吕维雪

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  吕维雪,生物医学工程和仪器仪表工程专家、教育家,中国生物医学工程学科和测试计量技术及仪器学科创始人。在数控机床、高速摄影、心电学、医学图像重建等领域取得了大量的开创性成果。提出并发展了隐含信息提取的理论,由此所取得的突破性成果得到国际学术界的高度评价。由他首创的混合班英才教育模式在中国高等教育界影响深远。

  

人物简介

  吕维雪,教授。上海市人。1951年毕业于浙江大学机械系。1953年加入中国共产党。1955年至1958年赴苏联进修。回国后,历任浙江大学教授、研究生院院长、副校长,国务院学位委员会第一、二届学科评议组成员,卫生部技术顾问,中国电子学会生物电子学会第一届副主任。早年从事数控机床及自动加工线的研究,1977年创办生物医学工程与仪器专业。指导完成体表电位系统、微血管血压检测系统、自动跟踪显微镜、间接动态血压监视系统等研究。编著《机床的数字程序控制》、《曲线数字程序控制系统的设计》、《微处理机系统的设计开发与应用》。

  2001年3月,因患胆结石被浙医一院误诊并错误手术而逝世。

人物生平

  吕维雪,1930年1月1日出生于上海,祖籍浙江定海。他出身于资产阶级家庭,小时候在上海长大,曾就读于上海美国教会办的圣约翰中学,从小立志为振兴中华而努力学习,中华人民共和国成立前后,他的两位哥哥、堂兄弟等都先后去香港、马来西亚发展,而吕维雪则选择了留在祖国大陆,决心为新中国的科学技术事业发展作贡献,后来他的兄弟在香港大多成为颇具实力和影响的进步实业家,在吕维雪的影响号召下,他的兄弟是较早回上海、天津等内地投资办厂的一批香港实业家之一,并且在浙江大学设立以吕氏兄弟集体命名的“吕氏奖学金”,这虽是后话,但这可以从某一侧面说明吕维雪一生对我国科学教育事业的热爱。

  1951年,吕维雪毕业于浙江大学机械工程系,同年留校任教。他勤奋工作,政治上积极要求进步,1953年光荣加入中国共产党。1955年9月赴苏联莫斯科机床工具学院及全苏机床研究所进修和工作,并任该所自动化组副组长,1958年获副博士学位,同年回国。他是最早参加苏联计算机控制研究的人员之一,参与设计和实现了由我方负责的苏联第一批数控机床中的数控计算装置,获得了苏联机械工业部科研成果奖和发明证书。

  1961年,吕维雪创建了我国第一个动态测试技术及仪器专业,他首次在机械类教学计划中引进计算机、自动控制和数字信号处理等内容。由他领导研制的“笔式记录仪”、“X-Y记录仪”、“方向图记录仪”、“伺服数控绘图仪”等均填补了国内空白。他参与设计研制的步进电机控制线路获得了国家发明证书。1965-1966年参加高速摄影机的研制,该高速摄影机成功拍摄了我国“两弹”试爆的过程,高速摄影机项目于1978年获全国科学大会成果奖。1958-1976年期间,吕维雪历任浙江大学机械系机制教研室主任、光仪系自仪教研室主任、科仪系主任。1982-1988年担任浙江大学副校长,1986-1988年兼任浙江大学研究生院首任院长。

  1977年,吕维雪创建了我国第一个生物医学工程专业,他在教学计划的制订,教材的编写、引进和实验室建设方面做了大量的工作,从无到有地建立起了该学科完整的教学体系。1978 年晋升教授,1981年成为我国第一批博士生导师,也是我国生物医学工程学科的第一个博士生导师。1984年又建立了该学科第一个博士后流动站。1986年又成为测试计量技术及仪器学科博士生导师,从而成为我国少数几个同时兼任两个学科博士生导师的专家之一。

  吕维雪以其深邃的学术思想和敏锐的洞察力,确立了我国生物医学工程专业的研究和教育方向。他根据国际生物医学工程发展态势,率先在国内倡导开展心电学理论、医学图像重建理论、定量生理系统及生物传感器等方面的研究,特别是在心电仿真理论研究方面,在国际上首次提出并建立了电生理和血流动力学相结合的虚拟心脏模型,在国际上开创性地提出了基于虚拟心脏模型参数解的心电逆问题研究新方法,他所指导的从事该研究的博士生获得了1999年全国首届百篇优秀博士学位论文奖。他提出并发展的隐含信息提取理论应用于指导各类图像重建,并在IEEE等国际权威刊物上发表一系列论文,受到了国际学术界的高度评价。

  吕维雪在教育改革方面也做了大量的开创性工作,在他担任浙江大学副校长和研究生院院长期间,努力推动浙江大学的学分制改革,致力于探索因材施教、理工结合、培养复合型人才的新路子,首创了混合班英才教育模式,在国内高等教育界产生了广泛的影响,在当时“浙大混合班”是与中国科技大学的“少年班”齐名的英才教育模式。吕维雪注重教书育人、为人师表,强调教师要紧跟学科发展前沿,强调教学内容和方法的更新,强调视野开阔对教师和学生的重要性,他屡次与国外知名学者联合指导博士研究生就是这方面的真实写照之一。吕维雪在古稀之年仍然惜时如金,自强不息。一方面从不放松学习、工作和学术思考,不断为学科发展提出新的思路,不断为学科的全面发展创造更好的条件,直到住院前一天仍然坚持出席国际学术会议。另一方面积极整理自己的学术成果,手术前夕还坚持在病床上对自己即将出版的专著做最后的校对。他诲人不倦,始终致力于培养学生的创新思想、独立工作能力、动手能力和扎实的工作作风,对几代学生优秀品质的形成产生了重要影响。吕维雪一生培养了博士生和硕士生近200名,真可谓桃李满天下。

技术成就

  数控机床由于其能进行高难而精确的切割在现代工业中应用很广泛,数控机床的研究起始于20世纪50年代,距今已有半个多世纪的历史,目前数控技术仍然在不断向前发展,足见其对现代工业的重要性。吕维雪是我国最早参与数控机床研究的专家之一。1955年9月他赴苏联莫斯科机床工具学院及全苏机床研究所进修并参加当时最先进的数控机床研究工作,负责数控计算装置的设计和调试,安装该计算装置的两台数控机床作为苏联技术新成就参加1958年2月在比利时布鲁塞尔举行的国际展览会展出,该研究成果获苏联机械工业部科研成果奖。1958年9月至12月回国后的三个月曾帮助一机部机床研究所开展数控机床的研究,之后回浙江大学工作,在数控机床方面著有《机床的数字程序控制》和《曲线数字程序控制系统设计》,是我国六七十年代仅有的有关数控机床方面的两本书。吕维雪还将数控技术应用到高速摄影机的研制中,由他作为控制部分负责人所研制成功的200万幅/秒高速摄影机成功拍摄了我国“两弹”试爆的过程,成为我国成功研制“两弹”的历史见证,高速摄影机项目于1978年获全国科学大会成果奖。

  1961年,根据当时科学技术的发展趋势和参加自动化研究工作多年的经验,吕维雪深感许多科学技术领域中的认知正由静态向动态研究发展,而动态研究的理论与工具都需要有很大的变更和发展,因此吕维雪创办了我国第一个动态测试技术及仪器专业,他率先将自控理论及数据处理技术应用于测试技术及仪表,系统地开展了动态参数检测及记录、显示仪器的动态误差、设计理论等方面的研究。

  1977年,根据工程技术与生命科学的结合对未来科学技术发展的重大影响,吕维雪又在国内首先创办了生物医学工程专业。生物医学工程是一个新型的交叉科学,它综合运用各种工程技术和理论来研究、解决生物学与医学中的各种问题,涉及知识面广,难度很大。吕维雪是学机械专业的,他不畏艰难,依靠自学,知难而进,在教师队伍的建立、教学计划制订、教材编写和确立研究方向等方面都倾注了自己的大量精力,他所开设的现代医学仪器、工程生理学、计算机在医学中的应用、医学图像处理等课程至今仍为生物医学工程专业的主干课程,他所倡导开展的心电学理论、医学图像重建理论、定量生理系统及生物传感器等方面的研究,使我国在国际生物医学工程界占有重要的地位,对我国生物医学工程学科的发展影响深远。

  生物医学信号与产生该信号的源,两者之间的关系一直是医学界和生物医学工程界专家们在不断探索研究且至今仍没有完善解决的关键问题,该问题是许多重要临床疾病诊断的基石。吕维雪意识到该问题研究的重大科学意义,决心在该领域有所突破,经过多年的潜心研究,于90年代初提出了隐含信息理论,并在其后的十余年时间里基于该理论在医学图像重建和心电逆问题开展开创性的研究,取得了丰硕的成果。说明隐含信息理论的一个典型例子是医学图像重建,拿CT来说,X射线通过人体,在人体另一端检测到经人体不同组织衰减后的X射线密度,从这些检测到的衰减后X射线密度重建出人体组织的断层结构图像,从数学上讲是个逆问题求解过程,是严重欠定的,这些衰减后的X射线密度隐含了人体组织结构的信息,关键是我们如何将这些隐含信息提取出来,从物理意义上讲,准确解只有一个,但目前无法求出这个准确解,只能得出近似解,方法不同其结果也会有所不同,如何逼近真实解是近几十年来各国研究者们所不断追求的。吕维雪在前人研究的基础上创造性地提出了多准则图像重建的方法,应用该方法所重建出来的图像质量比基于传统方法重建出来的图像质量大为提高,其精度比传统方法提高近一个数量级,局部偏差大幅度减小,收敛速度快,为早期病变的发现提供了技术可能性。研究结果在IEEE图像处理会刊、IEEE生物医学工程会刊等国际高级别刊物上连续发表了20多篇论文,引起国际同行的强烈反响,在该领域的研究十几年来始终保持在国际顶尖水平。美国Arizona大学光学科学中心主任Frieden教授对吕维雪和其博士生汪元美的研究成果评价为:“是医学图像重建中的一个真正的突破”,“将为观察天文学带来革命性的变化”,“是军事防御、天文学等方面的真正突破”,美国华盛顿大学Snyder教授说:“汪和吕的多准则最大熵理论是一项重大的工作和在图像科学中的一项重要研究成果”。隐含信息提取另一个典型的例子是心电图定量诊断,从我们人体表面上任一点测得的心电信号实际上隐含了心脏状态或者说心电源的信息,从体表心电信号推断心脏状态是个逆问题求解过程,对心脏疾病的定量诊断具有十分重要的意义,临床上的心电图诊断基本上是定性的诊断,医生只能大致判断患者得了何种心脏疾病以及病变的大致部位和程度,而且诊断的准确性很大程度上取决于医生的水平,如何从体表心电信号无创性地定量诊断心脏疾病一直是临床心脏病专家和生物医学工程专家的梦想。70年代开始,研究者主要从两个方面来研究这个问题,其一是从体表电位推断等效心电偶极子,其二是从体表电位推断心外膜电位,虽然众多国际专家经过30余年的努力,但结果不甚理想,究其根本原因,一是由于受数学上病态特性的制约,逆解本身不够准确;二是等效心电偶极子或者心外膜电位,它们还只是一个中间解,并没有求解到心脏状态这个最终解。针对这种状况,吕维雪大胆地提出基于虚拟心脏模型参数解的心电逆问题求解的新方法,或者可以称之为体表心电信号隐含信息的提取方法,其基本思路是将不定的逆问题求解转化为正问题的参数优化问题,虽然该法还不能求解出心脏状态的准确真实解,但可以得出反映心脏生理病理的定量信息(如病灶的位置、范围及严重程度等),比传统的方法更直接、更实用,试验表明采用该新方法对WPW预激综合征房室旁道定位的精度可达5mm左右,而传统的方法只能大致定位出10mm 左右的部位,由此可见,新方法的精度大为提高,对指导心脏病的介入治疗具有十分重要的意义。该研究成果发表后,受到国内外同行专家的高度好评,吕维雪所指导的夏灵博士也因此获得了1999年全国首届百篇优秀博士学位论文奖。

  虚拟心脏模型是采用数学、物理的方法从形态和功能上将心脏的生理病理状态在计算机上逼真地再现出来,对研究心脏的工作机理、病态特征以及对心脏病治疗药物的评价和筛选等方面具有十分重要的意义,因此虚拟心脏模型及其仿真研究长期以来一直是国际生物医学工程界的热门课题。80年代末开始,吕维雪在国内率先开展虚拟心脏模型及其仿真研究,此时正是国际上虚拟心脏模型研究发展非常迅速的时期,吕维雪深知,要想在该领域在国际上占有一席之地,就不能是对国外虚拟心脏模型的简单模仿,而是要有自己的特色。虚拟心脏模型研究的其中一个关键问题是心脏兴奋传播仿真算法的研究,在分析原有仿真算法优缺点的基础上,吕维雪提出了一种基于规则型和波面型的混合型心脏兴奋传播仿真算法,该仿真算法与传统的规则型和波面型算法相比精度更高,速度也更快,适合在微型计算机上实现,吕维雪及其博士生所开发的LFX虚拟心脏模型是国际上第一个在微型机上实现的心脏模型,对虚拟心脏模型的推广应用具有重要的意义。在过去的几十年中,人们对心脏结构和功能的生理意义有了深入的了解,并且建立了许多数学模型,努力量化所观察到的心脏的机械行为、电传导行为和生物化学行为,但心脏是集电生理学、动力学、血液流体力学以及神经、生化控制等于一身的极其复杂的综合系统,建模非常复杂和困难,人们往往只从某一方面对心脏进行建模和仿真分析,其中最突出的是电生理心脏模型和力学心脏模型,但长期以来二者是分开独立研究的,机—电耦合关系被忽略,这样仿真得出的结果往往带有一定的片面性,针对这种情况,吕维雪及其博士生在国际上率先开展电生理—力学心脏复合模型的研究,首次将心肌细胞的机—电耦合关系放入虚拟心脏模型中去考虑,使虚拟心脏模型的研究前进了一大步。此外,吕维雪还在国际上首先对心外膜电位以及希氏束电位等进行仿真研究,取得了一系列的研究成果,由于他的努力使得我国在该领域的研究十多年来一直稳定地处于国际先进水平。

社会评价

  科学技术上的开拓创新对一个国家在经济、军事等各个领域具有至关重要的作用,科技上突破的主要关键是要有开拓创新型人才,还要有一个相应的环境。如何培养开拓创新型的人才以及如何使他们成长,是许多国家关注和研究的问题。为了使我国能在21世纪跻身于世界科学的前列,在吕维雪的倡导下,浙江大学于1984开始创办了“混合班”,进行培养开拓创新型人才的试验,其办学指导思想概括地说就是选拔智力素质高的学生进行“起点高,进度快,基础广,能力培养”的特殊训练,打破了以往我国高等工程教育中“狭窄的专业,应用型的目标,僵死的教学计划”的单一格局,为优秀人才的脱颖而出创造了条件。浙大混合班以自由选择专业和个性化培养的完全学分制为模式,取代按专业招生和按专业培养的传统模式,学生进入浙大混合班后先按大类(文、理、工)学习规定的课程,然后在教师的指导下,根据自己的意愿选择主修专业并实行导师制和个性化培养,学生有足够的时间、空间选修或附修其他专业的课程,鼓励学生跨系选课,学科交叉,也可提前修习研究生课程,学生的学习也将不再是单一的课堂教学,课堂外的学术活动、课题研究、工程设计或参加社会实践将成为开发学生潜力、培养综合能力的有机组成部分,近20年的实践证明,浙大混合班的英才教育模式是成功的,该班训练培养出来的学生在众多领域取得了丰硕的成果,受到国内外用人单位的高度好评。目前浙大混合班以更完善的浙江大学竺可桢学院形式继续培养一批批复合创新型人才,吕维雪倡导的这一英才教育模式在我国高等教育史上写下了光辉的篇章。

人物简历

  1930年1月1日 出生于上海。

  1947-1951年 在浙江大学机械工程系学习,获工学学士学位。

  1951-1955年 在浙江大学机械系任教,于1953年加入中国共产党。

  1955-1958年 在苏联莫斯科机床工具学院及全苏机床研究所进修和工作,并任该所自动化组副组长,1958年获苏联副博士学位。

  1958-1977年 任浙江大学机械系机制教研室主任、光仪系自仪教研室主任、科仪系主任。

  1978-1982年 任浙江大学科仪系教授,1981年任博士生导师。

  1982-1988年 任浙江大学副校长,1984年兼任研究生院院长,1986年测试计量技术及仪器学科博士生导师。期间还担任了国务院学位委员会第一、第二届仪器仪表学科评议组组长,国家教委科学技术委员会仪器仪表组组长,中国科学院机械学科组成员,卫生部技术顾问等职。

  1988-2001年 任浙江大学学位评定委员会主席,生物医学工程研究所所长,国务院学位委员会第三、第四届仪器仪表学科评议组组长,国家教委生物医学工程专业指导委员会主任,中国电子学会生物电子学分会副主任,中国自动化学会生物医学工程分会副主任,中国生物医学工程学会理事,《中国医疗器械》杂志主任编委,《中国生物医学工程学报》编委会常委,《航天医学与医学工程》杂志编委,中国科技大学、上海交通大学兼职教授。

  2001年3月31日 去世。

主要论著

  1 吕维雪.机床的数字程序控制.北京:中国工业出版社,1962

  2 吕维雪.曲线数字程序控制系统设计.上海:上海科技出版社,1964

  3 吕维雪.微处理机系统的设计开发与应用.杭州:浙江大学出版社,1985

  4 吕维雪.医学图像处理.北京:高等教育出版社,1990

  5 吕维雪,段会龙.三维医学图像可视化及其应用.杭州:浙江大学出版社,2001

  6 吕维雪,徐振耀,符影杰.心电图QRST波仿真模型的构造与实现.中国科学B辑,1991,35(11):1201-1208

父亲先后结过两次婚,前妻病故后,父亲和我生母结婚。大妈生了两个儿子:吕建康和吕建成。母亲生二女六子,两个女儿幼年时患麻症夭折,六个儿子分别是:吕建明,1922年生,排行第三;吕建德,1924年生,排行第四;吕维松,1926年生,排行第五;吕维梅,1927年生,排行第六;吕维柏,1928年生,排行第七;吕维雪,1929年生,排行第八。

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