算法与临床成像
看起来是两个完全不相关的词汇
但有这样一个人
将算法研究与生医领域相结合
为现代医疗注入了新的活力
李懋坤
现任清华大学电子工程系教授
现已成功研发
世界首款
三维、实时、连续、动态监测
人体肺通气和血流灌注的
电阻抗成像仪
并已投入临床使用
让我们一起走近
“奋进电子人”系列报道
共同了解电子人如何用科技赋能生活
在各行各业中
做出属于电子人的贡献
EIT成像，“呼吸机的眼睛”
对于肺脏疾病患者而言
肺内液气含量及其分布的异常
可以反映不同的病理状态
但是
目前的医学影像设备均无法完成
对胸腔的实时、床旁、连续监测
很多相关疾病得不到有效诊断
严重时往往危及生命
为了填补这部分的需求
李懋坤带领团队研发了
世界首款
三维、实时、连续、动态监测
人体肺通气和血流灌注的
电阻抗成像仪
EIT成像仪产品亮点
目前
这款EIT成像仪已在
国内100多家医院
以及意大利、瑞士、俄罗斯等16个国家
试用和临床试验
累计采集EIT成像临床试验数据
超过400例
EIT成像仪的临床使用
李懋坤形象地将EIT成像仪
比作“呼吸机的眼睛”
如今
医生可以根据EIT的成像反馈
实现最精确的治疗参数控制
大大降低了临床治疗相关疾病的难度
EIT成像效果
浙二院的一位患者
手术后氧合突然下降
一度被诊断为肺栓塞
但EIT成像显示肺血流灌注基本正常
肺通气情况不佳
医生紧急插管
发现是因为气道有大量痰液堵塞
EIT成像仪的使用避免了这一次误诊
将患者从死亡线上拉了回来
EIT成像病例介绍
一位意大利的大量血胸患者
肺部塌陷
考虑到EIT成像的精确性
危急情况下医生利用EIT成像仪
监测通气治疗效果
在良好的连续成像效果下
医生发现左右两肺的通气情况不同
于是采用了精准有效的通气治疗方法
最终将该患者救回
越来越多成功的使用案例
让李懋坤觉得自己的研究是值得的
“听到病人被救活的消息
是我最有成就感的时候”
攻克重重难关
EIT成像技术
全名电阻抗层析成像
（Electrical Impedance Tomography）
是一种新型功能成像技术
在人体胸部周围安放一圈或多圈电极
通过电极注入微弱的安全电流
并测量人体的响应电压
当人体呼吸导致肺内部电阻率改变
可以反推出肺内部的通气和血流灌注信息
EIT成像：通过电极注入电流反推成像信息
这种成像技术的实现有两个客观难题
其一是如何进行高速的阻抗测量
传统万用表的阻抗测量
无法支撑高帧率的连续成像
李懋坤团队实现了一种
高速精密电阻抗测量方式
利用斜率分析等信号处理方式
实现高精度的电压幅度和相位测量
速度可以达到每秒超过一万次
较以前提升了三倍
人体阻抗测量图示
其二是肺血流灌注信号的提取
肺血流灌注信号非常微弱
仅为通气信号的十分之一
容易被各种噪声淹没
传统的临床检测需要停止病人的呼吸
并注入高浓度盐水
才能将微弱的血流灌注信号提取出来
李懋坤团队利用深度学习技术
融合数据、物理规律、先验知识
在无需显影介质和呼吸暂停的前提下
实现了通气信号与
肺血流灌注信号的分离
为连续实时成像提供了可能
肺通气信号和肺灌注信号智能分离流程
除了专业技术上的困难
也会遇到“跨界”交流的困难
不同专业背景的合作者聚在一起
甚至会因为对同一个词的释义理解不同
而发生分歧
意识到这一点后
李懋坤开始大量学习交叉领域的知识
闲暇时还会翻阅相关的专业书籍
只为了交流时可以更顺畅
也能和医生们更好地合作
尽管从零开始、困难重重
最终还是见到了曙光
面对研究过程中遇到的挑战
李懋坤表示
“要有一个积极的心态
坚持探索和努力”
百折不挠、专注投入、坚持不懈
是他最重要的秘诀
李懋坤喜欢的书籍
敢想敢做，交叉合作
2014年
李懋坤决定从美国回到清华
“如果我不回国
我觉得自己以后会后悔”
彼时的他一切刚起步
也不知道未来该开展什么样的研究
内心十分忐忑
当时一个医生提出了肺部医学成像的需求
希望能在电子系找到合作伙伴
“我能做！”
李懋坤听到这个消息后自告奋勇
揽下了这个重担
他一开始心里也没底
在此之前
李懋坤仅仅专攻于算法领域
没有做过任何和生医相关的研究
一切几乎是从零起步
他的第一步
是尝试将此前做过的石油管道勘探算法
挪到医学成像领域上来
花费了半年多的时间
2016年的夏天
李懋坤和他的合作伙伴终于做出了样机
看到了初步的结果
EIT成像的研究才算是走上正轨
三维胸阻抗成像仪Infivision1900及其研发团队
回望刚回国时的忐忑不安
李懋坤现在对自己的选择愈发坚定
也很庆幸当初选择回到清华
回国后他找到了更紧密、
更专业的合作伙伴
将想法快速推进和落地
清华电子系声誉好、文化正
也让刚刚回国的他拥有了一张很好的名片
得以快速组织合作
促成团队的建立
但在李懋坤心里
高校的核心竞争力是学生
他认为自己最重要的角色还是
“当好一名大学老师”
既要科研好、也要爱学生
“选择学生不是选择下级
而是选择未来的合作伙伴”
展望未来
李懋坤希望这款EIT成像仪下沉到基层医院
并得到推广和普及
他也将在深度成像领域继续深耕
并期望相关的技术可以运用于
人体其他部位的监测
他们的仪器
就像一双从皮肤表面往深处看的“眼睛”
将辅助更多医生进行治疗
也造福更多的患者
编辑&排版｜谭芷琳
责编｜陶旋姿
审核｜汪 玉 李冬梅 鄂炎雄
