新医科医工结合创新人才培养路径探索*

李宇铠 综述,柯 阳 审校

(昆明医科大学第二附属医院肝胆胰外科,云南 昆明 650051)

医工结合概念始于20世纪70年代,“医”是指医学领域相关学科,如临床医学、分子生物学等;“工”是指理工科等学科,如材料学,人工智能,机器制造等;“结合”是指将医学与工科协同交叉,推陈出新的模式[1]。2009年,麻省理工学院院长Susan Hockfield[2]在美国艺术与科学院科技政策论坛上指出,第一次生命科学革命创立和发展了分子生物学,第二次生命科学革命创立和发展了基因组学,第三次生命科学革命已经来临,就是来自生命科学、物理科学和工程科学等领域内的医工大结合。作为一门新兴学科,我国医工结合起步于20世纪80年代,主要通过将医科院校与理工科院校合并的方式,设立生物医学工程专业,促进医工学科交叉[3]。相对于国外依靠工业基础和两次生命科学革命的长期积累,我国医工结合存在起步时间晚,基础薄弱等先天不足,急需医工结合人才弥补空白,解决“卡脖子”技术问题,迎头赶上生命科学的第三次革命,这样才有机会从追赶者变为领跑者[4]。

1 国外医工结合人才培养情况

国外医工结合人才培养具有课程设置科学,研发体系健全,注重成果转化等特点。以医工结合实践最早,发展最完善的美国为例:

1.1 交叉课程科学,培养复合型人才

首先,报考医学院的学生是具有系统、高水平理工科素质的本科毕业生,为美国医工学科交叉提供了坚实的人才保障。其次,交叉学科的学生在全面学习生物医学和工科知识的基础上,可以选修不同的交叉学科方向,定制不同教学方法。哈佛-麻省理工学院医学工程和医学物理学项目就在设置生物医学和工科基础课、专业课的基础上,鼓励学生选修临床课程,为医工交叉提供了突破点[5]。

1.2 整合交叉资源,构建高水平医工研发平台

高水平综合大学和科研院所为医工结合发展提供有力支持。哈佛大学与麻省理工学院以生物医学的造影、信息、整合、再生四方面开展医学工程与医学物理项目,是目前美国最大的生物医学工程和医学科学家培训项目之一[6]。斯坦福大学整合医学、工程、科学等多领域形成多学科交叉Bio-X项目,取得了许多突破性进展[7]。美国国立卫生研究院统一规划、统一部署建成国家促进转化科学中心和国家转化医学促进中心,形成了系统的转化医学研究全国网络[8]。

1.3 多方位知识融合,注重成果转化

对于医工交叉学生,一是注重学生多方位考察,例如南密西西比大学选修课学分占总学分50%,而斯坦福大学占比则在50%以上[9]。二是注重综合实力的考察,最终以成果转化为导向尤为重要,避免了交叉学科的多而不精。例如哈佛-麻省理工学院的医学工程和医学物理学项目采用聚焦最终成果,进行反向课程设计,逐级达标的成果导向教育模式,进行成果转化。微观上满足了不同知识文化背景的交叉人才发挥各自优势,宏观上可以取长补短,助力医工大结合[10,11]。

2 国内医工结合人才培养情况

近10年来,随着《中国制造2025》、《健康中国行动(2019-2030)》等一系列国务院文件的发布,生物医药及高性能医疗器械的研发成为重点发展领域之一。我国医学教育也在不断尝试医工结合方面的创新,以培养医学生综合运用各种知识、技术解决实际问题的能力,形成了向上向好的局面[12]。中南大学湘雅医学院依靠综合性大学的学科优势,开展多样化的医工结合教学活动,鼓励和引导医学生参与医工结合创新[13]。清华大学结合人工智能与医科专业特色,于2020年春季学期开设《智慧医疗创新体验》课程,进行智慧医疗创新人才培养的探索[14]。上海交通大学Med-X研究院依托生物医学工程交叉学科的特点,建立交叉究中心,推进国际合作,为我国交叉学科人才培养模式的建立提供有益参考[15]。2020年11月国家自然科学基金委员会成立交叉科学部,标志着国家在促进学科交叉融合方面又迈出新的一步,评价体系正在逐步建立[16]。

3 医工结合创新人才培养可能的路径

在整合现有资源,开发利用周边资源的基础上,昆明医科大学通过借鉴国内外先进经验探索构建了一套循序渐进、符合学生成长规律的医工结合人才培养机制,即“知识养成-实践教育-学以致用”的医工结合人才培养路径:

3.1 医工结合知识养成

在学习医学基础知识的前提下,研究团队面向本科临床医学专业、影像诊断专业、影像技术专业,开设医工结合选修课:昆明医科大学第二附属医院柯阳副教授讲授《医工结合创新创业研究》、《腹腔手术器械工作原理及使用方法与技巧》;医学影像科王家平教授讲授《人体组织结构与影像成像原理》;设备科李龙工程师讲授《腹腔手术器械材料、功能与设计原理》等课程;多学科联合团队还开设《医学图像处理》选修课,讲解B超、X线、CT、MRI成像原理,以及虚拟现实、增强现实、混合现实等国际前沿技术进展,该课程结束时要求学生自己查阅资料撰写一份医工结合技术相关论文,锻炼学生医工结合知识养成;聘请昆明理工大学、云南微乐数字医疗科技有限公司的相关专家讲授《新型高分子材料药物递送体系》、《基于三期CT影像的三维重建》课程,对参与医工结合讲座和选修课的学生给予学分或证书奖励。

3.2 医工结合实践教育

研究团队依托昆明医科大学第二附属医院在大型医疗设备和生物工程人才方面的资源优势,组织医学生在临床实践中对CT、MRI、荧光腹腔镜、超声刀、达芬奇机器人等医疗设备原理与操作进行实地讲解,进行先进医疗设备使用实践;与云南微乐数字医疗科技有限公司开展校企合作,组织医学生对混合现实、增强现实、虚拟现实、人工智能等进行实地讲解、使用,进行新一代信息技术实践;与昆明理工大学生命科学与技术学院开展(医)校(工)校合作,组织医学生走进产品研发一线,通过参观ICG-环糊精肝癌靶向递药体系、玛咖多糖-氯喹肿瘤免疫治疗仿生递药体系构建,体验新型高分子材料药物递送体系方面的学术优势给医学带来的变革。

3.3 医工结合学以致用

在学习医工结合知识和实践教育的基础上,研究团队在医学生中组建医工结合创新研发团队,团队成员包括项目经理、医生、技术工程师、产品设计师,引导学生发现提出临床问题,提出医工结合解决方法,如昆明医科大学第二附属医院柯阳副教授组织本科生团队针对术前谈话沟通效率低,外科手术学教学手段落后等问题,提出采用虚拟现实、增强现实、混合现实技术开发“妙手宗师”外科手术演示训练系统,具体通过申请医工结合软件著作、专利,发表论文,参加大学生创新创业大赛、大学生科技节暨大学生课外学术科技作品竞赛,申请大学生创新创业训练计划项目等,培养学生医工结合创新能力、思维能力、和团队协作能力等,提升学生社会竞争能力,促进大学生创新创业。

4 医工结合创新人才培养结硕果

近年来,昆明医科大第二附属医院组建本科生医工结合团队,相继研发“虚拟仿真外科手术模拟演示训练系统”“增强现实胸腔、腹腔、腰椎、骨髓四大穿刺训练考核系统”“虚拟现实外科手术模拟演示训练系统”,取得云南省2022年创新创业大赛团队组优胜奖,云南省第十届“挑战杯”动感地带大学生创业计划大赛银奖,云南省第七届“互联网+”大学生创新创业大赛铜奖等奖励9项,发表相关学术论文9篇,新增国家级大学生创新创业训练计划项目3项,授权南非发明专利2项,软件著作权17项,先后7名学生因项目经历获得保研,培养质量受到学生和用人单位认可,显著提升毕业生社会竞争力。

总之,通过以上医工结合创新人才培养途径探索和实践,使学生了解医工结合最新前沿技术,具备主动跟踪未来发展趋势的意识和能力;使学生具备跨学科交叉结合的思维方式,积累医工结合工作经验,建立主动应用交叉学科技术解决行业问题的意识;使学生具备发现问题,提出问题,解决问题的初步能力;锻炼学生在交叉学科领域发现新机会并开拓探索的能力;锻炼学生团队协作能力、沟通能力、和表达能力;培养“关爱生命、护佑健康、造福人类”的理想信念,并将之自觉融入未来学习、工作、和生活中,最终提升学生社会竞争力,促进大学生创新创业。