面向人民生命健康，探索人-機-環境融合之路
——記大連理工大學副教授仇森

張聞 李明麗

仇森（右）作大會學術報告，與人-機-環境系統工程學科創始人龍升照合影

當前，以人工智能、大數據為代表的新一輪科技革命和產業革命推動醫學發展進入了新的階段，我國的衛生健康事業發展面臨著新的挑戰。根據“健康中國”戰略要求，實施醫工交叉是我國醫療技術創新發展的必由之路，也是傳統工科煥發新活力的重要途徑。在新時代使命的感召下，千千萬萬的科研工作者把個人理想融入國家發展偉業，為人民生活質量實質躍升持續貢獻智慧和力量。大連理工大學副教授仇森亦是其中一員，從求學立志，到授業解惑，他始終牢記自己的初心——利用自動化和人工智能技術，為國家和百姓謀福利。

醫工結合，一起向未來

早在20世紀70年代，一些世界頂尖的研究型大學就已經開始投入巨資開展醫工結合學科研究。幾十年來，全球的醫工結合實踐已取得一系列突破性成果。其中，融多模態信息、人機交互、健康監測等技術為一體的可穿戴智能設備是近幾年備受關注的方向之一。

臨床中常見的可穿戴智能設備有心電圖檢測儀、血壓檢測儀、除顫儀等，它們可在軟件支持下感知、記錄、分析、調控、干預甚至治療疾病或維護大眾的健康狀態。但傳統的醫療健康護理一直集中在特定的醫療機構，病患必須到這些場所才能獲取相關的檢測或者治療，這種模式意味著遠距離的交通行程，以及給日常生活和工作帶來不便。面對我國的醫療需求缺口和日益增長的遠程醫療需求，發展具有低負荷、可移動操作、使用簡便、支持長時連續工作和無線數據傳輸等特點的可穿戴智能設備已成熱潮。

在人體傳感器網絡方面，仇森等人研發了一套基于體域傳感器網絡的馬術治療分析與評估系統設備。馬術治療是一種用于治療神經性疾病的全方位治療手段。但是，由于數據獲取相對困難、評估方法單一，制約了它的進一步的發展。而仇森帶領團隊研制的這套系統設備可通過在騎手和馬的關鍵部位布置慣性傳感器，采集馬術運動過程中的運動信息，通過數據融合方法，進行運動學分析。同時通過對存在運動功能障礙的兒童病患在參與馬術治療前后的康復情況進行統計，驗證馬術治療的有效性。

在人體動作的監測與識別方面，仇森及其團隊與大連醫科大學附屬第一醫院、本溪鐵路醫院合作，采集了包括腦卒中、帕金森病和脊髓型頸椎病等患者的步態數據約400例，設計實現了三維步態分析系統。步態分析在很多領域，如運動康復醫學、雙足機器人控制和步態識別領域都有很重要的意義。傳統的步態測量借助秒表和米尺使用目測方法及足印法得到步態的信息，人為因素造成的誤差非常大。為了更精確地測量人行走過程中的步長、步速、步頻和步行時相劃分，團隊使用慣性測量單元并結合無線傳感器網絡（ZigBee），直接測量人在步行過程中下肢的加速度和角速度變化，通過無線網絡傳送到上位機。在上位機軟件中，通過數字濾波、閾值檢測、傳感器數據融合得到被測者的三維步態參數，最后將結果存儲在數據庫并顯示在上位機界面，測量及輔助診斷效率遠超傳統步態分析方法。目前，這套人體步態分析系統已通過遼寧省醫療器械檢驗檢測院的安全規范和電磁兼容（EMC）測試，打通成果轉化“最后一公里”指日可待。

在心理負荷檢測方面，仇森及其團隊正著手研發基于多源情感信息感知的乳腺癌并發抑郁障礙智能診斷系統，以期為芳香療法研究提供數據支撐。他們定制化設計了便攜式腦波采集儀、心率手表、慣性傳感器心率帶等一系列可穿戴設備，輕量化、便攜式的設計大幅減少了對佩戴者日常活動的影響，可長期、精準、有效地采集其心理負荷變化信息，并結合功能性磁共振成像（fMRI）做到準確分析。

輔助評估治療方案的效果、輔助診斷患者病情發展狀況、常態化隨身健康監測……將大數據與人工智能前沿技術融入醫療領域，為早發現、早診斷、早干預各類疾病，保障人民生命健康提供助力——這個踏上研究之路時樹立的理想，仇森真正做到了。但對他而言，當前取得的一些成果，僅僅是在構筑、完善這一理想的路上邁出的一小步，未來仍舊任重道遠。

今天，隨著人民的健康需求從傳統且比較單一的疾病治療，轉變為預防、治療、康復、健康促進等多元化、多層次的健康需求，對穿戴者的日常活動的影響降到最低，以實現低生理、心理負荷下的個人健康管理和對病人健康狀況實時監護，并能因此提供全天低成本的健康、心理和行為狀態監測，且更便攜的可穿戴智能設備，成為這一領域發展的必然。而這也意味著應用到健康領域的可穿戴設備將會被提出更加嚴格的要求。

“當前我們還是不能在保障數據精準度的同時，做到輕量化和無感計算，也就是讓人感受不到外物，不知不覺間完成數據的收集和分析。這些既是我們發展所面臨的痛點，也是未來的突破口。所以我們就想能不能以后就把它織到衣物里面，或者嵌到鞋子里面，不需要用戶額外佩戴設備。”仇森如是說。這不僅僅是其個人，也是這一領域許多科學家十分看好的未來發展趨勢之一，大家都在為此而不懈努力著。他們相信，隨著微型可穿戴傳感器、智能紡織品、微電子學和無線通信等科學技術進步的推動，這一天不會太遙遠。

一切都是最好的安排

從求學立志算起，到如今授業解惑，仇森踏入控制理論與控制工程領域已有十余載。立足當下，回首過往，他發自內心地感嘆道：“一切都是最好的安排。”

將時光撥回2005年，凌水河畔，黃海之濱，初入大學校園的仇森意氣風發中還帶著些許迷茫。是大連理工大學里和藹可親的師長幫他撥開眼前迷霧，是大連理工的紅色基因培養了他的家國情懷，是大連理工“海納百川、自強不息、厚德篤學、知行合一”的校訓精神賦予他無限攀登的勇氣……在母校的陪伴和培養下，仇森收獲了一生取之不盡的財富。

在這里，仇森遇到了自己的科研引路人。“我特別感謝我的導師王哲龍教授，他是遼寧省優秀專家。我從2009年本科畢業設計開始跟著王老師一起學習，第一塊電路板制作，第一次濾波器電路設計工作，第一次獨立承擔課題……我一直深受王老師嚴謹治學精神的影響，受益良多。”在這里，他遇到了一大批榜樣前輩。“比如我們控制學院的孫希明老師，作為第一完成人在2020年拿到了國家自然科學獎二等獎。作為他的助理，我能夠更加近距離地感受到科研人的使命擔當，深受激勵，也獲得了很多的成長。”在這里，他完成了從學生到為人師的轉變。也是在這里，他先后入選大連理工大學“星海骨干”人才、大連市高層次人才、遼寧省“興遼英才”青年拔尖人才，并被列入2022年度斯坦福全球前2%頂尖科學家榜單。

任教多年以來，仇森始終與學生坦誠相待，尊重學生興趣。在人才培養方面，他指導的學生多次獲評國家獎學金、電信學部科研創新之星等；指導畢業的研究生入職中國航發集團、上海航天研究所、海信集團、九號機器人、北京萬集等科研機構。在基礎課堂教學方面，他創新性地將增強現實技術（AR）和虛擬現實技術（VR）與教材相結合，編寫了國內第一本《VR/AR電機與拖動基礎》教材，在廣大師生之間取得了良好反響。

2020年10月到2022年1月，仇森被借調至教育部科技發展中心，主要參與教育部重點實驗室、教育部工程研究中心評估、霍英東青年科技獎勵和教育教學獎勵評審，以及多個國家級人才項目的形式審查工作。這段經歷讓他對國家的科技發展和人才政策與導向有了更深層次的理解。如今，作為控制科學與工程學院副院長，仇森在扎根國家民委-教育部蒙醫藥研發工程重點實驗室開放課題研究的同時，也承擔起了重點實驗室、工程中心、英歌石科學城等科研平臺的搭建工作，以及學科方向規劃和一流學科建設工作。“有平臺，我們才能夠吸引人才、匯聚人才，才能夠凝聚力量去做一些真正的符合國家戰略導向的‘大科研’。”仇森說，“這個工作過程，也是更好地了解國家需求、開拓個人研究方向的過程。我們科研人，就是應該要從‘能做什么就做什么’，變成‘國家需要做什么，我們就順應天時地利人和去努力做什么’。”以行動回應時代呼喚，響應國家戰略需求，就是一位科研人對家國情懷的最好詮釋。