2021-4-9 | 生物医学论文
本文作者：卢文婷 单位：南方医科大学生物医学工程学院
生物医学工程(biomedicalengineering,BME)是20世纪50年代形成的一门独立的边缘科学，现代医疗器械则是这一新兴学科的产品形式。它是工程技术向医学科学渗透的必然结果。20世纪50年代以来，心脑血管疾病、癌症、糖尿病等现代文明流行病开始威胁人类健康。因此，医学科学的进一步完善和发展不是以定性观察、现象归纳为方法学特征的医学本身所能解决的，它必须和以定量观测、系统分析为方法学特征的工程科学相结合，并综合运用各种已有的和正在发展的高新技术，才有可能逐步解决这些问题。生物医学工程学科应运而生。当前生物医学工程已成为生命科学的重要支柱，是21世纪最具有潜在发展优势的领先科技之一[1]。
1、什么是生物医学工程？
1.1含义
生物医学工程是一个新兴的多学科交叉领域，其内涵是：工程科学的原理和方法与生命科学的原理和方法相结合以认识生命运动的“定量”规律，并用以维持、改善、促进人的健康。“生物医学工程”这个词汇蕴含了三个专业领域的相互影响：生物学、医学和工程学。生物医学工程是综合生命科学和工程技术的理论、方法、手段,研究人类及其他生命现象结构功能的理、工、医相结合的新兴交叉学科，是多种工程技术学科向生命科学渗透和相互交叉的结果,并已成为生命科学的重要支柱。生物医学工程是应用基础科学，主要服务于人类疾病的诊断、预防、监护、治疗及保健、康复等方面；生物医学工程的主要研究任务是利用工程技术手段解决医学诊断、治疗和信息化管理等问题，为医学提供高技术含量的现代医疗装备。
1.2内容与领域
生物医学工程的研究内容可分为基础研究和应用研究两个方面。基础研究，包括生物力学、生物控制、生物效应、生物系统的质量和能量传递、生物医学信息的提取与处理、生物材料学、生物系统的建模与仿真、各种物理因子的生物效应等;应用研究，直接为医学服务，包括生物医学信号检测与传感技术,生物医学信息处理技术,医学成像与图像处理技术,人工器官、医用制品和仪器,康复与治疗工程技术等。后者是医学工程研究领域中最主要的内容之一，它的成果直接推动医疗卫生事业的发展，效果最明显、最迅速,所以特别受医学工程人员和医生的重视。
2课程安排
根据我国《生物产业发展“十一五”规划》，生物医学工程高技术专项将按照当代生物医学工程技术和产业发展的方向，重点发展医疗影像设备、医疗监护系统及设备、肿瘤物理治疗设备等11大类产品,强化新型医用植入器械和人工器官、数字化与智能化医疗装备、可生物降解医用高分子及药物控释载体、医疗监护和远程诊疗系统等领域的创新能力。针对这一方向，我们将设定14次课，分别介绍各项技术产品或领域的现状和发展，让学生对生物医学工程学科有个整体的了解和认识。课程设置如下[2]：
1.生物医学工程概况：介绍生物医学工程学科概况、发展历程、学科内容、工程分支，以及国内外高校建设发展生物医学工程学科的情况。
2.组织工程学：应用细胞生物学和工程学的原理,吸收现代细胞生物学、分子生物学、材料与工程学等学科的科研精华,在体内或体外构建组织和器官,以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能,是继细胞生物学和分子生物学之后,生命科学发展史上又一新的里程碑,标志着医学将走出器官移植的范畴,步入制造组织和器官的新时代。目前组织工程已经成为再生医学研究和发展的核心与主要方向。
3.生物材料学：研究与生物体（特别是人体）组织、血液、体液相接触或作用时，不凝血、不溶血、不引起细胞突变、畸变和癌变，不引起免疫排异和过敏反应,无毒、无不良反应的特殊功能材料。许多重点院校和科研单位都成立了相应的研究机构，从事生物材料及制品的开发研究，在天然高分子和合成高分子、无机和金属生物材料研究方面均取得了举世公认的成果。
4.人工器官：主要研究人体组织与器官的再生、修复与替代。人工器官在临床上的应用，挽救了不少垂危的生命，为临床医学的发展开拓了新途径。目前人工器官的研究和应用已基本遍及人体全身。
5.生物传感器技术:使用固定化的生物分子结合换能器,用来侦测生物体内或体外的环境化学物质或与之起特异性交互作用后产生响应的技术。目前,生物传感器正朝着以下几个方面发展:①向高性能、微型化、一体化方向发展；②生化检测的智能化系统；③仿生生物学的发展。
6.生物系统的建模与仿真：对生物体在细胞、器官和整体等各层面的参数及其相互关系建立数学模型，并用计算机求解该模型以分析和预测各种条件下生物系统运行的机制和状态。研究领域涵盖生物力学、复杂生物医学系统的建模与仿真等领域，主要采用计算力学、图形图像分析和数学建模等方法，对生物医学中的科学问题进行计算机建模和分析。
7.生物医学信号检测与处理技术：生物医学信号的检测与处理几乎成为了生物医学工程学科共同的研究方向。从生物体中获取各种生物医学信息，并将其转换为易于检测和处理的电信号。
8.医学成像与图像处理技术：研究如何将人体有关生理、病理的信息提取出来并显示为直观的图像、图形方式，或对已有的医学图像进行分析处理，为疾病的早期诊断和治疗提供了可能性,也为临床诊断引入了新的概念。
9.数字化X射线影像技术及设备：数字化X射线影像技术现已成为临床诊断的最主要手段。涉及的关键技术包括:直接数字化平面X射线影像技术;数字化X射线三维影像技术;低剂量CT、容积CT等。
10.磁共振影像技术及设备：磁共振影像是检测人体解剖、生理和心理信息的多因素、多层面和多对比度成像设备。
11.核医学成像技术及设备：核医学成像是对放射性核素标记化合物的体内生化过程成像的装备,是目前能够在临床应用的最主要的分子成像手段。涉及的关键技术：单光子断层成像(SPECT)技术和系统、正电子发射(PET)影像技术和系统、PET与CT融合技术等。
12.数字化超声波成像技术及设备：超声成像设备在四大影像设备中使用最为广泛。目前重点发展技术包括：多波束成像技术、谐波成像技术、多角度复合成像技术、三维成像技术、电容式微机械超声换能器、彩色超声成像设备系统、数字黑白超声影像设备等。