多學(xué)科融合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)“健康中國(guó)”

胡潔 陳斌 王伶羽 戚進(jìn)

關(guān)鍵詞：“健康中國(guó)” 多學(xué)科融合 創(chuàng)新設(shè)計(jì) 中西醫(yī)結(jié)合 高新技術(shù)賦能

引言

健康是廣大人民群眾追求幸福生活的必要條件，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展的基本保障，也是民族昌盛和國(guó)家富強(qiáng)的重要標(biāo)志。《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，把保障人民的健康放在優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略位置，深入實(shí)施健康中國(guó)行動(dòng)[1]。“健康中國(guó)”的落實(shí)是適應(yīng)我國(guó)社會(huì)主要矛盾變化、滿足人民美好生活需要的要求，是實(shí)現(xiàn)“十四五”規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)的戰(zhàn)略選擇。在“健康中國(guó)”戰(zhàn)略的發(fā)展過(guò)程中，健康類產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)需求量巨大，囊括了保健、醫(yī)療、康復(fù)等諸多方面，直接決定了人民群眾獲取健康類服務(wù)的質(zhì)量水平，關(guān)乎“健康中國(guó)”戰(zhàn)略具體落實(shí)的成效。因此，迫切需要構(gòu)建起符合“健康中國(guó)”戰(zhàn)略發(fā)展需求的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論體系，融合相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的多學(xué)科設(shè)計(jì)資源，共同驅(qū)動(dòng)“健康中國(guó)”特色創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

一、“健康中國(guó)”多學(xué)科融合創(chuàng)新激勵(lì)模式

多學(xué)科融合創(chuàng)新的過(guò)程是各個(gè)不同學(xué)科設(shè)計(jì)知識(shí)的融合過(guò)程，這一過(guò)程需要有一定的動(dòng)力激勵(lì)，主要包括兩種激勵(lì)模式，即以公理設(shè)計(jì)理論和TRIZ理論為代表的問(wèn)題激勵(lì)模式，以及以基于實(shí)例設(shè)計(jì)理論和生物激勵(lì)設(shè)計(jì)理論為代表的設(shè)計(jì)解激勵(lì)模式[2][3]。其中，問(wèn)題激勵(lì)模式在產(chǎn)品設(shè)計(jì)功能創(chuàng)新方面具有優(yōu)勢(shì)，但形成的設(shè)計(jì)結(jié)果通常停留在概念層次，有待進(jìn)一步細(xì)化。而設(shè)計(jì)解激勵(lì)模式所得到的設(shè)計(jì)結(jié)果則較為具體，具有良好的可實(shí)施性，但其工作過(guò)程不是以功能需求為導(dǎo)向，因而不易命中設(shè)計(jì)標(biāo)靶。對(duì)于“健康中國(guó)”創(chuàng)新設(shè)計(jì)而言，設(shè)計(jì)必須是能解決保健、醫(yī)療、康復(fù)實(shí)際問(wèn)題的;與此同時(shí)，設(shè)計(jì)也必須是易于生產(chǎn)商實(shí)施和醫(yī)護(hù)人員維護(hù)的。因此，“健康中國(guó)”創(chuàng)新設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)問(wèn)題的靶向性和設(shè)計(jì)解的可實(shí)施性二者兼顧，需要將兩種激勵(lì)模式相互融合，使其相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，成為一種新的多學(xué)科融合創(chuàng)新激勵(lì)模式。這種激勵(lì)模式將激勵(lì)過(guò)程分層，并將四種激勵(lì)模式相互融合，形成融合公理設(shè)計(jì)和TRIZ的問(wèn)題激勵(lì)模塊，以及融合基于實(shí)例設(shè)計(jì)和生物激勵(lì)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)解激勵(lì)模塊，最后通過(guò)來(lái)回往復(fù)的設(shè)計(jì)流動(dòng)路線實(shí)現(xiàn)二者的相互融合。（圖1）

二、多學(xué)科融合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的“健康中國(guó)”設(shè)計(jì)理論和方法

在“健康中國(guó)”多學(xué)科融合創(chuàng)新激勵(lì)模式的激勵(lì)下，公理設(shè)計(jì)、TRIZ、基于案例設(shè)計(jì)和生物激勵(lì)設(shè)計(jì)交相呼應(yīng)，共同將涉及保健、醫(yī)療、康復(fù)等“健康中國(guó)”各個(gè)方面的學(xué)科資源融入創(chuàng)新設(shè)計(jì)當(dāng)中，形成了多學(xué)科融合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的“健康中國(guó)”設(shè)計(jì)理論和方法，具體涉及到與哲學(xué)的融合、與中西醫(yī)各門(mén)科學(xué)的融合、與各門(mén)高新技術(shù)科學(xué)的融合，以及與主觀客觀各門(mén)科學(xué)的融合。（見(jiàn)圖2）

（一）與哲學(xué)的融合——“知行合一”三位一體的哲學(xué)思想內(nèi)核

創(chuàng)新設(shè)計(jì)是人類認(rèn)知世界從而改造世界的一類活動(dòng)，在總的指導(dǎo)思想上需要有正確的認(rèn)知論和方法論支持，而這些都是哲學(xué)研究的探索范圍。在中國(guó)哲學(xué)史上，陽(yáng)明心學(xué)具有重要的地位，其核心思想在于“知行合一”，是一種強(qiáng)調(diào)理論結(jié)合實(shí)際的哲學(xué)思想。一方面，陽(yáng)明心學(xué)要求人們從不同角度出發(fā)，全方位地對(duì)事物進(jìn)行觀察，從而對(duì)事物形成全面而客觀的認(rèn)知;另一方面，陽(yáng)明心學(xué)也強(qiáng)調(diào)在具體實(shí)踐過(guò)程中，需要正確而有效的方法作為支撐。此外，陽(yáng)明心學(xué)格外注重人類心理因素對(duì)事物認(rèn)知和具體實(shí)踐的影響，即強(qiáng)調(diào)以人為本，這也是其稱之為“心學(xué)”的原因。如圖2所示，將陽(yáng)明心學(xué)的這三點(diǎn)哲學(xué)思想內(nèi)核對(duì)應(yīng)到創(chuàng)新設(shè)計(jì)上，即全方位的設(shè)計(jì)需求認(rèn)知、有效的設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法，以及以人為本的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)機(jī)制。

（二）與中西醫(yī)各門(mén)科學(xué)的融合——中西醫(yī)融合的設(shè)計(jì)需求認(rèn)知體系

重視祖國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)藥事業(yè)的發(fā)展，努力促進(jìn)中西醫(yī)相互融合是國(guó)家的重大戰(zhàn)略方針，也是“健康中國(guó)”設(shè)計(jì)理論和方法的關(guān)鍵支撐。祖國(guó)醫(yī)學(xué)源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)數(shù)千年的發(fā)展，在無(wú)數(shù)勞動(dòng)人民和醫(yī)學(xué)先賢的不斷嘗試、仔細(xì)求證和總結(jié)歸納之下形成了行之有效、博大精深的理論體系，包括了中醫(yī)理論哲學(xué)、中醫(yī)診斷學(xué)、中藥學(xué)、中醫(yī)方劑學(xué)和中醫(yī)經(jīng)絡(luò)學(xué)等等。而西醫(yī)強(qiáng)調(diào)所有結(jié)論的得出都應(yīng)有事實(shí)依據(jù)，將整個(gè)體系構(gòu)建在堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，并通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬔堇[逐步發(fā)展出嚴(yán)密細(xì)致的理論體系，包括了細(xì)胞生物學(xué)、解剖學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)、藥理學(xué)等。中西醫(yī)兩種體系下多種不同學(xué)科的相互融合，驅(qū)動(dòng)了對(duì)健康類產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求的多角度、全方位的認(rèn)知，同時(shí)也促使設(shè)計(jì)師和中西醫(yī)醫(yī)生之間更加緊密地相互交流、相互協(xié)作，同時(shí)從“氣血營(yíng)衛(wèi)”、“望聞問(wèn)切”、“辨證論治”、“未病防治”等中醫(yī)視角，以及“手術(shù)治療”、“藥物研發(fā)”、“病理研究”、“營(yíng)養(yǎng)衛(wèi)生”等西醫(yī)視角出發(fā)，精準(zhǔn)定位“健康中國(guó)”設(shè)計(jì)需求。

（三）與各門(mén)高新技術(shù)科學(xué)的融合——高新技術(shù)賦能的設(shè)計(jì)創(chuàng)新方法體系

在進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新的過(guò)程中，設(shè)計(jì)師往往需要采集大量數(shù)據(jù)，對(duì)創(chuàng)新解空間進(jìn)行大規(guī)模探索。這項(xiàng)工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，單純依靠人工完成效率低下，需要高新技術(shù)的賦能加持。一方面，由于5G通信、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等通信技術(shù)的不斷成熟，萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代已經(jīng)逐步到來(lái)，設(shè)計(jì)師的數(shù)據(jù)采集工作將越來(lái)越輕松。例如患者的體征數(shù)據(jù)，可以通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)同步和記錄，世界各地的醫(yī)院和研發(fā)機(jī)構(gòu)也可以隨時(shí)共享研究數(shù)據(jù)、進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療操作。設(shè)計(jì)師獲得工作所需數(shù)據(jù)的效率、質(zhì)量和規(guī)模都得到了大幅提升。與此同時(shí)，由于人工智能、大數(shù)據(jù)分析和云計(jì)算等技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)計(jì)師對(duì)這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的處理能力逐步提升，讓設(shè)計(jì)逐步跨入智能創(chuàng)新的階段。例如設(shè)計(jì)師可以采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)幫助醫(yī)生在幾秒鐘之內(nèi)根據(jù)患者的臉部特征判斷其是否患有Ⅱ型糖尿病。設(shè)計(jì)師也可以利用生成網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，根據(jù)醫(yī)生的需求在幾秒鐘的時(shí)間內(nèi)生成上百個(gè)完全不同的病床形態(tài)。

（四）與主觀客觀各門(mén)科學(xué)的融合——“以人為本”多目標(biāo)量化的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)體系

“以人為本”是“健康中國(guó)”戰(zhàn)略的人本核心，體現(xiàn)了這一大政方針的人文關(guān)懷，要求在健康類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程重視使用者的主觀感受，因此，健康類產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師需要重視設(shè)計(jì)和心理學(xué)、美學(xué)、藝術(shù)學(xué)之間的融合，利用這些學(xué)科的方法得到使用者對(duì)產(chǎn)品的主觀感受作為設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。然而，這類評(píng)價(jià)過(guò)程存在主觀偏好，其完整性、精確性和確定性都存在問(wèn)題，需要和信息學(xué)、工程設(shè)計(jì)學(xué)知識(shí)融合，利用其方法建立多目標(biāo)量化評(píng)價(jià)體系，將主觀感受權(quán)重選擇，轉(zhuǎn)化為客觀量化權(quán)重賦值。此外，建立設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)排序機(jī)制，進(jìn)一步降低設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中的主觀不確定性，增加其可信度。

三、“健康中國(guó)”創(chuàng)新設(shè)計(jì)案例：小動(dòng)物多模態(tài)分子影像儀

1）“健康中國(guó)”在創(chuàng)新藥物評(píng)估方面的需求

我國(guó)已成為世界上最大的生物醫(yī)藥生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)之一，正逐步成為全球藥物創(chuàng)新中心，而我國(guó)市場(chǎng)上自主創(chuàng)新藥物不足5%，其主要因素之一是創(chuàng)新藥物評(píng)價(jià)的技術(shù)手段落后。小動(dòng)物多模態(tài)分子影像儀可顯著縮短對(duì)新研發(fā)藥物療效的評(píng)價(jià)周期，提高評(píng)價(jià)的有效性和準(zhǔn)確率，降低研發(fā)成本。

2）小動(dòng)物多模態(tài)分子影像儀設(shè)計(jì)的痛點(diǎn)問(wèn)題

目前國(guó)內(nèi)外大部分小動(dòng)物分子影像設(shè)備是單模態(tài)或雙模態(tài)（PET/CT、SPECT/CT、FMT/CT）設(shè)備;國(guó)外少數(shù)公司開(kāi)始研發(fā)三模態(tài)分子影像設(shè)備（PET/SPECT/CT和FMT/SPECT/CT），如：GE的Triumph II、Siemens的Inveon、荷蘭MILABS的VECTor、柯達(dá)的DarkMaster;小動(dòng)物四模態(tài)分子影像系統(tǒng)，目前未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道和專利申請(qǐng)。之所以要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)多模態(tài)分子影像儀，是為了保證在小動(dòng)物的藥物有效性的前提下，實(shí)現(xiàn)多模態(tài)的新藥評(píng)價(jià)。因此，如何實(shí)現(xiàn)更多模態(tài)的分子影像的集成，是需要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)的痛點(diǎn)問(wèn)題。

3）小動(dòng)物多模態(tài)分子影像儀的融合創(chuàng)新設(shè)計(jì)：

①多學(xué)科融合創(chuàng)新設(shè)計(jì)：通過(guò)多學(xué)科交叉融合，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)成像（X射線斷層成像CT）、核素成像（正電子發(fā)射斷層成像PET與單光子發(fā)射斷層成像SPECT）與光學(xué)成像（熒光分子層析成像FMT）的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，四種模式集合到一個(gè)系統(tǒng)中，配合相應(yīng)的硬件電路和軟件算法處理，將產(chǎn)生1+1+1+1>4的效果;

②交互式的形態(tài)設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)了需求驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)形態(tài)學(xué)研究，從交互設(shè)計(jì)的角度分析了需求的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，開(kāi)展了心理物理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，構(gòu)建了規(guī)則類知識(shí)模型，有效解決了用戶體驗(yàn)、美學(xué)、功能、性能等一體化的形態(tài)創(chuàng)新設(shè)計(jì);③藝術(shù)與科學(xué)的融合設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)了審美功能與實(shí)用功能融合的創(chuàng)新方法，綜合考慮了具有主觀不確定性的審美與具有客觀確定性的量化指標(biāo)，兼顧了用戶體驗(yàn)、審美功能與實(shí)用功能。

基于以上的設(shè)計(jì)方法，上海交通大學(xué)胡潔教授團(tuán)隊(duì)利用融合創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維，將四種模態(tài)的影像直接融合，創(chuàng)造性地研發(fā)出小動(dòng)物多模態(tài)分子影像儀，給研發(fā)人員呈現(xiàn)出更直觀、更易于理解、更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定的融合影像。在它的幫助下，小動(dòng)物的身體猶如透明了一般，新藥研發(fā)人員可以方便、精確地定位小動(dòng)物體內(nèi)藥物的位置和運(yùn)行路徑，也可以更直觀地觀察小動(dòng)物體內(nèi)的血液流動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝，小動(dòng)物對(duì)藥物的生理、病理反應(yīng)一目了然，極大方便了新藥研發(fā)人員的工作，同時(shí)也提高了新藥評(píng)估的有效性和準(zhǔn)確率。（見(jiàn)圖3）

總結(jié)

本文針對(duì)“健康中國(guó)”戰(zhàn)略的發(fā)展需求，構(gòu)建了“健康中國(guó)”多學(xué)科融合創(chuàng)新激勵(lì)模式，以及多學(xué)科融合創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的“健康中國(guó)”設(shè)計(jì)理論和方法。將公理設(shè)計(jì)理論、TRIZ理論、基于實(shí)例設(shè)計(jì)理論和生物激勵(lì)設(shè)計(jì)理論融合為統(tǒng)一的設(shè)計(jì)框架，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和哲學(xué)的融合、設(shè)計(jì)和中西醫(yī)各門(mén)科學(xué)的融合、設(shè)計(jì)和各門(mén)高新技術(shù)科學(xué)的融合，以及設(shè)計(jì)和主客觀各門(mén)科學(xué)的融合，并以小動(dòng)物多模態(tài)融合影像儀為案例開(kāi)展了融合創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐，為“健康中國(guó)”戰(zhàn)略構(gòu)建起了具有特色的多學(xué)科融合創(chuàng)新設(shè)計(jì)體系，助力戰(zhàn)略的具體推進(jìn)實(shí)施。