【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。

郑元义，上海交通大学特聘教授(二级教授),主任医师，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，上海交通大学医学院附属第六人民医院副院长，上海市神经超声影像诊疗重点实验室主任，上海交通大学医学院装备与技术研究院副院长，上海市教委重点创新团队“神经超声调控与影像监控”负责人，上海超声医学研究所副所长。目前担任中华医学会超声医学分会副主任委员、中国超声医学工程学会肌骨委员会副主任委员等职务。入选“国家百千万人才工程”,被授予“国家有突出贡献中青年专家”称号，入选科技部“创新人才推进计划”、中青年科技创新领军人才、教育部“优秀新世纪人才支持计划”、上海交通大学“双百人计划”。主要研究方向为超声新技术研发、神经超声调控与影像监控。承担国家自然科学基金重点项目、重点国际合作项目、国家重点研发项目等14项。发表SCI论文100余篇，多次入选美国斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单。成果转化6项，获医疗器械注册证3项，研发成果服务于国家航天等重大研究任务。

2022年7月，一台中国拥有自主知识产权的、应用于肌骨成像的新式B 超机正式进入临床研究应用，这款名为“肌骨超声断层成像系统”的B超机能看清血管、神经、骨骼的实时图像，颠覆了传统B超的成像概念。相对于CT成像，传统B超有着无辐射、应用灵活、实时动态成像等优点，缺点则是信噪比相对较低，对于声波难以穿透的骨骼，难有用武之地。而肌骨超声断层成像技术克服了这些困难，并且操作简便，可以在床旁检查。原来有些必须借助磁共振、CT等手段进行的检查项目，由于患者体内有金属或幽闭恐惧症等原因不能做，现在利用肌骨超声就可实现。

这项造福患者的新技术正是超声医学专家、上海交通大学医学院附属第六人民医院副院长郑元义团队与华中科技大学生物医学工程学院的丁明跃、尉迟明教授团队的合作成果。郑元义是我国较早从事超声分子影像研究的学者之一，其所在团队在国内率先提出了超声分子影像的概念，并进行了深入研究，开发了多种超声分子探针制备方法，研发了系列相关仪器设备，在此基础上，通过将超声分子影像与超声物理调控神经相结合，建立了上海市神经超声影像诊疗重点实验室。

2023年6月8日，郑元义在上海交通大学“融合创新·智向未来：走进实验室”系列活动中介绍超声断层成像设备等项目的创新转化情况

意外踏入超声领域，稳扎稳打深耕医工交叉

1993年，18岁的郑元义考取了重庆医科大学临床医学专业，开启了他的医学之路。2003年，郑元义在重庆医科大学以优异的成绩完成了硕士学业，打算攻读肝病方面的博士。但机缘巧合之下，郑元义最终选择了超声医学。从此，他的命运便与超声分子影像学紧密相连。而改变郑元义人生轨迹的是他的博士生导师王志刚教授。那一年，王志刚看中勤奋好学的郑元义，亲自动员他报考超声专业，向他介绍了该专业的广阔前景。“当时还没人提超声分子影像这个概念，王老师却非常敏锐地看到了它的发展前景。我的成长如果没有他，那肯定是另一番景象。”提起导师，郑元义满是敬佩与感恩。

攻读博士阶段，郑元义研究的是将超声与材料工程相结合，核心就是制作超声造影剂微气泡。微气泡在超声分子影像中扮演着至关重要的角色，它们不仅是成像的基础，还能够在特定条件下释放药物或基因，实现诊断与治疗的结合，当时国内尚未掌握该技术。“我和两位师弟师妹刚开始不知道怎么做，摸索了很久才做出来，我们太高兴了!”在王志刚的指导下，经过了千百次的实验，微气泡终于稳定地做出来了。

在这期间，郑元义获得了美国国立卫生研究院基金资助，在美国加利福尼亚大学圣地亚哥分校完成了博士课题研究，随后在美国凯斯西储大学和中国人民解放军东部战区总医院完成了博士后课题研究。在美国的实验室里，郑元义深入研究了造影剂的制作，医学和材料交叉的知识储备与能力也突飞猛进，为他之后的医工交叉研究打下了坚实的基础。

除了与材料工程的医工结合，郑元义还很自豪地提到与软件工程的医工结合——他会写软件。编程技术的加持让他的科研工作如虎添翼。“我自己在研究生阶段学会了写软件，已经坚持写了二十几年，算是一个比较老的'业余程序员'，很多新程序员不一定能比我写得快。”在多年的科研工作中，他自己编写了超声造影分析、彩色血流定量分析、纹理分析、脂肪肝超声图像定量分析等多种超声图像分析软件，为工作提供了很大的便利。郑元义还积极参与国家卫生健康委员会牵头的超声图像大数据建设，并编写了超声图像数据上传软件，该软件被作为重要的参考软件。他甚至还为统计知识较少的临床医生和研究生编写了易上手的医学统计软件。

得益于在超声医学领域长期的深耕与探索，郑元义的脑海里常常涌现出新的科研构想。2021年被上海交通大学附属第六人民医院作为优秀人才引进后，郑元义更是如鱼得水，很快融入上海交通大学充满活力的医工结合科研生态中。郑元义有一个项目的灵感来源于生活。有一次他带女儿测骨龄，发现需要多次照射X射线，虽然剂量低，但他还是很担心存在辐射风险，于是他下决心用超声替代X射线测骨龄。后来，郑元义与上海交通大学医疗机器人研究院陈晓军教授团队合作，借助人工智能技术，实现了用超声扫描识别骨骼的目标，用超声这种安全的影像工具来预测骨龄。

2021年，上海交通大学生物医学工程学院从德国引进了一位研究超声波的青年人才马智超，一次偶然的碰面，让郑元义和他碰撞出一个金点子。马智超在德国研究的是用超声波远程调控广告屏幕显示。郑元义敏锐地意识到，超声波的能量不仅强大，且可精准调控，若能将其应用于微观层面，如对细胞分子或药物进行精准操控，无疑将为医学治疗带来突破。两人交流想法后都非常兴奋，于是迅速组建起项目团队，开展超声微粒操控技术研究。

郑元义主导的贴片式超声项目是医工交叉合作的又一成功案例。贴片式超声可以应用于高龄患者的骨科手术后监控，通过24小时身体监控，早发现问题、早干预，避免出现血栓。这项产品不仅可以用于临床，还可用于一些特殊人群的身体监测。“宇航员上天以后，他的肌肉可能会有一些改变，我们就可以用这个小的超声贴片监控他的肌肉力量。”

跨学科合作，医工交叉激发原始创新

“真正的科研应该注重原始创新，而国家对上海的期望是成为创新的策源地，这个策源地必须具备原始创新能力。”郑元义认为，科研的核心在于原始创新。相对于应用创新，如引进国外的产品进行临床试验发表高分文章，他更倾向于研发创新产品，然后再进行临床试验，这是他所追求的方向。他说，仅凭医学领域的知识是无法实现原始创新的，通过跨学科合作，将医学与工程技术相结合，可以激发出更多的创新灵感和解决方案。这种合作不仅可以推动医学领域的进步，还可以促进工程技术的发展和应用。只有通过跨学科合作和创新思维，才能在科学研究中取得突破性成果。

2023年5月19日，郑元义在上海交通大学医学院医学技术学院学科咨询调研会暨第一届学术委员会成立仪式上发言

“医学技术先天就是一个医工密切结合的学科，需要研究者重视医工交叉，充满激情。”郑元义说。

在美国加利福尼亚大学深造时，郑元义所在的团队中就有好几个工程科研人员，包括材料科学和化学领域的专家。据他了解，国外大的医学团队中通常会配备工程研究人员，甚至很多医生都有工程背景。这种跨学科的合作模式不仅有助于推动医学研究的创新，还能显著提升医学实践的水平。

郑元义认为，医生与工程师的交流会产生很多思维的碰撞，医工合作是必然的。“工程师需要一个了解医学的人来指引方向。另外，工程师的研究成果需要临床验证，这个也需要医生来进行临床研究。”郑元义还指出，医生对工程的了解不仅可以促进医学发明，还能对手术过程产生积极影响。例如，在骨科手术中，材料的改进和创新可以大大提高手术的效果和患者的康复速度。通过与工程师的合作，医生还可以更好地理解和应用先进的医疗设备和技术，从而提高手术的精确性和安全性。

2021年2月26日，郑元义(左)为上海交通大学-上海市第六人民医院“人工智能麻醉与科学”交叉学科创新人才实践培养基地成立揭牌

郑元义表示，医工交叉为学校整体科研事业发展提供了强劲动力，对青年人才的培养意义重大。医工交叉项目为年轻人的起步阶段提供了很大的保障，让科研人员有了凝聚的目标，合作变得更加团结和谐。郑元义举了自己的例子，“交大之星”(STAR)计划为他的可穿戴低强度治疗超声项目提供了很大的助力，“如果没有这笔资金的投入，项目可能无法完成，至少做不到这么快这么好。”

医工交叉不仅仅对个人有帮助，对团队及平台建设也有极大的贡献。郑元义举了与中国科学院上海硅酸盐研究所的一个材料工程团队合作研发超声造影剂的例子，双方仅仅经过一年的紧密合作，就共同发表了多篇高水平的学术论文，还“把几个团队带起来了”。也是通过医工合作，郑元义任副所长的上海超声医学研究所获批上海市重点实验室、上海市重中之重临床研究中心。“平台建好了以后，下面的青年人未来是非常好的。”郑元义表示，平台的建设为青年人才带来前所未有的发展机遇，为他们提供了丰富的资源和广阔的发展空间，助力他们成长为国家栋梁之材。

医工交叉，助力超声技术未来发展

“超声技术近年来蓬勃发展，超分辨超声就是其与人工智能相结合的成果。”郑元义解释，打了超声造影剂后，可以看到微米级的气泡在血管里流动，与人工智能结合后，可以追踪微泡的路径，从而显示出整个微血管的形态，这个技术使超声影像既看得深又看得清。“当前，精度达到16微米就可以把微循环系统显示出来了，这就是我们的超声超分辨率成像技术。”追溯文献，郑元义是国际上第一个提出超声微泡追踪的学者。当时的超声仪器不够先进，受多普勒信号的影响，无法测出微小血管的血流速度。他想到可以编写一个人工标记血管中微泡的软件，以距离除以时间，计算微血管的血流速度。但血管里的微泡成千上万，而且方向不同、速度不同，光靠人工标记不现实，需要通过算法来实现。郑元义很遗憾，当时没有找到能解决此问题的技术团队，项目只能搁置。

直到2015年，法国的一个国家重点实验室的工程师在Nature发表了一篇文章，描述了用人工智能技术把每一个气泡的轨迹展示出来的方法，建立了超分辨率微血流成像技术，并将其命名为超声定位显微镜。郑元义第一时间关注到了这个技术进展，在国内率先开启临床研究，并在2020年拿到国内第一个超声定位显微镜相关的重点项目。除了诊断，超声微泡造影技术还可以用于治疗，在微泡上装载药物和基因，当微泡到达目标位置，可通过能量超声激发实现治疗。

对于超声领域，郑元义最大的期待就是工程的进步。受限于技术水平，许多超声项目无法推进。如在进行超声造影剂转化时，由于造影剂的核心材料全氟丙烷涉及军工产业，进口遭受“卡脖子”，而国内虽已能制造，但质量尚未达标，导致转化进程受阻。又如在超声断层成像领域，虽然我国已经取得了一定的进展，但国外的技术已迭代更新，我国仍需通过工程进步推动医学的发展。“假如人工智能应用到这个技术上，结合VR可视化技术，精准定位中医针灸穴位，即使新手也能进行针灸。”郑元义兴奋地说道。

“工程的进步推动了医学的进步。”郑元义认为超声领域未来的爆发点在于调控神经核团，如低强度超声和超声诱导人工冬眠等，而这些技术应用都需要医学和工程的相互配合。郑元义还提到了超快速多普勒技术，它可以看到大脑的血流情况。磁共振虽然也可以做到，因为神经信号传导以后，血流的变化会引起磁共振信号的变化，但是它的时间分辨率还不够。而超声就可以实时看到超微血流的变化。通过超声刺激，可以看到神经传导和血流改变的过程。超声领域还有一个很大的进步，就是超声仪器的体积已经可以变得像手机那么小了。“我希望未来的超声医生都配备一个超声听诊器。”原本临床医生的技术需要多年经验的积累，否则听诊时分辨不出心脏内血流的变化。 他希望在未来，超声听诊器一经使用，就可以直观反映出问题，这不仅有利于临床医生的学习，还为诊断提供了更多便利。

2023年12月9日，郑元义做客上海广播电视台第一财经频道《主角·大医》节目

谈到医工交叉项目成功的关键，郑元义提了三个要素：一是方向引领，二是凝聚团队，三是科学激励。在方向引领上，医生要用战略性的眼光寻找合作方向，要瞄准临床的痛点，找到市场需求。这种合作能够产出优秀的成果，使双方受益，从而确保医学团队和工程团队能够长久地合作。凝聚团队指的是把团队聚集起来，如郑元义主导的基于三维超声和人工智能的骨龄评估项目，需要厂家制造机器、AI团队做算法，还要寻找芯片团队使产品微型化，这就是一个多方向联合的团队。让整个大团队共同朝着一个目标努力，合作融洽且有凝聚力，是医工交叉项目成功的重要因素。最后，科学激励也非常重要。在合作过程中，必须形成利益共同体，对于取得的成功要做到利益共享。这样合作愉快，也有利于下一次合作的达成。通过合理的激励机制，可以激发团队成员的积极性和创造力，推动项目的持续发展。

对于刚迈入医工交叉领域的年轻从业者，郑元义建议他们要注重团队合作、利益共享，要把眼光放长远。“有的事情可能没有物质收益，但是我也愿意去干，我愿意参与进去。有时候参与的机会是更宝贵的，你可能没有得到什么物质上的收获，但这个经历对你个人的提升非常重要。”郑元义以自己参与的国家重点基础研究发展计划项目为例，一开始加入时是没有经费支持的，但参加以后，他的整个团队都得到了锻炼和提高。另外，郑元义还强调，在医工合作中一定要放低姿态，与其他领域的专家主动交流沟通，给予对方充分的尊重，才能促成更好的合作，得到更好的发展。

“崇尚医工合作才能产生医工合作，争做医工合作才能产生更多优秀医工交叉人才。”在医工交叉领域实践多年，郑元义有自己深刻的感悟，医工合作不一定是一帆风顺的，但重视医工合作、勇于尝试医工合作，一定会为医学的发展注入新的活力。医工合作的深化与拓展，无疑将为人类健康事业带来更加光明的未来。

(摘编自《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）