神经康复关键技术融合创新
所在团队在多学科交叉和技术融合的神经损伤康复领域开展研发。以神经重塑理论为基础，通过生物反馈、认知训练、人工智能和穿戴式外骨骼机器人等技术融合，为神经损伤后下肢运动功能障碍患者提供符合人体行走特性的训练体系，使以往难以治愈的偏瘫、四肢瘫、脑瘫等患者，能重建下肢运动功能，并恢复主要认知功能。该方向的研究和原理设计在北航，在过去的5年内成果转化落地，得到了科技部支撑计划、国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划课题、北京市重大研究计划等项目支持。针对偏瘫、四肢瘫、脑瘫等神经损伤患者进行运动功能重建、认知功能重建的神经损伤康复问题开展系统研发。着眼于仿生结构、人机交互、认知训练、康复步态规划、多病症特征智能适配、生物反馈、全病症周期精准康复、多病症适配等技术难题，围绕脑卒中、脑外伤、脑瘫等重大疾病康复治疗的需求，创造性研发了适用于早/中/后期各种病程的、多种技术融合用于治疗神经损伤患者的康复系统。主要创新特色如下：
（1）为神经损伤患者的康复治疗提供了新的更有效的机构设计的方法路径。针对运动障碍特性，设计了与之匹配的仿生学结构系统，突破了人机环境工程领域的人机生物力实施与传输瓶颈。
（2）攻克了系统安全控制与有效康复训练的关键技术难题。针对偏瘫、四肢瘫和脑瘫等患者的早/中/晚康复期病理特点，运用人工智能技术，建立了实际场景反馈和足底力反馈的肌肉-骨骼仿生机器人的建模新体系，完成了精准有效的康复步态规划的方法设计。
（3）创新实现了渐进式精准化康复模式。融合生物反馈等技术，采用全治疗周期智能控制康复新策略，建立多路径个性化治疗方案。
（4）创新成果具有原创性和自主知识产权。有学校和公司的相关已授权专利19项（含实用新型），软著4项。
团队的创新成果技术成熟度高，可重现性强，产业化效果突出，具有强成长性。相关公司先后研发了To B（面向机构）和“经济普惠型”To C（面向家庭个人）的深度融合生物反馈与外骨骼等技术的康复系统。自2018年6月以来，已有多项相关产品已获中国医疗器械注册证和CE认证。近三年来，在100多家医疗机构训练治疗的上万名神经受损所致的下肢运动功能障碍患者中，75%以上患者重新恢复了行走能力。2021年形成约1.5亿元经济收入。随着“经济普惠型”家用版系统推出，逐月销量呈几何级增长趋势。该成果技术领先，可重现性好，性能指标一流，已形成规模化生产能力；用科技创新成果推动智能康复产业发展和技术跨越，提高了我国神经康复行业竞争力；所研发产品产生了显著的经济和社会效益。
智能诊断筛查和高可靠仪器研发
针对当前因部分医学图像成像干扰大、多中心数据一致性差、小样本、弱标注或标注不足、缺少合适的决策路径导致的“基于图像的智能诊断筛查在多中心跨地域的落地应用难”这一瓶颈，将半监督学习、多尺度特征和语义信息提取、特征关系驱动等精巧融入基于图像的诊断筛查中，设计了一系列新的方法并解决了相应医学图像诊断/筛查的问题，并突破关键技术壁垒研制基于图像智能的高可靠Time-Lapse胚胎培养箱，打破了欧美澳等国外厂商对中国市场的标准和技术的垄断。
（1）结合临床场景开展智能方法创新和医疗数据融合分析。利用眼部图像和其它补充数据，针对青光眼、糖网等开展筛查取得良好效果（AAAI 2021、IJCIA 2022）；并开发半自动标注工具对数万例病情进行高效的标记工作。提出创新的血管约束网络，提出同时输出视网膜血管分割和动/静脉分类的并联特征图，实现了视网膜动脉和静脉血管的高效快速识别分类，发现眼底彩照与心脑血管病的相关指标（如直接胆红素、总胆固醇、高/低密度脂蛋白等）的密切关系，并设计识别系统（与同仁医院和北京市眼科研究所申获卫健委体系内项目）。提出“数据+模型”双驱动策略，基于眼底彩照对全身系统疾病（糖尿病、动脉硬化、高血压、慢性肾病等）开展横断面筛查和队列预测的关联研究，多中心验证效果良好（IEEE JBHI 2022、Front. Cell Dev. Biol. 2021）；在同仁医院、开滦总医院成功开展应用推广（ZL201910849327.9、ZL202011450625.X）。
（2）医学图像分割算法创新。在多模态结构核磁图像上，模型算法设计和三维图像分割在公开数据比赛取得前两名（曾第一），包括：灰、白质和脑脊液分割；海马、海马亚区的分割；提出SAU-Net实现对脊椎图像的自动分割；在多个独立测试集检验达到很高水平，创新方法独立测试多项指标超过已发表最好结果（IEEE ISBI 2020，MIDL 2020）。还基于CT图像和较少标注数据，设计探索高效的新冠肺炎（COVID-19）识别和感染区域分割的新方法，提出通过特征关系驱动的学习方法构建模型，通过 从非新冠的肺部数据中提取出肺部病理组织的共有特征 辅助新冠任务的分割。该方法在缺乏标注的情况下展现出良好的分割与识别性能，更符合实际临床应用环境，在实现对COVID-19的评估和量化分析中发挥很大作用（研发产品在江苏和安徽合肥应用得到临床好评；IEEE JBHI 2021）。开展胎儿超声心动图四腔心切面分割研究，基于心脏组织的高度约束性，设计新的数据驱动训练策略，将解剖学知识融入训练网络并监督权重，保证了分割结果和标签之间的解剖相似性，克服了超声图像组织模糊、边界不完整、语义层面类内相似性和类间差异性不显著的难点。新的模型方法在多个指标衡量下取得第一名的好成绩；与安贞医院合作，有力支持了胎儿先心病的早诊和及时治疗，得到临床高度认可（GMIG 2019，Neurocomputing 2021）。
（3）开展辅助生殖中的高可靠Time-Lapse胚胎培养箱国产化及智能配件和耗材的体系研发，打破欧/美澳等国外厂商对中国市场的体外一站式智能胚胎培养箱的垄断。在独立舱培养、智能自检反馈、自动对焦、胚胎图像分割、智能评价、可靠性设计方面已取得关键技术突破，已完成一代样机试制，与临床生殖医学中心合作，推进动物和临床试验，在申报医疗器械注册证。
脑功能疾病智能诊疗
与宣武医院合作开展脑源定位和术前评估研究，设计新型磁源电源成像算法。基于波束成形和经验贝叶斯法，提出更稳健的逆问题求解模型和边界条件，更准确找到致痫灶位置，尤当位于脑深部。该成果在数百名患者中验证，各项指标优于此前临床脑磁图致痫灶定位法，精度达毫米级，且在复杂条件下非常稳定，得到临床认可（有临床应用证明）。开展脑电/磁图的发作间期痫样放电自动检测研究，完成患者发作间期痫样放电的自动检测的理论研究及系统研发，用于多中心数百例患者，检测准确率高，灵敏度>90%，特异性>95%，有效减轻一线医师负担，得到临床认可（有临床应用证明）。
与安定医院合作，采用脑源定位和网络建模，结合精神认知量表，开展精神疾病分类识别和评估，并完成患者药物及神经调控方案的疗效评估的模型与系统研发。新方法对患者早筛、药物疗效评估、神经调控靶点选择起很大作用。已将其用在精神疾病筛查识别和临床评估，有800多患者使用该系统，使筛查识别和疗效评估更客观，减轻了临床人员负荷。在复杂条件下，在精分高危、前驱期、疾病发作早期和晚期等多类临床状态的识别中，取得接近临床诊断水平的准确率，为临床提供重要参考工具（有临床应用证明）。