医工交叉创新十大前沿技术趋势.pdf

目录目录010403战略思考依据战略思考依据十大前沿技术趋势十大前沿技术趋势技术热度与成熟度预判技术热度与成熟度预判02创新发展建议创新发展建议贯彻十四五规划“四个面向”基本方针 面向世界科技前沿；面向经济主战场；面向国家重大需求；面向人民生命健康。领会健康中国2030规划纲要“健康中国2030”规划纲要涵盖了医疗健康行业发展图景，第二阶段的“十四五”是承上启下的关键5年。改变中国医疗器械严重落后的局面中国市场容量巨大，人民需求迫切，国内外医疗器械技术产业差距很大，加强龙头企业竞争力，使其与创新型小企业生态协同发展。协同推进三个重要任务 -加强医疗器械技术产业发展的体制与机制创新 -加强医工交叉创新的基础研究、科技成果转化、产业化发展 -加强医工交叉复合型年轻人才的培养战略思考依据的四个方面0101020204040303我国医疗健康市场“十四五”预计突破12万亿元2016年2019年，全国卫生总费用从4万亿元增长到6.5万亿元，年均增长超12%。预计“十四五”规划末期，全国卫生总费用将达到12万亿元。到2030年总费用可达16万亿以上。发达国家医疗费用占比平均达11%以上，美国占比甚至达到16.2%。我国的占比仅有6%左右。各国医疗费用占GDP比重我国财政卫生健康支出状况全国卫生总费用发展状况我国医疗市场空间巨大与发达国家仍有较大差距医疗器械15.2%增速明显高于药品增速2016年2019年，我国医疗器械发展迅猛，每年增速均达10%以上，2020年受疫情影响增速可达15%。同时医药的发展增速放缓，近几年增速约在6%左右，根据前三季度数据，2020年受疫情影响医药市场可能呈现负增长。我国药械比不仅低于发达国家的1:1水平，更低于全球平均水平1：0.7，未来中国医疗器械消费将会持续增加。医药市场增速放缓医疗器械发展迅猛中国药械比远低于全球平均水平数据来源：中国财政部公布2018年财政收支情况，2019中国卫生健康统计年鉴，光大证券医药生物行业跨市场周报（20200315）医疗器械前四大市场是IVD、心血管、影像诊断、耗材2018全球医疗器械行业细分领域占比情况2018 中国医疗器械行业细分领域占比情况 数据来源：申万宏源医疗器械行业深度报告恰风华正茂、龙头初现：科技与医疗的交融、创新与整合的先锋；兴业证券经济与金融研究院整理中国医疗器械公司销售与市值相对国外有10倍以上差距国内大型医疗器械公司同全球大型医疗器械公司市值及收入规模差距较大，行业集中度较低。全球市场看，医疗器械呈现较高的产业集中度全球前 20 大医疗器械企业合计市场规模占医疗器械总体的54.5%，反观国内，前 20 家上市公司的合计市占率只有 14.2%。2019全球及国内前 20 大医疗器械企业销售占比（%）2019全球及国内前十大医疗器械企业市值均值对比（亿元）国内医疗器械产业伴随近年来的发展，产业链条较为完善，但是整体呈现小而散的现状，龙头企业初现，具备核心竞争力的高端医疗器械公司数量较少。数据来源：兴业证券-医疗器械行业深度研究报告黄金十年，谁执牛耳，东吴证券公司研究医疗器械前沿医工交叉创新成为医疗器械发展的新动力引擎前沿医工交叉创新为医疗机构与患者提供了重要的技术支撑手段与工具，从而创造了医患友好的高效服务，刺激了新医疗器械开发，加强了疑难病医治，推动了早期预防诊断与康养，降低了不必要的医疗费用，优化了医疗资源配置等。新技术与专科应用的产品矩阵心血管骨科肿瘤科眼科口腔科其他3D打印生物3d打印：心脏，心血管、瓣膜等组织、个性化定制支架手术预演模型骨骼、脊柱模型个性化定制、人体工学假肢肿瘤生物打印，个性化定制药物，术前规划展示定制眼镜、义眼、手术所需要的植入物或假体可摘义齿、矫正器和种植牙手术模型预演，康复医疗器械制造，皮肤修复，生物打印组织器官，药物研发，体外诊断，教学用具定制AI智能辅助诊断心血管疾病，健康管理，疾病风险监测设备骨形态分析，骨折智能诊断，影像特征提取，健康管理影像分割，特征提取，病理切片，辅助诊疗，健康管理辅助诊断糖网、眼底疾病，辅助治疗，影像特征提取辅助诊疗，影像识别新药研发，数据模型分析机器人血管介入机器人，康复辅助机器人骨科手术机器人，外骨骼康复机器人康复机器人，穿刺机器人，放疗机器人手术机器人，诊断机器人手术机器人，诊断机器人制药机器人，远程医疗机器人，陪护机器人，腹腔镜手术机器人，植发机器人可穿戴技术可穿戴除颤器，药物输送装置，实时监测设备疼痛管理装置，诊断监测设备，活动监视器/跟踪器，药物输送装置诊断监测设备，药物输送装置诊断监测设备诊断监测设备智能手表，智能监测服装，助听器，神经调控装置等AR、VR、XR技术三维重建，手术规划，术前展示、康复训练、辅助治疗、手术规划、教学培训计算机视觉技术快速准确地显示与标记复杂结构来提高分析与规划的效率，实现视觉导航定位等功能，目前在神经系统疾病、心血管及骨科领域较为成熟5G技术与远程机器人、AR、VR、XR、穿戴式等结合，完成监护、诊断、治疗、教学等功能，实现各类远程医疗技术在5G网络中的应用北京有全国最丰富的医工交叉相关资源北京有上百所高校和科研院所，其中海淀区有27所高校，99家国家级科研机构，院士200余人，长江、杰青、千人1000余人，硕博研究生50万余人，国家重点实验室50多家。以北大、清华、北航、北理工为代表的高校，均将医工交叉作为未来发展的重点方向之一。清华大学成立了精准医学研究院、北京航空航天大学生物医学工程高精尖创新中心和生物医学工程学院。北京优质医疗资源密集，有近百家三甲医院，北京协和医院、中国人民解放军总医院（301）、北京大学第三医院等，而海淀区各级医院就达100余家，以北医三院为代表的三甲医院，积极开展医工结合新型转型之路探索。北京创新型企业资源丰富，高新技术企业2.5万余家，上市公司超过320多家，独角兽企业多达70多家，其中海淀区国家高新技术企业1.1万余家，占全市41.12%。有乐普医疗、京东方、爱康宜诚、天智航等一批高端医疗器械领军企业，也有推想科技、零氪等一批医疗领域人工智能领军企业。“十四五”期间医工交叉创新发展的建议国家战略需求与国际前沿趋势，面向恶性病、传染病、慢性病、抑郁病等预防、治疗与康复需求，同时针对人口老龄化所带来的养老需求，制定国家地方、医工交叉医院与高校、公共服务政策法规以及行业企业等各自战略规划与任务。1、围绕迫切需求制定战略规划整合现有的医疗资源，统一不同来源的医疗数据形式，构建合规化、标准化、结构化、隐私化的医疗大数据中心，通过合理法规手段，加快大数据挖掘和共享服务，形成新的医学知识，推动医学技术的进步和革新。4、强化医疗大数据应用与法规建设根据不同医院优势科室、不同高校的特色学科、龙头企业产业优势，围绕国家战略任务目标，有针对性地进行原创基础研究及高端医疗器械关键设备核心部件研发布局，推进临床与工程的紧密结合，加快新时代的医工交叉模式合作进程。2、加强医工交叉基础研究及国际前沿的高精尖医疗设备面向医疗健康，突破医工交叉前沿技术探索适合国情的有效创新创业模式3、形成健康可持续的创新产业链通过体制创新，支持龙头企业做强做大走向世界的同时，构建更加开放的创新产业链，特别是中小型企业创新与科技成果转化，整合上下游创新产业链资源和服务，提高自主可控的良好产品开发与更迭效率。加强对医工交叉相关领域人才的培养，特别是年轻人培养，重视基础原创创新研究，同时注重临床专家团队、科研人员团队、产品开发团队的深度结合，培育医工交叉领域长期合作的团队，有效地向产业输送更多既懂临床又懂应用的专业人才。5、重视医工交叉学科建设yun前沿交叉技术热度与成熟度预判AI影像与慢性病诊断、微创手术机器人、柔性可穿戴式检测、生物计算与3D打印耗材等是创新创业热点，处于爆发的黎明专用医疗器械、干细胞与基因测序诊断、新药开发工具、大型影像设备核心部件等是产业化突破的热点IVD检测、第三方检测中心、专科连锁、高端医疗器械、各种生化健康检测等是企业收入突破的重要方面生物z组织3D打印专用器械与连锁医院医疗影像AI干细胞、car-t技术基因测序与检测智能康复互联网医疗小型化检测设备IVD检测AI辅助诊断（肿瘤、皮肤病、糖尿病）高端医疗器械微创手术机器人、内窥镜类脑芯片与生物芯片大型影像设备核心部件5G第三方检测中心中医医疗与制药设备新型医用材料与耗材萌芽期爆发期复苏期低谷期成熟期医疗美容技术期望生物分子计算与生命机理柔性可穿戴式检测纳米血管机器人普及辅具与理疗医疗集团协同数据来源：Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies，2019.在此基础上补充和完善相关医疗技术专业信息1.人工智能赋能的疫苗、试剂与新药研发2.个性化传染病、慢性病、心理疾病数字医疗管理3.单分子-单细胞-多组学高精度微纳检测4.纳米3D生物活性打印5.多功能模块化的智能微创手术机器人6.多源信息融合的神经刺激调控与精准微纳治疗7.柔性可穿戴的多模态康复治疗干预量化评估8.5G&IoT融合的远程诊断与移动医疗9.仿生、再生、创生组织修复的生物医用材料10.中医机理标准化、现代化诊疗创新仪器设备通过生物分子计算、AI深度学习、特征提取强化学习、模式匹配模型训练等，实现新冠肺炎、肿瘤、眼科糖网、肺小结节、骨质疏松、阿尔兹海默症等多种疾病的临床辅助诊断筛查与新型药物设计，从而大幅提升相关疾病诊断速度，推进新药研发。有关科研机构：MIT、曼彻斯特大学、清华大学、南京大学等 有关公司：葛兰素史克、体素科技、深睿医疗、晶泰科技等人工智能赋能的疫苗、试剂与新药研发 01新药研发眼科诊断肺小结节辅助诊断智慧防疫检测血管分割与肿瘤识别新冠影像筛查孕妇辅助决策人工智能药物研发助力疫情眼科糖网筛查肺小结节诊断孕妇检测多种疾病的状态诊断提高疫苗新药研发速度人工智能赋能的疫苗、试剂与新药研发 通过5G、IoT、可穿戴式设备的智能数据采集编码技术，构建长期个性化的患者日常生理、习惯与预防、诊疗多模态数据模型，形成个性化的慢性病、传染病、心理疾病相关AI私人医生助理，结合大数据分析处理技术、智能监护系统设备与移动终端实现相关的远程监控、咨询、分级、防治未病与精准管理。有关科研机构：斯坦福大学、加州大学、卡内基梅隆大学等有关公司：医渡云、碳云智能、宏博知微等个性化传染病、慢性病、心理疾病数字医疗管理02 基于慢病、传染病、心理疾病数据库，结合智能监护系统和设备、智能手机等终端，实现大数据“远程监控”。基于患者个人数据和诊疗数据进行疾病预防，实现“防治未病”。基于私人医疗大数据AI助理，帮助完成疾病和患者的“精准管理”。远程监控、防治未病、精准管理前端：智能数据采集编码中端：大数据运营管理平台后端：大数据分析处理技术个性化传染病、慢性病、心理疾病数字医疗管理应用生化技术、电化学技术、微纳制造技术与微流控芯片技术，对核酸、蛋白质等活性分子与细胞的生物功能进行快速、准确和高通量的检测分析，实现癌症、HIV、心脑血管疾病等的诊断。有关科研机构：哈佛医学院、北京大学医学部、东南大学、清华大学等有关企业：美国爱贝斯、罗氏、瑞士Abionic、金泰生物等单分子-单细胞-多组学高精度微纳检测03纳米通道检测应用纳米技术、电化学技术及相关交叉学科技术，通过高精度电化学指标检测与疾病相关的核酸、蛋白质等活性分子的生物功能，用于癌症、HIV、心脑血管疾病的相关检测。微流控芯片微米尺度集合激光诱导荧光、电化学和化学等多种检测系统以及质谱等分析手段，在分子、细胞层面对样品进行快速、准确和高通量分析。单分子-单细胞-多组学高精度微纳检测纳米3D生物活性打印04通过纳米技术将具有生物活性的分子与细胞加入到3D打印中，实现满足病人特异性临床需求的再生干细胞支架、生物假体、植入物、替代器官等复杂材质相容的微小型组织结构打印，从而完成个性化定制与替换，甚至纳米级药物缓释机理，并在此基础上推进新药的开发测试。有关科研机构：哈佛大学、耶鲁大学、卡内基梅隆大学、维克森林大学、日本京都大学、上海交通大学等有关企业：美国Organovo、瑞士regenHU、迈普医学、蓝光英诺等骨组织骨组织0103器官器官皮肤、血管、神经皮肤、血管、神经0204药物开发测试药物开发测试纳米3D生物活性打印 纳米3D生物活性打印技术：同时完成细胞支架和活体细胞的三维结构成形，现已被用于多种组织的生成和移植。未来可被开发用于细胞、分子层面研究、药物发现和毒理学的高通量3D生物打印组织模型。开发适宜不同临床需求，拥有多种适应症，智能化程度更高的微创手术机器人系统。通过人机协同与自动化控制提升手术的精准性、微创性和安全性，从基于AI学习的术前规划、术中执行和术后康复全方面推动临床理念革新。有关科研机构：约翰霍普金斯大学、伦敦帝国理工学院、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学等有关企业：直觉外科、Stryker、天智航、微创、柏惠维康、术锐、康多、华科、罗森等多功能模块化的智能微创手术机器人05神经外科手术机器人腹腔镜手术机器人血管手术机器人骨科手术机器人 面向不同临床需求与适应症，功能更加丰富，智能化程度更高的微创手术机器人逐步推动临床理念革新多功能模块化的智能微创手术机器人针对医疗的精准、微创需求，通过调节生化、电极、或者视觉刺激，针对性调控神经系统的相应记忆、靶区，改善神经系统或器官的功能，结合微纳制造技术研发微米、纳米尺度机器人，用以实现微型手术操作、靶向运送药物、细胞、血管清理等。有关科研机构：MIT、加州大学圣地亚哥分校、加州理工大学、瑞士洛桑联邦理工学院、国家纳米科学中心、清华大学、中科院深圳先进技术研究院等有关企业：马斯克Neurallink、以色列Microbot、品驰医疗等多源信息融合的神经刺激调控与精准微纳治疗06微创、可逆、可调控，针对靶向目标的精准治疗品驰医疗、马斯克Neurallink。微纳医疗机器人微型手术操作、靶向运送药物、细胞、血管清理等MIT折纸机器人、以色列Microbot的ViRob机器人加州理工载药机器人、联邦理工微手术机器人。多源信息融合神经调控多源信息融合的神经刺激调控与精准微纳治疗将柔性感知结构、VR/AR、机器人技术和新型传感器等技术等引进到康复治疗领域，未来的康复领域将能够实现智能化、个性化和精细化，为康复患者提供定制化服务。有关科研机构：美国西北大学、密歇根大学、国家康复辅具研究中心、北京大学、上海交大等有关企业：三星医疗、大艾机器人、傅利叶智能、Ossur、Ottobock、ReWalk、工道风行、上海科生等柔性可穿戴的多模态康复治疗干预量化评估07VR、AR柔性假肢柔性假肢三星、appliedVR、R e n d e v e r 和 O n e Caring等已开发用于健康护理的VR产品大艾机器人傅里叶智能Rewalk Ekso新型柔性结构为可穿戴假肢的应用带来可能Ottobock-BeBionic系列、Ossur、上海科生柔性、灵敏、智能传感西北大学新型柔性传感器、密歇根大学的可穿戴传感器贴片ADD TEXTADD TEXTADD TEXT康复机器人新型传感新型传感柔性可穿戴的多模态康复治疗干预量化评估将5G&IoT融入家庭诊断、穿戴式传感、移动监测、智能化感知设备与家庭医生及医院的实时通讯中，结合AI、VR/AR、机器人等技术实现远程监测、远程分级诊疗、远程手术、远程示教以及老人失能监护、防跌倒、引导康复与智能医管，推进互联网医院、医疗集团资源优化配置。有关科研机构：约翰霍普金斯大学、北京航空航天大学、复旦大学医学院、国家远程医疗中心等有关企业：华为、腾讯、百度、科大讯飞、锐捷医疗、九安医疗等5G&IoT融合的远程诊断与移动医疗08远程手术移动监测与穿戴式医疗设备结合，可实现日常生活中的生理信息监测，苹果推出通过FDA认证的Apple Watch Series 4，Nike、Fitbit、Garmin、Google等也推出了相应的智能移动监测设备通过5G&loT进行线上手术直播可实现基层医院医生的远程示教，同时搭配智能型手术机器人可开展远程手术智能医管5G&loT能够帮助医院实现对医疗对象的智能化感知和处理，支持医院内部多种信息的数字化采集、处理、存储、传输等。识凌科技、锐捷医疗远程会诊疫情使得远程会诊相关技术快速发展华为、移动、电信等纷纷推出其远程会诊平台5G&IoT融合的远程诊断与移动医疗仿生、再生、创生组织修复的生物医用材料09基于生物合成技术、仿生技术、静电诱导技术、新型材料等技术开发的仿生、再生、创生的组织修复生物医用材料，涵盖可降解植介入材料、再生诱导支架、手术器械等多应用领域。有关科研机构：美国宾夕法尼亚大学、罗切斯特大学、北医三院、积水潭医院、北京航空航天大学、浙江大学、华中科技大学、东华大学等有关企业：冠昊生物、迈普医疗、松力生物等新型仿生材料的开发推进相关医疗器械的应用产品创新华中科技大学贻贝仿生、迈普医疗仿生硬脑膜。仿生材料新型医疗器械在不添加细胞生物活性因子的前提下诱导人体损伤或缺失的组织或器官再生，可广泛用于骨骼肌、韧带、跟腱、平滑肌的重塑再生。上海松力生物、东华大学静电纺纳米纱。组织诱导再生性生物医用材料生物技术与新材料的融合仿生硬脑膜乌贼齿环蛋白生物技术与材料技术的结合进一步推动新型可降解再生医用材料的研发与生产。宾夕法尼亚大学乌贼环齿蛋白、罗切斯特大学人工珍珠母涂层。生物合成珍珠母静电纺纳米纱诱导肌腱、神经再生贻贝仿生医用胶粘剂仿生、再生、创生组织修复的生物医用材料将经络五型“望、闻、问、切”的传统中医诊疗手段通过现代科学方法与仪器结合起来，直接、可重复、定量表达出来，并与穿戴式检测设备、新型传感器、人工智能等技术结合开发新型中医诊疗设备，推动中医现代化新发展。有关科研机构：北京中医药大学、协和医学院、国家中医药研发中心等有关企业：圣美孚科技、海恩达、侨鑫医疗等中医机理标准化、现代化诊疗创新仪器设备10将中医的传统抽象诊断手段以现代科学方法直观定量地表达出来，从而形成现代医学标准化的方法与手段，为智能诊疗设备的开发奠定理论基础。新型中医诊疗设备利用现代科学技术方法，结合穿戴式检测设备、新型传感器、人工智能等医工交叉技术开发中医诊疗设备，将中医诊断数据化。圣美孚科技、海恩达中医机理探究中医机理标准化、现代化诊疗创新仪器设备参考资料1.2019中国卫生健康统计年鉴2.中国财政部公布2018年财政收支情况3.光大证券医药生物行业跨市场周报（20200315）4.申万宏源医疗器械行业深度报告恰风华正茂、龙头初现：科技与医疗的交融、创新与整合的先锋5.兴业证券经济与金融研究院整理，兴业证券-医疗器械行业深度研究报告黄金十年，谁执牛耳6.东吴证券公司研究医疗器械7.Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies，2019.在此基础上补充和完善相关医疗技术专业信息8.夏天,钱晨嗣,夏寒,付晨,崔欣.基于医疗大数据的流感人群患病情况分析J.中国卫生信息管理杂志,2020,17(01):67-72.9.谢安然.围手术期AR/VR医疗应用大盘点N.中国医药报,2020-01-07(004).10.李科生,念靖晴,李琦,杨超,邓巍.“互联网+”心理平台:大数据时代心理健康循证实践的新途径J.中国临床心理学杂志,2019,27(01):210-214+205.11.李万万,沈梦飞,刘心怡.纳米材料在体外诊断技术中的应用研究进展J.科技导报,2018,36(22):74-86.12.杜孟凯,王蕾,张国君,张维.5G技术在医院管理中的应用J.解放军医院管理杂志,2020,27(10):935-937.13.刘宇健,谭晶,陈明军,余韶阳,李好义,杨卫民.静电纺纳米纤维纱线研究进展J.纺织学报,2020,41(02):165-171.14.张怡,金锋,刘庆红,王维,赵雄.5G+远程诊疗技术在抗击新冠肺炎疫情的应用探讨J.医学食疗与健康,2020,18(22):224-225.15.张千彧,邱宾,刘伟军,武甲庚.5G技术助力“互联网+医疗”健康管理模式发展J.中国卫生质量管理,2020,27(06):81-84.16.徐熊,温川飙,宋海贝.浅谈中医脉诊信息化研究J.成都中医药大学学报,2020,43(02):55-59.17.张婧雯,温川飙.一种中医四诊信息采集新模式的探索J.时珍国医国药,2019,30(03):738-740.18.王超,张东锋,杨柳青,刘耀基,吴玥.微流控技术在分子诊断上的应用J.中国医疗器械杂志,2020,44(06):520-524.19.李顺基,肖育劲,陈鹏,刘笔锋.微流控芯片技术在体外诊断领域中的应用进展J.分析科学学报,2020,36(05):639-645.20.Biosensors-Optical Biosensors;New Findings from Beijing Institute of Technology in the Area of Optical Biosensors Reported(Microfluidic Chip Coupled With Optical 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Takagi,Yasuaki Taura,Go Hatachi,Naoto Matsuo,Naoya Yamasaki,Koichi Nakayama,Takeshi Nagayasu.Scaffold-free trachea regeneration by tissue engineering with bio-3D printing J.Interactive CardioVascular and Thoracic Surgery,2018,26(5).28.于洪健,李乾,杜志江.骨科手术机器人技术发展综述J.机器人技术与应用,2020(02):19-23.29.闫志远,梁云雷,杜志江.腹腔镜手术机器人技术发展综述J.机器人技术与应用,2020(02):24-29.30.Ioannis Georgilas,Giulio Dagnino,Payam Tarassoli,Roger Atkins,Sanja Dogramadzi.Robot-Assisted Fracture Surgery:Surgical Requirements and System DesignJ.Annals of Biomedical Engineering,2018,46(10).31.Jocelyne Troccaz,Giulio Dagnino,Guang-Zhong Yang.Frontiers of Medical Robotics:From Concept to Systems to Clinical TranslationJ.Annual Review of Biomedical Engineering,2019,21.32.曹蕊,马彬,张立宁,丁宇.神经肌肉电刺激疗法在脑卒中康复治疗中的应用综述J.解放军医学院学报,2020,41(09):939-942.33.何峰,何蓓蓓,王仲朋,陈龙,明东.经颅电、磁刺激的神经康复研究进展与应用展望J.中国医疗器械杂志,2020,44(06):513-519.34.Efficacy of Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation for Postoperative Pain,Pulmonary Function,and Opioid Consumption Following 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