工程医学

顾 宁

（南京大学医学院,南京，210093）

自远古至今，医学经历了艰难曲折的发展过程，是人类不断认识自身疾病与维护健康的不懈实践与知识积累，凝聚着先行者的仁爱、心血与智慧.医学发展的漫长历史始终伴随着人们对植物、动物、矿物的逐渐认识并用作药物，制作工具和发展相关方法来进行治疗与诊断，乃至疾病康复的相关探索.同时，科学与技术的不断发展也一直推动着对人自身及行为，包括疾病与健康的认识与理解，并不断产生除原有传统医学分科之外的医学新方向，例如循证医学、远程医学、数字医学、整合医学等等.由此可见，医学的发展是在临床需求的巨大牵引之下，多学科与各种新科技不断交融互作的结果.

按照目前的医学及医学教育的一般分类，大致可分为基础医学、临床医学、公共卫生（预防医学）等.实际上，基础医学是临床医学与公共卫生的基础，而临床医学与公共卫生是基础医学的应用.将基础医学的研究成果转化到临床医学和公共卫生的具体实践之中，除了需要转化医学，还需要工程与技术的直接参与.也就是说，在解决临床医学的一些棘手问题的过程中，需要研究如何将已有的技术或方法集成起来，甚至研究一些新方法来有效地解决问题.国际上已有一些成功的做法，就是在高水平医院，尤其是研究型大学医学院的附属医院里，有相当比例的被称为临床科学家的专业人员，在各自专业领域研究相关疾病及其诊治新法，尽管不直接从事诊疗的具体操作，但是从深化对疾病的专门研究以及不断提出新的解决方法，甚至研发新的技术等方面，和临床工作者密切合作，共同完成临床任务.国内现在也有不少效仿，许多医院逐渐增加了临床专职科研人员，在推进学术研究等方面有所进展，但与国外高水平医院相比，在研究程度与运行机制等方面还有很大提升空间.

此外，各个医院里都有一些临床工程学的专业人员，主要是基于医院平台将科技发展的成果推向临床，以医疗器械、设备及相关系统的全程管理维护技术为主，解决医院装备现代化、装备与经济管理等工作［1］.随着各种专业分工越来越细，特别是信息化、网络化以及各种现代科技的加速发展，以往许多临床工程的工作已逐步由专业厂家等单位分担，一些临床工程学专家开始探索与临床医学专家进行更加紧密的合作，参与有关临床研究，围绕具体临床问题，在深化有关机制研究的过程中帮助研发新仪器、新材料等新技术，逐渐发挥出不可或缺的作用.

正是基于这些临床科学家与临床工程学人员的不断努力，临床医学的研究与技术获得了更快发展，推进了医学与健康事业的整体进步，也逐渐形成了医学领域中一个崭新的交叉学科方向——工程医学.这里将介绍对工程医学定义与主要任务的思考，包括工程医学的基础与发展方向.

1 工程医学的定义与主要任务

工程医学（Engineering Medicine，EngMed or EM）是针对解决临床医学与公共卫生问题的需求，在充分结合物理、化学与材料、生物与医学、数学与计算科学、工程与技术等各学科进展及学科融合的基础上，通过对疾病机制及相关临床诊治新原理的深入研究，探索临床诊断、治疗与康复的新方法，发展临床适用的新材料与制剂、新器件及系统，以及智能化技术，不断推动临床医疗与疾病预防水平提高的学科.工程医学也是医学领域中面向未来、与其他领域相结合的交叉学科.

工程医学的主要任务是针对临床医学与疾病预防所面临的实际问题，通过多学科，尤其是材料、信息、数据与智能科学等结合的手段，不断加强医学临床研究的技术与条件支撑，同时和临床与疾病预防专业工作者合作，共同开展疾病机制的深入研究，并由此探索相关诊疗新原理，研发新材料、制剂或仪器等新技术，以及临床实际应用的新方案.

尽管工程医学作为新方向在这里刚刚提出，而实际上在国内外，特别是国外许多高水平医疗机构中已有较长时间的相关实践.例如，医院专业科室中有一些专家，被称为临床科学家，他们具有深厚的生物医学以及多学科交叉的基础，与所在科室的临床医学专家共同深化相关疾病研究，并讨论诊疗办法.与此同时，若他们将有关方案提升到一定的理论高度，并指导或与临床工程师合作，研发出新的材料与器件、装备，则必将极大地推进相关医学的进步.由此可见，这种医理工结合对医学与健康事业进步具有重大意义.

整体上回顾、分析这些临床科学家与临床工程技术人员的工作，结合对该方向的思考，不难发现工程医学主要具有以下特点.

（1）以临床与预防医学实际问题为研究对象.工程医学是医学领域中的新方向，目的是解决临床或预防医学的实际问题并培养相关人才，因此始终要坚持以实际问题为研究对象.由于人类个体差异性，临床面临的实际问题非常多，个体化地做好每个病例诊疗，需要从不同角度来全面考虑，特别应关注健康是整体性的，而不能仅仅局限于病症当时的表观.此外，还需要不断提高医疗的功效并降低成本或花费，在深化疾病研究的基础上探索新方案，发展新材料、新制剂、新仪器，并结合智能化等新技术，把诊断与治疗有机结合，尽量缩短诊断与治疗间隔时间.这也是推进医学范式不断进步的需求.

（2）系统性与学科交叉性.医学的发展历程，已经从神道医学、经验医学、实验医学发展到现在分科越来越细、病理研究更多深入到细胞与分子层级，同时先进药物、医疗器械、人工智能等技术手段日新月异的现代医学.与此同时，很多有识之士特别提出，未来的医学发展方向还应该包括整合医学、系统医学，甚至是身心医学.因为每个人都是一个整体，同时也离不开社会或群体.面对疾病或健康问题，在还原甚微的同时，还必须要回到系统与综合，有时候一些不同的疾病可能是源于同一个病因，身体中不同的系统是互相关联的，要全面地看问题和处理问题［2-4］.为此，就需要能处在系统级层面整合并协同具有多学科知识与能力的人员.这在目前大多数医疗机构中还是非常缺乏的.

（3）数学、模型与工程性.所谓工程，是结合包括人力在内的各种资源，在一定规模上运用实践经验与实验所获得的知识，通过研究与发展，遵循规划设计、过程管控、规程标准等程序，实现预设目标的活动.随着人类利用自然和改造自然的脚步不断前行，对工程本身的研究也越来越被重视，已上升到工程科学的高度.通过结合信息技术、数据科学、机器与自然智能，尤其是越来越高的应用数学研发水平，使工程水平的提高与日俱增.采用数学语言来表述研究体系，建立模型，现已成为工程开始的起点.医学领域也亟待推进相关研究，无论是人体生理模型细化、优化，还是对遗传与环境影响的病理规律、传染病流行研究，以及先进诊疗技术的建立等等，工程医学必将发挥巨大作用.

2 生物医学工程与工程医学的关系

在此有必要对生物医学工程与工程医学的关系进行一个分析.生物医学工程（Biomedical Engineering，BME）是综合物理、化学、数学、计算科学和工程学知识及不断涌现的新技术，从分子到器官，整体上研究生命结构、功能及其变化，创造知识，发展创新的生物制剂、材料、过程（方法）、植入体、器件以及信息学方法，用于疾病预防、诊断与治疗，病人康复以及改善健康（状况）的学科［5］.对比工程医学的定义，可见它们都是交叉学科，两者既有联系，甚至部分重叠，同时又各有侧重，在研究、发展及人才培养等各方面具有各自的属性.具体表现在下面几个方面.

（1）生物医学工程的主要目标是通过各种研发，最终实现创新的材料、制剂与器件、仪器与信息学方法，属于理工科范畴；而工程医学则通过与临床专家合作，不断深化疾病研究，结合已有技术发展新材料、新器件并创新诊疗方法，解决预防与临床医学中的实际问题，切实提高医学诊疗水平，属于医学领域.

（2）生物医学工程的主要研究对象是用于人或其他生命体的材料、制剂、器件与系统，以及信息学方法等，主要采用相关领域中的研究方式与方法，同时要关注与生命系统的界面问题；工程医学的研究对象主要是人和疾病，要符合生命与医学领域中的研究范式，研究中为了解决实际问题而要集成已经出现的各种先进技术成果，在此基础上发展相关的临床方案，并创新适用材料与技术.

（3）生物医学工程主要侧重“物和方法”的研究，从业者主要分布于相关研究研发、生产、经营等单位，需要相关方面的教育背景、知识与能力；工程医学的研究对象是人与病，从业者主要是在医疗机构以及相关研发单位，需要以医学教育为主要基础的多学科交叉的知识与技能，特别是掌握并综合运用不断涌现出的新技术的能力.

3 对工程医学发展的思考

尽管工程医学刚刚提出，但实际上相关的实践在国内外，尤其是国外的高水平医疗机构中已有较长的时间，为此要学习已有的先进做法或经验，进行梳理与分析，并上升到一定的理论高度.当前工程医学的主要研究方向包括：（1）多疾病内在关联的病理机制与建模；（2）多组学与系统生物学及临床诊断技术；（3）重大疾病诊疗一体化技术与临床实践；（4）基于细胞诊疗的医疗技术及临床方法；（5）人工与自然智能技术及其生物医用方法；（6）医疗机构中大数据平台及其质控与评价、应用；（7）其他.

推进工程医学的发展，必须要培养相关人才并组织队伍.建议切实鼓励多学科交叉，特别是理工科（包括心理学等社会科学）与预防、临床医学的结合；同时在医疗机构开展专题研究并探索相关人员的组织管理机制，鼓励专职科研人员以临床实际问题为目标，与临床专业工作者切实合作共同推进诊疗水平提高.

重视工程医学的专业教育，在优化现行医学教育模式基础上，增加理工等多学科交叉融合与研究技能的培养，探索新的教学与培养体系.通过“做中学”等方式，尽早在现阶段培养打造一批具有示范性的工程医学青年精英.

4 结论

发展工程医学具有重要意义.本文对工程医学的定义和主要目标及任务进行了阐述，对其未来的主要发展方向与亟待开展的工作进行探讨，期盼引起重视并给予大力支持.

致 谢感谢所有指导或参与讨论的专家学者！