大数据精准医疗高精尖创新中心概况-北航医工交叉创新研究院
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大数据精准医疗高精尖创新中心概况

发布时间:2018-04-13 12:14   点击次数:

中心名称:北航-首医大数据精准医疗高精尖创新中心

           

中心简介:

北京市是我国高精尖科学研究的主要研究聚集地,拥有一大批临床机构和在医疗、信息、大数据精准医疗等领域的国际先进研究群体。北航过去几年在“信息科学”、“认知科学”、“医疗器械”和“机器人”等科技专项支持下,在多个国家工程的支持下,北航的大数据医疗和精准医学的相关学科已发展成为信息学、医学、仪器科学、工程学、管理学深度交叉融合的学科,具有完整的本科、硕士、博士和博士后人才培养体系,获得国内外同行的高度认可。在教育部2012年(最近一次)全国学科评估中,北航大数据医疗与精准医学相关学科名列前茅,其中仪器科学与技术排名第一、计算机科学与技术排名第四、大数据精准医疗排名第六。

创新中心拥有医疗大数据、精准医学、智能医学信号处理、智能辅助诊断、个体化医疗、医学影像处理、智能医学信息融合等多领域的顶尖科学和技术人才,其中院士6名(SüDHOF ThomasC、李未、房建成、潘建伟、陶大程、J.M.D. Coey)、吉训明、徐立军等杰青和长江学者、千人计划、优青、青年千人计划等杰出人才共62人。

大数据医疗及精准医学相关团队近五年来申获专利近200项,发表高水平SCI论文500余篇,国家级和省部级自然科学、技术进步奖近20项,不仅为中心的建设和运行提供了基本的智力资源和工作基础,还为吸引国际优秀人才提供了足够的号召力和影响力。中心的建设和运行还将依托“虚拟现实技术与系统”国家重点实验室、“软件开发环境”国家重点实验室等国家级和省部级科研平台,充分借鉴这些平台建设和运行的成功经验,整合相关平台中与大数据医疗和精准医学相关的精锐科研力量,确保中心建设和运行方面平稳和高效。

创新中心在组学研究、精准医疗、大数据医疗信息系统等科学研究领域取得了系列创新成果;承担了国家各类重要科研项目,已在分子、细胞、组织、器官以及系统等各个层次建立了接轨于国际先进水平的实验平台;拥有一支多学科交叉的高水平研究队伍和先进的科学实验仪器与装备;并积极参与卫计委、国家发改委、科技部、工信部等科技与产业发展规划,服务于健康产业发展;逐渐形成了国内领先的一流科学研究、学术交流、人才培养和成果转化平台。

1、特色定位

以医工交叉为特色,面向世界科学前沿,构建北京市在人体重要组织与器官的修复、替代、再生等大数据精准医疗领域创新研究平台,发挥北京区域创新资源优势,积极引进国际智力资源,在前沿探索、大科学平台建设及应用转化方面超前布局,打造学术研究高地、技术创新平台和成果转化基地,支撑北京科技创新中心的城市战略定位,引领养老、康复等产业技术进步和产品革新,加强人才培养、国内外学术交流和支撑能力提升,服务首都创新科技中心发展,提升我国相关领域的技术水平、创新能力和国际竞争力。

2、指导思想

以服务国家和北京市创新驱动发展战略为出发点,以“高、精、尖”为建设目标,抓住国际创新要素加快转移、重组的机遇,坚持尊重科学规律、引领国际前沿、激发自主创新、服务国家战略的方针,全面整合国内外创新要素,引育、吸纳国内外优秀人才,联合市属高校,建立国内与国外创新资源深度融合、科研与应用相互促进、科技创新与人才培养有机结合、央属院校与市属院校共同发展的长效机制,创建大数据精准医疗的国际一流科技创新中心。

3、路线方针

围绕大数据精准医疗国际前沿,汇聚国际高端智力资源,造就一批杰出人才,成为在国内外具有重大影响的科技创新和人才培养基地。在理论基础、关键技术、共性系统平台以及典型应用示范方面开展攻关,开创数据、诊断、康复交叉融合的研究新领地,创建精准医疗与大数据科学理论体系,力争在核心关键技术方面取得大的突破,产生一批有影响力的顶尖成果,打造国际领先的健康工程创新研究平台,切实解决大数据与精准医疗诊断应用中的重大科学问题和产业发展问题,从而形成高端人才与前沿科研方向汇聚、基础理论与关键技术并重、核心系统与典型应用并行的全方位创新实体,建成国际一流的大数据精准医疗创新研究中心。

4、着力点

依托北京航空航天大学、首都医科大学及附属临床医院共同组建,以公开、竞争的机制,广聚国际领军创新人才,整合国内优质创新资源,打造国际领先的健康工程创新研究平台,并汇聚参与单位的人才、团队、技术、成果、资源,开展目标驱动的研究与开发。

           

研究领域

1、神经科学:

2017年2月4日,Thomas北京研究院成立典礼在北航举行,研究院将围绕中枢神经系统损伤修复这一世界难题,开展基础性、前瞻性研究。

以医疗健康领域的重大需求为导向,围绕中枢神经损伤修复中的关键科学问题开展深入研究:①通过在基因、分子、细胞、组织、系统等多个层面上开展系统的基础研究,揭示并阐明中枢神经系统再生的机理、机制以及相应的病理生理学进程;②应该组织工程技术,通过对生物活性材料开展进一步的修饰与制备技术研究,建立脊髓与脑损伤修复材料的批量生产技术与个性化设计技术;③运用电生理学、影像学、运动学等一系列现代医学技术对实验动物以及临床瘫痪患者的修复治疗效果进行系统、全面、客观的评价研究,构建新的适应中枢神经损伤修复病理生理学进程的观察、检测、评价方法,研发适用于长期瘫痪患者的中枢神经损伤观测与治疗方案规划系统。以上研究的开展可以推动产学研相结合,提高中枢神经损伤的诊断,治疗以及康复等方面的医疗技术,进一步巩固北京市医疗水平在国内的领先地位,达到国际领先水平。

2、心血管与肿瘤:

通过整合参与项目的临床医院包括心血管、脑血管、神经内外科、眼科、耳鼻喉、呼吸科、肝病等国内一流的重点专科,制定各专科医学健康数据采集的标准化流程,规范统一医学健康数据汇集。针对海量数据下的脑肿瘤、心血管等重大疾病进行精准影像组学研究,开发高效的影像学机器学习平台,有能力在大规模临床登记中产生的百万级影像中进行服务于精准医学的组学研究能力。

针对组学特征谱的心血管重大疾病分子分型研究,采用新一代创新的实验技术,以规模化的临床样本为基础,以基因组学信息和大数据为基石,整合转录组学、蛋白组学及代谢组学等多组学数据,抽提出心血管重大疾病(动脉瘤、心肌病、心衰等)的多组学图谱。在多系统分子相互作用和网络的调控层次上深入分析挖掘,并结合患者临床信息,寻找与心血管重大疾病精准预测、早期诊断、分类分型及预后判断相关的组学特征谱,为我国心血管病患者精确诊断和精确治疗的标准化提供依据。

开展基于医学分子影像技术的心血管疾病精准诊疗方案探索,建立精准诊断体系。将分子影像技术与基因组及代谢组等信息整合,开发针对心血管重大疾病的精准诊断技术。以心血管重大疾病为主要对象,以规模化的临床样本为基础,根据分子影像特征,结合各种生物组学信息,建立更为精确和精细的心血管疾病分类体系框架,并提出基于医学影像和组学特征谱的个体化诊疗方案。

基于深入组学研究的脑肿瘤精准医学临床转化。首先进行平台建设,拟建立脑肿瘤精准免疫治疗新靶点研发实验室、T细胞车间及脑肿瘤瘤苗制备实验室和脑肿瘤精准免疫治疗单元三个平台,这三个平台统一管理和协调,在世界上首次真正实现精准医疗技术零距离临床转化,有助于我国在脑肿瘤精准医疗领域实现弯道超速,从而走入世界的前列。其次,应用多组学技术,特别是蛋白基因组学研究方法,利用已经建立脑肿瘤大规模临床队列和生物标本信息库,发现、筛选并验证脑肿瘤表面突变分子特征,阐述脑肿瘤重要表面突变分子生物学意义;建立中国人脑肿瘤表面突变分子数据库,为后续免疫治疗提供高效、可靠的靶点。第三,针对目前脑肿瘤疗效评估缺乏可靠指标这一全世界脑肿瘤研究瓶颈,充分利用我们已经建立的脑肿瘤大规模临床队列和生物标本信息库,采用各种“体液活检”技术——循环肿瘤细胞检测、循环DNA检测和体液蛋白质组技术,发现、筛选并验证脑肿瘤肿瘤负荷相关标志物,并与相应临床试验效果相关联,力求发现脑肿瘤治疗效果预测相关标志物。最后以研究任务一中发现的在中国人群中普遍存在的脑肿瘤表面突变分子为靶点,开发CAR-T、TCR-T或疫苗等新型免疫治疗方法,在脑肿瘤临床队列中进行有效性和安全性研究。

针对脑肿瘤影像学图像特征信息挖掘为主体的诊断及疗效评估的影像组学新方法的研究。深入挖掘和筛选出与恶性脑肿瘤诊疗高度相关的特征集,并构建基于影像组学特征集的恶性脑肿瘤诊断、疗效评价和预测的方法体系。脑肿瘤分子影像技术的改进和创新。首先,开展脑肿瘤多模态分子影像等关键技术研究:采用多模态分子影像技术,以规模化的临床样本为基础,构建并应用高灵敏度、高特异性的多模分子影像探针,获取多源影像信息,并构建临床转化研究平台,实现脑肿瘤分子显像诊疗一体化,促进脑肿瘤精准诊断及手术治疗;其次,开展分子影像学研究,将病例资源优势转化为技术优势,转化恶性脑肿瘤治疗靶点和治疗反应性的在体评价体系,指导精准医疗的开展。

3、生物医学仪器:

针对绝大部分高端诊疗仪器长期被国外垄断的局面,着力研发拥有自主知识产权的新型高端设备,填补国内空白,部分仪器达到国际领先,抢占下一代高端仪器的制高点。主要实现三方面目标:1.打破国际垄断,实现部分高端仪器的国产化,降低人民的医疗费用;2.以基础研究推动尖端应用,通过量子效应、非线性效应、分子影像等手段,打造国际领先的高精尖诊疗仪器;3.针对大数据精准医疗,深入挖掘生物深层信息,并统一设计仪器的输入、输出接口标准,为后期数据加工、信息挖掘打下坚实基础。

现有的医疗仪器设备所采用的人体生物信息获取、传输与存储技术受到经典物理原理的限制,很难突破其性能极限。随着量子技术的成熟,量子科学仪器有望突破了原有基于经典物理的医疗仪器的性能极限,使未来的医疗仪器的性能实现飞跃式发展。为此,本中心将大力发展量子生物信息技术方向。重点研究面向人体脑磁等极弱磁场探测的超高灵敏磁源成像、面向医疗数据传输安全的量子安全通信、面向医疗大数据超低功耗/超高密度存储的量子大数据存储等。

通过自主研发新型高精度、多维度、低介入的高端医学诊疗设备,打造国产医疗仪器的生态圈,填补高端国产诊疗仪器的空白,实现主流高端仪器的国产化,降低医院对高端进口仪器的依赖性,降低医院的采购成本,进而降低人民的就医成本。

在传统的核磁共振(MRI)、X射线计算机断层成像(CT)、超声、光相干层析成像(OCT)等基础上,引入更深层物理原理,利用量子效应、非线性、分子影像等尖端技术手段,开发新型高性能诊疗设备,深入挖掘生物深层信息,并全方位整合患者多维度信息,使新型仪器在检测精度、数据维度、信息深度上达到国际领先水平,抢占下一代医学诊疗仪器的制高点。

建立新型诊疗仪器的接口规范、数据规范、传输规范与存储规范,为大数据共享平台提供统一、高信息量的原始数据,以提高数据传输、信息加工、生物医学规律挖掘的高效性,为大数据精准医疗平台提供高效的信息支撑。

4、大数据认知计算:

长期以来,对医疗数据进行高精度、多维度采集、传输与管理一直是多学科的研究对象。近年来,大数据理论方法研究在大规模深度学习在图像、语音、文本语义理解等领域取得突破、学习效果显著,但医疗数据存在异质化、数量庞大、安全传输与高效存储等问题。同时,医疗大数据具有典型的多源异构特点,急缺统一的数据汇集管理平台。对医疗数据进行高精度、多维度采集、传输与管理是构建大数据诊疗平台的基础。

医疗大数据中蕴含着丰富的医学规律和疾病知识,通过基于知识工程、数据科学、人工智能和医疗群智的医学认知计算,人类可以更好地揭示数据蕴涵的规律以及知识之间的关联,实现对重大疾病的精准管理、控制和医疗。基于大数据的临床决策支持使医疗知识能够被远程投放,可以被用于远程医疗、临床诊治、教育培训,是推进询证诊治与个性化、精准化医疗的关键技术。中心将建立认知计算与智能诊治决策系统,针对致病因素众多且复杂耦合等问题,基于多源数据的融合和知识聚合,研究致病时空规律的挖掘方法,结合统计分析、数据挖掘、归纳推理等多种手段,从多个角度揭示疾病的成因和影响的因素,发现各类致病因素、表现型和发病过程等内在关联机理,建立可执行的临床决策支持,基于机制发现、关联推理、虚拟仿真等知识计算方法,生成个性化精准诊疗决策。决策支持不仅可以被用于临床,还将研发面向患者、医疗技术人员、康复理疗师等不同人群的决策支持系统,全方位地投放各类优质医疗资源,提高医疗救治水平以及患者疾病教育。