生物医学工程概论.docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上我对生物医学工程的认识Biomadical Engineering in My Mind陈凯乐 U 生物医学工程班内容摘要：生物医学工程是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的多学科交叉的新兴学科，其基本任务是研究和解决生物学和医学中的有关问题，揭示人体奥秘，特别是人体的生理、病理过程，同时运用工程技术手段，从事相应医疗仪器和生命科学仪器的研究和开发，用于疾病的预防、诊断、治疗和康复，保障人类健康。本文综述了生物医学工程的发生发展过程、研究内容、研究现状及其在军事中的广泛应用。关键词：生物医学工程 医学 军事 前景Abstract:Biomedical en

2、gineering, a multidisciplinary emerging discipline integrating the theory and methods of biology, medicine and engineering, whose basic task is to study and solve problems in biology and medicine, reveal the mysteries of the human body, especially the physiological and pathological processes, meanwh

3、ile, use engineering techniques to study and develop medical equipment and life science instruments, for the prevention, diagnosis, treatment and rehabilitation, to protect human health. This paper reviews the development process, research content, research status and its wide range of applications

4、in biomedical engineering in the military.Keywords: Biomedical Engineering, Medicine, Military, Prospect1引言生物医学工程是一门由理、工、医相结合的交叉学科，是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学角度，多层次研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病、治病提供新的技术手段。它涉及生物信息学、医学图像、图像处理、生物信号处理、生物力学、生物材料、三维建模和系统分析等领域；研究方法中一个最重要的手段就是运用仿生研究，研发出和人体结构和

5、功能相类似的工程产品以适应疾病诊断治疗需要；生物医学工程伴随着医学进步和医疗器械的发展而不断成熟，在健康教育、疾病预防、疾病诊断、疾病治疗、疾病康复中都发挥重要作用，也将在未来战场上发挥越来越大的影响。2生物医学工程的发展生物医学工程始于20世纪50年代，我国生物医学工程作为一个专门学科则起步于20世纪70年代，我国著名的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学科最早的倡导者。生物医学工程标志性成果主要包括4个方面：21显微镜的发明17世纪发明了光学显微镜，其分辨能力达到微米（m）级水平；20世纪60年代出现的电子显微镜，使人们能观察到纳米（nm）级的微小个体。22影像学诊断进步影像学诊断是20世

6、纪医学诊断最重要也是发展最快的领域之一，50年代X线透视和摄是临床最常用的影像学诊断方法；1972年第1台CT诞生，只能用于颅脑检查；1974年，全身CT出现；现在螺旋CT（SpiralCT）能快速扫描和重建图像，提高了诊断准确率；1976年，第1台商用正电子发射体层摄影（PET）诞生，PET是目前最先进的影像诊断技术；1980年，第1台可以用于临床的全身MRI诞生；1984年，美国第1台医用磁共振获得FDA认证，MRI工程的进步，促进了医学诊断学向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRI、fMRI、MRS发展；2000年，第1台PET/CT诞生；2010年，MRI/

7、PET诞生等。23介入医学问世1964年，Dotter和Judkin最早使用介入技术导管对下肢动脉阻塞性病变进行扩张治疗取得成功；1967年，Margulis首先使用介入放射学，这是医学文献出现“介入”一词的最早记载；1977年，Gruenzing成功地进行了首例冠状动脉球囊扩张术获得成功；20世纪80年代，随着高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造影（DSA）、射频消融技术以及高分子新材料制成的介入技术用的各种导管相继问世，使介入性诊疗技术飞速进步。24人工器官（artificialorgan）的应用人造心脏瓣膜的试制开始于20世纪40年代后期，1953年，垂屏式氧合器人工心肺机的研发，

8、开始了人工心肺机体外循环技术应用；1958年，瑞典医生奥克森宁为患者植入了世界首例全埋藏式人工心脏起搏器；1960年，美国首次将人造硅胶球心脏瓣膜植入一位风心病二尖瓣狭窄患者体内，术后长期存活，开创了人工心脏瓣膜置换的先河；1982年，美国人工心脏研究小组为一患者植入完全人工心脏使其存活了112d；Abio-Cor于2001年获得批准使用人工心脏；同时，人工关节、人工肝、人工肺也在临床得到了大量应用。3生物医学工程学科的特点生物医学工程学科是一门高度综合的交叉学科，这是它最大的特点。所谓交叉学科是指由不同学科、领域、部门之间相互作用，彼此融合形成的一类学科群。从学科发展的历史长河来看，新学科的

9、产生大都是传统或成熟学科相互交叉作用产生的结果。而且，生物医学工程所指的学科交叉，不是生物医学同哪一个工程学科分支的简单结合，而是多学科、广范围、高层次上的融合。近年来，高分子材料科学、电子学、计算机科学等自然科学的不断发展，极大地推动了生物医学工程学科的发展。此外，生物医学工程学科所涉及的领域非常广泛。可以说，有多少理工科分支，就会产生多少生物医学工程领域，这种多学科的交叉融合涉及到所有的理、工学科和所有的生物学和医学分支。这样一来，当任何一个学科取得突破进展时都能影响到生物医学工程的发展，使其发展的速度异常迅速。4研究内容与领域生物医学工程的研究内容包括：基础性研究，涉及生物力学、生物材料

10、学、生物医学信息的提取与处理、生物系统建模与仿真、各种物理因子的生物效应、生物系统的质量和能量传递等；应用性研究，直接为医学服务，涉及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。当前生物医学工程研究的重要领域包括：41生物力学研究生命体运动和变形的学科，主要通过生物学与力学原理方法的有机结合，认识生命过程的规律，解决生命与健康领域的科学问题；研究领域主要包括：生物流变学、心血管生物力学与血液动力学、骨关节生物力学等。42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

11、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。43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。44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。45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生物体外的环境化学物质或与之起特异

12、性交互作用后产生响应的技术。46生物系统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。47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。48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，或对已获得的医学图像进行分割、分类、识别、解释及三维重建等进行分析处理。49物理因子的生物效应及其医疗应用通过对生物群体流行病学调查、动物实验、临床试验及细胞和分子水平等多层次研究，了解物理因子对生物体的作用效应及作用机理

13、，确定其有效和允许的作用剂量，发展运用物理因子生物效应诊断和治疗疾病的技术，并防止其可能发生的有害影响。5生物医学工程领域研究现状51发达国家生物医学工程的现状在美国以及欧洲等经济发达国家，早在上世纪70年代就指出生物医学工程的重要性，基于其强大的经济、科技实力，经过近半个世纪的努力均取得了各自的成果。如今，这些国家在生物医学工程方面处于世界前列。但是面对当今科技飞速发展的新形势，他们仍在想尽一切办法努力前进。在美国，许多著名大学根据自身条件和生物医学工程学科的特点以及社会需要采用各种方式积极推进“学科交叉计划”。这样一来，生物医学工程在这一有利条件下迅速发展，朝向以整合生物、医学、物理、化学

14、及工程科学等高度交叉跨领域方向发展。这种发展方向既促进了传统性专业的提升，又为逐步形成新专业创造了条件。另外，美国政府因认识到新的世纪生物医学工程对促进卫生保障事业发展所具有极大的重要性，急需扭转美国生物医学工程领域研发工作群龙无首的分散局面，美国第102届国会于3000年1月34日通过立法，在国立卫生研究院内设立了国家生物医学成像和生物工程研究所，规定由该所负责对美国生物医学工程领域的科研创新、开发应用、教育培训和信息传播等进行统一协调和管理，促进生物学、医学、物理学、工程学和计算机科学之间的基本了解、合作研究以及跨学科的创新。这也大大推动了美国的生物医学工程学科的发展。52国内生物医学工程

15、的现状我国的生物医学工程学科相对国外发达国家来说起步比较低。自上世纪80年代以来，经过30多年的发展，目前全国已有很多所高校内设有此专业，在一些理、工科实力较强的高校内均建有生物医学工程专业。由于这些学校的理、工等学科在全国都有重要的影响，且大都设有国家级重点学科，他们开展起来十分方便，这些院校均是以科研性学科设置的。此外，还有一些医学院校则是以医学作为基底学科，置入某些工程学科的知识，并以医学应用为目的建立相关的课程体系，而对于生物学中所涉及到的细胞及分子生物学、发育生物学及生物技术，对于工程技术中的控制技术、材料学均较少涉及，这些院校培养的目标就是将生物医学工程运用于实际。因为生物医学工程

16、是以理、工、医为基础，医学中的许多问题只有在这些学科相互结合的前提下才能得以解决。要将基础研究转化为工业化产品，将美好的前景分析变为卫生保健的实际行动而服务于广大人民，就离不开生物医学工程师。这就是这些生物医学工程工作者的工作理念。6生物医学工程在军事领域的应用61生物医学工程在军事医学领域具有广阔的应用前景生物医学工程技术不仅为军事医学及其相应基础研究提供必要的技术、手段、方法、仪器和设备，而且也是军事医学研究成果物化为卫勤保障装备，实现我军卫勤装备现代化、高技术化的桥梁。例如，生物力学利用力学的基本原理，结合生理、医学、生物学，从分子力学到系统力学各个不同的层次来研究生物体的力学问题，研制

17、各种生物材料和人工器官的基础，也是武器装备和卫勤装备研制过程中人机匹配设计的重要依据。生物材料是与人体组织相接触或作用而对人体无毒副作用、不凝血、不溶血、不引起人体细胞突变、畸变和癌变，也不引起免疫排斥和过敏反应的特殊功能材料。可开发出在军事医学领域具有广泛用途的抗凝血材料、可降解性骨修补材料、吸咐解毒材料、药物缓释材料、生物粘合材料、抗粘连材料、透析及超过滤用的膜材料、外科手术缝线、药物载体材料、记忆合金等。生物系统建模与仿真通过对生物细胞、器官和整体各层次的行为参数及其关系建立数学模型，用电子计算机分析和预测各种条件下生物系统的运行机制和状态。这种技术可以替代军事医学研究中某些复杂、长期、

18、昂贵乃至无法实现的实验，如航天、航空、潜水及危险条件下的生物系统实验，提高研究效率，并可为施加不同控制条件研究对生物系统运行过程的影响。生物系统建模与仿真也是医学智能仪器研制的重要基础。人工器官是用人工材料制成的、模拟人体器官的结构与功能、可部分或全部代替自然器官功能的机械装置，对于战伤救治、减少伤残、提高伤病员的生存质量具有重要意义。生物医学信号检测是各种医学检测仪器发展的重要基础技术，生物医学信号处理技术综合反映了通信、生理、模式识别、人工智能和数字信号处理多类技术，已成为医学研究、疾病诊断和指导治疗的重要技术，为避免或改善飞行员空间定向障碍、意识丧失提供了新的手段。62卫星遥感技术将成为

19、重要的宏观流行病学手段为应付未来突发战争需要军事医学部门及时提供目标地区可靠的医学地理、流行病学和自然卫生资源等方面的资料。传统的常规地面调查是获取信息的重要手段，但需要大量人力、物力，而且费时较长，难以满足全面、系统、动态观测的需要，更不能适应军事应急的要求。随着空间技术的发展，卫星遥感技术可以从宏观上帮助实现这一目的。地形、地貌、气温、湿度、降雨量、生物量、植被、河流、湖泊、大气环境及水土流失等许多自然和经济地理因素与流行病学、军队卫生、卫勤保障关系密切，实时、客观、动态地掌握这些因素的变化情况，对于制订军事医学卫生防疫保障方案具有极为重要的意义。对我国周边地区、重要战略目标地区、有争议的

20、地区以及人员较难进入的岛礁、丛林、沼泽等进行自然地理调查，卫星遥感甚至可能是唯一可行的措施。卫星遥感作为一种应用空间技术的发展已趋于成熟，应用领域不断拓宽，分辨率不断提高，其快速、客观、实时、覆盖面广、信息量大、重复性好等优点，是其它技术无法比拟的，在预防医学中有着广阔的应用前景。63生物传感器将是化生战剂侦检的有效工具生物传感器近年来受到越来越多的重视，它是生物学的选择性和灵敏性与微电子技术相结合产物，如酶传感器、受体传感器和抗体传感器等。生物传感器可广泛用于传染病病原体检验、化学和生物战剂的侦检、军队食品卫生监测、野战临床分析、毒物药物研究、生物工程在线监控和战士体能训练等方面，是最具发展

21、潜力的侦检器材，具有操作简便、选择性好、分析速度快、试样量小和可反复使用等优点。例如，在化学战条件下，利用受体传感器可与一类战剂发生反应的特点，先迅速检测出战荆的类别，指导人员及时采取防护措施，继而再用抗体传感粉进一步确定战剂的种类，采取更具针对性的防护。将生物传愚器与专家系统结合后，非专业人员也可使用，甚至可将小型生物传感器安装在士兵的军服内使用。80年代末出现的光纤生物传感器灵敏度更高、应用范围更广，在化学和生物战剂的联合侦检中已进入工程开发和试用阶段。64医学电子工程技术将提高战伤救治医学电子工程技术的应用将研制出简便可靠的伤员电子寻找器材。新型生物降解性骨修补材料可理想地修复骨缺损不需

22、要作二次拆旅手术。膜材料技术和分子筛技术等新材料技术的发展，将使野战制液制氧的水平大大提高。记忆合金等热敏材料可广泛应用于各种部位战伤骨折的固定。新型创伤敷料将是以新型生物基质材料为载体、用微胶囊技术进行广谱抗菌素控释、含有促进组织生长的因子、不粘连、透气性好的多种高技术的复合体。用生物材料技术制成的人工皮肤覆盖战伤烧伤创面，可抑制创面感染，促进创伤愈合，减少瘫痕形成。7二十一世纪生物医学工程展望纵观医学新技术诞生和发展的历史，生物医学工程学研究领域十分广泛，与其他学科的集成交叉是多层次、多方面的。利用多学科交叉的优势来揭示人类思维和认知的奥秘，是二十一世纪生物医学工程的一个主攻方向。与分子生

23、物学相结合，加强细胞和分子水平的研究，如生物医学纳米工程技术，是生物医学工程发展的一个重要趋势。微创伤手术、生物医学微机电技术、生物医学机器人技术、生物医学信息技术8等正在成长为新的研究领域。随着广泛应用现代相关技术成果，未来的医疗仪器装置、医学诊疗过程必将融合更广泛的集成科学技术，创造出新设备和新技术，推动现代医学向更高水平发展。8结语感想生物医学工程是应社会发展需要而建立起来的一门新兴学科，具有高精尖的特点。同时，由于其以其他学科为基础，因利乘便，发展迅猛，已经在很多方面有了深入的应用，并且产生了深远的影响。尤其是军事方面的应用，大大减少了人员损伤。也正因其刚刚发展，仍有很多问题需要我们年

24、轻一辈去探索，我们也有了更多的发展空间。并且，生物医学工程也是一个朝阳产业，为我们提供了很多契机。这也坚定了我学习生物医学工程的信念。我们定将在生物医学工程的康庄大道上越走越远！参考文献：侯小丽，马明所.生物医学工程回顾与展望.中国医疗器械信息,2011年,第17卷第7期胡兴斌.浅谈生物医学工程的现状及前景.医疗卫生装备,2004年,第9期周林，尹军，何庆华.精妙的人体与超能的生物医学工程.医疗卫生装备,2013年9月,第34卷第9期江渊声.生物医学工程的研究范围.生命科学,2009年4月,第21卷第2期哀力，焦红霞，秦斌，等.生物医学工程产业发展与生物医学工程技术人才培养.中国医学装备,20

25、08年10月,第5卷第10期CHAO Edmund YS.生物医学工程的精要、责任和展望.生命科学, 2009年4月,第21卷第2期彭友霖，黄家寿，周艳红.对我国生物医学工程产业的分析.商场现代化,2007年11月（中旬刊）,总第521 期袁力，焦红霞，王叶.从生物医学工程产业发展谈生物医学工程教育.医疗设备信息杨眉，陈志洪，纪云涛.美国生物医学工程产业的现状特征及发展趋势美国的生物医学工程研究战略.国外医学生物医学工程分册汪溪，黄宁平，孙啸，等.东南大学与美国大学生物医学工程专业的对比分析.生物医学工程学杂志孔旭.中美高校生物医学工程专业本科教育比较.考试周刊, 2008年,第31期袁力，冯

26、圣平，刘林祥.生物医学工程技术人才现状分析与专业教育.医疗卫生装备2005年,第26卷第10期黄从新.生物医学工程新技术的临床应用林良明，丁洪，卢钢，等.生物医学工程与机器人技术刘晓冬，任力锋，贺达仁，等.生物医学工程与医学结合的途径与突破口.医学与哲学, 2001年6月,第22卷第6期总第241期索硕，沈金查.现代生物医学工程中医疗仪器、设备的发展.生物医学工程学杂志,第一卷第三期董秀珍，邹慧玲，赵瑞刚.生物医学工程在军事医学领域的应用军事生物医学工程王松俊.生物医学工程及其军事医学应用前景.解放军医学杂志,1996年4月,第22卷第2期Nandor R iehter.生物医学工程领域的全球性挑战.国外医学梦物医学工程分册,1988年,第11卷第1期郑崇勋.生物医学工程走进21世纪.西安交通大学学报(社会科学版),2002年12月,第22卷第4期(总62期)专心-专注-专业