张亮:探索生物医学前沿,从超声导盲到癌症检测的创新之路

（原标题：张亮:探索生物医学前沿,从超声导盲到癌症检测的创新之路）

(文/龙晓鹏)

根据Frost & Sullivan统计预测,2021年中国医疗影像市场规模已达954亿人民币,预计到2026年,这一规模有望增长至1486亿人民币。从区域竞争角度来看,医学影像设备市场是全球医疗设备市场的最大组成部分,近年来全球医学影像的市场规模已经突破400亿美元,预计到2030年将达到900亿美元。这些数据的背后,是整个市场对高精度疾病诊断和治疗技术的迫切需求,人们期望通过先进科学技术的改进和提升来满足就医诊断的准确度需求,特别是多种疑难疾病的早期检测发现和个性化治疗方面,人们更希望能有先进的辅助手段协助医生做出快速和准确的预测与治疗。随着科技发展的日新月异,许多科学家和研究人员深入钻研,结合当下流行的计算机技术和人工智能科技,用他们的智慧和汗水持续推动着生物医学工程和医学成像技术的革新和进步。来自西安工业大学电子信息工程学院生物医学工程系的张亮老师,就是其中的杰出代表。多年来,她紧跟时代科技发展的步伐,埋头教研一线,充分发挥自己丰富的学识,在生物医学工程和医学成像技术研究方面建树颇丰。

(图:正在上课的张亮老师)

张亮老师的研究始于十多年前,当时的研究课题涉及盲人的安全行走保障问题;经过对盲人行走的多次观察后,如何保障盲人行走时对障碍物判断的准确度,成为她的研究主题之一。张亮老师带领团队,在经过多次实验后,研发出了基于单片机的超声导盲杖。该导盲杖集成了多种超声传感器对前方障碍物的距离和高度进行探测,并通过声音或震动的方式来提醒盲人,代替了以传统的手杖来保障盲人行走的安全性。这项研究成果的成功应用,为她打通了通往医学成像和智能检测技术方向的研究之路。

在接下来对医学成像领域的相关项目研究中,张亮老师发现,在对癌症进行诊断和治疗过程中,对提供重要信息的病理切片的分析和识别仍然延续传统的人工识别方式,这样不仅费时费力,还容易受到医生主观因素的影响。为提高诊断精准度和高效性,她通过对病理切片图像中的核分裂像进行色彩特征提取,设计出了一种高效的自动化分析方法。这一研究突破了行业瓶颈,不仅显著提高了癌细胞识别的准确性,还大幅度提升了诊断的效率,在推动病理学研究的自动化进程中发挥了关键作用。

张亮老师的研究成果一经发表,在行业内引起了广泛的讨论研究,但她并没有满足现有的科研成果,随着机器学习技术的发展和当前高新科技对生物学成像领域的影响,张亮老师在不断地学习和实验中,找到了一种更具智能化的提升图像分析自动化能力的方法。

2023年,她将该方法形成论文《基于注意力机制和残差结构的细胞核分割方法》在北大核心期刊《光电子·激光》中发表。她利用深度学习和人工智能的创新科技成果,将深度学习中的注意力机制与残差网络结合,研究出了能够应对病理图像分割中复杂背景干扰的神经网络架构。该网络架构模仿了人类视觉系统中的注意力机制技术,可以让模型更好地识别出癌细胞的关键区域,同时抑制不重要的背景干扰,从而有效提升了病理切片图像中目标的分割精度;此外,该网络架构也解决了深度网络训练中出现的梯度消失问题,能够更好地训练更深层次的神经网络,提取图像中的高级特征,更清晰地区分复杂背景和目标区域。

这项研究在乳腺癌的临床诊断中被初次采用后,获得了临床医生的众多赞誉。业内医学专家表示,这种基于注意力机制和残差结构的细胞核分割方法,将病理医生从大量繁复的切片分析工作中解放出来,提高了工作效率,特别是在需要快速筛查大批量样本的场合,能够高效给出智能化病理分析的判断结果。这为乳腺癌的早期诊断和治疗提供了相当好的便利条件,是患者的福音。

面对赞誉,张亮老师表示:“将当前的人工智能科技成果,整合到生物医学工程中来,最大的特点就是可以替代人工,来提升整个领域的研发进度,这是现代科技给我们研究人员的天赐良机,我们需要把握这样的机会,保持敏锐的科技洞察力,进一步拓宽研究思路,丰富研究成果。”

张亮老师的科研理念不断地体现着她对前沿科技的融合和对社会需求的关注,这种不断创新的科研精神,深深地影响着这个时代的年轻学者。随着对人工智能在生物医学工程应用方面的研究的不断深入,她的研究将会为生物医学工程的前沿领域提供更多科技支持。同时在未来的科研道路上,她将引领更多科研学子们持续为生物医学工程的前沿领域的科技研发而奋斗,增进生物医学工程学者们的科技感和患者们的幸福感。