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党报记者八闽调研行丨探访医工交叉融合新浪潮

时间 :2023-07-28 11:22:15   来源 : 福建日报

《福建日报》2023年7月28日第08版


(相关资料图)

核心提示

医工交叉，全称“医学与现代化工程技术交叉融合”，被公认为突破医学“卡脖子”技术的“关键之钥”。它是科技前沿的深度融合，需要大量复合型医学人才支撑。

2020年9月，国务院办公厅印发《关于加快医学教育创新发展的指导意见》，明确将设置交叉学科，促进医工、医理、医文学科交叉融合。今年2月，教育部等五部门印发《普通高等教育学科专业设置调整优化改革方案》，进一步提高理科和基础医科本科专业点占比，加速培育“医学+X”“X+医学”等新兴学科专业。

2020年，福建医科大学与福州大学建立校际联合，共建智能医学工程本科专业。自2021年起，福建启动高层次复合型医学人才培养工程。两年间，成立了福建省高校基础医学学科联盟，促成了福州大学与福建省肿瘤医院共建福州大学医工交叉研究院，还开展了一批由高校牵头承担的“医学+X”联合攻关项目。

它们为福建医疗健康产业发展带来哪些赋能？在学科交叉培养的过程中有哪些困难和探索？请看记者从一线发回的报道。

闽派“黑科技”亮相医疗领域

不用手动查阅病史资料，医生如何能在几秒钟内诊断出患者是否得了肝癌？秘密藏在一个“AI外脑”里。

这个“AI外脑”全名叫作孟超肝病外脑系统，由福建医科大学孟超肝胆医院、福州大学、福建省肿瘤医院等单位联合开发建设而成，是福州大学医工交叉研究院的研究成果之一。它录有省内外95家医联体单位102.1万例肝病患者和11.3万例肝癌患者的门诊、住院、检查、检验、病理、随访等疾病全周期数据，是目前全球规模最大的肝病和肝癌大数据平台。

在大数据及人工智能技术的支持下，这个“AI外脑”能按照诊疗规范进行数据分析，然后诊疗路径给出智能辅助诊疗意见，并预测患者治疗后的复发率以及可能出现的并发症，进而为医生提供诊断辅助、治疗方案选择和疾病风险预测等38项人工智能服务。目前，它正广泛运用于海军军医大学附属第三医院（东方肝胆外科医院）、福建医科大学孟超肝胆医院、福建医科大学附属第一医院及相关肝病医联体单位。

“辅助诊疗、风险预测、健康管理和图像识别是它的核心服务内容。尤其在图像识别方面，应用人工智能技术对肝癌CT影像数据进行建模，设计出一种影像多尺度联合投票算法进行肿瘤良恶性判断，经在肝癌CT影像数据集上验证其准确率超过90%。”平台建设者之一、福州大学超级计算团队负责人廖祥文教授介绍说。

“AI外脑”能在幕后助力疾病治疗，但疾病治疗所用的“黑科技”并非只来自幕后。

在福建医科大学附属第一医院，介入科林征宇副教授团队采用原创“远程CT引导下机器人导航肺肿物活检穿刺术”为胰腺癌患者实施病灶精准穿刺，仅耗时10余分钟就成功取到病变组织。

核磁共振引导消融

“CT能清晰显示病变大小、形态、位置、坏死空洞区，能明确显示与临近血管、神经等的良好解剖关系，再通过导航机器人的指引，医生可以精准确定进针部位、角度和深度，避免损伤血管、神经和脊髓等，大大提高了介入操作的安全性、成功率和病理准确率，减轻患者痛苦。”林征宇说。

在医疗机器人“蓝海”，亦有福建校企合作的活跃身影。去年12月8日，福州大学未名医疗机器人研究院在福州大学国家大学科技园揭牌。

当天，由福州大学、未名集团、福建省立医院、德国慕尼黑工业大学等机构合作研发的全髋置换微创手术机器人、经鼻气管插管手术机器人、心血管钙化组织旋磨手术机器人齐齐亮相。这三个项目均为我省首创。

远程交互技术进行实时指导+介入穿刺机器人术中：精准穿刺病灶。

其中全髋置换微创手术机器人开发了一套基于视觉的手术定位导航系统，将在一定程度上通过数字化手段替代老医生的经验与技能，可应用于如脊椎、膝关节、口腔等部位的体外手术，大大提升髋关节置换手术患者的恢复速度，缩短住院时间。

经鼻气管插管手术机器人可让机器人自主遥控操作气管插管术，减少麻醉医师插管工作量以及重症医生职业暴露风险。心血管钙化组织旋磨手术机器人则是对现有器械进行改进，减少旋磨术对心血管壁的损伤和手术并发症。该机器人的研发应用将在一定程度上解决心血管旋磨手术器械长期被国外产品垄断的现状，拥有完全自主知识产权，实现了该领域高端医疗器械国产化。

“福州大学未名医疗机器人研究院依托省级工程研究平台‘福建省智慧医工联合工程研究中心’的智能感知控制与医工融合领域专家团队，重点围绕微创手术、康复治疗等领域开展医疗机器人关键技术应用研究，辅助医生进行精准、微创、智能的手术操作，进而推动我国医疗机器人技术的创新研究。”福州大学教授、省智慧医工联合工程研究中心负责人何炳蔚说。

“打破那堵无形的围墙”

医工交叉，难在“跨界”沟通，可贵在技术背后那份共同的价值追求。

7月12日下午6点，福建医科大学肿瘤临床医学院、福建省肿瘤医院科研楼会议室里，两支专业团队围坐在大会议桌旁，正对着一份PPT汇报进行热烈讨论。

这两支团队一支是福建省肿瘤医院输血医学科的临床医生，另一支是福州大学医工交叉研究院的大数据工程师。他们的共同目标是要研发出一套患者血液管理信息系统，帮助临床医生研究并解决患者输血相关问题。

“我们是否可以对近二十年来的输血数据按国际标准建立数据集、进行分层分析；之后将主要关注点聚焦于不同的瘤种，如门静脉高压肝癌患者等这类容易出血的患者上？”一名大数据工程师建议。

“好主意！可以按这个思路先做模型，之后再做随机对照试验等前瞻性研究。我们会从数据最成熟的地方入手挖掘数据，厘清不同的数据维度。”临床医生回答。

当天是双方的初次见面，但医生和工程师的此番对话似乎不存在“鸡同鸭讲”的割裂感。

如今，福建省肿瘤医院输血医学科的临床医生和福州大学医工交叉研究院的大数据工程师之间的业务探讨已不存在“鸡同鸭讲”的割裂感。

“这是两三年里我们和肿瘤医院若干个科室深度沟通下来练就的‘本领’。”福州大学医工交叉研究院带队老师、福州大学超级计算团队负责人廖祥文教授笑着说，旋即他的表情变得很认真，“事实上，刚开始的时候确实是‘鸡同鸭讲’。但是医工‘跨界’沟通有多难，医生们和大数据工程师们就有多努力。”

以孟超肝病外脑系统当中俗称“智能阅片”的图像识别功能为例。临床医生最初对它的理解是“用现有的软件把患者的影像检查片子‘跑’一遍，得出一个不尽如人意的结果”。而大数据工程师不能理解影像检查的步骤和原理，且对理解各类医学术语感到“头疼”。

解决办法无他，必须从最基本医学术语解释、大数据建模概念理解开始沟通磨合：

肝脏的增强CT分为平扫期、动脉期、门脉期、稳定期，拍片是有时序的；

数据的每一个字段都有特定含义，必须严格遵照临床诊疗指南和操作规范进行统一表述才能得出标准数据；

患者是活人，拍片过程中会呼吸，而呼吸会产生位移，所以要让数据精准，建模时就必须考虑数据校准和多区联动；

问题接连提出，交流逐渐深入……

在一点一点的沟通、一个一个核心问题的破解当中，一套全新的图像识别计算模式设计成功，机器阅片终于实现智能。

“相当长一段时间里，每周一下午快下班时，我们就进入‘大数据学习时间’，原因无他，只为打破那堵无形的围墙。”回忆起“孟超肝病外脑”诞生过程，省肿瘤医院党委书记刘景丰颇为感慨地说，“2016年底，吴孟超院士发起成立全国肝病和肝癌大数据联盟，鼓励我们交叉利用科技前沿技术建造全国肝病和肝癌大数据平台。经过这些年的努力，我们已经获得一定的成功经验，并将把它拓展应用在整个肿瘤领域，进一步开展‘5G智慧肿瘤医院’相关研究，为家乡百姓、为全国患者提供更新模式的就医体验。”

打破无形之墙，技术之外更有无私奉献的大爱。

譬如前述的经鼻气管插管手术机器人，医生和工程师们在解决数以百计的技术问题之后，依然遇到“任何种类的实验均无法避免机械性损伤风险”这只“拦路虎”。

是否按部就班继续遵照工程实验的步骤？几经考量，省立医院麻醉与围术期临床医学中心郑晓春教授团队选择跳过模型实验、摒弃动物活体实验，改由两名志愿者成员直接“上阵”进行活体实验。

“医者，背着患者‘过河’之人。一个高效、稳定、精准、安全、并发症少的诊疗过程，是患者所盼，更是医者所求。这种奉献精神令人动容。”一位参与实验的工程师说。

布局复合型人才创新培养之路

医工交叉，其创新研究与成果转化都以需求为导向，以服务人类健康为目标。但目前我国医工交叉领域成果转化比例不高，亟需解决研究与需求脱节问题。

启发创新，福建亦加快布局复合型人才创新培养之路。

福州大学副校长杨黄浩说，“医工融合是在学科模式上的探索创新，前景广阔，是未来的趋势”。2020年，经教育部批准，福建医科大学新增智能医学工程本科专业，同年9月开始招生，学制4年，每年招生30名。该校与福州大学建立校际联合，共同培养智能医学工程本科专业人才，把智能影像、医疗大数据和智能医疗机器人三个方向列为智能医学工程专业的重点方向，并将数理基础、基础医学、临床医学以及机器人技术列为主干学科，在实验课程教学、本科生导师指导、创新创业实践训练以及毕业设计等方面进行深度合作，探索医工融合的人才培养新模式。

据介绍，校际联合以来，两校协同配置一流的师资队伍，对主干课程授课教师严格遴选，要求必须具有主持国家级项目经历，有充足的科研经费，有良好的科研团队，有海外留学、访学背景等。在学生培养过程中，注重强化本科生的科研实践参与，让他们尽早触碰面向需求的真实问题，激发他们探究事物本质的好奇心，增强他们的研发动机。

“如何正确引导学生、培养学生、因材施教至关重要。比如在‘智能机器人系统’授课过程中，我们的授课教师以所主持国家级、省级科研项目为背景，带领学生共同凝练关键科学问题和技术难题，培养学生的科学思维、学术志趣，通过问题拆解、问题聚焦的途径与策略，激发学生的好奇心与想象力，增强学生跨学科创新能力和系统思维。”福建医科大学教授沈晓沛介绍说。

除了提供良好的学习环境之外，福建医科大学智能医学工程专业每届有约10名本科生与福州大学机械工程、人工智能专业的本科生组建项目小组开展项目式学习，促进学生之间的思想碰撞与沟通，加快促进两校间的深度融合与交流。

这份用心，智能医学工程专业2020级本科生邓鸿骁深有感触。“有一种‘读一个专业，上两所大学’的感觉。”他这样形容“交叉学科”的学习感受。邓鸿骁参与了一个叫作“面向经鼻微创手术的柔性连续体机器人的视觉感知与智能控制研究”的项目，在两所大学教师团队的带领下，学习如何利用人工智能视觉，去训练机械臂以达到可以让其在手术中及时地对鼻息肉进行识别、勾画以及切割摘除。

“在这个过程中逐渐深入了解到智能医学工程的临床意义和医学作用，学习到人工智能方面的工科知识和鼻息肉相关的医学知识。真正体验到了人工智能和医疗行业相结合的医工交叉学科的专业作用，把课本上的知识运用到了项目中。”邓鸿骁说。

“跨领域学生的交流更能激发学生的创新思维，让学生从不同角度认识问题、解决问题。并以项目为驱动，让学生从实际问题的解决来发挥自己的才智，这也是老师们乐意看到的。”福州大学副教授邓震在进行指导后感慨地说道。

福建医科大学教师在演示数字胃肠X线机操作训练系统的使用。

2021年1月，“交叉学科”正式被教育部新设置为第14个学科门类。同年9月，福建出台加快医学教育创新发展的实施方案，明确将采取实施全科医学人才培养工程、实施高水平公共卫生人才培养工程和实施高层次复合型医学人才培养工程三项措施分类加快紧缺医学专业人才培养。

当年，厦门大学医学院获批设置“健康大数据与智能医学”交叉学科，开始以交叉学科进行研究生招生，设计“临床医学”“计算机科学与技术”等5个一级学科，汇聚了来自医学院、生命科学学院、信息学院等数十个学院，以及厦门大学附属第一医院等10家附属医院，健康医疗大数据相关研究领域包括院士、国家杰出青年科学基金获得者在内的40多位博士生导师、70多位硕士生导师及其研究团队。

与此同时，厦门大学医学院还推进与航空航天学院、信息学院建设“医学+X”跨学科人才培养项目。从2021年开始，为医学与生命科学学部本科生提供测控技术与仪器、计算机科学与技术的辅修专业。

福建医科大学亦在整合校内资源上下了功夫。近两年来，该校一方面整合了影像诊断、介入医学等亚专科资源成立医学影像学院，推动医学影像技术和人工智能技术在影像诊断学中的深度融合应用。另一方面依托医学技术与工程学院，整合干细胞生物工程、医学检验技术等学科资源成立精准医学研究院，推进精准医学研究与临床应用。

记者从省教育厅获悉，包括前述“医学+”交叉学科在内，福建目前在厦门大学设有“集成电路科学与工程”交叉学科门类一级学科博士学位授权点；厦门大学、华侨大学、福州大学、福建师范大学、福建农林大学、福建医科大学、集美大学等7所高校拥有“智能仪器与装备”“新能源材料”“生物育种”等目录外交叉学科21个，其中博士学位级别18个，硕士学位级别3个。

采访中不少高校教师坦言，高校教师接受的是专业化、精细化的教育，要适应新的培养模式，其自身的认识和教学能力都需要进一步提高。

专家观点

专家学者普遍认为，交叉学科的高层次人才应当如何培养，牵涉的领域错综复杂，将是摆在我省乃至我国研究生教育面前的重大挑战。

北京大学教育学院副教授沈文钦：高校需要在课程设置、导师选聘等方面树立交叉学科意识，完善交叉学科人才培养的规章制度，健全交叉学科指导委员会、答辩委员会和学位评定委员会等组织体系，解决导师参与积极性等问题。

浙江大学中国科教战略研究院科研主任吴伟：高校应有统筹管理机制统领全局，从顶层设计的角度保障交叉培养的实施；从入口处筛选优质生源，从出口处把关培养质量，让培养过程管理机制充分发挥作用；支撑保障机制作用于培养过程，为交叉项目提供良好的环境和资源。

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