多学科融合创新驱动“健康中国”

胡洁 陈斌 王伶羽 戚进

关键词：“健康中国” 多学科融合 创新设计 中西医结合 高新技术赋能

引言

健康是广大人民群众追求幸福生活的必要条件，是社会经济繁荣发展的基本保障，也是民族昌盛和国家富强的重要标志。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》提出，把保障人民的健康放在优先发展的战略位置，深入实施健康中国行动[1]。“健康中国”的落实是适应我国社会主要矛盾变化、满足人民美好生活需要的要求，是实现“十四五”规划和2035 年远景目标的战略选择。在“健康中国”战略的发展过程中，健康类产品的创新设计需求量巨大，囊括了保健、医疗、康复等诸多方面，直接决定了人民群众获取健康类服务的质量水平，关乎“健康中国”战略具体落实的成效。因此，迫切需要构建起符合“健康中国”战略发展需求的创新设计理论体系，融合相关领域内的多学科设计资源，共同驱动“健康中国”特色创新设计。

一、“健康中国”多学科融合创新激励模式

多学科融合创新的过程是各个不同学科设计知识的融合过程，这一过程需要有一定的动力激励，主要包括两种激励模式，即以公理设计理论和TRIZ理论为代表的问题激励模式，以及以基于实例设计理论和生物激励设计理论为代表的设计解激励模式[2][3]。其中，问题激励模式在产品设计功能创新方面具有优势，但形成的设计结果通常停留在概念层次，有待进一步细化。而设计解激励模式所得到的设计结果则较为具体，具有良好的可实施性，但其工作过程不是以功能需求为导向，因而不易命中设计标靶。对于“健康中国”创新设计而言，设计必须是能解决保健、医疗、康复实际问题的;与此同时，设计也必须是易于生产商实施和医护人员维护的。因此，“健康中国”创新设计要求设计问题的靶向性和设计解的可实施性二者兼顾，需要将两种激励模式相互融合，使其相互取长补短，成为一种新的多学科融合创新激励模式。这种激励模式将激励过程分层，并将四种激励模式相互融合，形成融合公理设计和TRIZ的问题激励模块，以及融合基于实例设计和生物激励设计的设计解激励模块，最后通过来回往复的设计流动路线实现二者的相互融合。（图1）

二、多学科融合创新驱动的“健康中国”设计理论和方法

在“健康中国”多学科融合创新激励模式的激励下，公理设计、TRIZ、基于案例设计和生物激励设计交相呼应，共同将涉及保健、医疗、康复等“健康中国”各个方面的学科资源融入创新设计当中，形成了多学科融合创新驱动的“健康中国”设计理论和方法，具体涉及到与哲学的融合、与中西医各门科学的融合、与各门高新技术科学的融合，以及与主观客观各门科学的融合。（见图2）

（一）与哲学的融合——“知行合一”三位一体的哲学思想内核

创新设计是人类认知世界从而改造世界的一类活动，在总的指导思想上需要有正确的认知论和方法论支持，而这些都是哲学研究的探索范围。在中国哲学史上，阳明心学具有重要的地位，其核心思想在于“知行合一”，是一种强调理论结合实际的哲学思想。一方面，阳明心学要求人们从不同角度出发，全方位地对事物进行观察，从而对事物形成全面而客观的认知;另一方面，阳明心学也强调在具体实践过程中，需要正确而有效的方法作为支撑。此外，阳明心学格外注重人类心理因素对事物认知和具体实践的影响，即强调以人为本，这也是其称之为“心学”的原因。如图2所示，将阳明心学的这三点哲学思想内核对应到创新设计上，即全方位的设计需求认知、有效的设计创新方法，以及以人为本的设计评价机制。

（二）与中西医各门科学的融合——中西医融合的设计需求认知体系

重视祖国传统中医药事业的发展，努力促进中西医相互融合是国家的重大战略方针，也是“健康中国”设计理论和方法的关键支撑。祖国医学源远流长，经过数千年的发展，在无数劳动人民和医学先贤的不断尝试、仔细求证和总结归纳之下形成了行之有效、博大精深的理论体系，包括了中医理论哲学、中医诊断学、中药学、中医方剂学和中医经络学等等。而西医强调所有结论的得出都应有事实依据，将整个体系构建在坚实的实验基础之上，并通过严谨的逻辑演绎逐步发展出严密细致的理论体系，包括了细胞生物学、解剖学、生理学、病理学、药理学等。中西医两种体系下多种不同学科的相互融合，驱动了对健康类产品设计需求的多角度、全方位的认知，同时也促使设计师和中西医医生之间更加紧密地相互交流、相互协作，同时从“气血营卫”、“望闻问切”、“辨证论治”、“未病防治”等中医视角，以及“手术治疗”、“药物研发”、“病理研究”、“营养卫生”等西医视角出发，精准定位“健康中国”设计需求。

（三）与各门高新技术科学的融合——高新技术赋能的设计创新方法体系

在进行设计创新的过程中，设计师往往需要采集大量数据，对创新解空间进行大规模探索。这项工作费时费力，单纯依靠人工完成效率低下，需要高新技术的赋能加持。一方面，由于5G通信、物联网技术、虚拟现实等通信技术的不断成熟，万物互联的时代已经逐步到来，设计师的数据采集工作将越来越轻松。例如患者的体征数据，可以通过传感器实时同步和记录，世界各地的医院和研发机构也可以随时共享研究数据、进行远程医疗操作。设计师获得工作所需数据的效率、质量和规模都得到了大幅提升。与此同时，由于人工智能、大数据分析和云计算等技术的不断发展，设计师对这些设计数据的处理能力逐步提升，让设计逐步跨入智能创新的阶段。例如设计师可以采用深度学习技术帮助医生在几秒钟之内根据患者的脸部特征判断其是否患有Ⅱ型糖尿病。设计师也可以利用生成网络技术，根据医生的需求在几秒钟的时间内生成上百个完全不同的病床形态。

（四）与主观客观各门科学的融合——“以人为本”多目标量化的设计评价体系

“以人为本”是“健康中国”战略的人本核心，体现了这一大政方针的人文关怀，要求在健康类产品的设计过程重视使用者的主观感受，因此，健康类产品的创新设计中，设计师需要重视设计和心理学、美学、艺术学之间的融合，利用这些学科的方法得到使用者对产品的主观感受作为设计评价标准。然而，这类评价过程存在主观偏好，其完整性、精确性和确定性都存在问题，需要和信息学、工程设计学知识融合，利用其方法建立多目標量化评价体系，将主观感受权重选择，转化为客观量化权重赋值。此外，建立设计方案评价排序机制，进一步降低设计评价中的主观不确定性，增加其可信度。

三、“健康中国”创新设计案例：小动物多模态分子影像仪

1）“健康中国”在创新药物评估方面的需求

我国已成为世界上最大的生物医药生产国和消费国之一，正逐步成为全球药物创新中心，而我国市场上自主创新药物不足5%，其主要因素之一是创新药物评价的技术手段落后。小动物多模态分子影像仪可显著缩短对新研发药物疗效的评价周期，提高评价的有效性和准确率，降低研发成本。

2）小动物多模态分子影像仪设计的痛点问题

目前国内外大部分小动物分子影像设备是单模态或双模态（PET/CT、SPECT/CT、FMT/CT）设备;国外少数公司开始研发三模态分子影像设备（PET/SPECT/CT和FMT/SPECT/CT），如：GE的Triumph II、Siemens的Inveon、荷兰MILABS的VECTor、柯达的DarkMaster;小动物四模态分子影像系统，目前未见相关报道和专利申请。之所以要创新设计多模态分子影像仪，是为了保证在小动物的药物有效性的前提下，實现多模态的新药评价。因此，如何实现更多模态的分子影像的集成，是需要创新设计的痛点问题。

3）小动物多模态分子影像仪的融合创新设计：

①多学科融合创新设计：通过多学科交叉融合，实现结构成像（X射线断层成像CT）、核素成像（正电子发射断层成像PET与单光子发射断层成像SPECT）与光学成像（荧光分子层析成像FMT）的优势互补，四种模式集合到一个系统中，配合相应的硬件电路和软件算法处理，将产生1+1+1+1>4的效果;

②交互式的形态设计：实现了需求驱动的设计形态学研究，从交互设计的角度分析了需求的驱动机制，开展了心理物理学实验研究，构建了规则类知识模型，有效解决了用户体验、美学、功能、性能等一体化的形态创新设计;③艺术与科学的融合设计：实现了审美功能与实用功能融合的创新方法，综合考虑了具有主观不确定性的审美与具有客观确定性的量化指标，兼顾了用户体验、审美功能与实用功能。

基于以上的设计方法，上海交通大学胡洁教授团队利用融合创新的设计思维，将四种模态的影像直接融合，创造性地研发出小动物多模态分子影像仪，给研发人员呈现出更直观、更易于理解、更准确、更稳定的融合影像。在它的帮助下，小动物的身体犹如透明了一般，新药研发人员可以方便、精确地定位小动物体内药物的位置和运行路径，也可以更直观地观察小动物体内的血液流动、营养物质代谢，小动物对药物的生理、病理反应一目了然，极大方便了新药研发人员的工作，同时也提高了新药评估的有效性和准确率。（见图3）

总结

本文针对“健康中国”战略的发展需求，构建了“健康中国”多学科融合创新激励模式，以及多学科融合创新驱动的“健康中国”设计理论和方法。将公理设计理论、TRIZ理论、基于实例设计理论和生物激励设计理论融合为统一的设计框架，实现了设计和哲学的融合、设计和中西医各门科学的融合、设计和各门高新技术科学的融合，以及设计和主客观各门科学的融合，并以小动物多模态融合影像仪为案例开展了融合创新设计实践，为“健康中国”战略构建起了具有特色的多学科融合创新设计体系，助力战略的具体推进实施。