生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展史范文
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第1篇
20世紀(jì)60年代，美國一些著名大學(xué)先后開啟了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的建設(shè)，相繼啟動了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)。美國的生物醫(yī)學(xué)工程教育特點(diǎn)是在技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需求驅(qū)動建立起來的具有其自身特性，且反映了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的前沿特征。各個(gè)學(xué)校的本科教育課程雖然具有自己的特色，但在課程設(shè)置上大致可以分為科學(xué)基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程、關(guān)注領(lǐng)域課程、設(shè)計(jì)課程、人文與社會科學(xué)課程、專業(yè)選修課程及其他選修課程等六類。不同學(xué)校本科課程的主要差異體現(xiàn)在專業(yè)選修課程及其他選修課程的設(shè)置上，各個(gè)學(xué)校根據(jù)自身的生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的研究方向和研究水平特點(diǎn)開設(shè)一些相應(yīng)的選修課程，并培養(yǎng)學(xué)生在相應(yīng)方向上的研究探索實(shí)踐能力。這是美國生物醫(yī)學(xué)工程本科教育的基本特點(diǎn)。
我國生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育起步于20世紀(jì)80年代，主要發(fā)源于著名工科院校的信息技術(shù)類專業(yè)和力學(xué)專業(yè)，進(jìn)而逐漸形成的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育，后來，一些醫(yī)學(xué)院校在醫(yī)學(xué)物理和醫(yī)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上相繼開展了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育，于是在我國基本上形成了這樣兩種類型的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科。上述兩類院校的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科建設(shè)發(fā)展模式各具側(cè)重，遵循了共同的學(xué)科基礎(chǔ)，在培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才的應(yīng)用層面上有顯著特點(diǎn)。相對來說，工科院校的生物醫(yī)學(xué)工程培養(yǎng)模式注重工程技術(shù)的開發(fā)和功能拓展，醫(yī)科院校則注重醫(yī)學(xué)與工程結(jié)合、工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的綜合應(yīng)用。
1.中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展思路
生物醫(yī)學(xué)工程是一種交叉學(xué)科，交叉的學(xué)科基礎(chǔ)及其融合的緊密程度決定了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展水平，交叉的學(xué)科發(fā)展推動著生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展，并且使得生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科研究領(lǐng)域變得十分廣泛，而且處在不斷發(fā)展之中。
1.1 學(xué)科發(fā)展軌跡
在中國，基于電子信息工程發(fā)展而來的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，主要包括生物醫(yī)學(xué)儀器、生物醫(yī)學(xué)信號檢測與處理、生物醫(yī)學(xué)信息計(jì)算分析、生物醫(yī)學(xué)成像及圖像處理分析、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)建模與仿真、臨床治療與康復(fù)的工程優(yōu)化方法、手術(shù)規(guī)劃圖像仿真以及圖像導(dǎo)引手術(shù)及放療優(yōu)化等；有基于力學(xué)發(fā)展而來的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，主要包括生物流體力學(xué)、生物固體力學(xué)、運(yùn)動生物力學(xué)、計(jì)算生物力學(xué)和微觀尺度的細(xì)胞生物力學(xué)等；基于化學(xué)材料工程發(fā)展而來的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，主要包括生物材料學(xué)、組織工程與人工器官、物理因子的生物化學(xué)效應(yīng)等。
1.2 學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)
作為交叉學(xué)科的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，其發(fā)展的關(guān)鍵在于交叉學(xué)科間的交叉融合。構(gòu)建一種良好的交叉結(jié)構(gòu)，對推動交叉學(xué)科的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。約翰霍普金斯大學(xué)對于生物醫(yī)學(xué)工程這樣的交叉學(xué)科的描述有一個(gè)形象的說法：交叉學(xué)科如同在不同學(xué)科之間建立起連接橋梁，如果在河兩岸沒有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，橋是無法建立好的，對于生物醫(yī)學(xué)工程這樣一座建立在兩個(gè)不同學(xué)科之間的橋來說，它的發(fā)展要求具有堅(jiān)實(shí)的交叉學(xué)科基礎(chǔ)和交叉學(xué)科緊密融合深度。那么在生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科構(gòu)建良好的交叉結(jié)構(gòu)，需要選取具有理論支撐和技術(shù)支撐的主干學(xué)科進(jìn)行交叉，凝練學(xué)科方向，不能大而全，過于寬泛。
目前，醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)學(xué)成像技術(shù)具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景，應(yīng)該成為生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的重點(diǎn)發(fā)展方向。醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)學(xué)成像設(shè)備能有力推動醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。醫(yī)療儀器和醫(yī)學(xué)成像設(shè)備是現(xiàn)代醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)中的主流產(chǎn)品，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起著主導(dǎo)和引領(lǐng)作用。其發(fā)展水平已成為一個(gè)國家綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力與水平的重要標(biāo)志之一。產(chǎn)業(yè)化驅(qū)動也是學(xué)科發(fā)展的一種動力，也為學(xué)生未來職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。基于醫(yī)療衛(wèi)生健康事業(yè)的需求和生命科學(xué)發(fā)展的大趨勢，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科應(yīng)大力促進(jìn)醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)學(xué)成像方法的學(xué)科建設(shè)，從而提升整個(gè)學(xué)科的發(fā)展水平。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的建設(shè)離不開一流的學(xué)術(shù)研究和學(xué)術(shù)成果的應(yīng)用。一流的學(xué)術(shù)研究不但能提升學(xué)科的發(fā)展水平，而且能開拓學(xué)科縱深發(fā)展，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)科服務(wù)社會發(fā)展的能力。學(xué)術(shù)研究的前瞻性和創(chuàng)新性將確保學(xué)科建設(shè)的發(fā)展動力和趨勢以及學(xué)科發(fā)展的活力。
交叉學(xué)科往往具有不同程度的可替代性。可替代性程度越高，交叉學(xué)科存在的必要性就越小。如何減小生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科可替代性的程度是需要深入思考的，是需要提升學(xué)科的特異性的。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的學(xué)術(shù)研究主要包括應(yīng)用理論研究和理論應(yīng)用研究，應(yīng)用理論研究主要涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域所需要解決的科學(xué)問題，開展新理論、新方法的研究。理論應(yīng)用研究主要涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域所需要解決的科學(xué)和技術(shù)問題，借助理工科的相關(guān)理論和方法開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。應(yīng)用理論研究是理論驅(qū)動型的學(xué)術(shù)研究，理論應(yīng)用研究是應(yīng)用驅(qū)動型的學(xué)術(shù)研究。理論驅(qū)動型和應(yīng)用驅(qū)動型是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科學(xué)術(shù)研究的兩種主要模式。理工科大學(xué)具有良好的理論創(chuàng)新基礎(chǔ)和強(qiáng)大的交叉的學(xué)科背景，開展理論驅(qū)動型研究具有自身優(yōu)勢。醫(yī)學(xué)院校具有豐富的醫(yī)學(xué)資源，面臨著大量需要應(yīng)用理工知識解決的醫(yī)學(xué)問題，開展應(yīng)用驅(qū)動型研究，將很好地實(shí)現(xiàn)與醫(yī)學(xué)的應(yīng)用融合，具有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值，有力推進(jìn)醫(yī)學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展。各自的學(xué)術(shù)優(yōu)勢將有利于生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科特色發(fā)展，從而增強(qiáng)其不可替代的程度，實(shí)現(xiàn)學(xué)科可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。
1.3 學(xué)科體系
作為一級學(xué)科的生物醫(yī)學(xué)工程，包含學(xué)科的理論體系和技術(shù)體系，且該體系離不開所交叉的學(xué)科的理論體系和技術(shù)體系的支撐，此外生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科理論體系和技術(shù)體系既要有學(xué)科自身的特色，又要具有可持續(xù)發(fā)展和一定程度上的不可替代性，這樣學(xué)科才會有旺盛的生命力。要面向醫(yī)療衛(wèi)生、生物科學(xué)所涉及的重大、重要技術(shù)理論問題及基礎(chǔ)應(yīng)用開展學(xué)術(shù)研究。實(shí)現(xiàn)良好的學(xué)術(shù)研究定位，形成自己的理論體系和技術(shù)體系。
2.大數(shù)據(jù)時(shí)代的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展
守正創(chuàng)新是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展的必由之路，人類已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，所謂大數(shù)據(jù)（bigdata），或稱海量數(shù)據(jù)，是指由于數(shù)據(jù)容量太龐大和數(shù)據(jù)來源過于復(fù)雜，無法在一定時(shí)間內(nèi)用常規(guī)工具軟件對其內(nèi)容進(jìn)行獲取、管理、存儲、檢索、共享、傳輸、挖掘和分析處理的數(shù)據(jù)集。大數(shù)據(jù)具有“4V”特征：①數(shù)據(jù)容量（volume）大；②數(shù)據(jù)種類（variety）多，常常具有不同的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)來源；③動態(tài)變化快，如各種動態(tài)數(shù)據(jù)，非平穩(wěn)數(shù)據(jù)，時(shí)效性要求高；④科學(xué)價(jià)值（value）大，盡管目前利用率低，卻常常蘊(yùn)藏著新知識和重要特征價(jià)值或具有重要預(yù)測價(jià)值。大數(shù)據(jù)是需要新的分析處理模式才能挖掘分析出其蘊(yùn)藏的重要特征信息[6。
人體生老病死的生命過程就是一個(gè)不斷涌現(xiàn)的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)發(fā)生源，這種源源不斷的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的檢測、處理與分析，將給生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。模式識別、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展將帶動大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步。生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)廣泛涉及人類醫(yī)療衛(wèi)生健康相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域：臨床醫(yī)療、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生、醫(yī)藥研發(fā)、臨床工程、心里、行為與情緒、人類遺傳學(xué)與組學(xué)、基因和蛋白質(zhì)組學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、健康網(wǎng)絡(luò)信息等，可謂包羅萬象，紛繁復(fù)雜。生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏了種種有科學(xué)價(jià)值的信息，研究有效的大數(shù)據(jù)挖掘的新理論、新技術(shù)和新方法，對生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和融合計(jì)算分析，充分挖掘生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中的信息關(guān)聯(lián)和特征關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)空間映射關(guān)聯(lián)，既能為疾病的預(yù)防、發(fā)生發(fā)展、診斷和治療康復(fù)提供系統(tǒng)化的全新的認(rèn)識，有利于深入疾病機(jī)理研究分析，開展個(gè)性化診療。還可以通過整合系統(tǒng)生物學(xué)與臨床數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地預(yù)測個(gè)體患病風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)后，有針對性地實(shí)施預(yù)防和治療。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科所面臨的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)主要包括多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)、多種類醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)以及基因和蛋白質(zhì)組學(xué)的生物信息數(shù)據(jù)。生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)在生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景，從三個(gè)方面應(yīng)用將推動生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展。
（1）開展多模態(tài)影像大數(shù)據(jù)計(jì)算分析。醫(yī)學(xué)影像學(xué)科的發(fā)展從早期看得到，到看得清，目前的看得準(zhǔn)，未來的趨勢是看得早。只有看得準(zhǔn)和看得早才有利于臨床早期干預(yù)，提高治療預(yù)期。醫(yī)學(xué)影像大數(shù)據(jù)計(jì)算分析在影像診斷、手術(shù)計(jì)劃、圖像導(dǎo)引、遠(yuǎn)程醫(yī)療和病程跟蹤將發(fā)揮越來越大的作用。
建立新的醫(yī)學(xué)影像大數(shù)據(jù)計(jì)算分析模型和數(shù)值計(jì)算方法，挖掘多模態(tài)影像數(shù)據(jù)的特征數(shù)據(jù)和特征關(guān)聯(lián)，將會提供強(qiáng)有力的影像診斷分析手段，極大地推動影像技術(shù)的發(fā)展，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)價(jià)值。
（2）開展多種類醫(yī)學(xué)信號大數(shù)據(jù)計(jì)算分析。醫(yī)學(xué)信號大多直接產(chǎn)生于生理和病理過程中的信號，能在不同層面上表達(dá)生理和病理相關(guān)機(jī)制特征。融合多種醫(yī)學(xué)信號的大數(shù)據(jù)計(jì)算分析，能對生理病理過程進(jìn)行更好更全面的闡釋，不僅能深入了解生理病理的狀態(tài)特征和過程特征，而且能實(shí)現(xiàn)個(gè)體健康監(jiān)測和管理。可以很好地開展回顧性研究和前瞻性研究，推進(jìn)系統(tǒng)化的醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的多種醫(yī)學(xué)信號數(shù)據(jù)的特征挖掘及特征關(guān)聯(lián)計(jì)算分析。大數(shù)據(jù)挖掘能夠增加準(zhǔn)確度和發(fā)現(xiàn)弱關(guān)聯(lián)的能力，能更好地認(rèn)識生理病理現(xiàn)象和本質(zhì)。
（3）開展基因和蛋白質(zhì)組學(xué)的生物信息大數(shù)據(jù)計(jì)算分析。基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和比較基因組學(xué)的不斷發(fā)展涌現(xiàn)了海量的需要計(jì)算分析的生物信息數(shù)據(jù)，已進(jìn)入計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)的時(shí)代。開展生物信息大數(shù)據(jù)計(jì)算分析，可以拓展組學(xué)研究及不同組學(xué)間的關(guān)聯(lián)研究。從環(huán)境交互、個(gè)體生活方式、心里行為等暴露組學(xué)，至細(xì)胞分子水平上的基因組學(xué)、表觀組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、基因蛋白質(zhì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，再到人類健康和疾病狀態(tài)的表型組學(xué)等不同層面不同方向上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的關(guān)聯(lián)計(jì)算分析，可以全面闡述生命過程機(jī)制，挖掘生命過程特征及關(guān)聯(lián)特征。
3.結(jié)論
第2篇
論文摘要:生物醫(yī)學(xué)工程(biomedical engineering,bme)是一門生物、醫(yī)學(xué)和工程多學(xué)科交叉的邊緣科學(xué)，它是用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的理論和方法，研究新材料、新技術(shù)、新儀器設(shè)備 ，用于防病、治病、保護(hù)人民健康，提高醫(yī)學(xué)水平的一門新興學(xué)科。
本文就其目前發(fā)展情況進(jìn)行分析討論。
生物醫(yī)學(xué)工程在國際上做為一個(gè)學(xué)科出現(xiàn)，始于20世紀(jì)50年代，特別是隨著宇航技術(shù)的進(jìn)步、人類實(shí)現(xiàn)了登月計(jì)劃以來，生物醫(yī)學(xué)工程有了快速的發(fā)展。在我國，生物醫(yī)學(xué)工程做為一個(gè)專門學(xué)科起步于20世紀(jì)70年代，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院、中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)原院校長、我國著名的醫(yī)學(xué)家黃家駟院士是我國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科最早的倡導(dǎo)者。1977年中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué)生物 醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的創(chuàng)建、1980年中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會的成立，有力地推進(jìn)了我國生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展。目前，我國許多高校科研單位均設(shè)有生物醫(yī)學(xué)工程機(jī)構(gòu)，從事著生物醫(yī)學(xué)的科研 教學(xué)工作，在我國生物醫(yī)學(xué)工程科學(xué)事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。
一、顯微鏡的發(fā)明
“解剖”一詞由希臘語“anatomia”轉(zhuǎn)譯而來，其意思是用刀剖割，肉眼觀察研究人體結(jié)構(gòu)。17世紀(jì)lee wenhock發(fā)明了光學(xué)顯微鏡，推動了解剖學(xué)向微觀層次發(fā)展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進(jìn)一步觀察研究其細(xì)胞 形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化。隨著光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相繼誕生了細(xì)胞學(xué)、組織學(xué)、細(xì)胞病理 學(xué)，從而將醫(yī)學(xué)研究提高到細(xì)胞形態(tài)學(xué)水平。
普通光學(xué)顯微鏡的分辨能力只能達(dá)到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細(xì)胞的超微細(xì)結(jié)構(gòu)、核結(jié)構(gòu)、dna等大分子結(jié)構(gòu)。而20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的電子顯微鏡，使人們能觀察到納米(nm)級的微小個(gè)體，研究細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)。光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡的發(fā)明都是醫(yī)學(xué)工程研究的成果，它們對推動醫(yī)學(xué)的發(fā)展起了重要作用。
二、影像學(xué)診斷飛躍進(jìn)步
影像學(xué)診斷是20世紀(jì)醫(yī)學(xué)診斷最重要發(fā)展最快的領(lǐng)域之一。
50年代x光透視和攝片是臨床最常用的影像學(xué)診斷方法，而今天由于x線ct技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使影像學(xué)診斷水平發(fā)生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水平。即計(jì)算機(jī)體斷層 攝影(computed tomography ct),即是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理人體組織器官的切面顯像。x線ct片提供給醫(yī)生的信息量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通x線照片觀察所得的信息。目前，螺旋ct(spiral ct 或helicalet ct)已經(jīng)問世，能快速掃描和重建圖像，在臨床應(yīng)用中取代了多數(shù)傳統(tǒng)的ct，提高了診斷準(zhǔn)確率。
醫(yī)學(xué)工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振原理。研制成功了核磁共振計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)(mri)，它不僅 可分辨病理解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾病在早期價(jià)段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認(rèn)為mri工程的進(jìn)步，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)診斷學(xué)向功能與形態(tài)相結(jié)合的方向發(fā)展，向超快速成像、準(zhǔn)實(shí)時(shí)動態(tài)mri、mra、fmri、mrs發(fā)展。根據(jù)核醫(yī)學(xué)示蹤，利用正電子發(fā)射核素(18f，11c，13n)的原理，創(chuàng)造 的正電子發(fā)射體層攝影(pet)，是目前最先進(jìn)的影像診斷技術(shù)。美國新聞媒體把pet列為十大醫(yī)學(xué)生物技術(shù)的榜首。pet問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫瘤學(xué)、心臟病學(xué)、神經(jīng)病學(xué)、器官移植，新藥開發(fā)等研究領(lǐng)域的重要價(jià)值。影像學(xué)診斷水平的不斷提高，與20世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。
三、介入醫(yī)學(xué)問世
介入醫(yī)學(xué)是一種微創(chuàng)傷的診療技術(shù)。dotter和judkin(1964 年)是最早使用介入技術(shù)治療疾病的創(chuàng)始人，他們用導(dǎo)管對下肢動脈阻塞性病變進(jìn)行擴(kuò)張治療取得成功。1967年margulis首先使用過介入放射學(xué)，這是醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)出現(xiàn)“介入”一詞的最早記載。1977年 gruenzing成功地進(jìn)行了首例冠狀動脈球囊擴(kuò)張術(shù)獲得成功以后，介入性診療技術(shù)由于其創(chuàng)傷小、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀(jì)80年代隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，高精度計(jì)算機(jī)化影像診查儀器、數(shù)字減影血管造 影(dsa)、射頻消融技術(shù)以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術(shù)用的各種導(dǎo)管相繼問世，使介入性診療技術(shù)發(fā)生了飛速進(jìn)步，臨床應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，從心血管、腦血管、非血管管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應(yīng)證，并使診療效果明顯提高，患者可減免許多大手術(shù)之苦。有人把介入診療技術(shù)視為與藥物診療、手術(shù)診療并列的臨床三大診療技術(shù)之一，也有人把介入診療技術(shù)稱之為20世紀(jì)發(fā)展起來的臨床醫(yī)學(xué)新領(lǐng)域--介入醫(yī)學(xué)。
四、人工器官的應(yīng)用
當(dāng)人體器官因病傷已不能用常規(guī)方法救治時(shí)，現(xiàn)代臨床醫(yī)療技術(shù)有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補(bǔ)償其生理功能，人們稱這種裝置為人工器官(artificial organ)。如20世紀(jì)50年代以前，風(fēng)濕性心臟瓣膜病的治療，除了應(yīng)用抗風(fēng)濕藥物、強(qiáng)心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難修復(fù)改善，不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以應(yīng)用人工心肺機(jī)體外循環(huán)技術(shù)，在心臟停跳狀態(tài)下切開心臟，進(jìn)行更換人工瓣膜或進(jìn)行房、室間隔缺損的修補(bǔ)，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復(fù)健康。心外科之所以能達(dá)到今天這樣的水平，主要是由于人工心肺機(jī)的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工血管等新材料、新技術(shù)的結(jié)果。
腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術(shù)已挽救了大量腎病晚期患者的生命，腎病治療學(xué)也因此有了很大進(jìn)步。
現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程中人工器官的發(fā)展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關(guān)節(jié)、人工心臟起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應(yīng)用，使千千萬萬的患者恢復(fù)了健康。可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的可能性。
此外，放射醫(yī)學(xué)、超聲醫(yī)學(xué)、激光醫(yī)學(xué)、核醫(yī)學(xué)、醫(yī)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)等先進(jìn)的醫(yī)療技術(shù)和儀器設(shè)備都是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)工程研究開發(fā)的成果，綜上可見，20世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，顯著提高了醫(yī)學(xué)診斷和治療水平，有力地推動著醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)步。
五、生物醫(yī)學(xué)工程展望
縱觀醫(yī)學(xué)新技術(shù)誕生和發(fā)展的 歷史，從倫琴發(fā)現(xiàn)x線到今天x射線診療技術(shù)的發(fā)展，從朗茲萬發(fā)現(xiàn)超聲波到今天b超診斷的廣泛應(yīng)用，從布洛赫和伯塞爾發(fā)現(xiàn)核磁共振到今天mri的問世，從赫斯費(fèi)爾德發(fā)明ct到今天ct成像系統(tǒng)的應(yīng)用，都是以物理學(xué)工程技術(shù)為基礎(chǔ)、醫(yī)學(xué)需求為前提發(fā)展起來的醫(yī)學(xué)新技術(shù)。
（一）各種診療儀器、實(shí)驗(yàn)裝置趨向計(jì)算機(jī)化、智能化，遠(yuǎn)程醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)化，診療用機(jī)器人將被廣泛應(yīng)用。
（二）介入性微創(chuàng)，無創(chuàng)診療技術(shù)在臨床醫(yī)療中占有越來越重要的地位。激光技術(shù)，納米技術(shù)和植入型超微機(jī)器人將在醫(yī)療各領(lǐng)域里發(fā)揮重要作用。
（三）醫(yī)療實(shí)踐發(fā)現(xiàn)單一形態(tài)影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著pet的問世和應(yīng)用，形態(tài)和功能相結(jié)合的新型檢測系統(tǒng)將有大發(fā)展。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診查系統(tǒng)將在21世紀(jì)問世。
（四）生物材料和組織工程將有較大發(fā)展，生物機(jī)械結(jié)合型、生物型人工器官將有新突破，人工器官將在臨床醫(yī)療中廣泛應(yīng)用。
（五）材料和藥物相結(jié)合的新型給藥技術(shù)和裝置將有很大發(fā)展，植入型藥物長效緩釋材料，藥物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育材料、生物止血材料將有新突破。
第3篇
生物醫(yī)學(xué)工程(biomedicalengineering,BME)是20世紀(jì)50年代形成的一門獨(dú)立的邊緣科學(xué)，現(xiàn)代醫(yī)療器械則是這一新興學(xué)科的產(chǎn)品形式。它是工程技術(shù)向醫(yī)學(xué)科學(xué)滲透的必然結(jié)果。20世紀(jì)50年代以來，心腦血管疾病、癌癥、糖尿病等現(xiàn)代文明流行病開始威脅人類健康。因此，醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)一步完善和發(fā)展不是以定性觀察、現(xiàn)象歸納為方法學(xué)特征的醫(yī)學(xué)本身所能解決的，它必須和以定量觀測、系統(tǒng)分析為方法學(xué)特征的工程科學(xué)相結(jié)合，并綜合運(yùn)用各種已有的和正在發(fā)展的高新技術(shù)，才有可能逐步解決這些問題。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程已成為生命科學(xué)的重要支柱，是21世紀(jì)最具有潛在發(fā)展優(yōu)勢的領(lǐng)先科技之一[1]。
1、什么是生物醫(yī)學(xué)工程？
1.1含義
生物醫(yī)學(xué)工程是一個(gè)新興的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，其內(nèi)涵是：工程科學(xué)的原理和方法與生命科學(xué)的原理和方法相結(jié)合以認(rèn)識生命運(yùn)動的“定量”規(guī)律，并用以維持、改善、促進(jìn)人的健康。“生物醫(yī)學(xué)工程”這個(gè)詞匯蘊(yùn)含了三個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的相互影響：生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程是綜合生命科學(xué)和工程技術(shù)的理論、方法、手段,研究人類及其他生命現(xiàn)象結(jié)構(gòu)功能的理、工、醫(yī)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科，是多種工程技術(shù)學(xué)科向生命科學(xué)滲透和相互交叉的結(jié)果,并已成為生命科學(xué)的重要支柱。生物醫(yī)學(xué)工程是應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)，主要服務(wù)于人類疾病的診斷、預(yù)防、監(jiān)護(hù)、治療及保健、康復(fù)等方面；生物醫(yī)學(xué)工程的主要研究任務(wù)是利用工程技術(shù)手段解決醫(yī)學(xué)診斷、治療和信息化管理等問題，為醫(yī)學(xué)提供高技術(shù)含量的現(xiàn)代醫(yī)療裝備。
1.2內(nèi)容與領(lǐng)域
生物醫(yī)學(xué)工程的研究內(nèi)容可分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究兩個(gè)方面。基礎(chǔ)研究，包括生物力學(xué)、生物控制、生物效應(yīng)、生物系統(tǒng)的質(zhì)量和能量傳遞、生物醫(yī)學(xué)信息的提取與處理、生物材料學(xué)、生物系統(tǒng)的建模與仿真、各種物理因子的生物效應(yīng)等;應(yīng)用研究，直接為醫(yī)學(xué)服務(wù)，包括生物醫(yī)學(xué)信號檢測與傳感技術(shù),生物醫(yī)學(xué)信息處理技術(shù),醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù),人工器官、醫(yī)用制品和儀器,康復(fù)與治療工程技術(shù)等。后者是醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域中最主要的內(nèi)容之一，它的成果直接推動醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，效果最明顯、最迅速,所以特別受醫(yī)學(xué)工程人員和醫(yī)生的重視。
2課程安排
根據(jù)我國《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，生物醫(yī)學(xué)工程高技術(shù)專項(xiàng)將按照當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，重點(diǎn)發(fā)展醫(yī)療影像設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備、腫瘤物理治療設(shè)備等11大類產(chǎn)品,強(qiáng)化新型醫(yī)用植入器械和人工器官、數(shù)字化與智能化醫(yī)療裝備、可生物降解醫(yī)用高分子及藥物控釋載體、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。針對這一方向，我們將設(shè)定14次課，分別介紹各項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品或領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展，讓學(xué)生對生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科有個(gè)整體的了解和認(rèn)識。課程設(shè)置如下[2]：
1.生物醫(yī)學(xué)工程概況：介紹生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科概況、發(fā)展歷程、學(xué)科內(nèi)容、工程分支，以及國內(nèi)外高校建設(shè)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的情況。
2.組織工程學(xué)：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)的原理,吸收現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、材料與工程學(xué)等學(xué)科的科研精華,在體內(nèi)或體外構(gòu)建組織和器官,以維持、修復(fù)、再生或改善損傷組織和器官功能,是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后,生命科學(xué)發(fā)展史上又一新的里程碑,標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將走出器官移植的范疇,步入制造組織和器官的新時(shí)代。目前組織工程已經(jīng)成為再生醫(yī)學(xué)研究和發(fā)展的核心與主要方向。
3.生物材料學(xué)：研究與生物體（特別是人體）組織、血液、體液相接觸或作用時(shí)，不凝血、不溶血、不引起細(xì)胞突變、畸變和癌變，不引起免疫排異和過敏反應(yīng),無毒、無不良反應(yīng)的特殊功能材料。許多重點(diǎn)院校和科研單位都成立了相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)，從事生物材料及制品的開發(fā)研究，在天然高分子和合成高分子、無機(jī)和金屬生物材料研究方面均取得了舉世公認(rèn)的成果。
4.人工器官：主要研究人體組織與器官的再生、修復(fù)與替代。人工器官在臨床上的應(yīng)用，挽救了不少垂危的生命，為臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展開拓了新途徑。目前人工器官的研究和應(yīng)用已基本遍及人體全身。
5.生物傳感器技術(shù):使用固定化的生物分子結(jié)合換能器,用來偵測生物體內(nèi)或體外的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)或與之起特異互作用后產(chǎn)生響應(yīng)的技術(shù)。目前,生物傳感器正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展:①向高性能、微型化、一體化方向發(fā)展；②生化檢測的智能化系統(tǒng)；③仿生生物學(xué)的發(fā)展。
6.生物系統(tǒng)的建模與仿真：對生物體在細(xì)胞、器官和整體等各層面的參數(shù)及其相互關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，并用計(jì)算機(jī)求解該模型以分析和預(yù)測各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制和狀態(tài)。研究領(lǐng)域涵蓋生物力學(xué)、復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的建模與仿真等領(lǐng)域，主要采用計(jì)算力學(xué)、圖形圖像分析和數(shù)學(xué)建模等方法，對生物醫(yī)學(xué)中的科學(xué)問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模和分析。
7.生物醫(yī)學(xué)信號檢測與處理技術(shù)：生物醫(yī)學(xué)信號的檢測與處理幾乎成為了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科共同的研究方向。從生物體中獲取各種生物醫(yī)學(xué)信息，并將其轉(zhuǎn)換為易于檢測和處理的電信號。
8.醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù)：研究如何將人體有關(guān)生理、病理的信息提取出來并顯示為直觀的圖像、圖形方式，或?qū)σ延械尼t(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析處理，為疾病的早期診斷和治療提供了可能性,也為臨床診斷引入了新的概念。
9.數(shù)字化X射線影像技術(shù)及設(shè)備：數(shù)字化X射線影像技術(shù)現(xiàn)已成為臨床診斷的最主要手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括:直接數(shù)字化平面X射線影像技術(shù);數(shù)字化X射線三維影像技術(shù);低劑量CT、容積CT等。
10.磁共振影像技術(shù)及設(shè)備：磁共振影像是檢測人體解剖、生理和心理信息的多因素、多層面和多對比度成像設(shè)備。
11.核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)及設(shè)備：核醫(yī)學(xué)成像是對放射性核素標(biāo)記化合物的體內(nèi)生化過程成像的裝備,是目前能夠在臨床應(yīng)用的最主要的分子成像手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù)：單光子斷層成像(SPECT)技術(shù)和系統(tǒng)、正電子發(fā)射(PET)影像技術(shù)和系統(tǒng)、PET與CT融合技術(shù)等。
12.數(shù)字化超聲波成像技術(shù)及設(shè)備：超聲成像設(shè)備在四大影像設(shè)備中使用最為廣泛。目前重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)包括：多波束成像技術(shù)、諧波成像技術(shù)、多角度復(fù)合成像技術(shù)、三維成像技術(shù)、電容式微機(jī)械超聲換能器、彩色超聲成像設(shè)備系統(tǒng)、數(shù)字黑白超聲影像設(shè)備等。#p#分頁標(biāo)題#e#
13.醫(yī)學(xué)納米技術(shù)和納米材料：可運(yùn)載腫瘤標(biāo)志物分子的特異性抗體、腫瘤治療藥物以及造影劑等新的高效藥物(基因)載體；發(fā)展納米尺度的顯微探針成像技術(shù)；發(fā)展用于組織再生修復(fù)的納米生物材料；建立用于納米材料健康與安全評價(jià)的技術(shù)與方法，都是當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展方向。
14.康復(fù)工程技術(shù):重點(diǎn)發(fā)展假肢仿生智能控制技術(shù)、低成本假肢矯形、適應(yīng)不同功能障礙者工作和學(xué)習(xí)的環(huán)境控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程交流、認(rèn)知功能康復(fù)、人工電子耳蝸漢語識別、電子助視、老年人室內(nèi)安全監(jiān)護(hù)等技術(shù)。
3教學(xué)模式的探索
針對課程本身的特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知的特點(diǎn)，設(shè)想從以下幾個(gè)方面探索課程的教學(xué)：
3.1多媒體教學(xué)
多媒體教學(xué)具有直觀、生動、易于理解的特點(diǎn)，并可節(jié)約教學(xué)時(shí)間，提高效率。由于每次課針對的是某項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)理論知識和行業(yè)動態(tài)的介紹，涉及的知識點(diǎn)多且泛，采用多媒體教學(xué)課件進(jìn)行教學(xué)，形象直觀，趣味性強(qiáng)，可以使學(xué)生印象深刻，降低了抽象知識的理解難度和記憶難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3.2優(yōu)化課程內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)
在教學(xué)中注意把握課程的整體體系，強(qiáng)調(diào)課程知識點(diǎn)和適用性。教學(xué)重點(diǎn)清晰，適當(dāng)補(bǔ)充行業(yè)最新動態(tài)作為課外知識。課堂授課的重點(diǎn)應(yīng)放在概念的理解和相關(guān)模型的建立。同時(shí)，應(yīng)創(chuàng)造條件充實(shí)參觀和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓復(fù)雜的理論實(shí)物化、形象化、簡單化。跟有教學(xué)合作基礎(chǔ)的醫(yī)院聯(lián)系，安排學(xué)生到相應(yīng)科室參觀相關(guān)設(shè)備和操作系統(tǒng)，開展現(xiàn)場教學(xué)和盡可能多的實(shí)驗(yàn)課，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如果條件允許，還可以讓學(xué)生參與到實(shí)際操作中。通過這種實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生覺得取得臨床上的應(yīng)用成就并不是遙不可及，從而增強(qiáng)他們對理論知識學(xué)習(xí)的興趣。
