新醫科醫工結合創新人才培養路徑探索*

李宇鎧 綜述,柯 陽 審校

(昆明醫科大學第二附屬醫院肝膽胰外科,云南 昆明 650051)

醫工結合概念始于20世紀70年代,“醫”是指醫學領域相關學科,如臨床醫學、分子生物學等;“工”是指理工科等學科,如材料學,人工智能,機器制造等;“結合”是指將醫學與工科協同交叉,推陳出新的模式[1]。2009年,麻省理工學院院長Susan Hockfield[2]在美國藝術與科學院科技政策論壇上指出,第一次生命科學革命創立和發展了分子生物學,第二次生命科學革命創立和發展了基因組學,第三次生命科學革命已經來臨,就是來自生命科學、物理科學和工程科學等領域內的醫工大結合。作為一門新興學科,我國醫工結合起步于20世紀80年代,主要通過將醫科院校與理工科院校合并的方式,設立生物醫學工程專業,促進醫工學科交叉[3]。相對于國外依靠工業基礎和兩次生命科學革命的長期積累,我國醫工結合存在起步時間晚,基礎薄弱等先天不足,急需醫工結合人才彌補空白,解決“卡脖子”技術問題,迎頭趕上生命科學的第三次革命,這樣才有機會從追趕者變為領跑者[4]。

1 國外醫工結合人才培養情況

國外醫工結合人才培養具有課程設置科學,研發體系健全,注重成果轉化等特點。以醫工結合實踐最早,發展最完善的美國為例:

1.1 交叉課程科學,培養復合型人才

首先,報考醫學院的學生是具有系統、高水平理工科素質的本科畢業生,為美國醫工學科交叉提供了堅實的人才保障。其次,交叉學科的學生在全面學習生物醫學和工科知識的基礎上,可以選修不同的交叉學科方向,定制不同教學方法。哈佛-麻省理工學院醫學工程和醫學物理學項目就在設置生物醫學和工科基礎課、專業課的基礎上,鼓勵學生選修臨床課程,為醫工交叉提供了突破點[5]。

1.2 整合交叉資源,構建高水平醫工研發平臺

高水平綜合大學和科研院所為醫工結合發展提供有力支持。哈佛大學與麻省理工學院以生物醫學的造影、信息、整合、再生四方面開展醫學工程與醫學物理項目,是目前美國最大的生物醫學工程和醫學科學家培訓項目之一[6]。斯坦福大學整合醫學、工程、科學等多領域形成多學科交叉Bio-X項目,取得了許多突破性進展[7]。美國國立衛生研究院統一規劃、統一部署建成國家促進轉化科學中心和國家轉化醫學促進中心,形成了系統的轉化醫學研究全國網絡[8]。

1.3 多方位知識融合,注重成果轉化

對于醫工交叉學生,一是注重學生多方位考察,例如南密西西比大學選修課學分占總學分50%,而斯坦福大學占比則在50%以上[9]。二是注重綜合實力的考察,最終以成果轉化為導向尤為重要,避免了交叉學科的多而不精。例如哈佛-麻省理工學院的醫學工程和醫學物理學項目采用聚焦最終成果,進行反向課程設計,逐級達標的成果導向教育模式,進行成果轉化。微觀上滿足了不同知識文化背景的交叉人才發揮各自優勢,宏觀上可以取長補短,助力醫工大結合[10,11]。

2 國內醫工結合人才培養情況

近10年來,隨著《中國制造2025》、《健康中國行動(2019-2030)》等一系列國務院文件的發布,生物醫藥及高性能醫療器械的研發成為重點發展領域之一。我國醫學教育也在不斷嘗試醫工結合方面的創新,以培養醫學生綜合運用各種知識、技術解決實際問題的能力,形成了向上向好的局面[12]。中南大學湘雅醫學院依靠綜合性大學的學科優勢,開展多樣化的醫工結合教學活動,鼓勵和引導醫學生參與醫工結合創新[13]。清華大學結合人工智能與醫科專業特色,于2020年春季學期開設《智慧醫療創新體驗》課程,進行智慧醫療創新人才培養的探索[14]。上海交通大學Med-X研究院依托生物醫學工程交叉學科的特點,建立交叉究中心,推進國際合作,為我國交叉學科人才培養模式的建立提供有益參考[15]。2020年11月國家自然科學基金委員會成立交叉科學部,標志著國家在促進學科交叉融合方面又邁出新的一步,評價體系正在逐步建立[16]。

3 醫工結合創新人才培養可能的路徑

在整合現有資源,開發利用周邊資源的基礎上,昆明醫科大學通過借鑒國內外先進經驗探索構建了一套循序漸進、符合學生成長規律的醫工結合人才培養機制,即“知識養成-實踐教育-學以致用”的醫工結合人才培養路徑:

3.1 醫工結合知識養成

在學習醫學基礎知識的前提下,研究團隊面向本科臨床醫學專業、影像診斷專業、影像技術專業,開設醫工結合選修課:昆明醫科大學第二附屬醫院柯陽副教授講授《醫工結合創新創業研究》、《腹腔手術器械工作原理及使用方法與技巧》;醫學影像科王家平教授講授《人體組織結構與影像成像原理》;設備科李龍工程師講授《腹腔手術器械材料、功能與設計原理》等課程;多學科聯合團隊還開設《醫學圖像處理》選修課,講解B超、X線、CT、MRI成像原理,以及虛擬現實、增強現實、混合現實等國際前沿技術進展,該課程結束時要求學生自己查閱資料撰寫一份醫工結合技術相關論文,鍛煉學生醫工結合知識養成;聘請昆明理工大學、云南微樂數字醫療科技有限公司的相關專家講授《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,對參與醫工結合講座和選修課的學生給予學分或證書獎勵。

3.2 醫工結合實踐教育

研究團隊依托昆明醫科大學第二附屬醫院在大型醫療設備和生物工程人才方面的資源優勢,組織醫學生在臨床實踐中對CT、MRI、熒光腹腔鏡、超聲刀、達芬奇機器人等醫療設備原理與操作進行實地講解,進行先進醫療設備使用實踐;與云南微樂數字醫療科技有限公司開展校企合作,組織醫學生對混合現實、增強現實、虛擬現實、人工智能等進行實地講解、使用,進行新一代信息技術實踐;與昆明理工大學生命科學與技術學院開展(醫)校(工)校合作,組織醫學生走進產品研發一線,通過參觀ICG-環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建,體驗新型高分子材料藥物遞送體系方面的學術優勢給醫學帶來的變革。

3.3 醫工結合學以致用

在學習醫工結合知識和實踐教育的基礎上,研究團隊在醫學生中組建醫工結合創新研發團隊,團隊成員包括項目經理、醫生、技術工程師、產品設計師,引導學生發現提出臨床問題,提出醫工結合解決方法,如昆明醫科大學第二附屬醫院柯陽副教授組織本科生團隊針對術前談話溝通效率低,外科手術學教學手段落后等問題,提出采用虛擬現實、增強現實、混合現實技術開發“妙手宗師”外科手術演示訓練系統,具體通過申請醫工結合軟件著作、專利,發表論文,參加大學生創新創業大賽、大學生科技節暨大學生課外學術科技作品競賽,申請大學生創新創業訓練計劃項目等,培養學生醫工結合創新能力、思維能力、和團隊協作能力等,提升學生社會競爭能力,促進大學生創新創業。

4 醫工結合創新人才培養結碩果

近年來,昆明醫科大第二附屬醫院組建本科生醫工結合團隊,相繼研發“虛擬仿真外科手術模擬演示訓練系統”“增強現實胸腔、腹腔、腰椎、骨髓四大穿刺訓練考核系統”“虛擬現實外科手術模擬演示訓練系統”,取得云南省2022年創新創業大賽團隊組優勝獎,云南省第十屆“挑戰杯”動感地帶大學生創業計劃大賽銀獎,云南省第七屆“互聯網+”大學生創新創業大賽銅獎等獎勵9項,發表相關學術論文9篇,新增國家級大學生創新創業訓練計劃項目3項,授權南非發明專利2項,軟件著作權17項,先后7名學生因項目經歷獲得保研,培養質量受到學生和用人單位認可,顯著提升畢業生社會競爭力。

總之,通過以上醫工結合創新人才培養途徑探索和實踐,使學生了解醫工結合最新前沿技術,具備主動跟蹤未來發展趨勢的意識和能力;使學生具備跨學科交叉結合的思維方式,積累醫工結合工作經驗,建立主動應用交叉學科技術解決行業問題的意識;使學生具備發現問題,提出問題,解決問題的初步能力;鍛煉學生在交叉學科領域發現新機會并開拓探索的能力;鍛煉學生團隊協作能力、溝通能力、和表達能力;培養“關愛生命、護佑健康、造福人類”的理想信念,并將之自覺融入未來學習、工作、和生活中,最終提升學生社會競爭力,促進大學生創新創業。