【作者简介】

          陈洪波，无党派人士，生命与环境科学学院院长，学校党外知识分子联谊会会长。

聚焦核心需求，人工智能助力医疗与环保行业创新发展

健康中国与美丽中国建设是全面推进中国式现代化的本质要求和重要特征。生命与环境科学学院深入贯彻落实国家战略部署，依托学科交叉优势，以人工智能技术创新驱动智慧医疗与智慧环保领域发展，着力构建智慧诊疗新范式和生态治理新格局，为推进人与自然和谐共生的现代化提供科技支撑。

一、聚焦人工智能数据基石，突破医疗与环保行业的传感器技术瓶颈

传感器技术是人工智能系统获取数据的主要手段。发展传感器技术将有助于提升人工智能系统的基础感知能力。长期以来，学院致力于攻克生物医学传感器技术，突破了医疗与环保行业的数据感知技术瓶颈。陈真诚教授团队攻克了胶体金传感技术瓶颈，研制了病毒快速检测试剂盒并获得CE产品认证，为企业新增产值超1500万元。针对肿瘤早期筛查的重大需求，学院先后形成了肝癌、胃癌、乳腺癌等癌症标志物的快速检测方案，通过小型化系统集成，实现了生物传感器与智能仪器的融合创新。同时，学院相关科研团队突破了超细通道检测技术，为水中污染物现场快速检测提供了新的技术手段。

图1. 病毒快速检测传感器

二、瞄准人工智能应用场景，驱动医疗与环保行业创新升级与发展

1．AI赋能无创血糖监测

糖尿病患者的控糖过程是一个长期而艰苦的过程，迫切需要无损伤、便携式、自动化程度高的无创血糖检测设备，以减轻病人身心痛苦和负担。针对血糖无创监测的重大需求，陈真诚教授创新地提出了基于能量代谢守恒理论的无创血糖检测方法，并成功研制无创血糖检测仪、智能血糖健康手表等系列产品，利用人工智能技术持续不断优化产品性能。先后获得国际（美国）专利2项、中国发明专利7项，实用新型专利3项，核心软件著作权2项，具有完全自主知识产权。在产品成果转化阶段，先后获批国家医疗器械注册证2件，形成的GM-A型血糖仪于2019年获得医疗器械注册证（桂械注准20192070081）与生产许可证（桂食药监械生产许20190014号）。无创血糖仪先后在11家各级医疗卫生机构进行临床应用，受众人群遍布中国8省9市6民族。智能血糖健康手表服务超3.23万名用户进行血糖监测与心血管健康管理，累积实现血糖等健康预警超325万次，应用示范效果显著。无创血糖监测智能穿戴系列产品的推出，使糖尿病患者可以无损伤检测血糖水平，既避免了大量医疗耗材的消耗，又提升了患者生活质量，降低了经济负担，为相关企业增收3000余万元，取得了较大的经济效益和社会效益。

图2.无创血糖检测系列产品

2. AI赋能心血管健康监测

心血管健康监测对于及时发现心血管疾病的危险因素和早期迹象具有重要作用。学院智能穿戴研究团队基于脉搏传播理论与脉搏波形态学理论，研发了面向床旁监护仪、智能手表、卡片式智能终端、智能指环等多场景下的无袖带血压测量解决方案以及心电动态监护仪。通过校企医协同攻关，先后完成了无袖带血压智能手表与智能指环的技术落地与产品转化，并已进入新型无袖带血压产品医疗器械注册认证路径。该项成果在全国药监权威报纸“中国医药报”上报道。

图3. 心血管健康监测系列产品

3. AI赋能呼吸健康筛查

针对疾病早期发现的重大需求，学院智能仪器团队通过高灵敏度和高分辨率的传感检测技术，构建了人体呼出气体中挥发性有机物的指纹图谱。基于人工智能技术构建了糖尿病的早期筛查的技术方案。结合物联网技术，构建人体代谢物连续监测网络，助力慢性病管理，实现动态监测。与代谢组学、基因组学联动，挖掘疾病标志物新靶点，推动精准医学研究和交叉学科创新。

图4. 呼吸健康筛查仪器

4. AI赋能医学影像分析

针对鼻咽癌等华南地区高发的肿瘤影像自动化分析的需要，学院智能医学影像分析团队致力于攻克研究医学影像中目标自动或半自动化的完整勾画方案。利用深度学习的方法攻克了影像中模糊边界的目标分割方法，相比传统方法的分割性能提升了25%。基于大模型技术研制了鼻咽癌半自动完整勾画软件系统。目前，该软件应用于中山大学肿瘤防治中心的头颈部MRI影像的鼻咽癌筛查工作中，大大地减轻了医生对目标勾画的工作量。

图5. 鼻咽癌影像筛查系统

5. AI赋能水质监测

传统水质监测方法的流程烦琐、效率低下、环境适应性差等痛点，严重影响了水质监测的准确性和及时性。针对以上痛点，学院智慧环保团队研制了高通量智能水质分析仪。该仪器创新性地内置强化学习算法，能高效优化消解- 显色全流程。相比国标法，检测效率提升了40%。在5-40℃的常规工作环境下，检测结果不受温度波动影响，始终保持高度一致性。目前，该分析仪已成功应用于多家第三方检测机构，实践证明，其能够将污染源追踪响应时间缩短 50%，为水质监测与污染防控工作提供了强有力的技术支撑。

图6. 高通量智能水质分析仪

6. AI赋能食品安全监测

农残快检设备对专业人员要求高，操作复杂，基层检测点难以实施，流程烦琐，检测时间长，难以满足快速检测需求，制约了食品安全监测的智能化发展。学院智慧环保团队开发了智能果蔬农残全自动快速检测仪，实现了从样本前处理、取样、检测、数据分析到报告生成的全流程自动化操作。单机日处理量高达350样本，较传统人工检测效率提升了8倍，极大地提高了检测效率和数据处理能力。同时，依托区块链与人工智能技术，打造覆盖农产品生产、加工、流通全链条的质量安全溯源平台。通过构建全方位、全生命周期的农产品质量安全监测与溯源体系，实现从田间到餐桌的全程数据追踪与管理，确保每一个环节的精准监控与高效追溯。整合生产、检测、流通等环节的数据资源，构建综合溯源数据库，形成完整的闭环监测体系，实现全链条质量追踪与动态管理。

图7. 食品安全监测解决方案

三、重视人工智能人才培养，激发医疗与环保领域创新活力与潜能

一直以来，学院立足智慧医疗和环境监测技术，坚持“以学生为根本，以素质为基础，以能力为核心，以需求为导向，以产学研相结合为途径，以服务人民生命健康为宗旨”的办学理念，为智慧医疗、环境监测等领域和行业积极培养工程应用型专业人才。生物医学工程专业围绕智能医疗仪器的关键技术，打造了生物医学电子与仪器、生物医学传感与检测、医学成像和生物医学信息处理方面的核心课程体系，凸显人体生理信息无创/微创智能检测特色，培养具有医学电子仪器与设备开发与设计方面的高素质工程应用型人才。环境工程专业精心打造了《环境传感器》《现代检测与自动监测技术》《智慧环保》《环境电子课程设计》等“智能监测+环境工程”交叉学科课程体系，引领学生深入探索智能监测技术与环境工程的深度融合。

针对智慧医疗与智慧环保领域对创新人才要求高的问题，学院结合人工智能发展趋势，确立了“高校主导、校企融合、科研驱动、能力提升”的改革思路，开展了创新人才培养新模式的实践。近五年来，学生大学生创新计划项目立项28项，其中《智慧环境水质总磷全自动实验室分析机器人》入选重点领域国家级大学生创新创业训练计划项目；在中国“互联网+”大学生创新创业大赛中获全国铜奖2项，广西金奖7项；“挑战杯”大学生课外学术科技作品全国二等奖1项，三等奖2项；全国大学生生物医学工程创新设计竞赛一等奖2项、二等奖9项；累计获得各类省部级以上奖励120余项，发表科技论文82篇，其中SCI/EI收录50余篇，申请专利等各类知识产权50余件。

图8. 人才培养部分成果

四、下一步工作设想和展望

近年来，生命与环境科学学院瞄准智慧医疗与智慧环保行业的应用场景，在生物医学传感技术、人体健康参数的无创检测和监测、医学影像分析、智慧农贸市场等方面取得了一系列成果，并有效推动医疗和环保行业的创新发展。未来，学院将抢抓机遇，把人工智能发展成果应用于医疗与环保行业，加快两个行业的智慧转型，持续服务人民生命健康发展。

1. 锚定场景，聚焦行业发展新模式。聚焦人工智能应用场景，推动智慧医疗和智慧环保发展新模式的形成。智慧医疗行业重点聚焦智能健康管理与监测、医学影像智能辅助诊断、临床决策智能支持系统、精准手术智能导航与规划、远程医疗等健康管理与医学临床应用场景，推动智慧医疗发展新模式的形成，提高医疗服务的效率、质量和可及性。智慧环保行业重点聚焦智能环境监测、智能污染源追踪与管理、精准化环保治理等应用场景，推动智慧环保发展新模式的形成，提高环保工作的效率性、科学性和可持续性。

2. 强化平台，深化跨界协同创新。依托广西慢性病代谢重塑与智能医学工程重点实验室、广西人体生理信息无创检测工程技术研究中心、生物医学传感及智能仪器广西高校重点实验室、桂电-品创智能检测设备联合研发中心等优势科研平台，促进资源共享和跨界合作，强化学院的人工智能赋能医疗和环保行业发展的核心支点作用。推动人工智能、大数据等前沿技术与医疗行业、环保行业的深度融合，探索智慧医疗和智慧环保的新模式和新应用，提升医疗服务和环境监测的智能化水平。

3. 构建机制，增强育人核心竞争力。鼓励教师积极拥抱人工智能，培养自身的数据素养、算法思维、人机协同教学设计能力；日常教学中积极尝试将人工智能工具融入教学环节，如使用智能教育软件辅助教学评估、利用在线学习平台进行个性化教学等。以学生为中心，构建专业项目式课程体系，融合人工智能与学科内容，提升学生的实践能力和创新能力。依托合作企业优质资源，提升解决智慧医疗和智慧环保领域关键问题的核心能力。