主題1: 利用人工智能應對逼切的醫療挑戰
項目名稱： 通過人工智能運動恢復預測系統為不同的中風倖存者提供最大運動功能恢復的個性化康復途徑
項目統籌者： 張智鈞教授 (中大)

摘要

這個項目透過人工智能和精密康復來應對在人口老齡化、年輕中風發病率增加以及香港物理治療 / 職業治療師短缺的迫切挑戰，為越來越多的中風倖存者提供足夠的運動康復。

中風是香港成年人致殘的主要原因，也是全球第三大原因。為了減少中風倖存者的依賴和所需照護帶來的社會經濟負擔（估計每年超過150億港元），必須提高康復的效果和效率。這些目標可以透過制定預計能產生最大功能恢復的個性化康復方案來實現。由於中風患者的巨大差異，定義這種個性化康復預測模型仍然具挑戰性。我們旨在建立一個可解釋的人工智能系統的初步版本，稱為PRAISE-HK (PoC)（香港及其他地區增強康復的精密康復人工智能系統，概念驗證版本），該系統根據多模式的康復前評估來預測個別中風倖存者的恢復潛力和實現這一潛力的最佳治療選項。

首先，我們將從亞急性中風倖存者（N=200-400）中收集臨床、神經影像、神經生理學和多組學數據。然後，他們將接受常規上肢康復治療、針灸、機器人訓練或神經肌肉刺激（成果1）。這些康復治療在香港相對容易獲得，而且此前已投入大量資源進行開發。接著，用機器學習從這些數據中提取的特徵將用於訓練PRAISE-HK (PoC) 中的神經網絡和決策樹算法，以對不同治療後運動恢復水平進行穩健預測（成果2）。在系統驗證之後，我們將應用PRAISE-HK (PoC) 以試辦社區個性化康復計劃（成果3）。

我們的模型具有從多種治療方案，透過廣泛的多模式康復前評估來預測最佳治療選項的潛力，這使得它與之前不太準確的模型不同。我們的跨學科團隊由13位研究員組成，擁有腦神經科、物理治療 / 職業治療、針灸、電機 / 生物醫學工程、機器人技術、神經科學、神經影像、多組學、數據科學和臨床試驗管理方面的專長，使我們能夠在全球獨一無二的地位執行這個項目，並產生跨學科教育的機會。從長遠來看，PRAISE-HK的最終完整版本將通過促進新康復策略在更有針對性的群體中的臨床試驗評估來加速其市場化。這種進行康復試驗的便利性和本項目的規模將吸引本地和國際、業界和學術康復科學家來香港進行交叉研究和開發新的康復裝置，使香港成為未來的全球創新康復中心。

主題1: 利用人工智能應對逼切的醫療挑戰
項目名稱： 基於基礎模型的老年退化性疾病早期診斷、個人化介入治療以及複雜跨疾病相互作用分析的環境智能系統
項目統籌者： 邢國良教授 (中大)

摘要

由於人口老齡化的顯著加劇，老年相關退化性疾病已成為全球的健康挑戰，其中包括認知障礙症和肌少症。這兩種疾病的症狀都會增加活動障礙、認知損傷、機構化管理以及死亡的風險。此外，近期證據顯示這兩種老年相關疾病之間存在複雜的相互作用。本項目将研發首個利用基礎模型的環境智能感知系統Koala，旨在為老年相關的退化性疾病提供無創、個性化的診斷、干預和跨疾病相互作用分析。首先，我們將開發一個多模態環境傳感器系統，用來部署在老年人家中以提供長期健康相關活動偵測、數字生物標誌物監測、並通過語音和手勢與老年人和護理人員進行交互。其次，我們將設計KoalaFM — 首個可信賴且數據 / 計算高效的針對認知障礙症和肌少症的基礎模型。該系統包括一個共享的基礎模型和針對每位患者的私人數據微調的個性化基礎模型，能夠融合數字生物標誌物、醫療報告和諮詢記錄等高度異構的跨模態知識。第三，利用KoalaFM，我們將研發用於發現認知障礙症和肌少症的新型數字生物標誌物、早期診斷和個性化干預方案的方法。同時，我們將開發可信賴的醫療問診系統，以增強醫生在與老年患者互動過程中的臨床評估。我們將開展一個大規模的綜合臨床試驗，從香港三個地區的醫院門診診所招募1,000名具有不同程度行動和認知障礙的受試者來驗證Koala。這將成現今最大規模的針對認知障礙症和肌少症的跨疾病人群研究。這項研究不僅將帶來從問診、早期診斷到干預的全方位健康解決方案，還將對闡明肌少症和認知障礙症之間病理途徑的相互影響和演變具有重要意義，從而大大提高對這兩種疾病的診斷和治療水平。

主題1: 利用人工智能應對逼切的醫療挑戰
項目名稱： 開發和部署基於社區的眼科保健模式以提供基層眼科保健服務
項目統籌者： 梁啟信教授 (港大)

摘要

香港醫院管理局（醫管局）現為超過700萬人提供眼科服務，卻面臨人口老化和人力短缺的嚴峻挑戰。香港眼科醫生短缺導致了一系列後果，影響了眼科護理和廣泛社會生產力。青光眼和濕性老年黃斑病變等不可逆轉失明的常見成因需要及時診斷和干預，以防止視力逐漸喪失，但目前醫管局專科門診眼科新患者預約的最長輪候時間為204週（第90 個百分位數）。因此，許多慢性眼疾未被及時發現和治療，最終導致視力永久受損。按照香港衛生局的基層醫療保健藍圖，我們有迫切需要透過開發、部署和整合以社區為基礎的眼科保健系統，與專科門診合作來改善眼科服務的模式，以提高管理慢性眼疾的效率。我們建議在地區康健中心（在香港各區提供基層保健服務的社區健康中心）開發和部署以社區為基礎的眼科服務模式，與專科門診結合，以檢測和治療慢性眼疾。我們將設計並驗證新型人工智慧光學相干斷層掃描診斷系統，在兩個地區的康健中心（南區康健中心和觀塘康健中心快線）檢測致盲性眼部疾病。這些地區康健中心將由眼科護士和驗光師管理，他們將提供諮詢服務和眼部健康教育，處理屈光不正和乾眼病，並把有需要眼科醫生治療的患者轉介至專科門診。我們會利用現實世界的務實隨機臨床試驗調查這個以社區為基礎的基層眼科保健模式的影響和成本效益。我們假設這模式將大大縮短診斷眼疾的時間（主要結果指標），診斷表現比目前模式更佳或相約。我們預計這個新模式將大幅減少專科門診新患者預約的輪候時間，由長達 204 週縮短至 8 週以內，從而提高眼科服務的成本效益，減輕視力障礙和失明對社會日益加重的負擔，最終提高香港的社會生產力。

主題2: 致力推動在2050年前實現碳中和
項目名稱： 實現香港電力系統的低成本高效益碳減排：技術創新，行動方案和路徑
項目統籌者： 宮鵬教授 (港大)

摘要

實現碳中和是一項複雜的系統工程，要求全面的碳排放核算數據支援、脫碳技術創新、有效的配套經濟與社會政策，以及利益相關者的積極參與。以香港為例，電力生產是碳排放的主要來源，佔總排放量的66%以上。鑒於此，電力部門的減排對於實現2050年碳中和目標至關重要。然而，由於缺乏高時空分辨率的碳排放現狀、對未來脫碳技術選擇的系統評估以及成本效益分析，香港尚未制定出切實可行的低成本脫碳實施策略。本研究旨在提出一個基於科學的方法框架，量化評估香港實現碳中和的路徑，並探討其（一）脫碳技術可行性、（二）電力部門和能源基礎設施的可靠性與韌性，以及（三）社會經濟系統的可接受性。基於此，本研究專案集中實現如下目標：

1.供給端：在開發高時空分辨率的自上而下和自下而上的電力系統碳排放模型基礎上，通過整合包括氫能等可再生能源系統，開發具有成本有效性的電力部門脫碳技術組合，以尋求香港供給端的電力系統碳中和的技術路徑 ;

2.需求端：開發分散式能源系統和電力基礎設施規劃，以及對分散式能源與設施進行綜合優化與考量，從而實現需求端減少擴展電廠容量的需求（2035-2050年）;

3.開發一個綜合的動態決策模型（ISIDM），用於中長期基於成本效益考量的香港電力系統碳中和規劃，通過類比不同的技術，脫碳政策和社會生態系統反饋情景，以尋找可行的脫碳路徑和行動路線圖。

我們的團隊由港大 / 理大 / 城大 / 中大在氣候變化與環境遙感科學、地球系統科學、機械工程、材料科學、能源工程、電力系統規劃、管理科學與工程、碳金融及公共政策方面的跨學科高水平專家組成，與香港及粵港澳大灣區內的多家主要能源及公用事業 / 企業等機構協同合作，為香港和其他「人口高密度+土地資源短缺」的全球城市 / 地區的電力系統開發脫碳技術、 評估和實施提供低成本高效益的解決方案。 這項研究致力於推動電力行業可再生能源技術轉型創新的潛力，以促進實驗室規模的原型與電力系統脫碳實踐領域的進步，並鼓勵在可持續發展科學和碳中和電力系統方面的協同努力。 我們的最終目標是提升香港在碳中和與可持續發展領域的國際中心地位。

主題3: 打造香港成為粵港澳大灣區領先的集成電路和光電創新科技中心
項目名稱： 面向先進光子片上系統的硅光子學和硅上 III-V族半導體的異質外延
項目統籌者： 曾漢奇教授 (中大)

摘要

摩爾定律即將終結，芯片製造面臨越來越多的技術挑戰，而且成本急劇增加。為此，我們提出了一種硅基光子集成的替代途徑，以提高集成片上系統芯片的性能。我們致力於開發先進的光子片上系統芯片（PSoCs）的核心技術。通過利用光子而非電子，光子集成在光學傳感、數據通信、高速信號處理等應用中具有顯著優勢。我們選擇硅作為光子集成的首選平臺，因為它享有互補金屬氧化物半導體（CMOS）製造相關的低成本和高產率優勢，並且具有高可靠性和成熟的供應鏈。這些優勢使硅成為集成電路的主導半導體。

在這個項目中，我們將研究一種新工藝以實現III-V族半導體在硅上的異質外延集成。與傳統的平面晶圓異質外延相比，我們的方法無需厚緩沖層，因為厚緩沖層通常使得與硅波導的集成變得更為復雜。我們提出的方法采用了共同首席研究員劉紀美教授發明的縱橫比限製（LART）技術。LART確保III-V區與硅波導處於同一平面，從而實現III-V器件與硅波導之間光的高效低損耗耦合。在這個項目中，我們將開發器件集成的基本工藝，並展示PSoCs在實現高度緊湊的先進成像系統、節能低延遲光子信號處理器以及用於傳感和通信的集成光源方面的優勢。該項目將應用新開發的LART技術在硅光子學上製造新的單片集成III-V光子器件，包括電驅動激光器、寬帶發光二極管和光頻梳源、用於數據通信的III-V高效光調製器、III-V半導體光放大器和高性能III-V光電探測器。我們旨在將III-V器件與高性能無源硅光子功能元件（如低損耗光柵耦合器、光學相控陣和濾波器）集成起來，構建可用於大容量光互連、高速光相幹斷層成像系統、高速光子計算加速器、多模光纖成像系統以及其他新興應用的硅光集成芯片。

主題5: 創新及環保建築科技和物料
項目名稱： 明日已至：可持續3D混凝土打印實現生態友好型自主建造
項目統籌者： 劉錦茂教授 (城大)

摘要

香港面對住房短缺和填埋場地不足的緊迫挑戰，迫切需要創新的建設解決方案。建築材料資源和專業勞動力的匱乏進一步加劇了這一問題。本專案旨在利用三維混凝土打印（3DCP）技術，打造一個自主和可持續的建築系統，減少對非專業建築工人的依賴。該系統在降低建築行業的勞動力需求的同時，提升品質控制，減少材料和時間的浪費，並為廢物的循环利用開闢新途徑。3DCP技術在生成傳統建築方法難以實現的複雜結構方面具有顯著優勢，這不僅增強了現場施工的能力，也拓展了非現場製造的可能性。本跨學科合作專案將彙集材料科學、計算建模、人工智慧、系統設計、自動化與控制、數位孿生技術、環境科學及公共政策等領域的專家團隊，共同開發這一自動化和可持續的建築解決方案。本項目將分階段實施：首先，利用生成式人工智能技術，開發包含廢物成分的可持續水泥基複合材料。其次，通過計算模擬和實驗室測試，優化這些複合材料以適應3DCP工藝。第三，設計一種適用於3DCP的電纜驅動機器人系統，並開發新的控制算法，以實現自動化、穩定且高品質的打印。第四，構建一個集成實時監控和反饋的自動化3DCP控制系統，並創建與計算模型互動的3DCP系統的數位孿生。最後，評估該項目的社會、經濟和環境影響，以確保其在香港建築業的可持續實施。本項目的目標是為香港建築業提供一套全面、可靠、成本效益高的3DCP技術解決方案，使用環保材料，減少廢物產生。通過這一專案，我們期望緩解住房緊張、勞動力短缺問題，節省填埋空間，降低碳排放，為香港、大灣區乃至其他國際大都市提供可持續發展的新路徑。