医工结合
作者：卢苗苗刘岸审核：艾超北京清华长庚医院药学部副主任导 读清华大学精准医学研究院作为清华大学临床医学与理工等学科的交叉融合创新平台，致力于拓展医工结合的深度和宽度，打造医研企无缝衔接的科研新体系，多学科互融共通的新范式。本系列文章旨在探访清华大学临床医学院与精准医学研究院诸多医工结合平台，传播医工结合领域领先成果。清华大学临床医学院精准药学实验室（以下简称“本实验室”）成立于2021年，充分发挥药学专业特点，通过搭建精准药学产学研平台，创建精准药学服务体系、精准药事管理体系，引领国内外医院药学发展，打造清华药学品牌，保障患者用药安全、提升医疗质量，降低患者药费负担，做到真正的以患者为中心，为智慧药学建设提供科学化、精益化的评估、改善和优化设计平台。本实验室由北京清华长庚医院药学部副主任艾超、清华大学电子系副教授马骋共同担任实验室主任。医工双PI领导下的精准药学实验在医工结合领域有了怎样的进展？药学领域的精准具体如何理解？2017年《北京市医药分开综合改革实施方案》全面实施，取消药品加成和挂号费、诊疗费，设立医事服务费；实施药品阳光采购，降低药品采购价格。2018年，国家卫健委发布的《关于加快药学服务高质量发展的意见》中提出推进分级诊疗建设，构建上下贯通的药学服务体系，积极推进“互联网+药学服务”健康发展等。2022年发布了《关于进一步加强用药安全管理提升合理用药水平的通知》、《关于印发深化医药卫生体制改革2022年重点工作任务的通知》，系列相关法规文件的出台与实施，对药学体系的改革提出了诸多要求。从“以药品为中心”到“以患者为中心”的转变，药学服务模式的转型，也有了清晰的角色定位。药师精准化用药监护是促进其合理用药、保障用药安全行之有效的措施，也顺应了国家医药改革的要求，是药师在医疗团队中所应承担的职责。精准用药是源自我国精准医疗新战略之上的全新理念。人体个体差异大，肝功能、肾功能、心脏功能等各项重要人体指征程度不同，往往会导致不同的人对同一种药物有不同的结果，这一现象就会导致药物的治疗效果、用药风险的个体化差异。北京清华长庚医院药学部副主任艾超提到，在医院里，药师的工作不是简单的发放药物，更要对患者用药情况进行监测，指导用药，帮助患者更好地康复。而医院的药学部门则承担着全院药品供应、药事管理、药学服务、学科建设及药学科研等工作。随着我国老龄化进程的加剧，相关慢性疾病的发病率逐渐上升，居家环境下的慢病管理成为一种趋势，其中涉及的合理用药问题显得愈发重要；同时，在肿瘤高发的当代，疼痛管理越来越受到重视，癌痛患者及安宁缓和疗护患者的居家需求也越来越突显。如何形成院内院外的合理用药、合理管药，并满足特定患者的用药需求，成为医药从业者面临的主要问题。为此，本实验室主要从精准药物治疗和精准药学监护两个角度，围绕院内院外两种环境开展药学领域的“精准”工作。精准药物治疗——通过现代化理论及技术对特定患者、特定疾病进行准确诊断，在合适的时间给予合适的药物、使用合理剂量以实现临床个体化药物治疗。精准药学监护——面向临床中对于精准药学的需求，基于患者全方位个体化信息的精准监护；基于基因型、肝肾功、年龄、疾病、共用药物等各种因素，实施用药管理。实验室目前开展哪些研究？有什么成果？实验室依托清华大学临床医学院，以北京清华长庚医院为临床试验基地，在与清华大学电子系的合作下，目前开展和拟开展的项目有：AI临床药师精准用药监护系统（AIPharmCare）、慢病药物治疗全闭环管理系统及终端、人工智能居家镇痛药物管理系统、智能送药机器人、麻精药品智能领用识别、药物智能核对系统。AI临床药师精准用药监护系统（AIPharmCare）项目，旨在智能化识别和提取医嘱用药信息、实验室检查、影像学报告、病历、护理记录等资料，建立基于指南和点评规则的用药知识库，对住院患者提供24小时药学监护，及时对临床常见异常用药进行预警，提高临床药师工作效率，进而增加药师监护患者的数量和服务质量。慢病药物治疗全闭环管理系统项目是基于患者临床及药物慢病管理治疗需求，拟通过研发智能化用药终端设备，精准管理患者居家用药情况，为慢病患者提供围绕诊疗全周期的用药指导，建立基于患者用药数据的慢病用药管理平台，进行慢病患者全周期合理用药信息分析评估，实现患者精准用药全闭环管理，同时辅助医师诊断，提高诊疗精准度。人工智能居家镇痛药物管理系统项目是基于满足终末期癌症患者居家镇痛需求，拟通过研发一款精准化人工智能居家镇痛药物管理系统，在加强麻醉药物管理，防止药物非法外流、用药安全基础上，增加数据精准化调控、用药监护等功能，最大限度满足患者居家镇痛需求。同时体现安宁疗护与医学人文理念，有利于降低患者住院日，减少住院费用，增加床位周转率，推进医院-社区-居家医联体就医模式的进程。智能送药机器人项目拟通过智能送药机器人，搭载精准导航传感系统，不同载重和存储条件模块、智能识别、药品智能核验、自动消毒等，节约人力，实现药品自动配送，全程可追溯管理；辅以用药提醒及用药指导服务，医护人员提示等功能，在实现全流程无接触配送的基础上，多维度保障患者用药安全性。科研过程中医工双方如何分工与配合？精准药学作为跨学科的医工结合领域，在具体科研过程中，需要医工双方的紧密配合。以AI临床药师系统为例，本项目由北京清华长庚医院药学部与清华大学电子系研发团队合作。医方基于国内外临床指南、专家共识等知识构建药学知识图谱，提供患者多维度全方位合理性用药评价数据及逻辑，工方利用医学自然语言理解技术、全病历数据解析技术、药学知识图谱推理技术、临床AI决策学习技术等技术与临床医学/药学知识体系相结合，双方合作，建立国内首套人工智能的全闭环用药监护系统，实现面向临床全息病历数据（病程、医嘱、检查检验、护理等）的AI语义解析、基于药学监护知识图谱的AI推理决策等技术的突破，以及人机协同赋能模式在临床精准用药上的应用实践能力，促进住院患者用药监护的工作从“人工”向“人工智能”监护的转型，从“群体”向“个体”的转型，最大限度规避用药风险，对住院患者进行全流程用药合理性、安全性监护，最大限度规避用药风险，保障用药安全，提高临床药师工作效率，进而缓解临床药师紧缺人才的短缺问题，提高整体的医疗服务质量。同时，该信息系统可以在国内各地区推广，促进我国医院药学的智慧化。该信息系统的拟研发患者用药监护系统、合理用药评价系统、用药风险预测系统、医学图像识别系统、问药师系统、临床药师带教系统等几个子系统，旨在解决临床药师现状问题：1.临床药师纯人工，点评效率低；平均每份病历10-20min；2.点评规则评分表各评分项不易获取，临床药师点评主观差异大；3.临床预防用药合理率低。目前已完成患者用药监护系统的开发，进入测试阶段，正在推进合理用药模块的开发。AIPharmCare监护框架在未来的发展中，精准药学实验室希望在复合型药学人才培养、科学研究、成果落地等方面开展更多交流与合作，充分发挥药学专业特点，在药品全程管理、药品合理使用、临床药学服务、药事管理、药学科研、药学服务创新等方面达到国际水平。特别声明：以上文章内容仅代表作者本人观点，不代表新浪网观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪网联系。一附院医工融合项目入围国家工信部《人工智能医疗器械创新任务揭榜》名单
近期，由国家工业和信息化部、国家药品监督管理局医疗器械注册司组织的“人工智能医疗器械创新任务揭榜”入围单位名单正式揭晓，西安交通大学第一附属医院申报的“基于西北地区慢病管理的人工智能诊疗类医疗器械真实世界数据应用中心”项目成为揭榜任务中“人工智能医疗器械真实世界数据应用平台”方向的15个入围项目之一，是陕西省唯一入围“人工智能医疗器械真实世界数据应用平台”方向的项目。
医疗数据应用中心的挑战主要存在于数据的确权问题、数据的安全与隐私问题、数据红利的释放问题、数据市场的监管问题以及数据交易体系的构建问题等方面。近年来，西安交通大学第一附属医院已形成基于人工智能的医疗器械与医疗真实世界数据应用平台相结合的医疗新模式，推动了西北地区慢病防、治、管、康、保的整体融合和发展，引领着大数据、互联网及人工智能与未来医疗卫生紧密联合发展的浪潮。
本揭榜任务旨在前期医院已经建立的真实世界数据应用中心基础上（图1、图2），进一步建立完善的人工智能诊疗器械研发和数据应用处理平台以及评价体系，结合西北地区慢性疾病特色，预期在2023年建成西北地区慢病管理的人工智能诊疗类医疗器械真实世界数据应用中心，高效提供高质量慢病管理智能诊疗类人工智能医疗器械真实世界的研究数据，从代表性、完整性、准确性、真实性、一致性和可重复性等指标对数据进行质量评价；通过对冠心病、子宫内膜癌、新生儿脑瘫、代谢异常及癫痫五大人工智能诊疗器械项目进行数据应用中心的评价验证，提升平台软件系统的多维数据整合处理能力；建成面向全国慢性疾病相关的5个人工智能辅助治疗标准应用中心以及基于分布式微剂量CT的影像检查和“干、湿、活”三库融合生物样本库的2个真实世界数据库的智能应用平台；制定真实世界数据支撑慢性疾病人工智能诊疗类医疗器械的评价方案，并开展相关产品的真实世界数据评价，建设成国内领先的慢性疾病人工智能医疗器械的评价体系，从而促进医疗资源合理分配，最终提升西北地区及全国的慢性疾病管理能力和水平。
医工结合漫谈
2018年4月16日上午，美国商务部宣布，禁止该国企业向中国的通信行业巨头中兴通讯出售任何电子技术或通讯元件，禁令有效期长达7年。
缘何是7年？掐指一算，7年之后恰是2025年。结合前段时间美国对华频发的贸易战，如《纽约时报》所说，美国的真正考量或是要遏制中国制造业升级，拖慢这一强国战略。
一、何谓“中国制造2025”？
早在2015年5月8日，国务院组织编制并正式发布《中国制造2025》，明确了建设制造强国的战略任务和重点，提出我国制造业由大变强“三步走”战略目标：2025年迈入世界制造强国行列；2035年达到世界制造强国阵营中等水平；到2045年新中国成立一百年时，把我国建设成为引领世界制造业发展的制造强国，为实现中华民族伟大复兴的中国梦打下坚实基础。
具体到“三步走”战略目标的第一个10年，《中国制造2025》明确了制造业发展的10大重点领域：新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农业装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械。
为指明10大重点领域的发展趋势、发展重点，国家制造强国建设战略咨询委员会于2015年4月中旬起，动员48位院士、400多位专家及相关企业高层管理人员参与，广泛征集意见后，组织编制了关于10大重点领域的技术路线图，汇总成册，称为“《中国制造2025》重点领域技术路线图”。由于封面为绿色，也称“《中国制造2025》重点领域技术创新绿皮书”。
在“《中国制造2025》重点领域技术路线图”中，关于医疗器械的发展重点分为重点产品、关键零部件和关键共性技术三部分，其中重点产品又分四种。
（一）医学影像设备：3T及以上超导磁共振系统（MRI），开放式超导系统，128排X射线电子计算机断层扫描装置（CT机）、正电子发射断层显像/X射线计算机体层成像仪（PET-CT机）、正电子发射型断层显像/磁共振成像系统（一体化PET-MRI），彩色多普勒超声诊断设备（128及以上物理通道），微型超声诊断设备，数字减影血管成像系统（DSA）、X射线相衬成像、电阻抗成像设备、脑磁图设备等新型影像设备。
（二）临床检验设备：高通量临床检验设备、快速床旁检验、集成式及全实验室自动化流水线检验分析系统、分子诊断设备、微生物自动化检测系统、高分辨显微光学成像系统等。
（三）先进治疗设备：大型重离子/质子肿瘤治疗设备、图像引导放疗设备、高清电子内窥镜、高分辨共聚焦内窥镜、数字化微创及植介入手术系统、手术机器人、麻醉机工作站、自适应模式呼吸机、电外科器械、术中影像设备、脑起搏器与迷走神经刺激器等神经调控系列等。
（四）健康监测、远程医疗和康复设备：智能型康复辅具、计算机辅助康复治疗设备、重大疾病与常见病和慢性病筛查设备、健康监测产品（包括可穿戴）、健康大数据与健康物联网、远程医疗及相关标准等。
二、医工结合——多学科的深入融合
未来的医学科学将伴随医学与工程技术的结合（即医工结合）而向前发展。尤其在医疗器械的制造方面，工程技术的发展、仪器设备的更新换代，将不断促进医学的发展。因此，通过医工结合，研发具有中国自主知识产权的高性能医疗器械重点产品，势必成为《中国制造2025》的迫切任务。
实际上，全球范围内对医工结合的探索已有数十年。从20世纪70年代开始，世界顶尖研究型大学如哈佛大学、斯坦福大学、普林斯顿大学等纷纷投入巨资开展医工结合学科研究，先后成立交叉学科研究所或研究中心。
我国的医工结合交叉探索兴起于20世纪80年代末期。彼时，我国高校进行了新一轮体制改革，综合性大学或理工科大学的工程专业与独立设置的医科类院校合并，促成了非医科类院校和医科类院校的强强联合；许多重点高校包括清华大学、北京大学、上海交通大学、东南大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、同济大学、北京航空航天大学、天津大学等纷纷建立了以医工结合为特征的交叉学科研究实体，为医工交叉研究提供了广阔的舞台。
1984年12月21日，我国泌尿外科奠基人、中国科学院院士、中国工程院院士吴阶平在上海市泌尿外科新器械、新手术、新技术学术交流会上，就“医工结合”问题说道：“医工结合在我国医学发展上具有重要的意义。自然科学通过医学造福于人类，而医学发展要靠自然科学技术的发展……我认为，临床医生要知道医疗器械设计制作中的一些特点，而制造器械的同志也应了解临床的实际需要……工厂有积极性去开拓新产品，医生有积极性去改进医疗器械，两个积极性可促使我国医疗卫生事业走上健康发展的道路，因此两方面都要为此贡献力量。”
几十年来，全球的医工结合实践已取得一系列突破性成果。电子显微镜、序列分析、质谱技术的应用使医学研究的深度有了质的飞跃；智能传感器、云计算、人–机共融的智能制造模式等在临床实践中崭露头角；大数据时代催生了数字医疗的迅速发展，使患者就诊方便快捷从基础研究到转化研究；从临床治疗到卫生保健；从功能基因组学的研究到生物材料的研发；从生物信息学的进步到医疗器械的开发；从生物电磁学到器官水平上的成像；从基因图谱到康复医学等，无不彰显医学与工程学科相互交叉、融合、渗透的必要性。
三、我国医工结合的现状与痛点
目前，我国在医工结合方面已取得不斐成绩，但痛点仍然突出。
自20世纪80年代末兴起医工结合模式以来，一方面由于高校合并的时间尚短，加上有关医工结合的理念欠清晰、体制欠顺畅、举措欠得力，导致目标难明确、机制难保障、发展难作为等共性难题；另一方面，医院和研究所的医工合作也不尽如意，许多医生虽然有创新思想，希望发明或改进器械，但缺乏专利意识，而其根本原因在于国家专利保护机制尚不健全，专利对利益的保护不足。因此，还远未能如愿形成医工结合的高原及高峰现象。
综观现有医工交叉实践，主要问题如下：
1.交叉的医学学科集中于某一学科的偏多，实质性融合不到位，交叉的理工学科和医学学科“一一对应”的较多，没有形成“一对多”和“多对多”的学科交叉模式。由于医学和理工学科存在着根本上的差别，学科方向迥然不同，导致医学与理工学科难于实现真正的融合。
2.医工交叉的产学研转化链尚未形成，研究的成果不能很好的对接临床需求。将基础研究的成果迅速、有效地转化为预防和医疗手段，这通常被称为“从实验台到病床旁”，即“BtoB”——“frombenchtobedside”。现有的医工交叉合作还仅限于项目的单一合作，取得成果后转化到临床的较少，而且医工交叉并未形成高校、科研院所与产业界的成果转化链，需强化对成果的临床应用性、产业化前景的关注。
3.医工交叉教学和人才培养方面的融合难。在医学与理工学科交叉融合的进程中，存在四个不同层次上的显著差别：学科内容的不同、方法论的不同、认识论的不同和科研价值观的不同，致使医学与理工学科的合作也需要克服重重障碍。因此，医学与理工学科的交叉融合既是机遇又是挑战，应重视医工交叉人才的培养，通过多渠道打开医工交叉教学和人才培养通道，整合优势资源，发掘科研潜力，使其在人才培养上做到与科研同步一体培养，最终促进医工交叉的深度融合和共赢发展。
总体而言，我国医工结合的发展需要加强信息沟通、成果转化及人才培养。医工结合既要解决新的科学问题、发展新的理论，也要建立新技术、发明新产品。
结束语
回到开头的中兴制裁，我们不得不说到国内另一家通信巨头——华为通信。华为创始人任正非曾说：“必须要靠自己；没有产权保护，创新的冲动就会受抑制；公司运转是依靠两个轮子，一个轮子是商业模式，一个轮子是技术创新。”
“不能总是用别人的昨天来装扮自己的明天”，“只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”习近平总书记的告诫可谓刻骨铭心。核心技术靠化缘是要不来的，也是花钱买不来的。只有实现核心技术的自主创新，才能巍然屹立于世界舞台。
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当前，我国自主生产的医疗器械远不能满足临床需求，医疗器械生产和需求之间的矛盾日益凸显，加强、加深医学与工程学科的交叉融合已成为当务之急。高校和科研机构作为国家科技研究与发展的中坚力量，尤其是同时具备医学和工程学科双方面优势的综合型高校，更应积极组织开展医工结合探索研究。
自20世纪80年代以来，我国的高等院校在医工结合方面，进行了哪些探索？取得了哪些进展？形成了何种局面？遇到了哪些难题？有哪些成功经验？
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作者简介：
谢丹，上海交通大学出版社医学图书事业部策划编辑，毕业于清华大学&北京协和医学院药物研究所，获得药物化学理学博士学位。作为“医学创新评论”的特约作者，谢丹将在人工智能、医工结合、精准医学等方面带来精彩文章，敬请关注。
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