多學科融合創新驅動“健康中國”

胡潔 陳斌 王伶羽 戚進

關鍵詞：“健康中國” 多學科融合 創新設計 中西醫結合 高新技術賦能

引言

健康是廣大人民群眾追求幸福生活的必要條件，是社會經濟繁榮發展的基本保障，也是民族昌盛和國家富強的重要標志。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035 年遠景目標綱要》提出，把保障人民的健康放在優先發展的戰略位置，深入實施健康中國行動[1]。“健康中國”的落實是適應我國社會主要矛盾變化、滿足人民美好生活需要的要求，是實現“十四五”規劃和2035 年遠景目標的戰略選擇。在“健康中國”戰略的發展過程中，健康類產品的創新設計需求量巨大，囊括了保健、醫療、康復等諸多方面，直接決定了人民群眾獲取健康類服務的質量水平，關乎“健康中國”戰略具體落實的成效。因此，迫切需要構建起符合“健康中國”戰略發展需求的創新設計理論體系，融合相關領域內的多學科設計資源，共同驅動“健康中國”特色創新設計。

一、“健康中國”多學科融合創新激勵模式

多學科融合創新的過程是各個不同學科設計知識的融合過程，這一過程需要有一定的動力激勵，主要包括兩種激勵模式，即以公理設計理論和TRIZ理論為代表的問題激勵模式，以及以基于實例設計理論和生物激勵設計理論為代表的設計解激勵模式[2][3]。其中，問題激勵模式在產品設計功能創新方面具有優勢，但形成的設計結果通常停留在概念層次，有待進一步細化。而設計解激勵模式所得到的設計結果則較為具體，具有良好的可實施性，但其工作過程不是以功能需求為導向，因而不易命中設計標靶。對于“健康中國”創新設計而言，設計必須是能解決保健、醫療、康復實際問題的;與此同時，設計也必須是易于生產商實施和醫護人員維護的。因此，“健康中國”創新設計要求設計問題的靶向性和設計解的可實施性二者兼顧，需要將兩種激勵模式相互融合，使其相互取長補短，成為一種新的多學科融合創新激勵模式。這種激勵模式將激勵過程分層，并將四種激勵模式相互融合，形成融合公理設計和TRIZ的問題激勵模塊，以及融合基于實例設計和生物激勵設計的設計解激勵模塊，最后通過來回往復的設計流動路線實現二者的相互融合。（圖1）

二、多學科融合創新驅動的“健康中國”設計理論和方法

在“健康中國”多學科融合創新激勵模式的激勵下，公理設計、TRIZ、基于案例設計和生物激勵設計交相呼應，共同將涉及保健、醫療、康復等“健康中國”各個方面的學科資源融入創新設計當中，形成了多學科融合創新驅動的“健康中國”設計理論和方法，具體涉及到與哲學的融合、與中西醫各門科學的融合、與各門高新技術科學的融合，以及與主觀客觀各門科學的融合。（見圖2）

（一）與哲學的融合——“知行合一”三位一體的哲學思想內核

創新設計是人類認知世界從而改造世界的一類活動，在總的指導思想上需要有正確的認知論和方法論支持，而這些都是哲學研究的探索范圍。在中國哲學史上，陽明心學具有重要的地位，其核心思想在于“知行合一”，是一種強調理論結合實際的哲學思想。一方面，陽明心學要求人們從不同角度出發，全方位地對事物進行觀察，從而對事物形成全面而客觀的認知;另一方面，陽明心學也強調在具體實踐過程中，需要正確而有效的方法作為支撐。此外，陽明心學格外注重人類心理因素對事物認知和具體實踐的影響，即強調以人為本，這也是其稱之為“心學”的原因。如圖2所示，將陽明心學的這三點哲學思想內核對應到創新設計上，即全方位的設計需求認知、有效的設計創新方法，以及以人為本的設計評價機制。

（二）與中西醫各門科學的融合——中西醫融合的設計需求認知體系

重視祖國傳統中醫藥事業的發展，努力促進中西醫相互融合是國家的重大戰略方針，也是“健康中國”設計理論和方法的關鍵支撐。祖國醫學源遠流長，經過數千年的發展，在無數勞動人民和醫學先賢的不斷嘗試、仔細求證和總結歸納之下形成了行之有效、博大精深的理論體系，包括了中醫理論哲學、中醫診斷學、中藥學、中醫方劑學和中醫經絡學等等。而西醫強調所有結論的得出都應有事實依據，將整個體系構建在堅實的實驗基礎之上，并通過嚴謹的邏輯演繹逐步發展出嚴密細致的理論體系，包括了細胞生物學、解剖學、生理學、病理學、藥理學等。中西醫兩種體系下多種不同學科的相互融合，驅動了對健康類產品設計需求的多角度、全方位的認知，同時也促使設計師和中西醫醫生之間更加緊密地相互交流、相互協作，同時從“氣血營衛”、“望聞問切”、“辨證論治”、“未病防治”等中醫視角，以及“手術治療”、“藥物研發”、“病理研究”、“營養衛生”等西醫視角出發，精準定位“健康中國”設計需求。

（三）與各門高新技術科學的融合——高新技術賦能的設計創新方法體系

在進行設計創新的過程中，設計師往往需要采集大量數據，對創新解空間進行大規模探索。這項工作費時費力，單純依靠人工完成效率低下，需要高新技術的賦能加持。一方面，由于5G通信、物聯網技術、虛擬現實等通信技術的不斷成熟，萬物互聯的時代已經逐步到來，設計師的數據采集工作將越來越輕松。例如患者的體征數據，可以通過傳感器實時同步和記錄，世界各地的醫院和研發機構也可以隨時共享研究數據、進行遠程醫療操作。設計師獲得工作所需數據的效率、質量和規模都得到了大幅提升。與此同時，由于人工智能、大數據分析和云計算等技術的不斷發展，設計師對這些設計數據的處理能力逐步提升，讓設計逐步跨入智能創新的階段。例如設計師可以采用深度學習技術幫助醫生在幾秒鐘之內根據患者的臉部特征判斷其是否患有Ⅱ型糖尿病。設計師也可以利用生成網絡技術，根據醫生的需求在幾秒鐘的時間內生成上百個完全不同的病床形態。

（四）與主觀客觀各門科學的融合——“以人為本”多目標量化的設計評價體系

“以人為本”是“健康中國”戰略的人本核心，體現了這一大政方針的人文關懷，要求在健康類產品的設計過程重視使用者的主觀感受，因此，健康類產品的創新設計中，設計師需要重視設計和心理學、美學、藝術學之間的融合，利用這些學科的方法得到使用者對產品的主觀感受作為設計評價標準。然而，這類評價過程存在主觀偏好，其完整性、精確性和確定性都存在問題，需要和信息學、工程設計學知識融合，利用其方法建立多目標量化評價體系，將主觀感受權重選擇，轉化為客觀量化權重賦值。此外，建立設計方案評價排序機制，進一步降低設計評價中的主觀不確定性，增加其可信度。

三、“健康中國”創新設計案例：小動物多模態分子影像儀

1）“健康中國”在創新藥物評估方面的需求

我國已成為世界上最大的生物醫藥生產國和消費國之一，正逐步成為全球藥物創新中心，而我國市場上自主創新藥物不足5%，其主要因素之一是創新藥物評價的技術手段落后。小動物多模態分子影像儀可顯著縮短對新研發藥物療效的評價周期，提高評價的有效性和準確率，降低研發成本。

2）小動物多模態分子影像儀設計的痛點問題

目前國內外大部分小動物分子影像設備是單模態或雙模態（PET/CT、SPECT/CT、FMT/CT）設備;國外少數公司開始研發三模態分子影像設備（PET/SPECT/CT和FMT/SPECT/CT），如：GE的Triumph II、Siemens的Inveon、荷蘭MILABS的VECTor、柯達的DarkMaster;小動物四模態分子影像系統，目前未見相關報道和專利申請。之所以要創新設計多模態分子影像儀，是為了保證在小動物的藥物有效性的前提下，實現多模態的新藥評價。因此，如何實現更多模態的分子影像的集成，是需要創新設計的痛點問題。

3）小動物多模態分子影像儀的融合創新設計：

①多學科融合創新設計：通過多學科交叉融合，實現結構成像（X射線斷層成像CT）、核素成像（正電子發射斷層成像PET與單光子發射斷層成像SPECT）與光學成像（熒光分子層析成像FMT）的優勢互補，四種模式集合到一個系統中，配合相應的硬件電路和軟件算法處理，將產生1+1+1+1>4的效果;

②交互式的形態設計：實現了需求驅動的設計形態學研究，從交互設計的角度分析了需求的驅動機制，開展了心理物理學實驗研究，構建了規則類知識模型，有效解決了用戶體驗、美學、功能、性能等一體化的形態創新設計;③藝術與科學的融合設計：實現了審美功能與實用功能融合的創新方法，綜合考慮了具有主觀不確定性的審美與具有客觀確定性的量化指標，兼顧了用戶體驗、審美功能與實用功能。

基于以上的設計方法，上海交通大學胡潔教授團隊利用融合創新的設計思維，將四種模態的影像直接融合，創造性地研發出小動物多模態分子影像儀，給研發人員呈現出更直觀、更易于理解、更準確、更穩定的融合影像。在它的幫助下，小動物的身體猶如透明了一般，新藥研發人員可以方便、精確地定位小動物體內藥物的位置和運行路徑，也可以更直觀地觀察小動物體內的血液流動、營養物質代謝，小動物對藥物的生理、病理反應一目了然，極大方便了新藥研發人員的工作，同時也提高了新藥評估的有效性和準確率。（見圖3）

總結

本文針對“健康中國”戰略的發展需求，構建了“健康中國”多學科融合創新激勵模式，以及多學科融合創新驅動的“健康中國”設計理論和方法。將公理設計理論、TRIZ理論、基于實例設計理論和生物激勵設計理論融合為統一的設計框架，實現了設計和哲學的融合、設計和中西醫各門科學的融合、設計和各門高新技術科學的融合，以及設計和主客觀各門科學的融合，并以小動物多模態融合影像儀為案例開展了融合創新設計實踐，為“健康中國”戰略構建起了具有特色的多學科融合創新設計體系，助力戰略的具體推進實施。