人走近时灯就自动关闭,人远离时灯再自动打开。当上海理工大学光电学院张学典教授收到这个来自武汉疫情前线援鄂医生的临床需求时,内心的第一个反应是“这个功能有价值吗?”三天后,在上理工医工交叉项目团队技术攻关下,上海的一家生产企业就拿出了人体红外接近自动关闭紫外消毒灯的样机,两周内取得了小批量生产的生产证书。

这个想法是上海交大医学院附属瑞金医院神经内科罗宁迪医生在3月份援鄂回沪后提出的“一线需求”,还有39个来自抗疫一线的“金点子”。在武汉抗疫期间,从污染区到安全区需要经过4个昼夜不停进行紫外消毒的过渡房间,医护工作者穿着厚重的防护服不断穿梭在其中,如果长期受到紫外消毒灯的照射,对他们的身体会造成很大伤害。“能不能有一种不用手动开关的消毒灯,当医生们都离开办公室的时候,它自己会消毒,回到办公室后它就关闭。”罗宁迪想到。

疫情期间,不仅在医院,家庭、学校、交通工具等场所消毒也会产生类似的场景需求。“对科研人员来说这其实是一个‘短平快’的项目,但是生产企业做一个产品需要很大投入,必须要确认有量才能决定生产。”令张学典没有想到的是,这样一个新的产品功能定义让远在山东的一家正在寻求转产机会的传统生产企业找到了新的卖点。

人体红外接近自动关闭紫外消毒灯。王博摄

帮助患者伤口更快凝血的手术刀、生产效率更高的国产大飞机零部件、研发更具有“生命力”的假肢膝关节……从临床需求,到技术研发再到成果产业化,医院、大学和企业通过医工交叉平台打通“创新链”与“产业链”,让临床产生的小器件需求,通过与企业协同创新,驱动传统产业转型升级。

医工“携手”紧贴临床需求

2019年,上海理工大学和上海交通大学医学院共同发起建立了“医工交叉创新研究院”和“医工交叉研究生院”共同解决医生们在临床实践中提出的真实问题。升级国产缝合针就是其中之一。

国产手术缝合针 王博摄

手术缝合针项目是由交大医学院附属九院的医生提出的原创想法。国外进口的手术缝合针使用方便且安全系数高,但高昂的价格使得许多医院仍选择使用国产缝合针,然而,容易弯折且扯破皮肤成为国产缝合针的难题。接到了这一“需求”难题,上理工材料学院的教师牵头攻关,仅用了2个月就拿出了国产替代方案——既破解了以往国产缝合针容易弯折且扯破皮肤的难题,又化解了国外进口的手术缝合针价格较高的困扰,制作成本仅为国外的一半。

像这样的合作项目在“医工交叉创新研究院”平台上还有很多。高频电刀是一种取代冷手术刀进行组织切割的电外科器械。传统的国产高频电刀存在着不少弊端,电刀的高温造成血液和油脂的碳化,在手术过程中需要反复用刀片刮除刀头上的积碳,影响手术进度,外科医师每台手术往往需要每2-3分钟擦拭1次电刀。

对此,上海理工科研团队进行了单极电刀新材料的研究,开发出了高频电刀用高性能单极钨针电极和双极电凝镊。单极微创钨针电极尖端采用自主研发的钨合金制作,能耐3000℃高温,通过磨削加工,电极尖端曲率半径可小于10 μm,在低功率下产生高密度的电流。该钨针电极对组织的热损伤小,切口平滑细腻,不易粘连组织,使医生手术视野清晰,并且电切、电凝可同步进行,既可实现精细组织切割,又能保证凝血效果,使得手术伤口愈合快,病患术后疼痛轻。双极电凝镊则将新型抗粘连合金材料涂覆在双极电凝镊的工作尖端,既保证双极电凝镊工作部分具有高的力学性能,又具有优异的抗粘连性能,有效地降低了使用过程中与人体组织的粘连现象,避免了在手术过程中进行反复擦拭与刮除。

电刀与双极电凝涂层在改进后,预计每台手术可至少减少20-30分钟的时间,这样能够减少手术与麻醉整体时间,加速患者术后康复。“升级版”手术刀还可广泛应用于普通外科、神经外科、整形外科、耳鼻喉外科、妇产外科、乳腺外科、肝胆外科等多种场合。

据了解,该成果已经在上海交通大学医学院附属第九人民医院和上海长海医院试用,使用效果达到了国外知名医疗器械公司的同类产品水平,某些使用性能优于国外同类产品。

人才、技术“接力”重大产业创新

能够自动适应穿戴者的行走速度、协助穿戴者自然地在多样化的路况下行走,由上海理工大学康复工程与技术研究所成功研发的国内首款智能液压假肢膝关节实验样机——i-KNEE,一经亮相就受到了业界的广泛关注。

国内首款智能液压假肢膝关节i-KNEE。王博摄

该技术是我国自主知识产权液压智能膝关节技术的一项突破,达到了国际同类智能假肢膝关节技术先进水平,i-KNEE的出现有望填补国内膝上智能液压假肢的产品空白。“作为一款高科技的智能仿生装置,智能液压膝关节代表了一个国家在假肢领域的技术水平,目前世界上只有德国、美国、英国、冰岛等极少数国家的厂商能够生产智能液压膝关节。” 上海理工大学康复工程与技术研究所所长喻洪流谈道。

近日,上海第九人民医院整复外科李青峰教授团队完成了国际首例以混合现实、人工智能、机器人等技术结合的医疗病例,为整形外科领域研究打开了新的思路。我校医疗器械与食品学院王殊轶副教授团队参加了该混合现实(Mixed Reality,简称MR)手术导航系统的研制开发工作。

该手术导航系统由上海第九人民医院整复外科李青峰教授团队与北京触角科技有限公司研发团队、上海理工大学王殊轶副教授团队合作研制。结合真实和虚拟世界创造了新的可视化的手术环境,在实际临床情境下,叠加虚拟血管模型,为主刀医生提供自动配准、虚实叠加的精确血管位置定位与导航功能,首次让医生拥有了“透视”人体血管的能力。

上海理工医疗器械与食品学院一直有着医工结合的传统,与上海第九人民医院有着多年的合作基础。2016年,医生首次提出混合现实技术进行手术导航的需求,在没有项目经验、国内也没有可借鉴的成熟案例的情况下,王殊轶团队依托多年的医疗器械人因工程设计的经验,开始进行工程化的探索。团队多次到上海第九人民医院进行临床研究,2016年暑假开始调研走访国内多家虚拟现实企业,最后确定与北京触角科技公司合作,并选送两名研究生到北京实习,与公司一起将医生的想法一一转化成项目的设计输入。