智能骨科時代研究生科研與創新能力培養

楊 毅，申藝瑋，劉 浩，馬立泰

(四川大學華西醫院骨科，四川 成都 610041)

智能醫學是一門新興的醫、理、工高度交叉的學科，是醫學與人工智能(Artificial Intelligence，AI)、大數據、云計算、5G技術等一系列前沿科技的密切融合[1]。智能醫學是近代科學前沿技術與醫學交叉融合的產物，智能醫學的萌芽可以追溯到20世紀80年代人工智能診斷系統和手術機器人的出現。此后，大量新興技術嘗試應用于醫學領域，人工智能、VR、AR和MR、計算機輔助手術導航、3D打印技術、遠程通信技術、大數據與云平臺等領域的突破和應用推動了智能醫學的高速發展。

從骨科疾病的診治方式的角度出發，骨科的發展可以劃分為如下三個時代：①傳統中醫時代。即骨科內植物前時代，骨科疾病的治療主要是夾板、石膏和懸吊等制動方式，輔之以傳統中醫的藥膏等；②內植物骨科時代。以髖膝關節假體、接骨板、髓內釘、融合器和釘棒系統等為代表的一大批骨科內植物應用于臨床，極大地提高了治療效果，縮短了患者康復時間；③智能骨科時代。以智能骨科手術與康復機器人、智能骨科內植物、AI輔助診斷、3D打印、虛擬現實(Virtual Reality, VR)、增強現實(Augmented Reality, AR)與混合現實技術(Mixed Reality, MR)等為代表的一批智能技術應用到骨科疾病的診治中，助力精準、微創、安全、智能化診療。當前骨科已經發展步入智能骨科的早期階段，智能骨科技術的發展挑戰與機遇并存，智能骨科時代不僅要求研究生導師學習和掌握相關的智能技術，更對醫、理、工高度交叉的學科背景下骨科研究生科研與創新能力的培養提出了新的要求。本文就我院智能骨科時代背景下研究生科研與創新能力培養的經驗做如下總結供廣大研究生導師參考。

1 骨科經典研究生培養模式難以適應智能醫學時代發展

在經典骨科研究生教育中，學生在完成本科階段臨床醫學的基礎知識學習后進入骨科研究生階段學習，在整個培養過程中不斷提升自身科研能力與素質[2]。研究生導師需要指導骨科研究生掌握骨科具體臨床疾病的預防、診斷和治療，并以傳授醫學基礎知識和科學研究方法的課程為基礎，進一步閱讀文獻、參與科研課題等了解學科發展熱點和難點，將臨床中所發現問題與目前學科研究的前沿熱點結合，設計臨床或基礎科研課題，最終完成學位論文進行答辯獲得學位。

隨著社會由信息時代邁入人工智能時代，醫學教育和醫療實踐正經歷深刻的變化[3]。近幾年全球各地紛紛提出智慧醫療、大健康、醫療大數據等概念，將民生健康置于戰略性地位，也促進了智能醫學領域的發展。智能醫學是醫療和理工類學科領域的結合，其中人才是第一生產力要素，智能醫療復合型人才的培育越來越受到國家的重視。2017年，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，特別提出要發展智能醫療，在醫療領域發展便捷高效的智能服務，推廣應用人工智能治療新模式新手段，建立快速精準的智能醫療體系。上海交通大學發布的《2019中國人工智能醫療白皮書》指出，中國人工智能醫療領域人才數量總體較少，AI醫療人才面臨嚴重的緊缺問題。由于智能醫學涉及多個專業的交叉融合，核心在于培養智能醫學跨界人才，促進“高校-醫院-企業”三方合作、交流與培訓，實現產業應用。立足于高校和醫院結合的教學醫院平臺，在智能醫學時代背景下如何培養骨科研究生科研與創新能力，提升骨科研究生學科交叉能力和核心競爭力，為國家培養戰略型、復合型人才，是骨科教學中面臨的重要問題。經典的骨科研究生培養模式在智能醫學的背景下逐漸暴露出如下不足：①骨科研究生交叉學科背景知識的缺乏造成科研思維局限。傳統的骨科研究生培養側重于訓練研究生通過醫學基本科研方法探索和解決問題，即基于骨科解剖學、骨科生物力學、骨科材料學、組織工程學、分子生物學、細胞生物學、實驗動物學及臨床試驗方法設計課題并開展相關研究。這導致骨科研究生相關交叉學科背景知識缺乏，科研思維常局限于醫學學科本身，不擅長利用AI、大數據、5G技術及工程技術等交叉學科技術手段解決骨科臨床問題、改進骨科診療技術，研究生科研思維和創新能力有待進一步培養和提升。②交叉學科背景知識的缺乏影響學科科研交流合作與創新發散。骨科研究生對工科、理科等交叉學科背景知識較為缺乏，對相關的工程技術手段和研究方法較為陌生；同時，理工科研究生由于缺乏醫學背景知識常常無法了解臨床問題和臨床需求，雙方難以融會貫通地解決科研問題，影響了學科之間的交流合作與創新發展。③相較于普外科、腫瘤科、內科等其他學科的基礎研究，純骨科的基礎研究發展相對緩慢，發展空間相對較小，而與組織工程學、材料學等的結合又常局限于實驗研究，暫時難以廣泛應用于臨床。因此，相對于其他學科基礎科學蓬勃發展的勢頭，骨科在純生物醫學領域的發展略顯頹勢，亟須轉變思維模式，積極發揮骨科學科復合性的特點。④傳統骨科研究生培養模式中個性化教育薄弱。傳統的骨科教學與科研培養模式旨在全面提升研究生臨床實踐和醫學科研能力，但部分研究生對于理工科的新技術有濃厚的興趣和各自擅長的方向，并有將這種興趣和特長與自己的研究方向結合起來的迫切需求。然而傳統教學模式局限于生物醫學的方法和平臺，不能滿足研究生多元化的發展方向，較難為其提供個性化發展的平臺。這減弱了研究生的創新動力和學習渴望，不利于教學質量的提高和優質教育資源的充分利用，阻礙了智能醫學時代教育模式的革新。⑤骨科的發展得益于各類器械和技術的發展與升級。智能骨科時代手術機器人、5G遠程醫療、AI輔助診斷、智能康復及智能骨科工具等技術飛速發展，這要求研究生應及時擴充最新知識，緊跟骨科發展步伐。及時更新知識、掌握前沿技術與研究方法是骨科研究生教育中不可或缺的重要內容。

因此，傳統骨科研究生培養模式有待進一步改革以適應智能骨科時代的研究生科研與創新能力培養。

2 智能骨科時代研究生科研與創新發展機遇

在智能醫學時代，跨界協作成為常態，開放創新成為主題。由于骨科學科的獨特性質以及其與器械、影像學的緊密聯系，受智能醫學發展的影響較大，智能骨科時代為骨科研究生科研提供了廣闊的創新空間和多元的創新機遇：①智能醫學中，智能是手段，醫學是目的，是對傳統醫學的補充和升級[4]。工科人員由于缺乏接觸日常臨床實踐的機會，無法了解臨床的真正需求。因此，擁有臨床背景的骨科研究生在日常臨床實踐中更容易發現臨床問題和患者訴求。以臨床需求為導向的研究將顯著提升課題實用性與研究生的積極性，促進研究生主動思考、尋求交叉學科的支持，用智能技術、手段、方法來研究和解決骨科臨床問題，促進骨科疾病診治的精準、微創與智能化發展。②傳統骨科醫療模式發展至今，已經積累了大量臨床數據、影像數據以及特定人群的醫療健康數據，這為智能骨科的進一步發展提供了寶貴的資源。研究生可根據個人興趣和課題研究方向，結合前沿工科技術開展多樣的課題研究。例如，基于人工智能、大數據分析的方法分析臨床數據，開展智能骨科課題；3D打印與材料學的發展，也為開展個性化骨科植入物奠定了基礎。③培養具備工科思維和技能的骨科研究生符合國家政策的發展方向和戰略需要。智能醫學的核心理念是“交叉、融合”，而學科交叉融合是未來科學發展的必然趨勢，是加速科技創新的重要驅動力[5]。在2008諾貝爾獎獲得者北京論壇上，華人圖靈獎得主姚期智指出：多學科交叉融合是信息技術發展的關鍵：當不同的學科、理論相互交叉結合，同時一種新技術達到成熟的時候，往往就會出現理論上的突破和技術上的創新。國家十分重視對交叉學科的發展和變革性交叉科學人才的培養：國家自然科學基金委在8個傳統學部之外，已新設立交叉科學部；2021年1月，國務院學位委員會、教育部印發通知，新設置“交叉學科”門類，成為中國第14個學科門類。社會也對智能醫學給予足夠關注，科研院校和企業支持力度增大。因此，交叉學科的培養日益成為學界關注的焦點，也是研究生教育發展的重要趨勢[6]，符合國家醫學人才培養大方向。

學科交叉在醫學研究生培養中的作用已經得到了師生的廣泛認可[7]，但仍需要加強學科合作平臺建設，完善人才培養制度和強化學科交叉教育理念，以促進多學科合作和基于學科交叉的醫學人才培養。

3 智能骨科時代研究生科研與創新能力培養策略

智能骨科時代下研究生的培養應重視在知識儲備、思維方式和創新意識方面的全面培養。與傳統培養模式相比，智能時代下的骨科研究生應精于技術，適應新科技趨勢，能夠利用新科技賦能醫學以推動醫學的發展，滿足新時代的需求[8]。因此，這要求骨科研究生在臨床學習之外對人工智能、3D打印技術、醫用機器人、遠程通信技術、大數據和云平臺等有基本的認識，建立知識框架，為即將面臨的智能骨科時代下的各種機遇和挑戰做好準備。結合多年研究生培養經驗，我們認為可從以下幾個方面增強研究生的科研和創新能力。

3.1 開設交叉學科課程，增加研究生知識儲備，初步建立工科知識框架

智能醫學時代背景下，應注重培養骨科研究生學科交叉的意識，拓展知識廣度，引導學生思維模式的轉變，即由傳統的生物醫學模式轉變為多學科交叉的思維模式。2018年，教育部、國家衛健委、國家中醫藥管理局提出了《關于加強醫教協同實施卓越醫生教育培養計劃2.0的意見》，強調推動醫學與理科、工科等多學科交叉融通，開展“醫學+X”復合型高層次醫學人才培養改革試點，培養多學科背景的復合型高層次醫學人才，將基于學科交叉的醫學人才培養提升到國家人才戰略層面[9]。研究生導師將醫學人工智能、醫療機器人等基礎知識的學習融入骨科研究生的教學中。在骨科研究生專業課程以及基本科研方法課程的基礎上，增添交叉學科選修課程，主要包括醫學人工智能、虛擬現實、增強現實和混合現實技術、計算機輔助手術導航、3D打印技術、醫學機器人、可穿戴醫療設備、醫學云平臺、遠程醫療與5G通信、醫療大數據以及區塊鏈技術等課程。研究生可根據個人興趣或課題研究方向選擇課程，拓展研究生的知識廣度，初步建立知識體系與框架，提升個人知識技能儲備，培養交叉學科的思維方式和醫工結合意識，降低多學科人員的溝通成本。組織學生進行交叉學科文獻閱讀和追蹤，提升工科文獻資料檢索和閱讀能力，旨在提升研究生獨立使用工科思維方法解決臨床問題的意識和能力。

智能醫學絕不僅意味著技術本身的新穎，更意味著這個世界前沿科技和醫學之間可以建立完全不同的系統性關聯，蘊含了一種全新的美學范式[10]。2020年，國家衛健委“十三五”住院醫師規范化培訓教材——《智能醫學》正式由人民衛生出版社出版發行。該書主編華中科技大學附屬協和醫院葉哲偉教授介紹，編寫這本教材有三個主要目的，一是開拓年輕醫生的視野了解智能醫學最新研究成果和方向；二是培養年輕醫生的跨學科思維方式；三是培養年輕醫生跨平臺、跨學科解決問題的能力。中國科學院院士、同濟醫院陳孝平教授評價，這本教材填補了我國醫學教育的空白，將推動更多與智能醫學時代相匹配的復合型人才的培養[4]。交叉學科課程的開設能夠提升骨科研究生的理工科素養，智能技術在未來有望幫助醫生和工程技術人員輕松解決受時間、空間及認知范圍限制的許多醫學問題。

3.2 定期開展智能骨科專題學習活動，鼓勵研究生開展“醫工交叉”等科研合作

在研究生科研教育活動中定期開展智能骨科專題學習活動，組織研究生根據自己近期學習的智能骨科前沿技術方法選擇專題，從臨床研究生的角度講述對該領域的理解與潛在應用價值，并在課題組展開討論以查缺補漏、加深印象，通過專題學習促進團隊成員對智能骨科技術的認識和理解[11]。在培養過程中可引入以問題學為基礎(Problem-based Learning, PBL)的模式[12]，研究生基于自己課題方向需要解決的問題，尋找可能有效的工科技術，通過課題組討論選擇可行的方案。導師應鼓勵研究生將智能醫學的理念和方法應用于自己的研究課題，交叉創新，開展“醫工交叉”等新形式的科研課題，為骨科研究注入新鮮血液、開拓新的發展領域。

3.3 依托四川大學綜合性大學交叉學科優勢和四川大學華西醫院“3中心1平臺”優勢，大力促進研究生智能骨科研究

四川大學及華西醫院高度重視新醫科及醫工融合發展，已啟動 “醫學+信息”“醫學+材料”“醫學+制造”三個中心和5G模式下的醫學轉化應用平臺，為智能骨科時代研究生科研創新提供了平臺支撐和保障。當前，骨科與生物材料中心交叉合作已較為成熟，有待進一步與電子、儀器、檢測及AI等尤其是與光電子、微電子、傳感器及微芯片等領域交叉合作。通過上述中心和平臺，醫科人員和工科人員可以在學科交叉服務系統中進行“發帖”“匹配”等方式的對接，對重點項目有專人跟進進行對接合作。骨科研究生充分利用平臺優勢，已經開始了AI輔助骨科疾病診治、智能骨科康復、智能骨科植入物及遠程智能手術切口管理系統研發等多項科研合作。

3.4 組建學科交叉研究小組定期開展交叉學科小組研討會，促進研究生科研與創新能力提升

研究生導師借助學校和醫院搭建的平臺，組建包含骨科、護理、康復、工科、理科及商科等多學科背景的交叉研究小組，定期開展學科小組交流研討會，鼓勵研究生積極與其他學科人員交流討論，碰撞學科交叉融合思維的火花，促進合作項目的開展與拓展。通過上述過程培養骨科研究生多學科思維能力，提升應用交叉學科技術解決問題的能力。另外，科室或導師可邀請不同工科領域學者、企業資深技術人員做專題講座，對研究生集體感興趣或認為有較大應用價值的領域進行深入講解，提升認識理解深度，通過上述過程培養骨科研究生多學科思維能力，提升應用交叉學科技術解決問題的能力。

3.5 鼓勵和支持研究生參加智能骨科相關學術會議、培訓班及醫療器械博覽會

科室和研究生導師，利用科研經費支持研究生參加智能骨科相關學術會議，了解智能骨科相關的最新的研究成果和技術方法，拓展學術視野；同時鼓勵研究生將最新的研究成果進行國內外學術會議投稿并會議發言交流，提升研究生學術交流能力。鼓勵和支持研究生參加智能骨科相關的培訓班，系統學習研究領域涉及的植入式傳感器、微機電系統及深度學習等相關知識，彌補本科階段工科背景教育的缺乏。同時，鼓勵和支持研究生參加中國醫療器械博覽會等大型展覽，了解最新的智能骨科相關的產品動向和趨勢，博采眾家之長。

3.6 鼓勵和支持研究生參加“互聯網+”“挑戰杯”“大學生創新創業項目”和“醫療器械轉化大賽”等獲得，促進研究生科研成果轉化

科室和研究生導師引導研究生進行有轉化價值和意義的科學研究，將科研成果申報專利、研發產品并推向市場。支持和引導研究生參加“互聯網+”“挑戰杯”“大學生創新創業項目”“中國醫療協會行業協會創新創業比賽” 等項目，激發研究生作為研究主體的主人翁意識，讓科研項目接受來自“產學研商”各界專家的點評，助力科研成果落地和轉化，提升研究生科學研究的熱情。

3.7 推動智能骨科時代下“骨科+人文”“骨科+管理”等軟科學知識的培養

骨科的發展離不開前沿學科和高科技的飛速發展，更離不開人文觀念的進步和醫學模式向人文醫學模式的歷史性轉換。中國骨科學的發展始終圍繞著人文與科學兩大主題，以建立在科學理性之上的人文精神來規范、統領骨科學[13]。然而在智能技術的沖擊下，人文精神的缺失是我國醫學界、教育界存在的突出問題，也是導致醫患關系緊張的根源之一。人工智能、遠程通信等技術的出現將極大地提升醫療效率與基層醫療水平，但智能醫學時代并非意味著冰冷的機器治療時代，智能手段的發展也并不代表對患者人文關懷和基本溝通的懈怠。因此，培養符合智能醫學時代下醫患溝通需求的研究生也是研究生教育中不可忽視的一部分。

由于骨科的特殊性，許多骨科手術關系到人體組織的再生、功能的重建，其手術療效直接影響患者的生活質量，這對醫學生的醫患溝通技能和人文關懷教育提出了很高的要求。研究生應始終堅持以人為本，以科學的態度和精準合理的醫療技術為患者提供最優質的服務。應對骨科研究生加強通識教育，培養研究生系統全面地從生物、心理、社會因素的角度分析疾病及其對患者影響的能力。通過人文素質培養講座、典型案例教學、經典溝通模式學習的方式提高研究生人文素養。并完善骨科研究生培養質量評價機制，圍繞新技術醫患溝通能力與技巧、臨床理論技能與人文素養等方面進行質量評價[14]。

3.8 建立科學的指導和評價考核體系，引導研究生開展智能骨科研究

在智能骨科時代，單一的臨床導師難以完全掌握智能骨科的全部相關技術，因此研究生科研能力培養可以實行導師指導組制度，根據研究生課題交叉方向跨專業設定合作導師，形成研究生導師指導小組，組織開題、答辯，指導課題研究[15]。由導師指導小組定期考核學生的交叉學科知識學習和技能掌握情況，對學生的基礎知識、實踐技能和交叉學科思維進行定量能力評估。同時，在研究生評獎評優的考核過程中，納入對學科交叉文章、專利、學術會議發言、項目獲獎以及知識產權成果轉化等方面的考核，引導研究生積極開展智能骨科相關研究、提升科研與創新能力培養。

4 結語

在智能化新時代中，智能醫學將貫穿醫學的各個領域，多學科交叉的科研思維和實踐能力也將成為骨科學研究生人才培養的重要內容。廣大醫學研究生是醫學的未來，其視野和格局也決定著我國醫學未來的高度。因此，我們應更加重視培養符合智能醫學時代需求的復合型人才，在骨科研究生教學過程中應緊跟國內外發展趨勢，引導學生形成交叉學科思維，在掌握臨床技能和醫學科研方法的基礎上學習基本的工科技能與實踐能力，并積極利用智能醫學基礎與前沿成果，不斷完善教學內容，從而提升教學質量，培養智能醫學時代的高水平骨科人才。