新醫(yī)科醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)路徑探索*

李宇鎧 綜述,柯 陽(yáng) 審校

(昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院肝膽胰外科,云南 昆明 650051)

醫(yī)工結(jié)合概念始于20世紀(jì)70年代,“醫(yī)”是指醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相關(guān)學(xué)科,如臨床醫(yī)學(xué)、分子生物學(xué)等;“工”是指理工科等學(xué)科,如材料學(xué),人工智能,機(jī)器制造等;“結(jié)合”是指將醫(yī)學(xué)與工科協(xié)同交叉,推陳出新的模式[1]。2009年,麻省理工學(xué)院院長(zhǎng)Susan Hockfield[2]在美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院科技政策論壇上指出,第一次生命科學(xué)革命創(chuàng)立和發(fā)展了分子生物學(xué),第二次生命科學(xué)革命創(chuàng)立和發(fā)展了基因組學(xué),第三次生命科學(xué)革命已經(jīng)來(lái)臨,就是來(lái)自生命科學(xué)、物理科學(xué)和工程科學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)的醫(yī)工大結(jié)合。作為一門(mén)新興學(xué)科,我國(guó)醫(yī)工結(jié)合起步于20世紀(jì)80年代,主要通過(guò)將醫(yī)科院校與理工科院校合并的方式,設(shè)立生物醫(yī)學(xué)工程專(zhuān)業(yè),促進(jìn)醫(yī)工學(xué)科交叉[3]。相對(duì)于國(guó)外依靠工業(yè)基礎(chǔ)和兩次生命科學(xué)革命的長(zhǎng)期積累,我國(guó)醫(yī)工結(jié)合存在起步時(shí)間晚,基礎(chǔ)薄弱等先天不足,急需醫(yī)工結(jié)合人才彌補(bǔ)空白,解決“卡脖子”技術(shù)問(wèn)題,迎頭趕上生命科學(xué)的第三次革命,這樣才有機(jī)會(huì)從追趕者變?yōu)轭I(lǐng)跑者[4]。

1 國(guó)外醫(yī)工結(jié)合人才培養(yǎng)情況

國(guó)外醫(yī)工結(jié)合人才培養(yǎng)具有課程設(shè)置科學(xué),研發(fā)體系健全,注重成果轉(zhuǎn)化等特點(diǎn)。以醫(yī)工結(jié)合實(shí)踐最早,發(fā)展最完善的美國(guó)為例:

1.1 交叉課程科學(xué),培養(yǎng)復(fù)合型人才

首先,報(bào)考醫(yī)學(xué)院的學(xué)生是具有系統(tǒng)、高水平理工科素質(zhì)的本科畢業(yè)生,為美國(guó)醫(yī)工學(xué)科交叉提供了堅(jiān)實(shí)的人才保障。其次,交叉學(xué)科的學(xué)生在全面學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)和工科知識(shí)的基礎(chǔ)上,可以選修不同的交叉學(xué)科方向,定制不同教學(xué)方法。哈佛-麻省理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)學(xué)物理學(xué)項(xiàng)目就在設(shè)置生物醫(yī)學(xué)和工科基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)上,鼓勵(lì)學(xué)生選修臨床課程,為醫(yī)工交叉提供了突破點(diǎn)[5]。

1.2 整合交叉資源,構(gòu)建高水平醫(yī)工研發(fā)平臺(tái)

高水平綜合大學(xué)和科研院所為醫(yī)工結(jié)合發(fā)展提供有力支持。哈佛大學(xué)與麻省理工學(xué)院以生物醫(yī)學(xué)的造影、信息、整合、再生四方面開(kāi)展醫(yī)學(xué)工程與醫(yī)學(xué)物理項(xiàng)目,是目前美國(guó)最大的生物醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)學(xué)科學(xué)家培訓(xùn)項(xiàng)目之一[6]。斯坦福大學(xué)整合醫(yī)學(xué)、工程、科學(xué)等多領(lǐng)域形成多學(xué)科交叉Bio-X項(xiàng)目,取得了許多突破性進(jìn)展[7]。美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一部署建成國(guó)家促進(jìn)轉(zhuǎn)化科學(xué)中心和國(guó)家轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)促進(jìn)中心,形成了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究全國(guó)網(wǎng)絡(luò)[8]。

1.3 多方位知識(shí)融合,注重成果轉(zhuǎn)化

對(duì)于醫(yī)工交叉學(xué)生,一是注重學(xué)生多方位考察,例如南密西西比大學(xué)選修課學(xué)分占總學(xué)分50%,而斯坦福大學(xué)占比則在50%以上[9]。二是注重綜合實(shí)力的考察,最終以成果轉(zhuǎn)化為導(dǎo)向尤為重要,避免了交叉學(xué)科的多而不精。例如哈佛-麻省理工學(xué)院的醫(yī)學(xué)工程和醫(yī)學(xué)物理學(xué)項(xiàng)目采用聚焦最終成果,進(jìn)行反向課程設(shè)計(jì),逐級(jí)達(dá)標(biāo)的成果導(dǎo)向教育模式,進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化。微觀上滿(mǎn)足了不同知識(shí)文化背景的交叉人才發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì),宏觀上可以取長(zhǎng)補(bǔ)短,助力醫(yī)工大結(jié)合[10,11]。

2 國(guó)內(nèi)醫(yī)工結(jié)合人才培養(yǎng)情況

近10年來(lái),隨著《中國(guó)制造2025》、《健康中國(guó)行動(dòng)(2019-2030)》等一系列國(guó)務(wù)院文件的發(fā)布,生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械的研發(fā)成為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域之一。我國(guó)醫(yī)學(xué)教育也在不斷嘗試醫(yī)工結(jié)合方面的創(chuàng)新,以培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生綜合運(yùn)用各種知識(shí)、技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力,形成了向上向好的局面[12]。中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院依靠綜合性大學(xué)的學(xué)科優(yōu)勢(shì),開(kāi)展多樣化的醫(yī)工結(jié)合教學(xué)活動(dòng),鼓勵(lì)和引導(dǎo)醫(yī)學(xué)生參與醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新[13]。清華大學(xué)結(jié)合人工智能與醫(yī)科專(zhuān)業(yè)特色,于2020年春季學(xué)期開(kāi)設(shè)《智慧醫(yī)療創(chuàng)新體驗(yàn)》課程,進(jìn)行智慧醫(yī)療創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索[14]。上海交通大學(xué)Med-X研究院依托生物醫(yī)學(xué)工程交叉學(xué)科的特點(diǎn),建立交叉究中心,推進(jìn)國(guó)際合作,為我國(guó)交叉學(xué)科人才培養(yǎng)模式的建立提供有益參考[15]。2020年11月國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)成立交叉科學(xué)部,標(biāo)志著國(guó)家在促進(jìn)學(xué)科交叉融合方面又邁出新的一步,評(píng)價(jià)體系正在逐步建立[16]。

3 醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)可能的路徑

在整合現(xiàn)有資源,開(kāi)發(fā)利用周邊資源的基礎(chǔ)上,昆明醫(yī)科大學(xué)通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)探索構(gòu)建了一套循序漸進(jìn)、符合學(xué)生成長(zhǎng)規(guī)律的醫(yī)工結(jié)合人才培養(yǎng)機(jī)制,即“知識(shí)養(yǎng)成-實(shí)踐教育-學(xué)以致用”的醫(yī)工結(jié)合人才培養(yǎng)路徑:

3.1 醫(yī)工結(jié)合知識(shí)養(yǎng)成

在學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的前提下,研究團(tuán)隊(duì)面向本科臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)、影像診斷專(zhuān)業(yè)、影像技術(shù)專(zhuān)業(yè),開(kāi)設(shè)醫(yī)工結(jié)合選修課:昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院柯陽(yáng)副教授講授《醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)研究》、《腹腔手術(shù)器械工作原理及使用方法與技巧》;醫(yī)學(xué)影像科王家平教授講授《人體組織結(jié)構(gòu)與影像成像原理》;設(shè)備科李龍工程師講授《腹腔手術(shù)器械材料、功能與設(shè)計(jì)原理》等課程;多學(xué)科聯(lián)合團(tuán)隊(duì)還開(kāi)設(shè)《醫(yī)學(xué)圖像處理》選修課,講解B超、X線、CT、MRI成像原理,以及虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)等國(guó)際前沿技術(shù)進(jìn)展,該課程結(jié)束時(shí)要求學(xué)生自己查閱資料撰寫(xiě)一份醫(yī)工結(jié)合技術(shù)相關(guān)論文,鍛煉學(xué)生醫(yī)工結(jié)合知識(shí)養(yǎng)成;聘請(qǐng)昆明理工大學(xué)、云南微樂(lè)數(shù)字醫(yī)療科技有限公司的相關(guān)專(zhuān)家講授《新型高分子材料藥物遞送體系》、《基于三期CT影像的三維重建》課程,對(duì)參與醫(yī)工結(jié)合講座和選修課的學(xué)生給予學(xué)分或證書(shū)獎(jiǎng)勵(lì)。

3.2 醫(yī)工結(jié)合實(shí)踐教育

研究團(tuán)隊(duì)依托昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院在大型醫(yī)療設(shè)備和生物工程人才方面的資源優(yōu)勢(shì),組織醫(yī)學(xué)生在臨床實(shí)踐中對(duì)CT、MRI、熒光腹腔鏡、超聲刀、達(dá)芬奇機(jī)器人等醫(yī)療設(shè)備原理與操作進(jìn)行實(shí)地講解,進(jìn)行先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備使用實(shí)踐;與云南微樂(lè)數(shù)字醫(yī)療科技有限公司開(kāi)展校企合作,組織醫(yī)學(xué)生對(duì)混合現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等進(jìn)行實(shí)地講解、使用,進(jìn)行新一代信息技術(shù)實(shí)踐;與昆明理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院開(kāi)展(醫(yī))校(工)校合作,組織醫(yī)學(xué)生走進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)一線,通過(guò)參觀ICG-環(huán)糊精肝癌靶向遞藥體系、瑪咖多糖-氯喹腫瘤免疫治療仿生遞藥體系構(gòu)建,體驗(yàn)新型高分子材料藥物遞送體系方面的學(xué)術(shù)優(yōu)勢(shì)給醫(yī)學(xué)帶來(lái)的變革。

3.3 醫(yī)工結(jié)合學(xué)以致用

在學(xué)習(xí)醫(yī)工結(jié)合知識(shí)和實(shí)踐教育的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)在醫(yī)學(xué)生中組建醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì),團(tuán)隊(duì)成員包括項(xiàng)目經(jīng)理、醫(yī)生、技術(shù)工程師、產(chǎn)品設(shè)計(jì)師,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)提出臨床問(wèn)題,提出醫(yī)工結(jié)合解決方法,如昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院柯陽(yáng)副教授組織本科生團(tuán)隊(duì)針對(duì)術(shù)前談話溝通效率低,外科手術(shù)學(xué)教學(xué)手段落后等問(wèn)題,提出采用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)開(kāi)發(fā)“妙手宗師”外科手術(shù)演示訓(xùn)練系統(tǒng),具體通過(guò)申請(qǐng)醫(yī)工結(jié)合軟件著作、專(zhuān)利,發(fā)表論文,參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生科技節(jié)暨大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽,申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等,培養(yǎng)學(xué)生醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新能力、思維能力、和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等,提升學(xué)生社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)能力,促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

4 醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)結(jié)碩果

近年來(lái),昆明醫(yī)科大第二附屬醫(yī)院組建本科生醫(yī)工結(jié)合團(tuán)隊(duì),相繼研發(fā)“虛擬仿真外科手術(shù)模擬演示訓(xùn)練系統(tǒng)”“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)胸腔、腹腔、腰椎、骨髓四大穿刺訓(xùn)練考核系統(tǒng)”“虛擬現(xiàn)實(shí)外科手術(shù)模擬演示訓(xùn)練系統(tǒng)”,取得云南省2022年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽團(tuán)隊(duì)組優(yōu)勝獎(jiǎng),云南省第十屆“挑戰(zhàn)杯”動(dòng)感地帶大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽銀獎(jiǎng),云南省第七屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銅獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng),發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文9篇,新增國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目3項(xiàng),授權(quán)南非發(fā)明專(zhuān)利2項(xiàng),軟件著作權(quán)17項(xiàng),先后7名學(xué)生因項(xiàng)目經(jīng)歷獲得保研,培養(yǎng)質(zhì)量受到學(xué)生和用人單位認(rèn)可,顯著提升畢業(yè)生社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

總之,通過(guò)以上醫(yī)工結(jié)合創(chuàng)新人才培養(yǎng)途徑探索和實(shí)踐,使學(xué)生了解醫(yī)工結(jié)合最新前沿技術(shù),具備主動(dòng)跟蹤未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的意識(shí)和能力;使學(xué)生具備跨學(xué)科交叉結(jié)合的思維方式,積累醫(yī)工結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn),建立主動(dòng)應(yīng)用交叉學(xué)科技術(shù)解決行業(yè)問(wèn)題的意識(shí);使學(xué)生具備發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,提出問(wèn)題,解決問(wèn)題的初步能力;鍛煉學(xué)生在交叉學(xué)科領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新機(jī)會(huì)并開(kāi)拓探索的能力;鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力、和表達(dá)能力;培養(yǎng)“關(guān)愛(ài)生命、護(hù)佑健康、造福人類(lèi)”的理想信念,并將之自覺(jué)融入未來(lái)學(xué)習(xí)、工作、和生活中,最終提升學(xué)生社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力,促進(jìn)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。