年时间开发一种新药。因此,人们就在想,能不能把这个数字提升到5年、5亿美元。而这一次新冠疫苗研发,则进一步拉近了人们的期待,在1年时间里花费1亿美元。

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突破的前提是什么?

其实就是通过生物分子计算、AI深度学习、特征提取强化学习、模式 匹配模型训练等,实现新冠肺炎、肿瘤、眼科糖网、肺小结节、骨质疏松、阿尔兹海默症等多种疾病的临床辅助诊断筛查与新型药物设计,从而大幅提升相关疾病诊断速度,推进新药研发。

方向二:慢性病的家庭私人医生AI助理

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在这两年三年,我们从硅谷得到的信息是,这类产品的发展尤为迅速。原因是它可以个性化地管理人的血压、糖尿病和以及精神、饮食,同时反过来又干预你的心态、行为。在这些措施的背后,又有私人医生来判断、引导你进行相应的治疗。

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其实,这个事情就是把大部分亚健康的问题,以人工智能的方式处理。所以,我们称之为人工智能辅助的私人医生病例管理。

方向三:单分子-单细胞-多组学高精度微纳检测

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第三个是我们所说的单分子-单细胞-多组学高精度微纳检测,对核酸、蛋白质等活性分子与细胞的生物功能进行快速、准确和高通量的检测分析。

方向四:纳米3D生物活性打印

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第四个,就是纳米3D生物活性打印。

在这个范畴里,通过纳米技术将具有生物活性的分子与细胞加入到3D打印中,实现满足病人特异性临床需求的再生干细胞支架、 生物假体、植入物、替代器官等复杂材质相容的微小型组织结构打印。这些是不是能带来革命性的突破?

方向五:多功能模块化的智能微创手术机器人

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第5个是结合临床的需求,开发适宜不同临床需求,拥有多种适应症,智能化程度更高的微创手术机器人。

能不能把虚拟手术和现实结合起来,把不同专家医生沉淀的手术规划经验沉淀下来,而形成多功能、模块化的微创手术机器人,这个方面还一直还有争论。

有一个趋势是,现在所有排名前十的厂商全都涉及到医疗器械,强生、美敦力、Stryker。将来的机器人会不会有通用?

现在的结论是先不要去考虑通用,先用于专科。从精度、微创还有专家经验的学习这三点来看,机器人要比医生的能力高,这是已经证明了的。

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但是,手术机器人会不会今后所有的都是个性化的,眼科有眼科的、心脏有心脏的、腹腔有腹腔的,还在争论中。但是不管怎么样,多模块、微创机器人是一个重要的发展方向。

方向六:多源信息融合的神经刺激调控与精准微纳治疗

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除此之外,通过调节生化、电极、或者视觉刺激,针对性调控神经系统的相应记忆、靶区,改善神经系统或器官的功能,结合微纳制造技术研发微米、纳米尺度机器人,用以实现微型手术操作、靶向运送药物、细胞、血管清理等。

马斯克做的很多事情都是这样。

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最近像清华的品驰医疗还有其他的一些创新公司都在做。

实际上它是多元信息的神经刺激。大家知道,现在还有一种健康的是电刺激,可以调节不同的强度,据说对于睡眠很有帮助。这个东西都还在探索之中。

方向七:柔性可穿戴的多模态康复治疗干预量化评估

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第七个趋势,柔性可穿戴的多模态康复治疗干预量化评估,将柔性感知结构、VR/AR、机器人技术和新型传感器等技术等引进到康复治疗领域。通过康复又能够引导干预,让自己的免疫系统更快提升,来克服相应的各种术后健康问题。

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在这个方面,有一系列的大学像北航、北大,以及还有一些公司都在开发这个东西。

方向八:5G&IoT融合的远程诊断与移动医疗

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第8个是5G和物联网。由于它的速度比现在快了10倍,信息能够随时传递。

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再加上疫情的影响。结合AI、VR /AR、机器人等技术,远程监测、远程分级诊疗、远程手术、远程示教以及老人失能监护、防跌倒、引导康复与智能医管都变得可能,而没有必要非要去到医院,这对于医疗资源的优化也有好处。

方向九:仿生、再生、创生组织修复的生物医用材料

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第九个趋势是我们目前大面积需要使用的再生、仿生和创生的生物医用材料,像皮肤、结构化的人工器官。

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新型仿生材料的开发也推进了相关医疗器械的应用产品创新。目前这是一个热点,前几天樊瑜波老师组织我们一块在深圳参加活动,我就发现这个方面的需求非常强。

方向十:中医机理标准化、现代化诊疗创新仪器设备

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最后一点是中医机理标准化、现代化诊疗创新仪器设备。我们中医讲究望、闻、问、切。这些手段一直都是一种心理模型。那么,推向更广的市场需要科学化、精细化。

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定量化的基石来自于医疗仪器。所以,将这些传统的中医诊疗手段,通过现代科学方法与仪器结合起来,直接、可重复、定量表达出来,并且与穿戴式检测设备、新型传感器、人工智能等技术结合开发新型中医诊疗设备,可以推动中医现代化新发展。

以上,就是我代表中关村智友研究院、北医三院创新转化中心、北航生物医学工程高精尖创新中心,康卫医创、以及北京市医疗机器人产业创新中心进行的报告。

与此同时,还有很多科学家参与了我们的研讨,共同提出了这样的十大前沿思考,欢迎各位领导、专家和企业家批评指正。谢谢!

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