趙紅蕊：遙感賦能健康監測

◎ 徐 紅

新冠疫情給世界和人類社會留下的最大思考是什么？有觀點認為，肆虐全球的新冠肺炎讓人類意識到醫學和生命健康的重要性，人們更加注重自身健康和環境健康。同時，也提升了以信息技術為代表的理工學科融入醫學領域的速度。

“面向人民生命健康”，是習近平總書記對科技事業發展所提出的“四個面向”之一，“把保障人民健康放在優先發展的戰略位置”，是黨的二十大報告的明確要求。

在守護人民健康的陣地上,面向環境健康遙感監測的國家重大需求，面向醫學遙感前沿科技的核心技術攻關，測繪科技戰線的遙感人聚焦“面向人民生命健康”的科技前沿技術，勇闖遙感“無人區”，努力提升遙感監測能力，為百姓健康護航。

業界專家表示，遙感技術和時空信息在醫學健康領域大有可為，有望解決更多關鍵的生命健康和技術難題。定量遙感專家、清華大學土木水利學院教授、3S 中心主任趙紅蕊近日在接受記者采訪時坦言，“大健康”是未來測繪遙感重要的可探索、可發揮的應用領域，盡管醫學遙感這一跨領域科技前沿技術的研究難度很大，但是非常有意義，值得去探索。遙感技術攜手醫學賦能健康監測，未來可期。

遙感在醫學健康領域大有可為

“一方水土養一方人，晉城話說給晉城人……”最近，一條用方言說唱的短視頻走紅網絡，多地網友蹭熱度接續“玩梗”，一時間好不熱鬧，詮釋著“一方水土養一方人”的差異地域特色。

趙紅蕊表示，講究“一方水土養一方人”，這“一方水土”實際上就是測繪人常說的地理空間位置。空間信息是現代測繪技術的基礎，地理環境是決定一個人體質變化的重要因素。例如四川、湖南一帶的人們愛吃辣椒，就是為了適應當地多寒多濕的自然環境。所以說，測繪與健康之間有著密切聯系。

她說，事實上，“一方水土養一方人”不僅是地理空間概念，還與時間有關，如季節、時節等。現實世界中，一個研究對象會隨著時間和空間的變化而變化，當這種變化與具體特征結合起來，比如疫情與傳染傳播相結合的話，就可以通過測繪地理信息、地球空間信息等技術手段進行分析，找出其變化規律，從而預測流行病毒傳染性、傳染人數和疫情空間分布等信息。前期實踐證明，測繪與醫學結合，更便于醫生精準施策，因時因地因人制宜地實施治療，進行健康監測與管理。

隨著地理信息科學、遙感、衛星導航系統、航空攝影測量等學科不斷取得新的突破，推動了測繪地理學科發展，使醫學遙感研究更加定量化，手段更加多元，研究領域更加寬泛，通過分析人類活動與地理環境的相互作用，探討生存環境對人類健康的影響并加以改善，不斷提高人民健康水平。

“醫學與遙感攜手解決醫學難題，大有可為。”趙紅蕊說，她的學術研究偏重于測繪遙感與健康，同事們則開玩笑地說，“我們遙感人就是‘給地球看病的人’”。

遙感，即遙遠的感知，是以鳥瞰的視野去認識世界的新方法和新手段。新時期以來，遙感技術不斷賦能醫學遙感領域。宏觀上，遙感可以從整體了解生命可能面對的環境風險，有效監測環境中影響健康的風險因素。

微空間層面，“遙感+”跨學科跨領域交叉融合，可以監測人體內微環境。用業界的話說，相當于為醫生裝上了“火眼金睛”和“千里眼”，讓診斷和治療更清楚、更準確、更高效，讓現代遙感科技護佑人民生命健康。比如已經在應用的人體內精確定位與導航、心臟介入手術等很多醫學操作技術，就是借助測繪遙感得以完成的。

國家戰略《“健康中國2030”規劃綱要》中提出：要努力實現從以治病為中心向以健康為中心轉變，從以“治已病”為中心向以“治未病”為中心轉變。趙紅蕊認為，“大健康”理念的出發點是生命的體現。

所謂“大”，就是在一個更大時空尺度上，一個更大范疇內實現真正的健康，而且不僅人要健康，人與環境都需要健康；不僅現在要健康，未來也要健康。也就是說，不僅僅是“治已病”，更要“治未病”，要對生命實施全程、全面、全要素的呵護。

● 清華大學土木水利學院教授、3S 中心主任 趙紅蕊

“健康是所有人的共同追求。”多年在定量遙感和健康領域深耕的趙紅蕊表示，“大健康”是未來測繪遙感重要的可探索、可發揮的應用領域。我們中國講究平衡，在生態健康領域，河道的開挖、海邊的污染、地下資源開發等，都要放在一個更大的時空尺度上考量，尤其要從時間尺度上去考慮是不是可持續的。

在健康中國背景下，中醫“治未病”思想受到越來越多的關注與重視。趙紅蕊介紹說，測繪遙感與醫學交叉融合，有望加快賦能向以“治未病”為中心轉變，有望率先在醫學健康監測方面實現突破，前景可期。

從生態到醫學遙感技術賦能健康醫療

中國科學院院士、中國工程院院士李德仁曾表示，遙感是用科學方法診斷地表特征，醫學是用科學方法診斷器官和體表特征，二者密切相關。

持同樣觀點的趙紅蕊認為，測繪地理信息本身包含健康范疇，用測繪去做健康方面的科研是可行的，而且遙感與醫學在理論上是相通的，可以互相借鑒。它們的共同點都是以人為本，把研究對象當成一個有生命的復雜系統去研究。比如她帶領團隊所做的延河流域生態健康可持續發展研究。

趙紅蕊表示，一個生態系統有什么樣的特征、是健康的還是不健康的、是可持續還是不可持續、是變得更可持續還是變得往不可持續上發展？我們希望知道這些信息，全面掌握它的發展規律。那么，有沒有一種方式像中醫把脈一樣，通過把脈就可以知道身體狀態是怎樣的，也就是說找到某一類指標，來反映這個生態系統的整體情況。這個數據源如果滿足要求的話，流域生態研究就會更方便，成本更低且更準確。

所以，趙紅蕊團隊借鑒了人做體檢的一些思路，采用測繪定量遙感技術去分析流域生態系統。此外，團隊還將紅外遙感與人工智能技術應用于土木工程建筑領域，就是針對建筑的“健康體檢”，如建筑外保溫系統的脫落、滲水、空鼓、開裂等的智能監測。

采用測繪和地球空間信息技術分析不同研究對象的健康狀態，除了獲取的遙感數據外，還有一個非常重要的作用，就是基于時間和空間的時空分析，使我們能夠發現用其他方法難以發現的一些現象，從本質上看到研究對象存在著什么樣的變化規律，它的驅動因子是什么，最后得出生態健康的可持續性、建筑的可恢復性等。“只是這樣的研究，有時候會受限于數據源或者成本。”趙紅蕊坦言。

有這樣一個典型例子，說的是18世紀的歐洲曾流行一種傳染病，醫生向每個患者詢問他們發病時的位置，通過分析發現患者居住地與飲用水的空間位置關系，從而發現了流行病發病的根源是河水污染。

“調整一下鏡頭，再來看看人體健康遙感，這是我們現在開展的另一個研究方向。”趙紅蕊介紹說，遙感不僅能用在生態健康領域，還可以用在醫學健康領域。早年，醫學遙感就廣泛應用于醫學影像方面，比如X 線、核磁、CT 等醫學檢測設備，就是利用遙感分析理論將人體內部情況用圖像呈現出來，成為醫學診斷的重要工具。

隨著遙感技術的發展，根據電磁波理論發展而來的新技術——紅外遙感，或稱為紅外熱成像技術應運而生，推動了醫學遙感前沿科技進步。比如長波紅外遙感，也稱為熱紅外或遠紅外遙感，不僅用于測量體溫，用于健康監測，還可精準助力疫情防控和流行病調查，從而摸清環境因素對健康的影響，有效提升了疾病防治和診斷水平。還有近紅外遙感，已被應用于腦科學研究當中。

重要的是，X 線、核磁、CT 這些檢測對人體有一定的健康隱患，而紅外對人體完全無害。紅外遙感用到的電磁波為8 微米波—14 微米波長段，是一個純綠色的診療方法，在健康醫療領域有著廣泛的應用前景。

人體健康監測成果將讓每個人都受益

“眾所周知，此次疫情發生后，我們無論走到哪里都會要求測體溫，這是因為體溫是健康監測的一個非常重要表征，它和人的整個健康狀況相關聯。然而，測體溫也只是停留在‘測’而已。”趙紅蕊表示，其實，通過遙感還可以對全身溫度分布進行監測，如果是非健康或者有疾病的情況，哪個部位有什么樣的健康隱患，通過體溫檢測監測可以明確展現出來。

這里用了一個詞“健康隱患”，是說遙感監測手段可以發現“未病”，“大健康”理念里的“治未病”，就是發現健康隱患、預防疾病發生發展，而“未病先治、既病防變”也是我國中醫思想。趙紅蕊認為這樣的跨界研究很有意義，也很有意思，值得深入研究。

趙紅蕊執著于將測繪技術賦能醫學領域，她一頭扎進醫學遙感健康監測這一世界前沿科技研究中，一做就是6 年。她表示，一是因為自己感興趣，同時也是自己的夙愿。但也不可否認，跨界交叉研究難度確實很大，也非常不容易，挺難堅持下去，研究了這么長時間起色都不大。然而，這是一項造福子孫后代、助力全民健康的研究領域，有志事成，慢慢來。

“位置”，是測繪的看家本領，人體體溫監測也有定位需求。“在什么時間、人體的哪個位置發生了什么變化，我們希望可以借助測繪和遙感手段做到精準監測。”她說，健康監測的第一步是診斷，要對體溫進行數據采集，相當于參照定量遙感技術對人體溫度的反演。

第二步是定性，在診斷基礎上給出調理方案，把監測到的人體不同位置信息，借鑒測繪時空分析方法去做分析，從而知道這個人整體的能量分布，以及人體各系統運行是否正常。就是說，通過數據，通過定位，通過分析，可以掌握人的哪個系統、哪個位置出現了什么問題，再結合人的生理學和病理學知識，就可以得出相對應的解決方案。

第三步做可視化。業界常說，千言萬語不如一張圖，把人體診斷和分析結果用客觀數據進行科學描述，通過可視化手段展示出來，有效突破了過去“只可意會不可言傳”，靠經驗診斷看病的方式。

隨著時空大數據、人工智能等新技術的加持，遙感數據分析效率也會不斷提高。趙紅蕊篤定，遙感技術在醫學上的應用將越來越好，越來越聰明，健康診斷越來越準確，實現高質量發展，為人民健康提供更可靠的服務保障。她主導開發的人體健康監測相關技術和設備還在研究當中，沒有進入實用階段。

她說，如果我們這個研究取得了理想成果，將會讓每一個人都受益。如果這一成果能夠進入家庭，在家里自己用紅外儀拍一拍，就像我們在家測血壓、測血糖一樣，測一下就可以知道今天的身體狀態情況，哪方面該注意了，是不是需要加強一些運動，是不是睡眠欠缺，是不是吃的東西有點不合適等，直接針對個人生活給出指導。如果成果應用于臨床，對于醫生來說，無論中醫還是西醫，都相當于增加了一個科學檢測手段，這個人是健康態還是亞健康態，一目了然。

總之，通過健康監測，不僅可以定性，還能定位，知道身體的什么地方發生了什么問題。在這個研究方向，目前國際上在有些方面已經做得比較好了，比如乳腺癌的防治，以前都是在乳腺癌確切發生以后才可以檢測出來。現在，采用現代紅外遙感手段，可能在乳腺癌發病前期就能檢測出來，及時干預，從而達到“發現未病，及時糾正”的目的。

醫學健康亟待醫工交叉融合協同

“我是學測繪的，從測繪遙感學科交叉到醫學領域，是一個很大的跨界。”趙紅蕊不無感慨地表示，目前測繪與醫學融合有很多方式，交叉的趨勢也越來越強。比如去年武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室就與湖北省人民醫院開展遙感健康方面的合作，這是引領性創新。“我們的研究特色是把遙感技術與中醫理論、兼顧西醫理論結合起來。”

中醫具有幾千年悠久歷史，是祖國極寶貴的財產。“作為遙感人，應當努力去發掘新技術，為我國中醫發展出一份力。雖然我們最終的研究成果還沒有出來，但是我們堅信，未來應該也能夠做出具有引領性的成果。”

中醫獨特之處在于“天人合一”的整體觀以及“辨證論治”，就是把人看成一個完整的整體，主張從整體出發來診斷疾病，注重人體的整體健康狀態，這種理念在現代醫學中得到了認可和重視。

趙紅蕊認為，研究醫學健康也要有一個整體觀思維。人體是一個非常典型且復雜的系統，研究一個有生命力的對象，研究這樣一個復雜系統，需要有相應的方法。從這個角度來說，它既有研究的必要性，也有一定難度。

目前，測繪人搞醫學研究，還沒有形成主流的發展方向，應當說才剛剛開始。交叉研究起步比較難，因為跨界跨得太大。趙紅蕊說，近3 年時間，他們都在和醫生們一起交流溝通做相關研究，后來發現兩個學科的語言體系很不一樣，說得通俗一點，我說的話對方不明白，對方說的話我不明白，而且最難的是其不知道自己不明白。

比如，要做一個醫學健康監測系統的計算機處理模式，因為醫學科研人員缺乏計算機方面的基礎知識和測繪遙感數據處理技術，所以認為這是一件很簡單的事，面對我們刨根問底式的問題很不理解。反觀自己，他們在給我們講醫學知識時，估計也是類似情況。

孔子曰：“知之為知之，不知為不知，是知也。”這是對待知和不知的態度。趙紅蕊介紹說，知識分成兩部分：第一部分是你知道什么，第二部分是你知道你不知道什么。“你知道你不懂”這件事也很重要。不論中醫或西醫，必須要先對它了解、理解，才能有資格去做評判。現實中，有些人做不到“知之為知之，不知為不知”，不知道自己是不知道的。所以，跨界研究是一個慢慢迭代、不斷去研究、逐步推進的過程。可能再有一兩年時間，趙紅蕊團隊與這支頂尖中醫團隊聯合開發的健康監測診斷實驗系統就會研制出來進入應用階段，助力中醫診斷走向現代化。

趙紅蕊喜歡測繪遙感，也喜歡醫學。她說，當初在填報高考志愿時，除了第一檔是武漢大學測繪專業外，其他填寫的全是與醫學有關的專業。如今涉足醫學健康領域也算是她的一個初心夙愿。

“您認為測繪要如何更好地去賦能醫學健康領域？”趙紅蕊回答得很直接：“真正做到醫工結合。”醫工交叉，簡單理解就是醫學與理工科，包括測繪學科的融合協同。醫工交叉融合是一項系統工程，目前醫工交叉研究剛剛起步，需要多方力量給予更多關注和支持。

“我研究的是基于遙感的醫學健康方向，對于醫學領域來說是個異類，對于測繪來說，可能也算一個異類。”她也直言，醫學界沒有人懂測繪，而測繪人去做醫學，還需要時間的積累，慢慢做，逐步深入。此外，醫學里還有很多問題沒有解決，比如說糖尿病、高血壓的防治，這是世界難題。而健康中國倡導的“治未病”，算是其中一種解決方案。實現全民健康，只能走中西醫結合、醫工交叉融合這條路，測繪遙感技術大有可為。

測繪業界有這樣一句話 ：“只有你想不到，沒有你做不到的。”測繪是一個儀器裝備技術驅動的學科，已經融入各個領域。“把測繪技術，包括遙感、地理信息系統、衛星導航技術，以及人工智能、大數據技術在醫學領域應用得像在其他領域一樣純熟。為了這個目標，如果能夠做出一些成果來的話，我將很欣慰。”

趙紅蕊表示，現在還沒有真正把兩個學科結合起來，眼下只是在結合的路上走著。期待未來這些研究可以更好地賦能“大健康”，助力健康中國建設，提高百姓健康水平，實現人人健康。