工程醫(yī)學

顧 寧

（南京大學醫(yī)學院,南京，210093）

自遠古至今，醫(yī)學經歷了艱難曲折的發(fā)展過程，是人類不斷認識自身疾病與維護健康的不懈實踐與知識積累，凝聚著先行者的仁愛、心血與智慧.醫(yī)學發(fā)展的漫長歷史始終伴隨著人們對植物、動物、礦物的逐漸認識并用作藥物，制作工具和發(fā)展相關方法來進行治療與診斷，乃至疾病康復的相關探索.同時，科學與技術的不斷發(fā)展也一直推動著對人自身及行為，包括疾病與健康的認識與理解，并不斷產生除原有傳統(tǒng)醫(yī)學分科之外的醫(yī)學新方向，例如循證醫(yī)學、遠程醫(yī)學、數字醫(yī)學、整合醫(yī)學等等.由此可見，醫(yī)學的發(fā)展是在臨床需求的巨大牽引之下，多學科與各種新科技不斷交融互作的結果.

按照目前的醫(yī)學及醫(yī)學教育的一般分類，大致可分為基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學、公共衛(wèi)生（預防醫(yī)學）等.實際上，基礎醫(yī)學是臨床醫(yī)學與公共衛(wèi)生的基礎，而臨床醫(yī)學與公共衛(wèi)生是基礎醫(yī)學的應用.將基礎醫(yī)學的研究成果轉化到臨床醫(yī)學和公共衛(wèi)生的具體實踐之中，除了需要轉化醫(yī)學，還需要工程與技術的直接參與.也就是說，在解決臨床醫(yī)學的一些棘手問題的過程中，需要研究如何將已有的技術或方法集成起來，甚至研究一些新方法來有效地解決問題.國際上已有一些成功的做法，就是在高水平醫(yī)院，尤其是研究型大學醫(yī)學院的附屬醫(yī)院里，有相當比例的被稱為臨床科學家的專業(yè)人員，在各自專業(yè)領域研究相關疾病及其診治新法，盡管不直接從事診療的具體操作，但是從深化對疾病的專門研究以及不斷提出新的解決方法，甚至研發(fā)新的技術等方面，和臨床工作者密切合作，共同完成臨床任務.國內現在也有不少效仿，許多醫(yī)院逐漸增加了臨床專職科研人員，在推進學術研究等方面有所進展，但與國外高水平醫(yī)院相比，在研究程度與運行機制等方面還有很大提升空間.

此外，各個醫(yī)院里都有一些臨床工程學的專業(yè)人員，主要是基于醫(yī)院平臺將科技發(fā)展的成果推向臨床，以醫(yī)療器械、設備及相關系統(tǒng)的全程管理維護技術為主，解決醫(yī)院裝備現代化、裝備與經濟管理等工作［1］.隨著各種專業(yè)分工越來越細，特別是信息化、網絡化以及各種現代科技的加速發(fā)展，以往許多臨床工程的工作已逐步由專業(yè)廠家等單位分擔，一些臨床工程學專家開始探索與臨床醫(yī)學專家進行更加緊密的合作，參與有關臨床研究，圍繞具體臨床問題，在深化有關機制研究的過程中幫助研發(fā)新儀器、新材料等新技術，逐漸發(fā)揮出不可或缺的作用.

正是基于這些臨床科學家與臨床工程學人員的不斷努力，臨床醫(yī)學的研究與技術獲得了更快發(fā)展，推進了醫(yī)學與健康事業(yè)的整體進步，也逐漸形成了醫(yī)學領域中一個嶄新的交叉學科方向——工程醫(yī)學.這里將介紹對工程醫(yī)學定義與主要任務的思考，包括工程醫(yī)學的基礎與發(fā)展方向.

1 工程醫(yī)學的定義與主要任務

工程醫(yī)學（Engineering Medicine，EngMed or EM）是針對解決臨床醫(yī)學與公共衛(wèi)生問題的需求，在充分結合物理、化學與材料、生物與醫(yī)學、數學與計算科學、工程與技術等各學科進展及學科融合的基礎上，通過對疾病機制及相關臨床診治新原理的深入研究，探索臨床診斷、治療與康復的新方法，發(fā)展臨床適用的新材料與制劑、新器件及系統(tǒng)，以及智能化技術，不斷推動臨床醫(yī)療與疾病預防水平提高的學科.工程醫(yī)學也是醫(yī)學領域中面向未來、與其他領域相結合的交叉學科.

工程醫(yī)學的主要任務是針對臨床醫(yī)學與疾病預防所面臨的實際問題，通過多學科，尤其是材料、信息、數據與智能科學等結合的手段，不斷加強醫(yī)學臨床研究的技術與條件支撐，同時和臨床與疾病預防專業(yè)工作者合作，共同開展疾病機制的深入研究，并由此探索相關診療新原理，研發(fā)新材料、制劑或儀器等新技術，以及臨床實際應用的新方案.

盡管工程醫(yī)學作為新方向在這里剛剛提出，而實際上在國內外，特別是國外許多高水平醫(yī)療機構中已有較長時間的相關實踐.例如，醫(yī)院專業(yè)科室中有一些專家，被稱為臨床科學家，他們具有深厚的生物醫(yī)學以及多學科交叉的基礎，與所在科室的臨床醫(yī)學專家共同深化相關疾病研究，并討論診療辦法.與此同時，若他們將有關方案提升到一定的理論高度，并指導或與臨床工程師合作，研發(fā)出新的材料與器件、裝備，則必將極大地推進相關醫(yī)學的進步.由此可見，這種醫(yī)理工結合對醫(yī)學與健康事業(yè)進步具有重大意義.

整體上回顧、分析這些臨床科學家與臨床工程技術人員的工作，結合對該方向的思考，不難發(fā)現工程醫(yī)學主要具有以下特點.

（1）以臨床與預防醫(yī)學實際問題為研究對象.工程醫(yī)學是醫(yī)學領域中的新方向，目的是解決臨床或預防醫(yī)學的實際問題并培養(yǎng)相關人才，因此始終要堅持以實際問題為研究對象.由于人類個體差異性，臨床面臨的實際問題非常多，個體化地做好每個病例診療，需要從不同角度來全面考慮，特別應關注健康是整體性的，而不能僅僅局限于病癥當時的表觀.此外，還需要不斷提高醫(yī)療的功效并降低成本或花費，在深化疾病研究的基礎上探索新方案，發(fā)展新材料、新制劑、新儀器，并結合智能化等新技術，把診斷與治療有機結合，盡量縮短診斷與治療間隔時間.這也是推進醫(yī)學范式不斷進步的需求.

（2）系統(tǒng)性與學科交叉性.醫(yī)學的發(fā)展歷程，已經從神道醫(yī)學、經驗醫(yī)學、實驗醫(yī)學發(fā)展到現在分科越來越細、病理研究更多深入到細胞與分子層級，同時先進藥物、醫(yī)療器械、人工智能等技術手段日新月異的現代醫(yī)學.與此同時，很多有識之士特別提出，未來的醫(yī)學發(fā)展方向還應該包括整合醫(yī)學、系統(tǒng)醫(yī)學，甚至是身心醫(yī)學.因為每個人都是一個整體，同時也離不開社會或群體.面對疾病或健康問題，在還原甚微的同時，還必須要回到系統(tǒng)與綜合，有時候一些不同的疾病可能是源于同一個病因，身體中不同的系統(tǒng)是互相關聯的，要全面地看問題和處理問題［2-4］.為此，就需要能處在系統(tǒng)級層面整合并協(xié)同具有多學科知識與能力的人員.這在目前大多數醫(yī)療機構中還是非常缺乏的.

（3）數學、模型與工程性.所謂工程，是結合包括人力在內的各種資源，在一定規(guī)模上運用實踐經驗與實驗所獲得的知識，通過研究與發(fā)展，遵循規(guī)劃設計、過程管控、規(guī)程標準等程序，實現預設目標的活動.隨著人類利用自然和改造自然的腳步不斷前行，對工程本身的研究也越來越被重視，已上升到工程科學的高度.通過結合信息技術、數據科學、機器與自然智能，尤其是越來越高的應用數學研發(fā)水平，使工程水平的提高與日俱增.采用數學語言來表述研究體系，建立模型，現已成為工程開始的起點.醫(yī)學領域也亟待推進相關研究，無論是人體生理模型細化、優(yōu)化，還是對遺傳與環(huán)境影響的病理規(guī)律、傳染病流行研究，以及先進診療技術的建立等等，工程醫(yī)學必將發(fā)揮巨大作用.

2 生物醫(yī)學工程與工程醫(yī)學的關系

在此有必要對生物醫(yī)學工程與工程醫(yī)學的關系進行一個分析.生物醫(yī)學工程（Biomedical Engineering，BME）是綜合物理、化學、數學、計算科學和工程學知識及不斷涌現的新技術，從分子到器官，整體上研究生命結構、功能及其變化，創(chuàng)造知識，發(fā)展創(chuàng)新的生物制劑、材料、過程（方法）、植入體、器件以及信息學方法，用于疾病預防、診斷與治療，病人康復以及改善健康（狀況）的學科［5］.對比工程醫(yī)學的定義，可見它們都是交叉學科，兩者既有聯系，甚至部分重疊，同時又各有側重，在研究、發(fā)展及人才培養(yǎng)等各方面具有各自的屬性.具體表現在下面幾個方面.

（1）生物醫(yī)學工程的主要目標是通過各種研發(fā)，最終實現創(chuàng)新的材料、制劑與器件、儀器與信息學方法，屬于理工科范疇；而工程醫(yī)學則通過與臨床專家合作，不斷深化疾病研究，結合已有技術發(fā)展新材料、新器件并創(chuàng)新診療方法，解決預防與臨床醫(yī)學中的實際問題，切實提高醫(yī)學診療水平，屬于醫(yī)學領域.

（2）生物醫(yī)學工程的主要研究對象是用于人或其他生命體的材料、制劑、器件與系統(tǒng)，以及信息學方法等，主要采用相關領域中的研究方式與方法，同時要關注與生命系統(tǒng)的界面問題；工程醫(yī)學的研究對象主要是人和疾病，要符合生命與醫(yī)學領域中的研究范式，研究中為了解決實際問題而要集成已經出現的各種先進技術成果，在此基礎上發(fā)展相關的臨床方案，并創(chuàng)新適用材料與技術.

（3）生物醫(yī)學工程主要側重“物和方法”的研究，從業(yè)者主要分布于相關研究研發(fā)、生產、經營等單位，需要相關方面的教育背景、知識與能力；工程醫(yī)學的研究對象是人與病，從業(yè)者主要是在醫(yī)療機構以及相關研發(fā)單位，需要以醫(yī)學教育為主要基礎的多學科交叉的知識與技能，特別是掌握并綜合運用不斷涌現出的新技術的能力.

3 對工程醫(yī)學發(fā)展的思考

盡管工程醫(yī)學剛剛提出，但實際上相關的實踐在國內外，尤其是國外的高水平醫(yī)療機構中已有較長的時間，為此要學習已有的先進做法或經驗，進行梳理與分析，并上升到一定的理論高度.當前工程醫(yī)學的主要研究方向包括：（1）多疾病內在關聯的病理機制與建模；（2）多組學與系統(tǒng)生物學及臨床診斷技術；（3）重大疾病診療一體化技術與臨床實踐；（4）基于細胞診療的醫(yī)療技術及臨床方法；（5）人工與自然智能技術及其生物醫(yī)用方法；（6）醫(yī)療機構中大數據平臺及其質控與評價、應用；（7）其他.

推進工程醫(yī)學的發(fā)展，必須要培養(yǎng)相關人才并組織隊伍.建議切實鼓勵多學科交叉，特別是理工科（包括心理學等社會科學）與預防、臨床醫(yī)學的結合；同時在醫(yī)療機構開展專題研究并探索相關人員的組織管理機制，鼓勵專職科研人員以臨床實際問題為目標，與臨床專業(yè)工作者切實合作共同推進診療水平提高.

重視工程醫(yī)學的專業(yè)教育，在優(yōu)化現行醫(yī)學教育模式基礎上，增加理工等多學科交叉融合與研究技能的培養(yǎng)，探索新的教學與培養(yǎng)體系.通過“做中學”等方式，盡早在現階段培養(yǎng)打造一批具有示范性的工程醫(yī)學青年精英.

4 結論

發(fā)展工程醫(yī)學具有重要意義.本文對工程醫(yī)學的定義和主要目標及任務進行了闡述，對其未來的主要發(fā)展方向與亟待開展的工作進行探討，期盼引起重視并給予大力支持.

致 謝感謝所有指導或參與討論的專家學者！