当代信息技术革命与临床医学工程装备发展的思考

杨林，胡海洋，陆阳

（1.苏州大学附属第一医院，江苏 苏州 215000；2.东南大学生物科学与医学工程学院，江苏 南京 210000）

科学技术在当前推动全球经济、社会发展的主要力量中愈发重要，创新驱动是大势所趋。新一轮科技革命的概念是多元的，它是科学革命、技术革命和产业革命的交叉融合。先进的医学装备是新一轮科技革命和产业革命发展的重要平台之一，在人工智能、物联网、机器人、大数据等前沿技术的推动下，医学装备得到了长足的发展，为医生提供更精确的诊断依据，为患者提供更优质的诊断服务，为人类的健康提供更优质的保障。

1 新一轮科技革命、产业革命的内涵

科技革命包括倾向于理论方法方面的科学革命和强调技术体系原理的技术革命。科学革命、技术革命与产业革命关系密切，但也不仅仅是直接的线性推动关系，而是表现为更加复杂的互动关系。新一轮科技革命与产业变革的提出，最早可以追溯到2011 年德国提出的“工业革命4.0”概念。“工业革命4.0”更多的是从制造业角度对新科技革命下产业变革和生产方式转型的解析，其更多的致力于推动新一代信息通信技术与制造业的融合，形成高度灵活化、个性化、数字化的新生产模式。新一轮的科技革命和产业变革建立在数字革命的基础上，结合了各种各样的技术，以指数级的发展速度对经济、商业、社会和个人带来前所未有的改变和颠覆性变革。

2 新产业革命在先进医学装备中的发展

新一轮科技革命与产业变革促进了各门科学、学科以及相关产业的不断交叉与加速融合。在这一交叉融合的过程中，以人工智能、物联网、机器人、3D 打印等新型学科为代表的前沿领域技术促进了21 世纪生物医学的飞速发展。

2.1 人工智能在先进医学装备中的应用

人工智能既是一门新兴学科，也是一项新的技术科学。2011 年起，医疗人工智能开始广泛应用，2016 年起进入了高速发展阶段。人工智能在医疗领域的应用主要集中在以下四个方面：智能医学影像、疾病智能诊断、医疗机器人和人工智能辅助药物研发。

医学影像领域被认为是人工智能最快落地的区域之一。智能医学影像的主要功能包括两个部分：一是辅助医生准确快速地发现病灶；二是辅助医生进行疾病诊断，降低复杂疾病的误诊率。二者均需要海量的影像数据和临床诊断信息训练人工智能算法，不断地优化训练才能保证AI 的准确性。

虽然我国人工智能技术在医学中的应用起步较晚，但发展巨快，近年来，多项基于医学影像的智能辅助诊断系统和临床决策支持系统产品获批进入临床应用，包括糖尿病、眼底筛查、肺结节、乳腺癌、早期食管癌等20 余中常见疾病的智能诊断系统以及成熟应用。这些应用不仅减轻了医生的工作负担，降低了误诊率，还可以基于数据分析提供一定的决策建议，为患者带来了更优质、便捷的服务。

医疗机器人的出现更是使医疗技术水平提高了一个层次，它能够使手术操作更精细、创伤更少，从而提升手术的成功率和减少患者的创伤。目前，临床应用最多的是手术机器人是美国的达芬奇手术系统，其已广泛应用于心胸外科、泌尿外科、妇科等多个领域。中国也有许多家企业进入外骨骼机器人领域，并研发出了新产品。其中，国产首台外科手术机器人于2010年由天津大学、南开大学以及天津医科大学总医院联合研制成功。

2.2 物联网在先进医学装备中的应用

物联网技术是指通过射频识别装置、红外传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按照约定的协议将物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络技术。

医疗物联网的应用分为数字医院建设和基于可穿戴设备的健康管理两个方向。数字化医院的物联网应用包括护理管理、固定资产动态管理、后勤管理等方面。一方面，基于物联网的医疗装备信息化不仅可以实现医疗设备信息的实施传输与共享，方便相关人员对设备信息的实时检索，而且可以通过医疗设备的标签化管理，使操作人员更加熟悉设备的基础信息、全生命周期相关事件的统计与分析。另一方面，基于可穿戴设备的健康管理在现代医疗和健康领域中有多种应用价值，比如，健康监测和数据收集、慢性疾病的管理和预防、运动和健身追踪、个性化康复的辅助以及心理健康支持等。

国家自2009 年将物联网列于国家新型战略性产业后，医疗物联网也带着融合实际医疗需求，全面提高医疗水平的任务飞速的发展。无锡市、大连市、厦门市等多家医院在院前急救体系、院内医疗系统、家庭健康管理以及智慧管理平台四个方面积极地探索高质量的、完善的医疗物联网体系。包括利用物理技术实时追踪医疗装备从入库、验收到使用过程中运行状态、维修保养记录的全方位实时记录，保障医疗装备的社会效益和经济效益的双丰收。

2.3 精准医疗在先进医学装备中的应用

精准医疗是一种将个人基因、环境和生活习惯差异考虑在内的疾病预防与处置的新兴方法。信息收集、数据共享、生物样本共享是精准医疗发展的重要环节。发展日益迅猛的生物芯片技术、基因组学类技术的发展使精准化医疗具有可操作性。生物信息学、大数据科学的发展为精准医疗的应用提供了基础。

人体器官芯片是一种近年兴起的前沿科学技术，是一种在芯片上构建的器官生理微系统。它可以在体外模拟构建包含有多种活体细胞、功能组织界面、生物流体和机械力刺激等复杂因素的组织器官微环境，反映人体组织器官的主要结构和功能特征。人工器官芯片本质上可以看作一个微缩的组织器官模型，利用这个微缩模型，研究人员不仅可以在体外更真实地展现人体器官的生理、病理活动，而且可以进一步探索药物靶点优化、药物筛选和毒性试验、生物标志物鉴定等一系列关键应用。研究人员利用微装置芯片成功培养了肾、脑、心脏等细胞，并生成了具有分发功能的上皮或内皮组织。

人体器官芯片的制备是十分复杂且昂贵的。但研究人员开始利用另一项新兴技术——3D 打印技术，将器官芯片的制备简易化、低成本化。3D 打印技术凭借其原理性优势，不仅可以简化制备过程、降低制备成本，并且可以做到很高的三维复杂度。

精准医疗的主要特点是个性化，个性化的定制过程随着对疾病机制、药物的不断研究和测试，目前，人体器官芯片仍然主要用于药物的研发，尚未直接用于临床。但是，3D 打印技术已经有了较多的临床应用，医生可以根据患者的具体情况定制适合的医疗器械，如假肢、牙齿种植体等。

3 医疗装备发展中的科技问题

新一轮科技革命带来的各种新兴科技给科学技术发展带来了革命性的突破，给人类社会带来巨大便利，但也对人们的生活和伦理认知造成了前所未有的冲击。

3.1 科技伦理问题

科技伦理是开展科学研究、技术开发等科技活动需要遵循的价值理念和行为规范，它反映了科学活动的共同本质和人类对科技活动的共同理想。

科学技术与伦理道德对对方都具有双重作用。一方面，技术拓宽了伦理学的领域，为伦理学和道德的研究提供了新的方法和途径。例如，“克隆人”“试管婴儿”等技术的出现与伦理道德产生了冲击，但为了解决这个冲突“生物伦理学”“生命伦理学”应运而生；另一方面，科学技术也对伦理道德产生了负面的影响，例如，基因重组技术的出现改变了地球原有的物种结构，滥用这些技术会为人类带来巨大的灾难。

当代信息技术革命对医学装备发展带来了许多积极的影响，但同时也引发了一些伦理问题。一方面，医学装备和信息技术的发展使得医疗数据的采集、存储和共享更加便捷。然而，随之而来的是对患者隐私和数据安全的关注。医疗数据的泄露或滥用可能导致患者的个人隐私受到侵犯。因此，需要加强对医疗数据的保护措施，并确保合理使用和共享医疗数据的伦理准则。

另一方面，一些医学装备和人工智能系统可以自主地做出诊断和治疗决策，这引发了关于人工智能是否应该拥有决策权的伦理问题。需要权衡自主权和专业医生的角色，确保人工智能系统的决策是可解释的、可控制的。

3.2 科技安全问题

科技安全问题已经成为国家安全的重要组成部分，科学技术和科技系统逐渐成为敌对势力攻击的对象之一。科技安全不仅仅来自外部的威胁或蓄意破坏，也有一部分来自科技发展本身所带来的负面影响。

医学装备和医疗系统产生大量的敏感医疗数据，包括患者的个人信息、病历记录、诊断结果等。科技安全问题涉及这些数据的保护和防范，以防止未经授权的访问、数据泄露或滥用。应加强数据安全措施，包括加密通信、访问控制、安全存储等，确保医疗数据的机密性和完整性。

医学装备和医疗系统连接到网络，面临系统漏洞和网络攻击的风险。黑客入侵、恶意软件、勒索软件等可能导致医疗设备的故障、数据损失或患者安全问题。应采取安全措施，如及时更新软件补丁、强化网络安全、实施身份验证和访问控制等，保护医学装备和系统免受攻击。

信息技术革命带来了许多新的技术和算法在医学装备中的应用，但其中可能存在不可靠性和误导性。不准确的算法或技术可能导致错误的诊断、治疗或决策，对患者安全和健康产生负面影响。应进行充分的技术验证和临床验证，确保技术和算法的准确性和可靠性。

4 对于临床医学工程师的机遇和挑战

随着医疗事业的发展，越来越多的新型科技产品被应用到临床诊疗工作中，极大地促进了医学的便捷性和科学性。但与此同时，也给临床医学工程人才带来了新的机遇和挑战。

当前，临床医学工程师在医院中的作用包括在设备采购中提供重要参数、医疗设备安装验收、为临床医护人员提供技术指导、设备质量管理与控制、设备保养与维修等。但新一轮产业革命使临床医学工程师的面临新的挑战。新型科技使得医疗设备由之前的功能导向转变为更加智能化、数字化以及现代化。这些变化就要求临床医学工程师需要不断学习，提升自身能力，保持理论知识与技能的更新频率，以适应医学快速发展的需要。同时，临床医学工程师还需要面对来自外国制造商的知识和技术封锁，这进一步增加了医疗设备维护和支持的难度。

与此同时，临床医学工程师在新一轮产业革命下，面对不断快速更新的知识，可以做到在知识、能力、素质和创新方面齐头并进，这不仅有利于发挥自身作用和能力，解决医疗器械设备的实际问题，保障医疗质量安全、效率和效益，把自己塑造成服务于医院医学装备的优秀医工人员，同时，也为我国临床医学工程学科的发展贡献一份力量。

5 结语

随着科学技术的持续进步，人工智能、机器人、物联网、大数据、云计算等前沿技术会更多且更好地应用于医学装备和其他医学领域，不断地为人类的健康探索无限可能。但在享受科技带来的福祉的同时，也要警惕科技发展的另一面，积极面对科技所带来的伦理问题、安全问题，使技术朝着有利于人类健康发展的方向发展。新一轮科技革命下，临床医学的未来发展方向和医院科研技术创新意识的提高对临床医学工程师的科研水平提出了更高的要求。临床工程师要更加关注临床的需求，加强与临床的科研合作，不断创新，助力医疗水平、医疗质量的提升，也要注重对外交流合作，开拓视野，寻求新的发展方向。