【儀表網(wǎng) 儀表人物】李剛，天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。研究領(lǐng)域：生物醫(yī)學(xué)工程、信息檢測與處理、嵌入式計算機及其應(yīng)用。主持和參與了40多項合作、國家自然科學(xué)基金、省部委以及企業(yè)合作項目。發(fā)表論文700多篇，其中EI檢索280多篇、SCI檢索170多篇。獲得國家發(fā)明100多項和已申請130多項。主編并出版教材和著作40余本。
 

　　生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是在電子學(xué)、微電子學(xué)、現(xiàn)代計算機技術(shù)，化學(xué)、高分子化學(xué)、力學(xué)、近代物理學(xué)、光學(xué)、射線技術(shù)、精密機械和近代高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，在與醫(yī)學(xué)結(jié)合的條件下發(fā)展起來的。它的發(fā)展過程與世界高技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，同時它采用了幾乎所有的高技術(shù)成果，如航天技術(shù)，微電子技術(shù)等。隨著社會工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及人類對自身認(rèn)知和健康的追求，生物醫(yī)學(xué)工程正以更專業(yè)、更迅速的姿態(tài)向我們走來。作為有30多年的該領(lǐng)域教學(xué)和科研經(jīng)驗的科技工作者，李剛教授也是“第一屆中國測試學(xué)術(shù)影響力人物”獲得者之一。因此，近期，因疫情影響，中國測試新聞中心以圖文形式對李剛教授進(jìn)行了相關(guān)問題采訪。
 

　　中國測試新聞中心：1982年本科畢業(yè)，您參加了2年的計量工作后為什么選擇重返校園？
 

　　李剛教授：
 

　　當(dāng)時雖然在中央計量室工作，工作環(huán)境也很好，但做的都是事務(wù)性工作。那時，一臺進(jìn)口的大型工具顯微鏡發(fā)生了故障，經(jīng)多方幾番檢查才發(fā)現(xiàn)問題所在，這件事，促使我的理想由當(dāng)一個工程師轉(zhuǎn)變成做“科學(xué)研究”，進(jìn)一步提高自己。再加上，我對探索有濃郁的興趣，熱愛電子。
 

　　中國測試新聞中心：當(dāng)時我國精密儀器領(lǐng)域的發(fā)展水平如何？為什么會選擇這個方向作為自己一生的研究事業(yè)？
 

　　李剛教授：
 

　　整體而言，我國精密儀器發(fā)展落后很多，僅有極個別的工廠能夠生產(chǎn)較簡單的電動量儀(當(dāng)時的稱呼)，大型、綜合性的光機電計量儀器連名稱都見不到，我國的工業(yè)基礎(chǔ)確實很差，也很不容易。
 

　　在本科學(xué)習(xí)時，費業(yè)泰等老師經(jīng)常教導(dǎo)我們：測量不出來的就做不出來。這句話看似普通但寓意深刻，說明測量與儀器在生產(chǎn)上的重要性。當(dāng)時也并無遠(yuǎn)大理想，僅僅是想“學(xué)”，隨著認(rèn)知的提升，也越來越感覺這是值得一生追求的事業(yè)。
 

　　儀器的作用就是測量。門捷列夫說過：科學(xué)是從測量開始的。偉人也說過：一門科學(xué)成熟的標(biāo)志是數(shù)學(xué)的充分應(yīng)用。我的理解是，除純數(shù)學(xué)外，在任何一門科學(xué)上使用數(shù)學(xué)時，每個變量只能靠“測量”得到，不可能憑空捏造的。現(xiàn)代科學(xué)的起源是“測量”，現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代國防、現(xiàn)代運輸……甚至是日常生活的方方面面都離不開測量。
 

　　其實，新的測量方法和一臺體現(xiàn)新的測量原理儀器是具“創(chuàng)新性”的，沒有之一。
 

　　我從學(xué)習(xí)幾何量測量到現(xiàn)在“人”的測量——生物醫(yī)學(xué)信息檢測與處理，陰差陽錯地闖進(jìn)了測量領(lǐng)域好的方向——頂天立地，頂天：生命的奧秘是科學(xué)探索的目標(biāo)；立地：治病救人是與人類同在的永恒事業(yè)。我提出的一句話：測量就是科學(xué)，測量就是診斷。試想一下，現(xiàn)在的醫(yī)生沒有儀器如何診斷病情？沒有儀器如何完成手術(shù)？現(xiàn)在想起來，如果沒有從事這一行，將會終身遺憾。
 

　　中國測試新聞中心：迄今為止，您獲得近200項，累計發(fā)表或參與發(fā)表了710多篇學(xué)術(shù)論文，其中SCI檢索論文200多篇，已經(jīng)出版專著37本，取得眾多科研成果。作為科研工作者，能分享一下您對“科學(xué)研究”的看法嗎？
 

　　李剛教授：
 

　　概括說來，取得這些科研成果，一是基于我所研究的領(lǐng)域廣闊，二是因為我的學(xué)生眾多(已經(jīng)畢業(yè)了40位博士和150多位碩士)，加上對學(xué)生的嚴(yán)要求，所以成果較多，特別是發(fā)表的論文，主要歸功于同學(xué)們的工作。
 

　　我一向熱衷于科研工作，一旦有想法就努力去實踐，每一個突破也都欣喜若狂。但這些又要受教師這個“職務(wù)”的影響，每個老師都希望研究生能夠從科研中學(xué)到知識、得到訓(xùn)練，但要結(jié)合每個人自身的基礎(chǔ)，因材施教的培養(yǎng)，從而有利于他們未來的發(fā)展，這樣一來就有很大壓力。說到“專著”，我確實樂在其中，但凡有若干想法，抑或教學(xué)上或科研上有體會就寫上一本，不知不覺就寫了這么一些“專著”，有的也再版快十次。
 

　　簡而言之，做“科研”興趣很重要，教學(xué)過程更多的是自豪，當(dāng)學(xué)生能夠掌握一定的真才實學(xué)，覺得所有的付出都值。
 

　　《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》免費在線課程
 

 

《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》是由李剛教授作為學(xué)術(shù)總策劃執(zhí)導(dǎo)的智慧樹免費在線課程。
 

　　醫(yī)療儀器是永恒的產(chǎn)業(yè)，近幾十年來發(fā)達(dá)國家和我國的醫(yī)療儀器產(chǎn)業(yè)以年均25%的速度增長，在美國年薪水平居所有行業(yè)。醫(yī)療儀器也是保障人民幸福的關(guān)鍵，是醫(yī)療衛(wèi)生水平提高的主要內(nèi)容。同時，《生物醫(yī)學(xué)電子學(xué)》作為生命科學(xué)探索的基礎(chǔ)研究手段，幾乎覆蓋了所有的應(yīng)用電子學(xué)內(nèi)容。本著“學(xué)以致用、講究實效、實事求是”的教學(xué)宗旨，本課理論密切聯(lián)系實際，綜合運用各種手段和方式，達(dá)到“授之以漁”的目的。
 

　　中國測試新聞中心：人體組織的高光譜成像作為您處于先進(jìn)水平的研究之一，能給讀者簡單介紹一下嗎？
 

　　李剛教授：
 

　　我們看的電視、計算機屏幕和彩色照片，這是三個光譜成像，即常說的三原色(成)像。是指每個像素點是發(fā)出(或反射)三個強度不同比率波長的光，人眼看過去就是五彩繽紛的圖像。但如果每個像素點發(fā)出(或反射、或透射)的波長數(shù)從幾十到幾千個，就形成高(多)光譜成像。通過光譜(成像)我們可以了解物質(zhì)成分的含量、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，看過去是同樣白色的鹽、糖、雪花等，他們的發(fā)射光譜、反射光譜和透射光譜就完全不同。但同樣的物質(zhì)、同一種狀態(tài)、同一種結(jié)構(gòu)時，發(fā)出(或反射、或透射)的光譜又是完全一樣，不會改變的，相當(dāng)于每種物質(zhì)，其狀態(tài)與結(jié)構(gòu)一定時，都有自己獨特的光譜
 

　　其實，很多觀察衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、地球勘探衛(wèi)星裝備的都是高(多)光譜成像儀，在農(nóng)作物估產(chǎn)、病蟲害監(jiān)測、地球資源探測、環(huán)境污染監(jiān)測、軍事偵察(如觀察下面的等方面，應(yīng)用極其廣泛。
 

　　我們課題組研究的主要方向是基于高光譜成像的“乳腺腫瘤”快速篩查和基于動態(tài)光譜的動脈血液成分無創(chuàng)分析。
 

 

　　乳腺腫瘤是女性所有的腫瘤中患病率高，死亡率排第五位。乳腺腫瘤有若干特點，一旦患病就發(fā)展迅速，但早期發(fā)現(xiàn)預(yù)后效果不錯，幾乎完全能夠治愈，后遺癥也很輕，但較晚發(fā)現(xiàn)死亡率就很高。如著名女演員陳曉旭、姚貝娜等，她們的痛苦和逝去在我的心頭存在陰影。目前的技術(shù)也能做到早期發(fā)現(xiàn)，如CT、鉬靶、核磁共振成像、正電子成像等，但這些技術(shù)也存在各自的一些問題，如放射線、需要注射顯影劑、價格昂貴、費時太多，難以做到經(jīng)常性檢查。
 

　　多光譜圖成像一旦實現(xiàn)就將成為的保護(hù)婦女的理想，上述現(xiàn)有診斷儀器和設(shè)備的弊端很少，還能極大的降低成本，原來幾百至幾千元的檢測費用現(xiàn)在可以做到幾乎免費，并且操作簡單，在家花幾分鐘就可以完成。這種黑科技實際上是依靠現(xiàn)代光電技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算和人工智能共同完成。
 

　　血液成分分析是臨床診斷基本的依據(jù)之一，不僅在醫(yī)院，在家庭糖尿病患者也需要經(jīng)常進(jìn)行檢查，甚至做到每日數(shù)次。但實際上頻次達(dá)不到這么多，這是由于現(xiàn)有的檢測都是有創(chuàng)的——抽血或扎血！痛苦不說，極容易感染。
 

　　如何實現(xiàn)不抽血就能分析血液成分呢？不抽血如何能得到血液的吸收光譜呢？動態(tài)光譜提出了解決這兩個似乎無法應(yīng)對的一個方法。但從事測量的研究者們都知道：要測得的結(jié)果有意義、可靠、精度高，就需要知道這個測量(過程)存在哪些誤差(因素和來源)，我們又提出了“M+N”理論，為解決復(fù)雜測量提供了一個高效的理論和方法框架(有關(guān)動態(tài)光譜和“M+N”理論的論文近均發(fā)表在APPLIED SPECTROSCOPY REVIEWS上)。
 

　　如同傻瓜相機和手機相機，使用者隨手一拍就能得到高質(zhì)量(不涉及藝術(shù))的作品，隨手一測就能得到血液成分，其背后所需的“技術(shù)含量”可想而知有多“高大上”，或者說技術(shù)要求“有多難”！
 

　　中國測試新聞中心：生物醫(yī)學(xué)工程作為一門新興的邊緣學(xué)科，也涉及到眾多其他學(xué)科的高技術(shù)成果，在您看來，我國目前生物醫(yī)學(xué)工程的研究水平和發(fā)展趨勢如何？
 

　　李剛教授：
 

　　準(zhǔn)確地說，生物醫(yī)學(xué)工程是一門綜合性的前沿學(xué)科，是用工程手段解決醫(yī)學(xué)診療問題和進(jìn)行生命科學(xué)的探索。雖然像其他高科技產(chǎn)業(yè)一樣，在總體水平與上好水平還有差距，但我國的進(jìn)步也越來越快，在個別領(lǐng)域也有的水平，如重慶醫(yī)科大學(xué)研究的高強度超聲波治療腹腔腫瘤的“超聲刀(海扶刀)”，不到一小時就可以完成腫瘤的切除，不出血、不需要專門的手術(shù)室和消毒等術(shù)前準(zhǔn)備，做完手術(shù)就可以走回家。
 

　　中國測試新聞中心：生物醫(yī)學(xué)關(guān)系到人類健康，隨著當(dāng)代社會生活水平的提高，人們對健康越來越重視，這種現(xiàn)實需求催生了該領(lǐng)域哪些研究？現(xiàn)目前存在哪些問題？
 

　　李剛教授：
 

　　這種現(xiàn)實需求的表現(xiàn)形式主要是穿戴式裝置、家庭健康物聯(lián)網(wǎng)。主要包括兩個方面的應(yīng)用：
 

　　(1)早期診斷和慢病管理：早診斷早治療避免到嚴(yán)重的后期再進(jìn)行治療。像“三高”慢病管理就需日常檢測。
 

　　(2)促進(jìn)健康和延年益壽：如運動管理、健康狀態(tài)辨識，屬于治未病和保持健康狀態(tài)的范疇。
 

 

這兩個方面的共同問題是：
 

　　(1)生物醫(yī)學(xué)信息檢測：在醫(yī)院給出比較嚴(yán)苛的條件下都難以測準(zhǔn)，在家庭條件下就更困難，還有嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)制約。
 

　　(2)使用效益：由于這一類效益是長期使用才能有“效果”，很少有人能夠獲得這種“感覺”和收益。
 

　　(3)缺乏完善的支撐平臺：由于這類設(shè)備和應(yīng)用難以得到高精度的數(shù)據(jù)，人們也思考到在一定的精度下可以發(fā)揮這一類數(shù)據(jù)的“多維”(多種信息)和動態(tài)長期記錄的優(yōu)勢，以及潛在的使用者這樣一些“大數(shù)據(jù)”的優(yōu)勢。建立不了這樣的平臺，就無法使穿戴式裝置和家庭健康物聯(lián)網(wǎng)的使用者有獲得感。
 

　　(4)建立上述平臺需要很大的資源(人力、財力)及其持續(xù)地投入。從資本的角度而言，不具備投資價值；從政府的角度，也缺乏動力和能力。
 

　　中國測試新聞中心：先進(jìn)醫(yī)療儀器在我國醫(yī)院的普及情況如何？下一個研究突破口在哪里？
 

　　李剛教授：
 

　　目前幾乎所有種類的先進(jìn)醫(yī)療儀器我國都能夠生產(chǎn)，而且中、低檔的醫(yī)療儀器生產(chǎn)量很大，在占據(jù)大部分產(chǎn)能，因此，先進(jìn)醫(yī)療儀器在我國醫(yī)院基本上普及。
 

　　有兩點需要我們清楚地認(rèn)識：
 

　　(1)診斷儀器“先進(jìn)”的體現(xiàn)在早期、樣本微量或者無創(chuàng)(或微創(chuàng))、快速便捷、成本低廉等方面，這就要求越來越依靠基礎(chǔ)科學(xué)，比如基礎(chǔ)物理、基礎(chǔ)化學(xué)、基礎(chǔ)材料、基礎(chǔ)生命科學(xué)等。先進(jìn)的治療儀器主要依靠高科技產(chǎn)業(yè)的支撐。
 

　　(2)由(1)的邏輯推理：研發(fā)先進(jìn)的醫(yī)療儀器取決于大團(tuán)隊、大資金的持續(xù)積累。愛迪生的時代永遠(yuǎn)地結(jié)束了。
 

　　因此，理論上在診斷儀器和治療儀器都存在突破的可能，但根據(jù)目前的情況，比較大的可能出現(xiàn)在基因和腫瘤早期診斷的儀器。
 

　　中國測試新聞中心：家庭健康物聯(lián)網(wǎng)不僅滿足人們對健康的需求，而且還是當(dāng)下及未來智慧生活的體現(xiàn)，家庭健康物聯(lián)網(wǎng)涉及到比較核心的技術(shù)原理是什么？
 

　　李剛教授：
 

　　其實物聯(lián)網(wǎng)就是兩個方面：一個是生物醫(yī)學(xué)信息的傳感，一個是“網(wǎng)”，這里的網(wǎng)不僅僅是數(shù)據(jù)的傳輸，更重要的是數(shù)據(jù)分析與存儲。
 

 

　　手機一定會成為家庭健康物聯(lián)網(wǎng)的主角！因手機具備天生的網(wǎng)絡(luò)功能、人人寵愛和越來越強的“計算能力”。手機就是一個信息集散中心。本身配上或“外掛”各種傳感器，將成為威力無比的“健康伴侶”，呵護(hù)著人們的健康。
 

　　我們團(tuán)隊的主要工作也基本上是圍繞上述內(nèi)容展開。
 

　　“第一屆中國測試學(xué)術(shù)影響力人物”評選活動于2018年9月28日正式結(jié)束。中國測試技術(shù)研究院方正研究員、中國工程物理研究院高楊研究員、新疆計量測試研究院塔依爾·斯拉甫力教授、東南大學(xué)宋愛國教授、西安交通大學(xué)趙玉龍教授、天津大學(xué)李剛教授共6名專家獲得“第一屆中國測試學(xué)術(shù)影響力人物”獎。
 

　　“第一屆中國測試學(xué)術(shù)影響力人物”評選活動自2018年8月1日開展以來，受到全國各地計量測試技術(shù)機構(gòu)、科研院所、高等院校的廣泛關(guān)注與支持。
 

　　活動共近百人參加，通過以學(xué)術(shù)論文、專著、、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程規(guī)范、獲獎情況、科研項目及社會效益等為指標(biāo)對學(xué)術(shù)成果進(jìn)行嚴(yán)格評議，結(jié)合大眾網(wǎng)絡(luò)評選(以有效票數(shù)為計)，終產(chǎn)生6名“第一屆中國測試學(xué)術(shù)影響力人物”。他們秉持不斷探索、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精益求精的科研精神，在計量測試工作領(lǐng)域發(fā)揮著創(chuàng)新創(chuàng)造熱情和模范帶頭作用，引導(dǎo)更多的計量測試工作者積極投身計量測試科學(xué)研究和創(chuàng)新型國家建設(shè)偉大實踐。
 

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