【编者按】上海交通大学与上海第二医科大学强强合并20年来，学校专门设立“医工交叉”研究基金，通过持续搭建平台、探索机制，实现了医学与理工科的深度交叉，培育出多项国家级科研成果，为学校整体实力和学科建设水平实现跨越式提升提供了有力支撑。为反映全校在医工交叉领域的探索经验和取得的不凡成就，新闻网将陆续刊发其中的优秀案例，以期梳理发展历程、总结实践真知，进一步激励广大教职医务工作者深耕交叉融合领域，为推动科技创新、医学发展，早日实现健康中国战略作出新的更大贡献。

孙锟，主任医师，国家二级教授，博士生导师，上海交通大学医学院儿科学院院长，上海交通大学医学院附属新华医院院长、新华儿童医院院长、胎儿医院(筹)院长，先天性心脏病诊治技术与器械教育部工程中心主任，国家教委重点学科儿科学学科带头人，上海市教委小儿心血管重点学科带头人，国务院政府特殊津贴专家。孙锟从事儿内科临床工作38年，是中国小儿心血管领域具有重要国际影响力的学科带头人，在国际上首创宫内儿科学。担任中华医学会儿科学分会主任委员、亚洲太平洋儿科学会常委、第六届亚太小儿心血管学会主席、亚太儿科学会常委(东亚仅2名)等职务。主编《儿科学》《小儿内科学》等国家级规划教材及专著11本。作为第一/通讯作者在 Circulation、Lancet Digital Health等期刊发表论文211篇，牵头制订推广专家共识2项，中国/国际发明专利15项，获国家科技进步奖二等奖、国家优秀教材二等奖、上海市科技进步一等奖及宋庆龄儿科医学奖各1项。 

心脏虽然是一个有4个腔室的空腔脏器，但与能够通过内窥镜检查的膀胱、胃、结肠、胆道、子宫等空腔脏器不同，它无法直接照镜查看，因为里面充满血液，难以看清。所以要研究和治疗心血管疾病，第一步“观察”和掌握病灶就是难点。孙锟与合作团队迎难而上，制订了先天性心脏病的诊断规范，并在全球推广。同时，不断创新先天性心脏病治疗方法，连出“奇招”，开创先天性心脏病胎儿手术疗法，孩子还没降生就在妈妈腹中治好了心脏病。这一切魔法般的奇迹背后，是医者仁心，也是医工智慧。

打破正方“毛估估”，建构心脏三维数据 

孙锟在攻读硕士学位时，曾被老师建议研究中国儿童先天性心脏病中的右心功能。因为中国人右心发育不良或功能不好的情况比较多，而国外则更多存在左心问题，所以关于右心研究的药物相对较少。而在开展研究的过程中，孙锟深感心脏构型的复杂，“有流出道、流入道，还有复杂的几何形状”。他介绍，左心室的功能研究通常是基于几何构型假设的，比如我们现在临床常用的射血分数就是基于左心室腔是正方体的假设。然而，左心室怎么可能是正方体呢? 这个假设一直在使用，但它并不准确。为了更准确地评估心脏功能，需要找到新的方法。

孙锟回忆，他当时做了许多假设和模型，甚至去菜市场买猪心来做实验。尝试用硅橡胶制作右心室腔的结构模型，然后琢磨应该如何计算其功能。在这个过程中，他遇到了很多挑战，也学到了很多。也是从那时候开始，他意识到很多事情需要自己去创新。硕士在读期间，在老师的引荐下，他与超声设备研究领域的专家——复旦大学王威琪教授团队一起工作，开启了自己的医工交叉之路。“我们研究了一些与超声相关的课题，利用计算机方法来辅助我们的研究。这段经历对我后来的职业发展产生了深远的影响。”孙锟表示。

在研究右心功能的过程中，孙锟发现右心室长度的测量方法即镜像法检测，虽然可行，但准确性和结构复杂性都限制了其应用。为了更精准地计算右心室的容量，他与图像处理领域的专家——复旦大学的边隆祥教授合作， 研发了一台三维超声机器。“这台机器虽然看起来像个大炮，但能够通过逐层扫描和图像重建，得到三维数据，并进行计算。”他说道。后来，他们又申请到了国家自然科学基金，用于进一步研究三维超声心动图在先天性心脏病中的应用。当时国际上已经有了三维超声技术，但主要应用于成人冠心病等领域。先天性心脏病是空间结构畸形，需要更精准的评估方法。他们合作利用三维超声心动图进行先天性心脏病的诊断，并制订了相应的规范。这一成果在全球范围内都是领先的。孙锟认为，这种跨学科的合作推动了医工交叉的发展，更重要的是为患者带来了实实在在的好处。

孙锟对儿童进行心脏病超声检查 

导弹与心脏瓣膜，三维游戏与虚拟内窥镜 

孙锟坚信，做科研最重要的是解决实际问题，而非局限于实验室内的细 胞培养或动物实验。他深刻地意识到，医学的发展离不开多学科的协同合作， 尤其是工程学和医学的结合。这也需要医生始终保持对问题的敏感度，在临床过程中发现问题，并不断设想、实践从而解决问题。在这些问题中，有两个案例最是“跨界”。

一是导弹与心脏瓣膜的关联。在临床中，孙锟发现先天性心脏病二尖瓣的问题很重要。二尖瓣是心脏的一个重要瓣膜，手术后必须关闭良好，以确保血液能够顺利流向主动脉和全身。然而，有些患者存在二尖瓣反流的问题， 这可能是由于“门框变大”“材料松弛”等原因。为了解决这个问题，需要找到反流的原因。

当时，孙锟与上海交通大学的杨新教授在国家自然科学基金的资助下，共同开展了多项医工交叉研究。在合作讨论中，他受到导弹发射的启发，萌生了将运动估计技术应用于心脏瓣膜开合模拟的想法。孙锟介绍：“你看，导弹在发射前就能精确计算出它的飞行轨迹和落点，同样地，心脏瓣膜在开关过程中，我们也可以通过计算来预测其运动状态。”导弹和心脏瓣膜，看似毫无关联，却在医生和工程师的大胆设想和科学尝试下，成了解决问题的“神来之笔”。他们由此共同开发了一款软件，能够模拟二尖瓣的收缩和舒张过程，并估计其运动轨迹。这款软件可以帮助外科医生更准确地判断反流的原因，并制订相应的修复方案。

另一个是三维游戏与虚拟内窥镜的联想。孙锟自述，看到孩子玩的三维游戏中有预设的场景和情节：“比如你扮演一个战士，拿着枪进入隧道，过一 段时间后会有敌人跳出来，你需要打败他。”由此，他联想到，既然游戏可以设计成这样，那为什么不能将这种方法应用于心脏病的诊断呢?如果将三维游戏的场景设定为心脏，那么就可以进入心脏内部进行观察。于是他萌生了利用虚拟现实技术制作心脏虚拟内窥镜的想法。

当时已经有了三维超声技术，它可以显示心脏的结构，而忽略掉血液， 这样就可以采集到心脏的超声图像，并进行重建，然后用VR 技术形成一个虚拟的环境，当诊断复杂的心脏疾病时，就像是打电子游戏一样。原来无法预知心脏内部的情况，现在可以从下腔静脉一直观察到心脏的各个部位，如房间隔上的洞，或者二尖瓣的活动情况。这就是虚拟内窥镜的神奇之处。“我们成功研发了全世界第一台针对先天性心脏病的‘卫星系统’。”孙锟兴奋地说。

孙锟(右二)带领团队进行小儿先天性心脏病筛查 

研发可吸收支架，解除儿童血管的“生长枷锁” 

传统金属支架虽然在成人领域应用成熟，但植入儿童体内后会成为刚性束缚，无法随血管自然生长，从而导致固定性狭窄。术后，随着患儿年龄增长，原本匹配的支架会逐渐变得相对狭窄，可能产生血流受阻、心脏负荷加重等后果。此外，临床上常见到患儿在植入金属支架数年后，不得不进行二次干预的情况，这不仅增加手术风险，也对患儿家庭造成了心理和经济压力。 因此，儿童血管需要打破“成长枷锁”。

“这就是我们研发儿童专用可吸收大血管支架的原因。”孙锟表示。生物可吸收支架的核心优势在于其临时支撑和可降解的特性，它在植入后可为血管提供必要的力学支撑，促进血管功能恢复，随后逐步降解为无毒产物，最终被机体完全吸收。这一过程与儿童血管的生长周期同步：支架降解前，血管已重塑；支架降解后，血管恢复自然生长能力，从而避免了因支架禁锢导致的再狭窄问题，减少了需要做二次手术的风险。

研发儿童专用血管支架面临关键难题是，将支架缩小到适合儿童血管的尺寸，并通过导管输送系统植入血管后，若其不能保持稳定的管状结构，就可能发生塌陷或被周围组织压缩，从而失去支撑功能。那么，如何让支架保持稳定的管状结构，避免塌陷呢?其实灵感往往来源于生活。孙锟偶然从一个普通的牙签袋上获得了启发。撕开牙签袋的一端，取出牙签，再撕开另一端，牙签袋就成了一张平展的纸片。如果以特定方式捏合和展开，它可以形成管状，却难以维持稳定。这让他意识到，二维平面材料在三维空间中的形态稳定性正是问题的核心。孙锟表示，这意味着支架需要一种能够“自锁定”的结构设计。

基于这个思路，孙锟团队通过多次实验和改进成功研发了新型支架，并申报了一项发明专利——滑扣式可吸收支架。这项发明的核心思路类似于用一张纸卷成一个圆环——初始状态下，支架可被压缩输送至病变部位，之后通过球囊扩张的方式将它撑开至预定尺寸。这项发明的关键创新在于，孙锟团队设计了一个独特的“滑扣”结构，就像是为纸环加上了一个锁扣， 一旦支架被撑开，这个环扣就会自动固定其形态，使支架既不会回缩、也不会过度扩张，从而实现对血管的稳定支撑。

这是一项融合了材料学、力学和临床医学的系统性创新。孙锟感慨道：“技术创新离不开灵感的闪现，但更需要的，是持之以恒的努力和对每一个细节的执着关注。”从结构设计、材料选择，到降解周期的控制，每一个环节都凝聚着团队多年的心血与反复验证。孙锟团队进行了大量的研究和实验，在生物可吸收血管支架领域取得了突破性的进展。

孙锟(右)进行小儿心脏病手术 

首创宫内儿科学，使严重先天性心脏病胎儿健康降生 

一些胎儿期的严重先天性心脏病，会因为胎儿出生后血液循环状态不佳而导致胎儿无法存活。对于这部分胎儿，宫内治疗可能是延续其生命的唯一 途径。主动脉瓣狭窄就是在胎儿期可诊断的一种严重先天性心脏病，出生后干预效果不佳。

作为新华医院研究团队负责人，孙锟进行了理论创新，创造性地提出了“宫内儿科学”的概念。宫内儿科学是一门以发育源性疾病防治为目的，研究从受精卵开始直至围生期的胎儿疾病早期预防、筛查、诊断及治疗的学科。 宫内儿科疾病多学科诊治团队打破了原有的学科壁垒，通过产科、儿科、遗传等学科的交叉合作与创新，建立了以宫内儿科疾病诊治中心为平台的多学科诊疗团队模式，为孕育生命保驾护航。

2018年的夏天，亚洲首例宫内介入球囊扩张解除主动脉瓣狭窄手术在新华医院儿科心脏中心完成。接受手术的这位准妈妈是在孕24周时经胎儿超声诊断为胎儿心脏主动脉瓣狭窄的。孕妇强烈要求保留这个新生命，并转至新华医院，尽一切可能为孩子争取生的希望。在30分钟的手术时间里， 一根导丝经历了一段神奇的旅程：穿刺通过孕妈妈的腹壁、子宫、羊水，胎儿的胸壁、心脏、主动脉瓣，由球囊扩张狭窄的主动脉瓣，最后撤离导管。经过这次具有开创性的手术，胎儿主动脉瓣狭窄由极重度减轻为轻到中度，极大地促进了左心发育，减轻了心脏负荷，患儿于一个多月后健康降生。

说起宫内治疗，孙锟特别提到：“一个很大的挑战就是胎儿的胎位问题。 这同样源自临床的实际需求。”在进行宫内手术时，由于胎儿的心脏很小，手术过程虽然只有半小时，但手术准备过程却可能长达一天。而且胎儿的胎位至关重要。如果胎儿趴着，导丝就无法从背部穿刺进入，只有当胎儿脸朝上， 心尖位置适宜时，导丝才能穿过胸壁，进入心脏进行手术。所以，在产科时，时常需要费尽心思调整胎儿的胎位，甚至播放音乐、让妈妈吃巧克力来刺激胎儿活动，期待胎儿能转到合适的胎位。这样的等待往往既漫长又煎熬。

为了解决这一问题，孙锟目前在医工结合领域的重点工作就是研发一种柔性微小化的机器人导管，无论胎儿处于何种胎位，该导管进入，确保穿刺到胎儿的心脏。一旦导管成功进入，后续的手术就能在半小时内完成。这也是宫内机器人治疗的研究方向。“现在，我正在与上海交通大学医疗机器人研究院杨广中院士合作，我们共同设立了一个基金，旨在推进人工智能机器人在医疗领域的应用。”以人工智能赋能医学、造福民生，孙锟充满信心和期待 。 

心系基层医疗，心向未来创新 

许多先天性心脏病患儿在早期并未得到及时诊断，常常因为感冒、发烧等症状反复就医，却未能被医生及时发现。这让孙意识到，基层医疗机构的诊断能力亟待提升，于是他和团队决定利用人工智能技术，将他多年的听诊经验转化为算法，帮助基层医生提升诊断水平。近期，他们计划前往青海和云南进行严格的现场验证，评估基层医生在使用智能听诊器后的诊断水平提升情况。孙锟说：“我希望通过这种方式，帮助基层医生提高听诊水平，从而更好地服务患者。”

他同时提到，团队正在研发第二代和第三代产品，将加入更多功能，如通过摄像头观察孩子的微表情变化，判断孩子哭泣是出于饥饿、生病还是其他原因。

这个项目还得到了盖茨基金会的青睐，获得了115万美元的支持，用于将技术引入非洲，改善当地相对落后的医疗水平。他感慨道：“基层医疗的初衷本就不在于盈利，尤其是在经济条件较差的地区，人们往往没有足够的财力购买这些设备。”为了实现这一目标，他和团队开展了许多公益项目，通过筹集资金生产设备，并免费赠送给有需要的家庭和市场。2024年，他们已经成功转化了500万元资金用于这一事业。

推动基层医疗水平提升同样离不开人才的培养。孙锟表示，新华医院将进一步深化与上海交通大学的合作，着力培养更多具备医工交叉能力的下一 代创新者。他勉励医学生：“如果你有想法并在努力，而别人还处于迷茫状态，那么他们可能无法抓住眼前的机会。机会总是留给有准备的人。”如何准备?那就是深入理解医学，深入探索发现，根据自己遇到的难题走出一条属于自己的医工交叉之路。

(摘自《交叉融合 医工同行 上海交通大学医工交叉二十年》 上海交通大学出版社 2025年11月第一版 主编 曾小勤 郑俊克 李冬凉）