微創(chuàng)與介入醫(yī)療器械設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索

毛琳,崔海坡,宋成利

上海理工大學(xué) 健康科學(xué)與工程（上海，200093）

0 引言

醫(yī)療器械作為構(gòu)筑醫(yī)療體系的重要支撐點(diǎn)，對(duì)人類生命健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。醫(yī)療器械是醫(yī)學(xué)和工程學(xué)交叉融合的一門學(xué)科，涉及醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、工程學(xué)、電子學(xué)和材料學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，是精密制造與精準(zhǔn)醫(yī)療創(chuàng)新融合的典型代表，近年來(lái)越來(lái)越受到關(guān)注［1-2］。

上海理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)主要面向醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)進(jìn)行高層次人才培養(yǎng)，定位清晰、特色鮮明，已為我國(guó)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)輸送了很多的優(yōu)秀人才。通過(guò)理論與實(shí)踐，學(xué)科知識(shí)與臨床醫(yī)學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方式，培養(yǎng)能力素質(zhì)全面發(fā)展的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)人才。微創(chuàng)與介入醫(yī)療器械設(shè)計(jì)是一門多學(xué)科有機(jī)融合的技術(shù)密集型課程，具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)用性。本課程的建設(shè)發(fā)展經(jīng)歷了十余年，2010 年開(kāi)設(shè)本科課程微創(chuàng)醫(yī)療器械概論，并于2011 年申報(bào)了上海高校示范性全英語(yǔ)教學(xué)課程，2016 年本課程列入生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃。

作者自參加工作以來(lái)，一直從事微創(chuàng)醫(yī)療器械與介入器械的教學(xué)與科研工作［3-4］。在教學(xué)過(guò)程中，作者搜集了大量文獻(xiàn)資料和圖片視頻，訪問(wèn)了眾多醫(yī)療器械企業(yè)和醫(yī)院，針對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)方案，進(jìn)行了一系列的課程創(chuàng)新和教學(xué)改革。

1 教學(xué)目標(biāo)與人才培養(yǎng)的結(jié)合

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以培養(yǎng)掌握生物醫(yī)學(xué)工程基本理論、基本知識(shí)和基本技能，具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以及良好人文素養(yǎng)和團(tuán)隊(duì)合作精神的高層次、復(fù)合型人才為目標(biāo)，著重培養(yǎng)學(xué)生的法律意識(shí)、道德倫理、專業(yè)技術(shù)以及創(chuàng)新能力，以滿足社會(huì)醫(yī)療保障體系發(fā)展的特定需求。

本課程的教學(xué)目標(biāo)是：在完成大學(xué)三年的通識(shí)課程和專業(yè)基礎(chǔ)之后，學(xué)生能夠進(jìn)行知識(shí)的綜合運(yùn)用，提高鍛煉分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)本課程，可以深入學(xué)習(xí)微創(chuàng)醫(yī)學(xué)知識(shí)，了解最先進(jìn)的微創(chuàng)介入醫(yī)療技術(shù)特點(diǎn)，掌握微創(chuàng)外科器械的設(shè)計(jì)原理，通過(guò)血管支架和微創(chuàng)外科抓鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，掌握基本的微創(chuàng)醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)方法，鍛煉學(xué)生將臨床需求及痛點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣こ虇?wèn)題，并提出具體解決方案的能力。

2 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式的改革

2.1 課程內(nèi)容與資源

微創(chuàng)與介入醫(yī)療器械設(shè)計(jì)課程涉及的教學(xué)內(nèi)容很多，包括醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)、疾病與治療、機(jī)械設(shè)計(jì)、生物力學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，學(xué)生面對(duì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是如何將復(fù)雜的知識(shí)體系建立起來(lái)，同時(shí)還要具有動(dòng)手操作和解決臨床醫(yī)學(xué)問(wèn)題的能力。本課程也是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)重要的專業(yè)課，具體的課程內(nèi)容包括：①微創(chuàng)醫(yī)學(xué)的背景介紹；②微創(chuàng)外科及器械；③微創(chuàng)外科器械的生物力學(xué)原則；④微創(chuàng)醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)思路和方法；⑤心血管支架和微創(chuàng)外科抓鉗的設(shè)計(jì)步驟和流程等。面對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科所面臨的挑戰(zhàn)，結(jié)合本專業(yè)醫(yī)工交叉的特點(diǎn)，作者與研究團(tuán)隊(duì)多次深入醫(yī)院，與臨床醫(yī)生溝通，實(shí)踐了基于臨床問(wèn)題的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)思維（design thinking），應(yīng)用了斯坦福大學(xué)Biodesign 醫(yī)療科技創(chuàng)新理論［5］。

課程教學(xué)內(nèi)容改革的重點(diǎn)就是通過(guò)具體的微創(chuàng)醫(yī)療器械設(shè)計(jì)，重新定義醫(yī)學(xué)問(wèn)題的邊界，利用工程技術(shù)原理和設(shè)計(jì)思維（design thinking）提出解決具體問(wèn)題的方案，通過(guò)實(shí)際案例，融合各學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，鍛煉學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的能力。本課程還提供了充足的軟硬件資源，供學(xué)生學(xué)習(xí)、觀察、測(cè)試和設(shè)計(jì)，同時(shí)，課程還提供了豐富的微創(chuàng)醫(yī)學(xué)參考文獻(xiàn)、心血管支架和微創(chuàng)外科器械樣品以及必備的測(cè)繪工具和測(cè)試設(shè)備。

2.2 課程組織與實(shí)施

激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望是組織教學(xué)的關(guān)鍵。本課程在教學(xué)內(nèi)容和組織實(shí)施之間探索了教師主動(dòng)性教學(xué)和學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的有機(jī)融合。在課程講授前將教學(xué)問(wèn)題，特別是醫(yī)學(xué)問(wèn)題告訴學(xué)生，讓學(xué)生帶著問(wèn)題思考，與教學(xué)內(nèi)容相符合，以此激發(fā)學(xué)生的興趣，并結(jié)合多媒體教學(xué)和視頻錄像，沉浸式體驗(yàn)微創(chuàng)醫(yī)學(xué)的特點(diǎn)和難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生勤思考多分析。

本課程非常受歡迎，每學(xué)期選課學(xué)生都很多，2018 年95 人，2019 年80 人，教學(xué)過(guò)程分小組進(jìn)行，每個(gè)小組約6 人，組內(nèi)同學(xué)分工合作，要能獨(dú)立查找相關(guān)文獻(xiàn)，測(cè)試樣品并進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，小組同學(xué)一起克服困難，共同成長(zhǎng)。

依托“產(chǎn)學(xué)研”合作教學(xué)，注重利用最新的科研成果改進(jìn)課堂教學(xué)內(nèi)容，培養(yǎng)醫(yī)工交叉高層次人才。由于微創(chuàng)醫(yī)療器械技術(shù)發(fā)展迅速，教學(xué)內(nèi)容需要不斷創(chuàng)新，授課團(tuán)隊(duì)積極向?qū)W生展示了最新的國(guó)家基金科研成果，包括微創(chuàng)外科機(jī)器人等項(xiàng)目，使學(xué)生理論和實(shí)踐知識(shí)得到提高，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

另外，利用實(shí)踐基地鞏固教學(xué)效果。微創(chuàng)醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)需要系統(tǒng)的訓(xùn)練，教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用了教育部微創(chuàng)醫(yī)療器械工程中心專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，使學(xué)生能夠?qū)⒄n堂知識(shí)直接用于實(shí)踐，并帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)室，學(xué)習(xí)使用測(cè)試和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，讓學(xué)生真正學(xué)有所用。

2.3 線上教學(xué)模式探索

醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，通過(guò)新冠疫情更凸顯出其對(duì)人民健康和國(guó)家安全的重要作用。微創(chuàng)醫(yī)療器械是高科技產(chǎn)業(yè)，對(duì)于人才的需求很大。今后五年，本課程的建設(shè)將對(duì)接國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，融合最新醫(yī)療科技，不斷優(yōu)化課程設(shè)計(jì)。

本課程正在建設(shè)完備的線上課程，擬向全國(guó)大學(xué)和產(chǎn)業(yè)界開(kāi)放，預(yù)期實(shí)現(xiàn)線上課程廣泛覆蓋，線下課程深度挖掘，培養(yǎng)更多的微創(chuàng)醫(yī)療器械專業(yè)人才。目前線上課程已經(jīng)開(kāi)發(fā)在線教學(xué)機(jī)器人 -基于人工智能的機(jī)器人助教（圖1），屆時(shí)可以把大部分標(biāo)準(zhǔn)化的知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容移植到線上，通過(guò)文字、圖片、視頻和課件PPT，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)和智能教學(xué)。

圖1 助教機(jī)器人Fig.1 Teaching assistant robot

3 評(píng)價(jià)體系的探索

課程成績(jī)?cè)u(píng)定方式采用平時(shí)成績(jī)（30%）+課程報(bào)告和PPT 答辯（70%）的形式。其中平時(shí)成績(jī)包括每日考勤，由研究生助教完成。討論積極度和團(tuán)隊(duì)合作參與度，由各小組長(zhǎng)完成。各組按時(shí)完成報(bào)告PPT，要求學(xué)生每人按時(shí)完成課程報(bào)告4～6 頁(yè)，包括文字和圖片，可以配有醫(yī)學(xué)圖片和設(shè)計(jì)截圖，在課程教學(xué)結(jié)束后第二周完成，并裝訂成冊(cè)。其中包括對(duì)于醫(yī)療器械設(shè)計(jì)難點(diǎn)的討論，以及領(lǐng)悟、收獲和思考。各組完成一份課題答辯PPT，在最后一天進(jìn)行答辯演示，從內(nèi)容、團(tuán)隊(duì)、風(fēng)度等各方面打分。答辯環(huán)節(jié)課堂氣氛非常熱烈，掌聲不斷。

學(xué)生對(duì)本課程的評(píng)價(jià)都非常積極，特別是最后的報(bào)告答辯部分印象深刻。學(xué)生總結(jié)了學(xué)習(xí)本課程的領(lǐng)悟和收獲，并能以團(tuán)隊(duì)的形式向授課教師及團(tuán)隊(duì)進(jìn)行講解，鍛煉了團(tuán)隊(duì)合作能力和表達(dá)能力，增加了自信，提高了對(duì)專業(yè)的理解和熱愛(ài)，對(duì)學(xué)生以后就業(yè)創(chuàng)業(yè)都很有幫助。

4 小結(jié)

微創(chuàng)與介入醫(yī)療器械設(shè)計(jì)課程體現(xiàn)了醫(yī)工交叉、設(shè)計(jì)理論和項(xiàng)目實(shí)踐相結(jié)合、醫(yī)學(xué)知識(shí)和工程能力相結(jié)合的特色，傳統(tǒng)的課程教學(xué)模式不能適應(yīng)新工科背景下生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特點(diǎn)，必須通過(guò)項(xiàng)目鍛煉能力，通過(guò)臨床需求激發(fā)創(chuàng)新創(chuàng)意，通過(guò)工程技術(shù)提供解決方案，通過(guò)實(shí)際運(yùn)作反饋臨床。本課程通過(guò)心血管支架的設(shè)計(jì)，使學(xué)生深刻領(lǐng)悟了冠心病的危害，發(fā)病機(jī)理和治療方法，掌握了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語(yǔ)和思維方式，具備了與醫(yī)生進(jìn)行溝通，并將醫(yī)學(xué)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)問(wèn)題的跨專業(yè)能力，為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)改革做出了有益的探索和創(chuàng)新。