加载中…《科学中国人》2005年第9期
(2011-04-13 20:00:18)
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唐孝威包尚联医学物理肿瘤医生贾钰铭杂谈 |
一、医学物理学科的形成和主要任务
医学物理是以物理学的知识为基础，研究和解决与医学诊断、治疗以及与人体基础研究有关问题的交叉学科。在学科发展的过程中，医学物理有机地整合了核物理和核技术、无线电电子工程、超声物理、成像技术、医学技术、放射医学、生物医学工程、肿瘤放疗学和核医学等很多学科，是在这些学科广泛知识的基础上逐步形成的一个新的学科。
医学物理是适应人类对健康长寿的追求，满足医疗要求而逐步发展起来的。医学物理的任务包括了数字诊断和治疗核心装备在内的所有大型设备的研发。伦琴在1895年11月8日发现X-射线，建造X-射线产生装置并用于人体成像，为医学物理的建立发挥了先导作用。历史上，正是伦琴制造了X-光机并将其应用于人体疾病诊断的工作，成为当时物理学的前沿，也是X-射线成像在医学诊断和治疗中的广泛应用，成为后来形成的医学物理学科的起点。
目前，世界上规模最大的学术会议，可能要算每年在美国芝加哥召开的北美放射医学会会议。这个会议每年12月初召开，参加的人数达5-6万人之多，世界上几乎所有的厂家都把自己最新发明和制造的好的医疗装备拿到那里展示，因为世界上顶尖的医生、医学物理师、临床工程师、产品研发人员都会去参加这个会议。医学物理学科首先发展的是研制这些新的医疗装备的新思想、新方法、新的技术路线和新工艺。所以，从医学物理学科毕业的学生会有很多人进入医疗器械行业工作。
所有的医疗装备都在医疗过程中才能体现价值，所以医学物理学科的另一任务就是培养使用这些复杂医疗装备的医学物理师。医学物理师的重点是开发这些装备的功能为医生提供技术支持，而临床工程师重点要解决的问题是把设备处于正常工作状态，对设备进行经常的维修和保养。
现在的医学物理学科的前沿是功能成像、分子成像，以及把医学成像的技术充分应用到治疗过程中去，形成各种物理治疗方法的检测手段，也为形成各种物理治疗的生物学模型提供依据，其结果将使以医学影像为主要内容和形式的医学信息源在每个科室得到充分应用。
与医学物理前沿发展的这种趋势一致，随着医院的数字化，管理信息流的工程技术人员会越来越多，医院的人才队伍结构的改变已成必然。但是，无论怎么改变，医院内直接为病人服务的医生仍然是医院的主要人员，但是科学技术人员的队伍不断壮大，学科门类的不断增加是必然趋势。
医疗装备和别的装备不同的地方是对安全性的要求。所以，公司研发的样机要经过复杂的审批手续、复杂的检测之后，才能批准到临床试用。在整个市场准入的各个环节上，需要大量的专业人员从事检测和评估的工作，这些岗位上的骨干应该来自医学物理学科培养的人才。对这方面人才的培养形成了医学物理学科的第三个任务。我国对这方面的制度建立要比人才培养快。目前我国这方面，真正具有资质上岗的人员还太少，造成审批过宽、过严的情况都有，需要改进的地方还很多。
从历史发展的过程考察，可以看到，社会的需要是不断促进新学科的诞生和发展的原动力，这种趋势是任何人也改变不了的。各种用于医学成像的射线装置和放射性同位素在医学诊断和治疗中的广泛应用，进一步促进了医学物理学科的形成和发展，不久就形成了医疗机构内的放射医学。早期的放射医学包括放射诊断学、放射治疗学，还包括放射性同位素在疾病诊疗中的应用。随着技术门类越来越多，用于治疗的工作从放射医学中分离出来，形成了医院内部的放疗科，同位素室逐步形成了核医学科。由于单光子断层成像(SPECT)和止电子发射成像(PET)等大型装置在核医学科的广泛使用，目前的核医学科也以医学成像作为发展的主流方向。医学的发展是为了满足人类对健康和长寿的追求，而医学物理的发展主要是为了医学，反过来也促进了医疗机构的现代化和医疗模式的改变。
未来，在信息革命的带动下，医院信息化是未来发展的必然趋势。而医学图像是人体最大的信息源。所以，医院的信息化是以这些成像装备为节点，通过网络形成的信息流体现出来的。但是，我国过去对医院信息化简单理解为把网络技术连到科室就完事了，而忽略了医院信息化必须让每个医务人员和患者都能充分应用这些信息的终极目标。而这个目标的实现，需要具有“理工医”背景的人来做，才能深入到医学专业的各个不同门类当中去。这就是医学物理专业人才培养的任务之一。
从医院的结构看，医学影像的广泛应用形成了医学领域的放射医学，以及医院内的放射科。但是，随着各种非电离辐射的物质波在成像和疾病治疗中的应用，例如超声成像和核磁共振成像设备的大量应用，接受治疗工作的病人越来越多等原因，发达国家的放射科都逐步扩展为医学影像科或者医学影像中心，放疗科从放射科中独立出来，成为独立的科室。放射性同位素在医学中的应用开始于居里夫人的研究成果，以后逐渐形成同位素室，后来成立核医学科。目前，医院内和医学成像有关的科室越来越多，而治疗对影像的依赖越来越大。
当前，我国已经在发展数字医疗核心装备方面采取和正在采取相应的措施，有望在今后的10-20年内使得整个领域的发展水平逐步接近世界发达国家。在这个过程中，我们国家需要培养大量的医学物理人才。在高速发展的中国社会，参照发达国家的经验，发展医学物理和工程学科已成必然趋势。因为中国人口的基数大，完成培养人才的任务需要的人数相当多，中国应该有若干个大学开设这样的专业。但是，我们也希望，国家要有组织的进行规划，不要造成一哄而上，一哄而散的局面。
二、世界医学物理当前发展的前沿
如前所述，医学影像物理学、放疗物理学、核医学物理学和医学物理信息学是当今医学物理发展的四个主流方向。其次，激光医学物理，超声医学物理，热疗物理等也在逐步发展之中。
医学成像物理显然处于目前医学物理四个主流方向的核心和基础地位。因为医学成像是为数字医学成像装备行业的研发、制造、使用而建立的，而数字医学成像核心装备都是大型的成像装备，是整个数字诊疗设备的核心部分，其市场销售额占整个数字医学成像装备的50%以上，其技术含量最高，代表了一个国家制造业和软件业的最高水平。目前在临床广泛使用的影像产品有四大类，也称为四大成像模态：X-射线成像设备(CR、DR的平面X光机、血管造影机DSA和2D或者3D的X-CT机等)；磁共振成像设备(MRI)；核医学成像设备(正电子发射断层扫描仪PET、单光子发射断层扫描仪SPECT)；超声波成像设备。目前这些产品不仅用于诊断，而且用于治疗，不仅有通用的、放在放射科或者核医学科为全院服务的产品，还有放在各个专门科室的诊断、治疗或者诊疗一体化的产品。在治疗方面，影像导引的放疗，把医学成像装备产生的图像信息的应用发挥到淋漓尽致的程度，是放疗行业不断发展的主要原因。因为放疗需要影像制定放疗计划，需要实时影像监督放疗过程，以及用放疗实施过程采集的数据反演病人实际接受的剂量分布等构成了对人体影像信息源的依赖性。为了保证治疗过程的安全，对运动脏器带动的治疗靶的运动检测，需要四维实时动态成像的技术来实现，构成了当今医学影像的最高技术。
除此以外，影像还广泛用于介入治疗、外科手术导航、牙科和骨科手术过程的成像，医学成像在热疗中的应用还刚刚开始。例如在国内已经发展起来的超声巨能刀，目前最大的困难是对治疗时温度场的准确测量和控制，而这些技术显然只能通过无创的成像手段来实现。其它的热疗显然也存在同样的问题。
无论成像装备、治疗装备，还是用于特殊科室的信息整合的工具和软件，它们的种类和品种都在不断增加，形成了具有特色的各种专用诊疗和康复数字化医学成像核心装备。从发展的目标来说，世界发达国家的目标是让医院的所有科室，每个医生和护士，以及在医院工作的所有工程技术人员都能充分使用容量最大的人体信息源；医学影像作为工具满足日益精确的诊疗要求。以数字医学成像设备产生的信息源为内容，包括对这些信息的综合分析和处理在内，达到满足诊疗和康复的各种具体要求。使用这些设备和相应的软件产品形成了在医院广泛使用的各种信息管理系统，例如HIS(医院信息管理系统)、CIS(临床信息系统)、RIS(放射科信息系统)、PACS(影像存档和传输系统)，以及用于满足医院各类工作人员需要的专用图像工作站，例如医院管理图像工作站、医生图像工作站(分科室)、护士图像工作站、临床工程师图像工作站和医学物理师图像工作站等。这些系统和图像工作站与这些数字化信息源一起构成数字化医院的基础。医院的数字化要以医院的工作人员和患者都能充分使用数字化医学信息作为标志，医院数字化的核心装备就是成像设备。
医学成像还在不断扩大成像的物质波范围，而当前的最前沿研究是把光学成像和分子成像作为科研工作的重点。而其中基于靶分子标记技术的核医学成像和核磁共振谱成像都是分子水平的成像工具，已经在临床使用，而靶分子标记的光学成像还在研发过程中，目前的样机主要用于科学研究。
三、关于我国医学物理学科发展问题
发达国家形成医学物理的时间是20世纪50年代。在中国，最早介入医学物理的老一辈科学家几乎和发达国家同步参与医学物理的研究。但是，中国形成和世界接轨的医学物理概念和完整学科的工作是最近10年的事情。而国务院学位委员会批准的学科目录上至今还没有医学物理学科。
在世界上医学物理学科和生物医学工程学科是两个独立的学科，其中一部分教学和科研工作有些重叠。目前，这两个学科的相关组织每三年共同举办一次世界大会，2006年的年会将在亚洲的韩国召开。从世界范围看，医学物理学科和生物医学工程都有自己特定的工作范围和特定的工作内容，从参加世界大会的人数以及招徕厂商的规模和能力看，医学物理学科比生物医学工程的人数还多，规模还大。但是，在中国，医学物理学会被置于生物医学工程学会之下，国内搞医学物理学科的人，只能借助于别的学科，例如核技术及应用学科、生物医学工程学科等来发展自己。因为中国学位委员会所设学科中没有医学物理学科，国家没有建立相应的研发基地，中国的医院内也没有建立起医学物理师制度。在医学物理事业方面，我国在观念上、制度上和学科建设上与世界发达国家的差距很大。例如，在发达国家，医学物理师在医学影像科、放疗科和核医学科等的作用是无可替代的。其作用主要体现在三个方面：合理选择和充分发挥这些数字化大型医疗装备的功能和作用；经过复杂计算获得诊断结论，为医生提供技术支持；对诸如放疗、热疗等使用大型现代化装备进行治疗的过程中，为患者制定治疗计划、负责监督治疗过程的安全性，并对治疗计划的执行情况进行检查。到目前为止，中国几乎还没有建立起这些制度，即使有些不完全的制度也没有足够的合格人员去认真执行和检查。
为了呼吁有关领导注意这个问题，2003年底11位院士和15位教授联名呼吁解决这些问题。之后，在2004年3月份，召开了题为“医学物理发展”为主题的第221次香山科学会议，国内同行再次形成了积极推进我国医学物理发展的共识。目前，国内对数字医疗核心装备的研发问题已经比较重视，但是关于学科和医学物理师制度方面的问题几乎没有进展。笔者希望通过这篇文章，再次把医学物理的内容提出来，引起国内同行和有关政府部门的重视。
在世界上医学物理学科和生物医学工程学科是两个独立的学科，其中一部分教学和科研工作有些重叠。目前，这两个学科的相关组织每三年共同举办一次世界大会，2006年的年会将在亚洲的韩国召开。从世界范围看，医学物理学科和生物医学工程都有自己特定的工作范围和特定的工作内容，从参加世界大会的人数以及招徕厂商的规模和能力看，医学物理学科比生物医学工程的人数还多，规模还大。但是，在中国，医学物理学会被置于生物医学工程学会之下，国内搞医学物理学科的人，只能借助于别的学科，例如核技术及应用学科、生物医学工程学科等来发展自己。因为中国学位委员会所设学科中没有医学物理学科，国家没有建立相应的研发基地，中国的医院内也没有建立起医学物理师制度。在医学物理事业方面，我国在观念上、制度上和学科建设上与世界发达国家的差距很大。例如，在发达国家，医学物理师在医学影像科、放疗科和核医学科等的作用是无可替代的。其作用主要体现在三个方面：合理选择和充分发挥这些数字化大型医疗装备的功能和作用；经过复杂计算获得诊断结论，为医生提供技术支持；对诸如放疗、热疗等使用大型现代化装备进行治疗的过程中，为患者制定治疗计划、负责监督治疗过程的安全性，并对治疗计划的执行情况进行检查。到目前为止，中国几乎还没有建立起这些制度，即使有些不完全的制度也没有足够的合格人员去认真执行和检查。
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