生物医学工程发展趋势范文

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    本文就其目前发展情况进行分析讨论。

    生物医学工程在国际上做为一个学科出现,始于20世纪50年代,特别是随着宇航技术的进步、人类实现了登月计划以来,生物医学工程有了快速的发展。在我国,生物医学工程做为一个专门学科起步于20世纪70年代,中国医学科学院、中国协和医科大学原院校长、我国着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。1977年中国协和医科大学生物 医学工程专业的创建、1980年中国生物医学工程学会的成立,有力地推进了我国生物医学工程的发展。目前,我国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构,从事着生物医学的科研 教学工作,在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。

    一、显微镜的发明

    “解剖”一词由希腊语“anatomia”转译而来,其意思是用刀剖割,肉眼观察研究人体结构。17世纪lee wenhock发明了光学显微镜,推动了解剖学向微观层次发展,使人们不但可以了解人体大体解剖的变化,而且可以进一步观察研究其细胞 形态结构的变化。随着光学显微镜的出现,医学领域相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理 学,从而将医学研究提高到细胞形态学水平。

    普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平,难以分辨病毒及细胞的超微细结构、核结构、dna等大分子结构。而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,研究细胞的超微结构。光学显微镜和电子显微镜的发明都是医学工程研究的成果,它们对推动医学的发展起了重要作用。

    二、影像学诊断飞跃进步

    影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域之一。

    50年代x光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法,而今天由于x线ct技术的出现和应用,使影像学诊断水平发生了飞跃,从而极大地提高了临床诊断水平。即计算机体断层 摄影(computed tomography ct),即是利用计算机技术处理人体组织器官的切面显像。x线ct片提供给医生的信息量,远远大于普通x线照片观察所得的信息。目前,螺旋ct(spiral ct 或helicalet ct)已经问世,能快速扫描和重建图像,在临床应用中取代了多数传统的ct,提高了诊断准确率。

    医学工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(mri),它不仅 可分辨病理解剖结构形态的变化,还能做到早期识别组织生化功能变化的信息,显示某些疾病在早期价段的改变,有利于临床早期诊断。可以认为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、mra、fmri、mrs发展。根据核医学示踪,利用正电子发射核素(18f,11c,13n)的原理,创造 的正电子发射体层摄影(pet),是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体把pet列为十大医学生物技术的榜首。pet问世不过30年历史,但它已显示出对肿瘤学、心脏病学、神经病学、器官移植,新药开发等研究领域的重要价值。影像学诊断水平的不断提高,与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。

    三、介入医学问世

    介入医学是一种微创伤的诊疗技术。dotter和judkin(1964 年)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人,他们用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首先使用过介入放射学,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以后,介入性诊疗技术由于其创伤小、患者痛苦少,安全有效而倍受临床欢迎。20世纪80年代随着生物医学工程的发展,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(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相继问世,使介入性诊疗技术发生了飞速进步,临床应用范围不断扩大,从心血管、脑血管、非血管管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证,并使诊疗效果明显提高,患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视为与药物诊疗、手术诊疗并列的临床三大诊疗技术之一,也有人把介入诊疗技术称之为20世纪发展起来的临床医学新领域--介入医学。

    四、人工器官的应用

    当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时,现代临床医疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能,人们称这种装置为人工器官(artificial organ)。如20世纪50年代以前,风湿性心脏瓣膜病的治疗,除了应用抗风湿药物、强心药物对症治疗外,对病损的瓣膜很难修复改善,不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技术,在心脏停跳状态下切开心脏,进行更换人工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修补,使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科之所以能达到今天这样的水平,主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工血管等新材料、新技术的结果。

    肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良,而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病晚期患者的生命,肾病治疗学也因此有了很大进步。

    现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速,除上述人工器官外,人工关节、人工心脏起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用,使千千万万的患者恢复了健康。可以说,人体各种器官除大脑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,放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程医疗技术等先进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果,综上可见,20世纪生物医学工程的发展,显着提高了医学诊断和治疗水平,有力地推动着医学科学的进步。

    五、生物医学工程展望

    纵观医学新技术诞生和发展的 历史,从伦琴发现x线到今天x射线诊疗技术的发展,从朗兹万发现超声波到今天b超诊断的广泛应用,从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天mri的问世,从赫斯费尔德发明ct到今天ct成像系统的应用,都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的医学新技术。

    (一)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化,远程医疗信息网络化,诊疗用机器人将被广泛应用。

    (二)介入性微创,无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技术,纳米技术和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。

    (三)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着pet的问世和应用,形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂型心血管、脑血管影像诊查系统将在21世纪问世。

    (四)生物材料和组织工程将有较大发展,生物机械结合型、生物型人工器官将有新突破,人工器官将在临床医疗中广泛应用。

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“是不是也要和典型工科男一样，整天对着电脑看数据，或是画图呢？”

“这会是工作的一部分，因为有不同的分支，就业也有很大的不同。”

很多人听说我学生物医学工程专业，都表现出惊诧的眼神，不知道会学些什么。当他们得知我在医学院，眼里的惊讶就又升了一个等级。是的，我在医学院读工科博士学位，梦想着能成为一个为医学事业效力的工程师。

下一个诺贝尔奖的产出地

生物医学工程是一门新兴的交叉学科，它是工程学、生物学和医学的完美结合。通过研究人体系统的状态变化，运用工程技术手段去控制这类变化，来解决医学中的有关问题，保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。如果说医生是在临床上给予病人直接的救助，那么生物医学工程师就是通过研发的方式，为医生提供技术支持。

现代医学的迅速发展，离不开高新设备的推动。手术室中高端器械，如高频电刀、激光刀、呼吸麻醉机、监护仪、X射线电视、超声、核磁共振成像技术等，都是生物医学工程高速发展的产物，生物医学工程研究者就是这些医用电子仪器的研发者。当你看扣人心弦的美国医疗剧时，医生常常使用的挽救了无数生命的除颤仪，就得力于医学工程师的研究和设计。

生物材料制作也是生物医学工程的重要组成部分之一。在我国器官捐献还较少，而很多终末期器官衰竭者又在等待新的器官来延续生命，于是人工器官应运而生。生物材料为各种人工器官提供物质基础，器官制造直接关乎生命，是个大学问。制作人工器官的材料必须要充分考虑强度、硬度、挠度、韧性、耐磨性及表面特性等各种物理、机械等性能。由于这些人工器官大多数是植入体内的，所以要求具有耐腐蚀性、化学稳定性、无毒性，还要求与机体组织或血液有相容性。这些材料包括金属、非金属及复合材料、高分子材料等，其中轻合金材料的应用较为广泛。所以，从事这一领域研究不仅要有丰富的医学知识作为基础，还要对物料、材料等方面有深入了解和研究。相信在未来随着技术的成熟，我们会设计出质量高而又成本低的人工器官，为人类的健康作出更大贡献。

最有趣、最前沿的要数神经网络的研究了。大脑是人体最复杂的器官，对脑神经的研究是目前世界各国科学家掀起的一个新热潮。这是一个可能引起重大突破的新兴边缘学科，它研究人脑的思维机理，将其成果应用于研制智能计算机技术。运用智能原理去解决各类实际难题，是神经网络研究的目的，现在这一领域已取得可喜的成果。也许，下一个诺贝尔生物或医学奖的获得者就是研究该领域的生物医学工程科学家。

除此之外，生物医用陶瓷材料、纳米医学、微创医学、生物力学、生物信息学、远程医学与健康信息学等，都是生物医学工程的重要分支。

英语想不好都难

单看这个专业的名字，就能看出这个新兴的交叉学科的三大板块――生物、医学、工程，缺一不可。

第一板块：生物。在该领域，学生要修读化学生物学、生物传感与分析、生物信息学、生物电子学等相关课程。不仅要掌握这些理论基础，还要有生物科学的基本实验技术，能从事试验工作。

第二板块：医学。在医学方面，学生要修读人体生理学、人体解剖与组织学、神经科学、医学统计学等。同时要学习生物医学仪器的基本原理、设计方法，并了解相关仪器的发展趋势，掌握现代医学影像技术的基本原理、技术现状和发展趋势。此前我对医学影像学一无所知，后来去医院和一些厂家实际参观，一张张生动立体的器官美图、核磁共振检查带来的精确诊断，让我领略了生物医学工程的巨大魅力。

第三板块：工程。尽管此专业在很大程度上是为了服务于医学领域，但是在学习的过程中，涉及工科的课程最多，也最复杂。生物力学是必修课，但是有其自身特点，这是一个应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的学科。像生物流体力学、生物心血管系统、飞行等与水动力学、空气动力学、边界层理论和流变学等有关的力学问题，学习者了解了这些后可以对自己的身体有更深的认识。除此之外，纳米科学技术引论、成像理论与技术、信息可视化技术、电路与电子技术、计算机硬件与软件、信号处理与分析等实践性较强的课程也是必修课。

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一、校企合作在生物医学工程专业教学中的必要性分析

1.开展校企合作是生物医学工程专业学生就业的要求。目前，我校生物医学工程专业学生的主要就业去向是医疗卫生部门和医疗公司。这两者在人才需求上均要求学生具有较高综合素质和实践动手能力，其中医疗卫生部门要求学生具有较好的医学和工程学的综合能力，除要求学生应具有基本的医疗设备的使用和维修能力外，还能向管理、研制、开发等方向拓展，参加医院各相关科室的科研课题;要求学生既要参加仪器设备管理，又要参加医院各种软件(门诊、检验、放射)网络等全面管理、培训和技术支持。而在医疗公司，则更多的要求学生能够具有生物医学工程、医疗仪器等领域及相关的电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发及管理的能力。单纯依靠学校教育要想达到这些要求是不现实的，采用校企合作方式，则可以通过建立就业实践基地等方式，根据用人单位的不同要求进行有针对性的培训和指导，从而提高学生的就业竞争能力。

2.开展校企合作是生物医学工程专业课程设置的要求。由于生物医学工程专业课程涵盖众多领域，其知识体系跨度较大，涉及从物理化学基础到工程学、医学、生物学等。在四年内进行如此庞杂的知识学习，学生可能出现基础知识欠缺而专业知识与综合运用能力不强等问题。校企合作则可以通过综合分析市场和社会需求，重点培养学生的全面素质和综合运用能力。通过校企合作，可以由学校根据市场和社会需求将课程设置和教学重点放在对学生基础知识和专业知识教育上，由企业根据学科知识应用前沿来重点培养学生的综合运用能力，并进一步提高学生的就业竞争力。

3.开展校企合作是生物医学工程专业办出特色和水平的要求。由于生物医学工程技术的迅速发展，该学科领域内呈现出了知识与技术更新快、设备更新淘汰快等趋势。由于生物医学工程专业对学生实践能力要求较高，为保障教学质量，学校需要建立稳固而先进的实践基地和专业实验室。尽管国家和社会对教育的资金投入不断加大，但由于生物医学工程专业实验、实践所需设备价值较高，仅仅依靠学校单方面的投入仍显资金不足。同时，由于学校教师在专业结构、学历结构等方面存在基础知识较强而运用能力较弱、学历层次高而管理经验欠缺等问题，学生在毕业时的设计已经开始出现脱离应用实际、毕业设计命题重复、一个教师因需要指导多名学生而造成学生毕业设计质量下降等问题。通过校企合作，以校企共建实践实训基地的形式，可以解决一部分实验、实践经费;通过“订单式培养”、“顶岗实习”等方式，学生可以了解生物医学工程的应用实际和现实情况，增加毕业命题选择范围;通过建立“双师制”等教师培养体制，可以改善学校现有师资队伍结构，提高师资水平，同时增加学生指导教师数量，提高学生毕业设计质量和教学整体质量水平。

二、生物医学工程专业建设中应用校企合作存在的问题

我校生物医学工程专业自开办以来，就通过不断加强与医疗卫生部门和医疗公司的合作，在专业建设和教学质量等方面均取得了一定成绩。但综合来看，仍存在以下问题:1.由于课程设置和课程资源的缺乏，许多应用型课程的实践必须放在学生毕业实习阶段进行，影响了学生实习的创新性能力培养;2.由于企业在学生培养过程中，片面追求学生的动手技能，忽视了对学生综合运用基础知识能力的培养，造成学生职业发展的局限;3.由于制度建设和保障力度不够，造成专业课程设置相对滞后、学生培养目标单一等问题。

三、校企合作在生物医学工程专业建设中应用的具体措施探讨

从我校生物医学工程专业校企合作的经验来看，要想实现高素质、应用型技能专门人才培养的目标，仍需在以下几个环节加强建设，把控质量:

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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。#p#分页标题#e#

13.医学纳米技术和纳米材料：可运载肿瘤标志物分子的特异性抗体、肿瘤治疗药物以及造影剂等新的高效药物(基因)载体；发展纳米尺度的显微探针成像技术；发展用于组织再生修复的纳米生物材料；建立用于纳米材料健康与安全评价的技术与方法，都是当前重点发展方向。

14.康复工程技术:重点发展假肢仿生智能控制技术、低成本假肢矫形、适应不同功能障碍者工作和学习的环境控制系统与远程交流、认知功能康复、人工电子耳蜗汉语识别、电子助视、老年人室内安全监护等技术。

3教学模式的探索

针对课程本身的特点和学生认知的特点，设想从以下几个方面探索课程的教学：

3.1多媒体教学

多媒体教学具有直观、生动、易于理解的特点，并可节约教学时间，提高效率。由于每次课针对的是某项技术领域相关理论知识和行业动态的介绍，涉及的知识点多且泛，采用多媒体教学课件进行教学，形象直观，趣味性强，可以使学生印象深刻，降低了抽象知识的理解难度和记忆难度，激发了学生的学习兴趣。

3.2优化课程内容，加强实践教学