當代信息技術革命與臨床醫學工程裝備發展的思考

楊林，胡海洋，陸陽

（1.蘇州大學附屬第一醫院，江蘇 蘇州 215000；2.東南大學生物科學與醫學工程學院，江蘇 南京 210000）

科學技術在當前推動全球經濟、社會發展的主要力量中愈發重要，創新驅動是大勢所趨。新一輪科技革命的概念是多元的，它是科學革命、技術革命和產業革命的交叉融合。先進的醫學裝備是新一輪科技革命和產業革命發展的重要平臺之一，在人工智能、物聯網、機器人、大數據等前沿技術的推動下，醫學裝備得到了長足的發展，為醫生提供更精確的診斷依據，為患者提供更優質的診斷服務，為人類的健康提供更優質的保障。

1 新一輪科技革命、產業革命的內涵

科技革命包括傾向于理論方法方面的科學革命和強調技術體系原理的技術革命。科學革命、技術革命與產業革命關系密切，但也不僅僅是直接的線性推動關系，而是表現為更加復雜的互動關系。新一輪科技革命與產業變革的提出，最早可以追溯到2011 年德國提出的“工業革命4.0”概念。“工業革命4.0”更多的是從制造業角度對新科技革命下產業變革和生產方式轉型的解析，其更多的致力于推動新一代信息通信技術與制造業的融合，形成高度靈活化、個性化、數字化的新生產模式。新一輪的科技革命和產業變革建立在數字革命的基礎上，結合了各種各樣的技術，以指數級的發展速度對經濟、商業、社會和個人帶來前所未有的改變和顛覆性變革。

2 新產業革命在先進醫學裝備中的發展

新一輪科技革命與產業變革促進了各門科學、學科以及相關產業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、物聯網、機器人、3D 打印等新型學科為代表的前沿領域技術促進了21 世紀生物醫學的飛速發展。

2.1 人工智能在先進醫學裝備中的應用

人工智能既是一門新興學科，也是一項新的技術科學。2011 年起，醫療人工智能開始廣泛應用，2016 年起進入了高速發展階段。人工智能在醫療領域的應用主要集中在以下四個方面：智能醫學影像、疾病智能診斷、醫療機器人和人工智能輔助藥物研發。

醫學影像領域被認為是人工智能最快落地的區域之一。智能醫學影像的主要功能包括兩個部分：一是輔助醫生準確快速地發現病灶；二是輔助醫生進行疾病診斷，降低復雜疾病的誤診率。二者均需要海量的影像數據和臨床診斷信息訓練人工智能算法，不斷地優化訓練才能保證AI 的準確性。

雖然我國人工智能技術在醫學中的應用起步較晚，但發展巨快，近年來，多項基于醫學影像的智能輔助診斷系統和臨床決策支持系統產品獲批進入臨床應用，包括糖尿病、眼底篩查、肺結節、乳腺癌、早期食管癌等20 余中常見疾病的智能診斷系統以及成熟應用。這些應用不僅減輕了醫生的工作負擔，降低了誤診率，還可以基于數據分析提供一定的決策建議，為患者帶來了更優質、便捷的服務。

醫療機器人的出現更是使醫療技術水平提高了一個層次，它能夠使手術操作更精細、創傷更少，從而提升手術的成功率和減少患者的創傷。目前，臨床應用最多的是手術機器人是美國的達芬奇手術系統，其已廣泛應用于心胸外科、泌尿外科、婦科等多個領域。中國也有許多家企業進入外骨骼機器人領域，并研發出了新產品。其中，國產首臺外科手術機器人于2010年由天津大學、南開大學以及天津醫科大學總醫院聯合研制成功。

2.2 物聯網在先進醫學裝備中的應用

物聯網技術是指通過射頻識別裝置、紅外傳感器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按照約定的協議將物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡技術。

醫療物聯網的應用分為數字醫院建設和基于可穿戴設備的健康管理兩個方向。數字化醫院的物聯網應用包括護理管理、固定資產動態管理、后勤管理等方面。一方面，基于物聯網的醫療裝備信息化不僅可以實現醫療設備信息的實施傳輸與共享，方便相關人員對設備信息的實時檢索，而且可以通過醫療設備的標簽化管理，使操作人員更加熟悉設備的基礎信息、全生命周期相關事件的統計與分析。另一方面，基于可穿戴設備的健康管理在現代醫療和健康領域中有多種應用價值，比如，健康監測和數據收集、慢性疾病的管理和預防、運動和健身追蹤、個性化康復的輔助以及心理健康支持等。

國家自2009 年將物聯網列于國家新型戰略性產業后，醫療物聯網也帶著融合實際醫療需求，全面提高醫療水平的任務飛速的發展。無錫市、大連市、廈門市等多家醫院在院前急救體系、院內醫療系統、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量的、完善的醫療物聯網體系。包括利用物理技術實時追蹤醫療裝備從入庫、驗收到使用過程中運行狀態、維修保養記錄的全方位實時記錄，保障醫療裝備的社會效益和經濟效益的雙豐收。

2.3 精準醫療在先進醫學裝備中的應用

精準醫療是一種將個人基因、環境和生活習慣差異考慮在內的疾病預防與處置的新興方法。信息收集、數據共享、生物樣本共享是精準醫療發展的重要環節。發展日益迅猛的生物芯片技術、基因組學類技術的發展使精準化醫療具有可操作性。生物信息學、大數據科學的發展為精準醫療的應用提供了基礎。

人體器官芯片是一種近年興起的前沿科學技術，是一種在芯片上構建的器官生理微系統。它可以在體外模擬構建包含有多種活體細胞、功能組織界面、生物流體和機械力刺激等復雜因素的組織器官微環境，反映人體組織器官的主要結構和功能特征。人工器官芯片本質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地展現人體器官的生理、病理活動，而且可以進一步探索藥物靶點優化、藥物篩選和毒性試驗、生物標志物鑒定等一系列關鍵應用。研究人員利用微裝置芯片成功培養了腎、腦、心臟等細胞，并生成了具有分發功能的上皮或內皮組織。

人體器官芯片的制備是十分復雜且昂貴的。但研究人員開始利用另一項新興技術——3D 打印技術，將器官芯片的制備簡易化、低成本化。3D 打印技術憑借其原理性優勢，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雜度。

精準醫療的主要特點是個性化，個性化的定制過程隨著對疾病機制、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，尚未直接用于臨床。但是，3D 打印技術已經有了較多的臨床應用，醫生可以根據患者的具體情況定制適合的醫療器械，如假肢、牙齒種植體等。

3 醫療裝備發展中的科技問題

新一輪科技革命帶來的各種新興科技給科學技術發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研究、技術開發等科技活動需要遵循的價值理念和行為規范，它反映了科學活動的共同本質和人類對科技活動的共同理想。

科學技術與倫理道德對對方都具有雙重作用。一方面，技術拓寬了倫理學的領域，為倫理學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”等技術的出現與倫理道德產生了沖擊，但為了解決這個沖突“生物倫理學”“生命倫理學”應運而生；另一方面，科學技術也對倫理道德產生了負面的影響，例如，基因重組技術的出現改變了地球原有的物種結構，濫用這些技術會為人類帶來巨大的災難。

當代信息技術革命對醫學裝備發展帶來了許多積極的影響，但同時也引發了一些倫理問題。一方面，醫學裝備和信息技術的發展使得醫療數據的采集、存儲和共享更加便捷。然而，隨之而來的是對患者隱私和數據安全的關注。醫療數據的泄露或濫用可能導致患者的個人隱私受到侵犯。因此，需要加強對醫療數據的保護措施，并確保合理使用和共享醫療數據的倫理準則。

另一方面，一些醫學裝備和人工智能系統可以自主地做出診斷和治療決策，這引發了關于人工智能是否應該擁有決策權的倫理問題。需要權衡自主權和專業醫生的角色，確保人工智能系統的決策是可解釋的、可控制的。

3.2 科技安全問題

科技安全問題已經成為國家安全的重要組成部分，科學技術和科技系統逐漸成為敵對勢力攻擊的對象之一。科技安全不僅僅來自外部的威脅或蓄意破壞，也有一部分來自科技發展本身所帶來的負面影響。

醫學裝備和醫療系統產生大量的敏感醫療數據，包括患者的個人信息、病歷記錄、診斷結果等。科技安全問題涉及這些數據的保護和防范，以防止未經授權的訪問、數據泄露或濫用。應加強數據安全措施，包括加密通信、訪問控制、安全存儲等，確保醫療數據的機密性和完整性。

醫學裝備和醫療系統連接到網絡，面臨系統漏洞和網絡攻擊的風險。黑客入侵、惡意軟件、勒索軟件等可能導致醫療設備的故障、數據損失或患者安全問題。應采取安全措施，如及時更新軟件補丁、強化網絡安全、實施身份驗證和訪問控制等，保護醫學裝備和系統免受攻擊。

信息技術革命帶來了許多新的技術和算法在醫學裝備中的應用，但其中可能存在不可靠性和誤導性。不準確的算法或技術可能導致錯誤的診斷、治療或決策，對患者安全和健康產生負面影響。應進行充分的技術驗證和臨床驗證，確保技術和算法的準確性和可靠性。

4 對于臨床醫學工程師的機遇和挑戰

隨著醫療事業的發展，越來越多的新型科技產品被應用到臨床診療工作中，極大地促進了醫學的便捷性和科學性。但與此同時，也給臨床醫學工程人才帶來了新的機遇和挑戰。

當前，臨床醫學工程師在醫院中的作用包括在設備采購中提供重要參數、醫療設備安裝驗收、為臨床醫護人員提供技術指導、設備質量管理與控制、設備保養與維修等。但新一輪產業革命使臨床醫學工程師的面臨新的挑戰。新型科技使得醫療設備由之前的功能導向轉變為更加智能化、數字化以及現代化。這些變化就要求臨床醫學工程師需要不斷學習，提升自身能力，保持理論知識與技能的更新頻率，以適應醫學快速發展的需要。同時，臨床醫學工程師還需要面對來自外國制造商的知識和技術封鎖，這進一步增加了醫療設備維護和支持的難度。

與此同時，臨床醫學工程師在新一輪產業革命下，面對不斷快速更新的知識，可以做到在知識、能力、素質和創新方面齊頭并進，這不僅有利于發揮自身作用和能力，解決醫療器械設備的實際問題，保障醫療質量安全、效率和效益，把自己塑造成服務于醫院醫學裝備的優秀醫工人員，同時，也為我國臨床醫學工程學科的發展貢獻一份力量。

5 結語

隨著科學技術的持續進步，人工智能、機器人、物聯網、大數據、云計算等前沿技術會更多且更好地應用于醫學裝備和其他醫學領域，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，使技術朝著有利于人類健康發展的方向發展。新一輪科技革命下，臨床醫學的未來發展方向和醫院科研技術創新意識的提高對臨床醫學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注臨床的需求，加強與臨床的科研合作，不斷創新，助力醫療水平、醫療質量的提升，也要注重對外交流合作，開拓視野，尋求新的發展方向。