當(dāng)代信息技術(shù)革命與臨床醫(yī)學(xué)工程裝備發(fā)展的思考

楊林，胡海洋，陸陽

（1.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院，江蘇 蘇州 215000；2.東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，江蘇 南京 210000）

科學(xué)技術(shù)在當(dāng)前推動全球經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的主要力量中愈發(fā)重要，創(chuàng)新驅(qū)動是大勢所趨。新一輪科技革命的概念是多元的，它是科學(xué)革命、技術(shù)革命和產(chǎn)業(yè)革命的交叉融合。先進(jìn)的醫(yī)學(xué)裝備是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命發(fā)展的重要平臺之一，在人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)的推動下，醫(yī)學(xué)裝備得到了長足的發(fā)展，為醫(yī)生提供更精確的診斷依據(jù)，為患者提供更優(yōu)質(zhì)的診斷服務(wù)，為人類的健康提供更優(yōu)質(zhì)的保障。

1 新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命的內(nèi)涵

科技革命包括傾向于理論方法方面的科學(xué)革命和強(qiáng)調(diào)技術(shù)體系原理的技術(shù)革命。科學(xué)革命、技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)革命關(guān)系密切，但也不僅僅是直接的線性推動關(guān)系，而是表現(xiàn)為更加復(fù)雜的互動關(guān)系。新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的提出，最早可以追溯到2011 年德國提出的“工業(yè)革命4.0”概念?！肮I(yè)革命4.0”更多的是從制造業(yè)角度對新科技革命下產(chǎn)業(yè)變革和生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型的解析，其更多的致力于推動新一代信息通信技術(shù)與制造業(yè)的融合，形成高度靈活化、個性化、數(shù)字化的新生產(chǎn)模式。新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革建立在數(shù)字革命的基礎(chǔ)上，結(jié)合了各種各樣的技術(shù)，以指數(shù)級的發(fā)展速度對經(jīng)濟(jì)、商業(yè)、社會和個人帶來前所未有的改變和顛覆性變革。

2 新產(chǎn)業(yè)革命在先進(jìn)醫(yī)學(xué)裝備中的發(fā)展

新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革促進(jìn)了各門科學(xué)、學(xué)科以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的不斷交叉與加速融合。在這一交叉融合的過程中，以人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、3D 打印等新型學(xué)科為代表的前沿領(lǐng)域技術(shù)促進(jìn)了21 世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)的飛速發(fā)展。

2.1 人工智能在先進(jìn)醫(yī)學(xué)裝備中的應(yīng)用

人工智能既是一門新興學(xué)科，也是一項(xiàng)新的技術(shù)科學(xué)。2011 年起，醫(yī)療人工智能開始廣泛應(yīng)用，2016 年起進(jìn)入了高速發(fā)展階段。人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在以下四個方面：智能醫(yī)學(xué)影像、疾病智能診斷、醫(yī)療機(jī)器人和人工智能輔助藥物研發(fā)。

醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域被認(rèn)為是人工智能最快落地的區(qū)域之一。智能醫(yī)學(xué)影像的主要功能包括兩個部分：一是輔助醫(yī)生準(zhǔn)確快速地發(fā)現(xiàn)病灶；二是輔助醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷，降低復(fù)雜疾病的誤診率。二者均需要海量的影像數(shù)據(jù)和臨床診斷信息訓(xùn)練人工智能算法，不斷地優(yōu)化訓(xùn)練才能保證AI 的準(zhǔn)確性。

雖然我國人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用起步較晚，但發(fā)展巨快，近年來，多項(xiàng)基于醫(yī)學(xué)影像的智能輔助診斷系統(tǒng)和臨床決策支持系統(tǒng)產(chǎn)品獲批進(jìn)入臨床應(yīng)用，包括糖尿病、眼底篩查、肺結(jié)節(jié)、乳腺癌、早期食管癌等20 余中常見疾病的智能診斷系統(tǒng)以及成熟應(yīng)用。這些應(yīng)用不僅減輕了醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)，降低了誤診率，還可以基于數(shù)據(jù)分析提供一定的決策建議，為患者帶來了更優(yōu)質(zhì)、便捷的服務(wù)。

醫(yī)療機(jī)器人的出現(xiàn)更是使醫(yī)療技術(shù)水平提高了一個層次，它能夠使手術(shù)操作更精細(xì)、創(chuàng)傷更少，從而提升手術(shù)的成功率和減少患者的創(chuàng)傷。目前，臨床應(yīng)用最多的是手術(shù)機(jī)器人是美國的達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)，其已廣泛應(yīng)用于心胸外科、泌尿外科、婦科等多個領(lǐng)域。中國也有許多家企業(yè)進(jìn)入外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域，并研發(fā)出了新產(chǎn)品。其中，國產(chǎn)首臺外科手術(shù)機(jī)器人于2010年由天津大學(xué)、南開大學(xué)以及天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院聯(lián)合研制成功。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)在先進(jìn)醫(yī)學(xué)裝備中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識別裝置、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議將物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用分為數(shù)字醫(yī)院建設(shè)和基于可穿戴設(shè)備的健康管理兩個方向。數(shù)字化醫(yī)院的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包括護(hù)理管理、固定資產(chǎn)動態(tài)管理、后勤管理等方面。一方面，基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)療裝備信息化不僅可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備信息的實(shí)施傳輸與共享，方便相關(guān)人員對設(shè)備信息的實(shí)時檢索，而且可以通過醫(yī)療設(shè)備的標(biāo)簽化管理，使操作人員更加熟悉設(shè)備的基礎(chǔ)信息、全生命周期相關(guān)事件的統(tǒng)計(jì)與分析。另一方面，基于可穿戴設(shè)備的健康管理在現(xiàn)代醫(yī)療和健康領(lǐng)域中有多種應(yīng)用價值，比如，健康監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集、慢性疾病的管理和預(yù)防、運(yùn)動和健身追蹤、個性化康復(fù)的輔助以及心理健康支持等。

國家自2009 年將物聯(lián)網(wǎng)列于國家新型戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)后，醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)也帶著融合實(shí)際醫(yī)療需求，全面提高醫(yī)療水平的任務(wù)飛速的發(fā)展。無錫市、大連市、廈門市等多家醫(yī)院在院前急救體系、院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)、家庭健康管理以及智慧管理平臺四個方面積極地探索高質(zhì)量的、完善的醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)體系。包括利用物理技術(shù)實(shí)時追蹤醫(yī)療裝備從入庫、驗(yàn)收到使用過程中運(yùn)行狀態(tài)、維修保養(yǎng)記錄的全方位實(shí)時記錄，保障醫(yī)療裝備的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙豐收。

2.3 精準(zhǔn)醫(yī)療在先進(jìn)醫(yī)學(xué)裝備中的應(yīng)用

精準(zhǔn)醫(yī)療是一種將個人基因、環(huán)境和生活習(xí)慣差異考慮在內(nèi)的疾病預(yù)防與處置的新興方法。信息收集、數(shù)據(jù)共享、生物樣本共享是精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。發(fā)展日益迅猛的生物芯片技術(shù)、基因組學(xué)類技術(shù)的發(fā)展使精準(zhǔn)化醫(yī)療具有可操作性。生物信息學(xué)、大數(shù)據(jù)科學(xué)的發(fā)展為精準(zhǔn)醫(yī)療的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

人體器官芯片是一種近年興起的前沿科學(xué)技術(shù)，是一種在芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)。它可以在體外模擬構(gòu)建包含有多種活體細(xì)胞、功能組織界面、生物流體和機(jī)械力刺激等復(fù)雜因素的組織器官微環(huán)境，反映人體組織器官的主要結(jié)構(gòu)和功能特征。人工器官芯片本質(zhì)上可以看作一個微縮的組織器官模型，利用這個微縮模型，研究人員不僅可以在體外更真實(shí)地展現(xiàn)人體器官的生理、病理活動，而且可以進(jìn)一步探索藥物靶點(diǎn)優(yōu)化、藥物篩選和毒性試驗(yàn)、生物標(biāo)志物鑒定等一系列關(guān)鍵應(yīng)用。研究人員利用微裝置芯片成功培養(yǎng)了腎、腦、心臟等細(xì)胞，并生成了具有分發(fā)功能的上皮或內(nèi)皮組織。

人體器官芯片的制備是十分復(fù)雜且昂貴的。但研究人員開始利用另一項(xiàng)新興技術(shù)——3D 打印技術(shù)，將器官芯片的制備簡易化、低成本化。3D 打印技術(shù)憑借其原理性優(yōu)勢，不僅可以簡化制備過程、降低制備成本，并且可以做到很高的三維復(fù)雜度。

精準(zhǔn)醫(yī)療的主要特點(diǎn)是個性化，個性化的定制過程隨著對疾病機(jī)制、藥物的不斷研究和測試，目前，人體器官芯片仍然主要用于藥物的研發(fā)，尚未直接用于臨床。但是，3D 打印技術(shù)已經(jīng)有了較多的臨床應(yīng)用，醫(yī)生可以根據(jù)患者的具體情況定制適合的醫(yī)療器械，如假肢、牙齒種植體等。

3 醫(yī)療裝備發(fā)展中的科技問題

新一輪科技革命帶來的各種新興科技給科學(xué)技術(shù)發(fā)展帶來了革命性的突破，給人類社會帶來巨大便利，但也對人們的生活和倫理認(rèn)知造成了前所未有的沖擊。

3.1 科技倫理問題

科技倫理是開展科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)等科技活動需要遵循的價值理念和行為規(guī)范，它反映了科學(xué)活動的共同本質(zhì)和人類對科技活動的共同理想。

科學(xué)技術(shù)與倫理道德對對方都具有雙重作用。一方面，技術(shù)拓寬了倫理學(xué)的領(lǐng)域，為倫理學(xué)和道德的研究提供了新的方法和途徑。例如，“克隆人”“試管嬰兒”等技術(shù)的出現(xiàn)與倫理道德產(chǎn)生了沖擊，但為了解決這個沖突“生物倫理學(xué)”“生命倫理學(xué)”應(yīng)運(yùn)而生；另一方面，科學(xué)技術(shù)也對倫理道德產(chǎn)生了負(fù)面的影響，例如，基因重組技術(shù)的出現(xiàn)改變了地球原有的物種結(jié)構(gòu)，濫用這些技術(shù)會為人類帶來巨大的災(zāi)難。

當(dāng)代信息技術(shù)革命對醫(yī)學(xué)裝備發(fā)展帶來了許多積極的影響，但同時也引發(fā)了一些倫理問題。一方面，醫(yī)學(xué)裝備和信息技術(shù)的發(fā)展使得醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集、存儲和共享更加便捷。然而，隨之而來的是對患者隱私和數(shù)據(jù)安全的關(guān)注。醫(yī)療數(shù)據(jù)的泄露或?yàn)E用可能導(dǎo)致患者的個人隱私受到侵犯。因此，需要加強(qiáng)對醫(yī)療數(shù)據(jù)的保護(hù)措施，并確保合理使用和共享醫(yī)療數(shù)據(jù)的倫理準(zhǔn)則。

另一方面，一些醫(yī)學(xué)裝備和人工智能系統(tǒng)可以自主地做出診斷和治療決策，這引發(fā)了關(guān)于人工智能是否應(yīng)該擁有決策權(quán)的倫理問題。需要權(quán)衡自主權(quán)和專業(yè)醫(yī)生的角色，確保人工智能系統(tǒng)的決策是可解釋的、可控制的。

3.2 科技安全問題

科技安全問題已經(jīng)成為國家安全的重要組成部分，科學(xué)技術(shù)和科技系統(tǒng)逐漸成為敵對勢力攻擊的對象之一?？萍及踩粌H僅來自外部的威脅或蓄意破壞，也有一部分來自科技發(fā)展本身所帶來的負(fù)面影響。

醫(yī)學(xué)裝備和醫(yī)療系統(tǒng)產(chǎn)生大量的敏感醫(yī)療數(shù)據(jù)，包括患者的個人信息、病歷記錄、診斷結(jié)果等。科技安全問題涉及這些數(shù)據(jù)的保護(hù)和防范，以防止未經(jīng)授權(quán)的訪問、數(shù)據(jù)泄露或?yàn)E用。應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全措施，包括加密通信、訪問控制、安全存儲等，確保醫(yī)療數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。

醫(yī)學(xué)裝備和醫(yī)療系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)，面臨系統(tǒng)漏洞和網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。黑客入侵、惡意軟件、勒索軟件等可能導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)備的故障、數(shù)據(jù)損失或患者安全問題。應(yīng)采取安全措施，如及時更新軟件補(bǔ)丁、強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全、實(shí)施身份驗(yàn)證和訪問控制等，保護(hù)醫(yī)學(xué)裝備和系統(tǒng)免受攻擊。

信息技術(shù)革命帶來了許多新的技術(shù)和算法在醫(yī)學(xué)裝備中的應(yīng)用，但其中可能存在不可靠性和誤導(dǎo)性。不準(zhǔn)確的算法或技術(shù)可能導(dǎo)致錯誤的診斷、治療或決策，對患者安全和健康產(chǎn)生負(fù)面影響。應(yīng)進(jìn)行充分的技術(shù)驗(yàn)證和臨床驗(yàn)證，確保技術(shù)和算法的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 對于臨床醫(yī)學(xué)工程師的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

隨著醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展，越來越多的新型科技產(chǎn)品被應(yīng)用到臨床診療工作中，極大地促進(jìn)了醫(yī)學(xué)的便捷性和科學(xué)性。但與此同時，也給臨床醫(yī)學(xué)工程人才帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

當(dāng)前，臨床醫(yī)學(xué)工程師在醫(yī)院中的作用包括在設(shè)備采購中提供重要參數(shù)、醫(yī)療設(shè)備安裝驗(yàn)收、為臨床醫(yī)護(hù)人員提供技術(shù)指導(dǎo)、設(shè)備質(zhì)量管理與控制、設(shè)備保養(yǎng)與維修等。但新一輪產(chǎn)業(yè)革命使臨床醫(yī)學(xué)工程師的面臨新的挑戰(zhàn)。新型科技使得醫(yī)療設(shè)備由之前的功能導(dǎo)向轉(zhuǎn)變?yōu)楦又悄芑?shù)字化以及現(xiàn)代化。這些變化就要求臨床醫(yī)學(xué)工程師需要不斷學(xué)習(xí)，提升自身能力，保持理論知識與技能的更新頻率，以適應(yīng)醫(yī)學(xué)快速發(fā)展的需要。同時，臨床醫(yī)學(xué)工程師還需要面對來自外國制造商的知識和技術(shù)封鎖，這進(jìn)一步增加了醫(yī)療設(shè)備維護(hù)和支持的難度。

與此同時，臨床醫(yī)學(xué)工程師在新一輪產(chǎn)業(yè)革命下，面對不斷快速更新的知識，可以做到在知識、能力、素質(zhì)和創(chuàng)新方面齊頭并進(jìn)，這不僅有利于發(fā)揮自身作用和能力，解決醫(yī)療器械設(shè)備的實(shí)際問題，保障醫(yī)療質(zhì)量安全、效率和效益，把自己塑造成服務(wù)于醫(yī)院醫(yī)學(xué)裝備的優(yōu)秀醫(yī)工人員，同時，也為我國臨床醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，人工智能、機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)會更多且更好地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)裝備和其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，不斷地為人類的健康探索無限可能。但在享受科技帶來的福祉的同時，也要警惕科技發(fā)展的另一面，積極面對科技所帶來的倫理問題、安全問題，使技術(shù)朝著有利于人類健康發(fā)展的方向發(fā)展。新一輪科技革命下，臨床醫(yī)學(xué)的未來發(fā)展方向和醫(yī)院科研技術(shù)創(chuàng)新意識的提高對臨床醫(yī)學(xué)工程師的科研水平提出了更高的要求。臨床工程師要更加關(guān)注臨床的需求，加強(qiáng)與臨床的科研合作，不斷創(chuàng)新，助力醫(yī)療水平、醫(yī)療質(zhì)量的提升，也要注重對外交流合作，開拓視野，尋求新的發(fā)展方向。