智能骨科时代研究生科研与创新能力培养

杨 毅，申艺玮，刘 浩，马立泰

(四川大学华西医院骨科，四川 成都 610041)

智能医学是一门新兴的医、理、工高度交叉的学科，是医学与人工智能(Artificial Intelligence，AI)、大数据、云计算、5G技术等一系列前沿科技的密切融合[1]。智能医学是近代科学前沿技术与医学交叉融合的产物，智能医学的萌芽可以追溯到20世纪80年代人工智能诊断系统和手术机器人的出现。此后，大量新兴技术尝试应用于医学领域，人工智能、VR、AR和MR、计算机辅助手术导航、3D打印技术、远程通信技术、大数据与云平台等领域的突破和应用推动了智能医学的高速发展。

从骨科疾病的诊治方式的角度出发，骨科的发展可以划分为如下三个时代：①传统中医时代。即骨科内植物前时代，骨科疾病的治疗主要是夹板、石膏和悬吊等制动方式，辅之以传统中医的药膏等；②内植物骨科时代。以髋膝关节假体、接骨板、髓内钉、融合器和钉棒系统等为代表的一大批骨科内植物应用于临床，极大地提高了治疗效果，缩短了患者康复时间；③智能骨科时代。以智能骨科手术与康复机器人、智能骨科内植物、AI辅助诊断、3D打印、虚拟现实(Virtual Reality, VR)、增强现实(Augmented Reality, AR)与混合现实技术(Mixed Reality, MR)等为代表的一批智能技术应用到骨科疾病的诊治中，助力精准、微创、安全、智能化诊疗。当前骨科已经发展步入智能骨科的早期阶段，智能骨科技术的发展挑战与机遇并存，智能骨科时代不仅要求研究生导师学习和掌握相关的智能技术，更对医、理、工高度交叉的学科背景下骨科研究生科研与创新能力的培养提出了新的要求。本文就我院智能骨科时代背景下研究生科研与创新能力培养的经验做如下总结供广大研究生导师参考。

1 骨科经典研究生培养模式难以适应智能医学时代发展

在经典骨科研究生教育中，学生在完成本科阶段临床医学的基础知识学习后进入骨科研究生阶段学习，在整个培养过程中不断提升自身科研能力与素质[2]。研究生导师需要指导骨科研究生掌握骨科具体临床疾病的预防、诊断和治疗，并以传授医学基础知识和科学研究方法的课程为基础，进一步阅读文献、参与科研课题等了解学科发展热点和难点，将临床中所发现问题与目前学科研究的前沿热点结合，设计临床或基础科研课题，最终完成学位论文进行答辩获得学位。

随着社会由信息时代迈入人工智能时代，医学教育和医疗实践正经历深刻的变化[3]。近几年全球各地纷纷提出智慧医疗、大健康、医疗大数据等概念，将民生健康置于战略性地位，也促进了智能医学领域的发展。智能医学是医疗和理工类学科领域的结合，其中人才是第一生产力要素，智能医疗复合型人才的培育越来越受到国家的重视。2017年，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，特别提出要发展智能医疗，在医疗领域发展便捷高效的智能服务，推广应用人工智能治疗新模式新手段，建立快速精准的智能医疗体系。上海交通大学发布的《2019中国人工智能医疗白皮书》指出，中国人工智能医疗领域人才数量总体较少，AI医疗人才面临严重的紧缺问题。由于智能医学涉及多个专业的交叉融合，核心在于培养智能医学跨界人才，促进“高校-医院-企业”三方合作、交流与培训，实现产业应用。立足于高校和医院结合的教学医院平台，在智能医学时代背景下如何培养骨科研究生科研与创新能力，提升骨科研究生学科交叉能力和核心竞争力，为国家培养战略型、复合型人才，是骨科教学中面临的重要问题。经典的骨科研究生培养模式在智能医学的背景下逐渐暴露出如下不足：①骨科研究生交叉学科背景知识的缺乏造成科研思维局限。传统的骨科研究生培养侧重于训练研究生通过医学基本科研方法探索和解决问题，即基于骨科解剖学、骨科生物力学、骨科材料学、组织工程学、分子生物学、细胞生物学、实验动物学及临床试验方法设计课题并开展相关研究。这导致骨科研究生相关交叉学科背景知识缺乏，科研思维常局限于医学学科本身，不擅长利用AI、大数据、5G技术及工程技术等交叉学科技术手段解决骨科临床问题、改进骨科诊疗技术，研究生科研思维和创新能力有待进一步培养和提升。②交叉学科背景知识的缺乏影响学科科研交流合作与创新发散。骨科研究生对工科、理科等交叉学科背景知识较为缺乏，对相关的工程技术手段和研究方法较为陌生；同时，理工科研究生由于缺乏医学背景知识常常无法了解临床问题和临床需求，双方难以融会贯通地解决科研问题，影响了学科之间的交流合作与创新发展。③相较于普外科、肿瘤科、内科等其他学科的基础研究，纯骨科的基础研究发展相对缓慢，发展空间相对较小，而与组织工程学、材料学等的结合又常局限于实验研究，暂时难以广泛应用于临床。因此，相对于其他学科基础科学蓬勃发展的势头，骨科在纯生物医学领域的发展略显颓势，亟须转变思维模式，积极发挥骨科学科复合性的特点。④传统骨科研究生培养模式中个性化教育薄弱。传统的骨科教学与科研培养模式旨在全面提升研究生临床实践和医学科研能力，但部分研究生对于理工科的新技术有浓厚的兴趣和各自擅长的方向，并有将这种兴趣和特长与自己的研究方向结合起来的迫切需求。然而传统教学模式局限于生物医学的方法和平台，不能满足研究生多元化的发展方向，较难为其提供个性化发展的平台。这减弱了研究生的创新动力和学习渴望，不利于教学质量的提高和优质教育资源的充分利用，阻碍了智能医学时代教育模式的革新。⑤骨科的发展得益于各类器械和技术的发展与升级。智能骨科时代手术机器人、5G远程医疗、AI辅助诊断、智能康复及智能骨科工具等技术飞速发展，这要求研究生应及时扩充最新知识，紧跟骨科发展步伐。及时更新知识、掌握前沿技术与研究方法是骨科研究生教育中不可或缺的重要内容。

因此，传统骨科研究生培养模式有待进一步改革以适应智能骨科时代的研究生科研与创新能力培养。

2 智能骨科时代研究生科研与创新发展机遇

在智能医学时代，跨界协作成为常态，开放创新成为主题。由于骨科学科的独特性质以及其与器械、影像学的紧密联系，受智能医学发展的影响较大，智能骨科时代为骨科研究生科研提供了广阔的创新空间和多元的创新机遇：①智能医学中，智能是手段，医学是目的，是对传统医学的补充和升级[4]。工科人员由于缺乏接触日常临床实践的机会，无法了解临床的真正需求。因此，拥有临床背景的骨科研究生在日常临床实践中更容易发现临床问题和患者诉求。以临床需求为导向的研究将显著提升课题实用性与研究生的积极性，促进研究生主动思考、寻求交叉学科的支持，用智能技术、手段、方法来研究和解决骨科临床问题，促进骨科疾病诊治的精准、微创与智能化发展。②传统骨科医疗模式发展至今，已经积累了大量临床数据、影像数据以及特定人群的医疗健康数据，这为智能骨科的进一步发展提供了宝贵的资源。研究生可根据个人兴趣和课题研究方向，结合前沿工科技术开展多样的课题研究。例如，基于人工智能、大数据分析的方法分析临床数据，开展智能骨科课题；3D打印与材料学的发展，也为开展个性化骨科植入物奠定了基础。③培养具备工科思维和技能的骨科研究生符合国家政策的发展方向和战略需要。智能医学的核心理念是“交叉、融合”，而学科交叉融合是未来科学发展的必然趋势，是加速科技创新的重要驱动力[5]。在2008诺贝尔奖获得者北京论坛上，华人图灵奖得主姚期智指出：多学科交叉融合是信息技术发展的关键：当不同的学科、理论相互交叉结合，同时一种新技术达到成熟的时候，往往就会出现理论上的突破和技术上的创新。国家十分重视对交叉学科的发展和变革性交叉科学人才的培养：国家自然科学基金委在8个传统学部之外，已新设立交叉科学部；2021年1月，国务院学位委员会、教育部印发通知，新设置“交叉学科”门类，成为中国第14个学科门类。社会也对智能医学给予足够关注，科研院校和企业支持力度增大。因此，交叉学科的培养日益成为学界关注的焦点，也是研究生教育发展的重要趋势[6]，符合国家医学人才培养大方向。

学科交叉在医学研究生培养中的作用已经得到了师生的广泛认可[7]，但仍需要加强学科合作平台建设，完善人才培养制度和强化学科交叉教育理念，以促进多学科合作和基于学科交叉的医学人才培养。

3 智能骨科时代研究生科研与创新能力培养策略

智能骨科时代下研究生的培养应重视在知识储备、思维方式和创新意识方面的全面培养。与传统培养模式相比，智能时代下的骨科研究生应精于技术，适应新科技趋势，能够利用新科技赋能医学以推动医学的发展，满足新时代的需求[8]。因此，这要求骨科研究生在临床学习之外对人工智能、3D打印技术、医用机器人、远程通信技术、大数据和云平台等有基本的认识，建立知识框架，为即将面临的智能骨科时代下的各种机遇和挑战做好准备。结合多年研究生培养经验，我们认为可从以下几个方面增强研究生的科研和创新能力。

3.1 开设交叉学科课程，增加研究生知识储备，初步建立工科知识框架

智能医学时代背景下，应注重培养骨科研究生学科交叉的意识，拓展知识广度，引导学生思维模式的转变，即由传统的生物医学模式转变为多学科交叉的思维模式。2018年，教育部、国家卫健委、国家中医药管理局提出了《关于加强医教协同实施卓越医生教育培养计划2.0的意见》，强调推动医学与理科、工科等多学科交叉融通，开展“医学+X”复合型高层次医学人才培养改革试点，培养多学科背景的复合型高层次医学人才，将基于学科交叉的医学人才培养提升到国家人才战略层面[9]。研究生导师将医学人工智能、医疗机器人等基础知识的学习融入骨科研究生的教学中。在骨科研究生专业课程以及基本科研方法课程的基础上，增添交叉学科选修课程，主要包括医学人工智能、虚拟现实、增强现实和混合现实技术、计算机辅助手术导航、3D打印技术、医学机器人、可穿戴医疗设备、医学云平台、远程医疗与5G通信、医疗大数据以及区块链技术等课程。研究生可根据个人兴趣或课题研究方向选择课程，拓展研究生的知识广度，初步建立知识体系与框架，提升个人知识技能储备，培养交叉学科的思维方式和医工结合意识，降低多学科人员的沟通成本。组织学生进行交叉学科文献阅读和追踪，提升工科文献资料检索和阅读能力，旨在提升研究生独立使用工科思维方法解决临床问题的意识和能力。

智能医学绝不仅意味着技术本身的新颖，更意味着这个世界前沿科技和医学之间可以建立完全不同的系统性关联，蕴含了一种全新的美学范式[10]。2020年，国家卫健委“十三五”住院医师规范化培训教材——《智能医学》正式由人民卫生出版社出版发行。该书主编华中科技大学附属协和医院叶哲伟教授介绍，编写这本教材有三个主要目的，一是开拓年轻医生的视野了解智能医学最新研究成果和方向；二是培养年轻医生的跨学科思维方式；三是培养年轻医生跨平台、跨学科解决问题的能力。中国科学院院士、同济医院陈孝平教授评价，这本教材填补了我国医学教育的空白，将推动更多与智能医学时代相匹配的复合型人才的培养[4]。交叉学科课程的开设能够提升骨科研究生的理工科素养，智能技术在未来有望帮助医生和工程技术人员轻松解决受时间、空间及认知范围限制的许多医学问题。

3.2 定期开展智能骨科专题学习活动，鼓励研究生开展“医工交叉”等科研合作

在研究生科研教育活动中定期开展智能骨科专题学习活动，组织研究生根据自己近期学习的智能骨科前沿技术方法选择专题，从临床研究生的角度讲述对该领域的理解与潜在应用价值，并在课题组展开讨论以查缺补漏、加深印象，通过专题学习促进团队成员对智能骨科技术的认识和理解[11]。在培养过程中可引入以问题学为基础(Problem-based Learning, PBL)的模式[12]，研究生基于自己课题方向需要解决的问题，寻找可能有效的工科技术，通过课题组讨论选择可行的方案。导师应鼓励研究生将智能医学的理念和方法应用于自己的研究课题，交叉创新，开展“医工交叉”等新形式的科研课题，为骨科研究注入新鲜血液、开拓新的发展领域。

3.3 依托四川大学综合性大学交叉学科优势和四川大学华西医院“3中心1平台”优势，大力促进研究生智能骨科研究

四川大学及华西医院高度重视新医科及医工融合发展，已启动 “医学+信息”“医学+材料”“医学+制造”三个中心和5G模式下的医学转化应用平台，为智能骨科时代研究生科研创新提供了平台支撑和保障。当前，骨科与生物材料中心交叉合作已较为成熟，有待进一步与电子、仪器、检测及AI等尤其是与光电子、微电子、传感器及微芯片等领域交叉合作。通过上述中心和平台，医科人员和工科人员可以在学科交叉服务系统中进行“发帖”“匹配”等方式的对接，对重点项目有专人跟进进行对接合作。骨科研究生充分利用平台优势，已经开始了AI辅助骨科疾病诊治、智能骨科康复、智能骨科植入物及远程智能手术切口管理系统研发等多项科研合作。

3.4 组建学科交叉研究小组定期开展交叉学科小组研讨会，促进研究生科研与创新能力提升

研究生导师借助学校和医院搭建的平台，组建包含骨科、护理、康复、工科、理科及商科等多学科背景的交叉研究小组，定期开展学科小组交流研讨会，鼓励研究生积极与其他学科人员交流讨论，碰撞学科交叉融合思维的火花，促进合作项目的开展与拓展。通过上述过程培养骨科研究生多学科思维能力，提升应用交叉学科技术解决问题的能力。另外，科室或导师可邀请不同工科领域学者、企业资深技术人员做专题讲座，对研究生集体感兴趣或认为有较大应用价值的领域进行深入讲解，提升认识理解深度，通过上述过程培养骨科研究生多学科思维能力，提升应用交叉学科技术解决问题的能力。

3.5 鼓励和支持研究生参加智能骨科相关学术会议、培训班及医疗器械博览会

科室和研究生导师，利用科研经费支持研究生参加智能骨科相关学术会议，了解智能骨科相关的最新的研究成果和技术方法，拓展学术视野；同时鼓励研究生将最新的研究成果进行国内外学术会议投稿并会议发言交流，提升研究生学术交流能力。鼓励和支持研究生参加智能骨科相关的培训班，系统学习研究领域涉及的植入式传感器、微机电系统及深度学习等相关知识，弥补本科阶段工科背景教育的缺乏。同时，鼓励和支持研究生参加中国医疗器械博览会等大型展览，了解最新的智能骨科相关的产品动向和趋势，博采众家之长。

3.6 鼓励和支持研究生参加“互联网+”“挑战杯”“大学生创新创业项目”和“医疗器械转化大赛”等获得，促进研究生科研成果转化

科室和研究生导师引导研究生进行有转化价值和意义的科学研究，将科研成果申报专利、研发产品并推向市场。支持和引导研究生参加“互联网+”“挑战杯”“大学生创新创业项目”“中国医疗协会行业协会创新创业比赛” 等项目，激发研究生作为研究主体的主人翁意识，让科研项目接受来自“产学研商”各界专家的点评，助力科研成果落地和转化，提升研究生科学研究的热情。

3.7 推动智能骨科时代下“骨科+人文”“骨科+管理”等软科学知识的培养

骨科的发展离不开前沿学科和高科技的飞速发展，更离不开人文观念的进步和医学模式向人文医学模式的历史性转换。中国骨科学的发展始终围绕着人文与科学两大主题，以建立在科学理性之上的人文精神来规范、统领骨科学[13]。然而在智能技术的冲击下，人文精神的缺失是我国医学界、教育界存在的突出问题，也是导致医患关系紧张的根源之一。人工智能、远程通信等技术的出现将极大地提升医疗效率与基层医疗水平，但智能医学时代并非意味着冰冷的机器治疗时代，智能手段的发展也并不代表对患者人文关怀和基本沟通的懈怠。因此，培养符合智能医学时代下医患沟通需求的研究生也是研究生教育中不可忽视的一部分。

由于骨科的特殊性，许多骨科手术关系到人体组织的再生、功能的重建，其手术疗效直接影响患者的生活质量，这对医学生的医患沟通技能和人文关怀教育提出了很高的要求。研究生应始终坚持以人为本，以科学的态度和精准合理的医疗技术为患者提供最优质的服务。应对骨科研究生加强通识教育，培养研究生系统全面地从生物、心理、社会因素的角度分析疾病及其对患者影响的能力。通过人文素质培养讲座、典型案例教学、经典沟通模式学习的方式提高研究生人文素养。并完善骨科研究生培养质量评价机制，围绕新技术医患沟通能力与技巧、临床理论技能与人文素养等方面进行质量评价[14]。

3.8 建立科学的指导和评价考核体系，引导研究生开展智能骨科研究

在智能骨科时代，单一的临床导师难以完全掌握智能骨科的全部相关技术，因此研究生科研能力培养可以实行导师指导组制度，根据研究生课题交叉方向跨专业设定合作导师，形成研究生导师指导小组，组织开题、答辩，指导课题研究[15]。由导师指导小组定期考核学生的交叉学科知识学习和技能掌握情况，对学生的基础知识、实践技能和交叉学科思维进行定量能力评估。同时，在研究生评奖评优的考核过程中，纳入对学科交叉文章、专利、学术会议发言、项目获奖以及知识产权成果转化等方面的考核，引导研究生积极开展智能骨科相关研究、提升科研与创新能力培养。

4 结语

在智能化新时代中，智能医学将贯穿医学的各个领域，多学科交叉的科研思维和实践能力也将成为骨科学研究生人才培养的重要内容。广大医学研究生是医学的未来，其视野和格局也决定着我国医学未来的高度。因此，我们应更加重视培养符合智能医学时代需求的复合型人才，在骨科研究生教学过程中应紧跟国内外发展趋势，引导学生形成交叉学科思维，在掌握临床技能和医学科研方法的基础上学习基本的工科技能与实践能力，并积极利用智能医学基础与前沿成果，不断完善教学内容，从而提升教学质量，培养智能医学时代的高水平骨科人才。