生物醫(yī)學(xué)工程簡介

生物醫(yī)學(xué)工程（Biomeical Engineering，簡稱BME）是一門由理、工、醫(yī)相結(jié)合的邊緣學(xué)科，是多種工程學(xué)科向生物醫(yī)學(xué)滲透的產(chǎn)物。它是運用現(xiàn)代自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，從工程學(xué)的角度，在多層次上研究人體的結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系，揭示其生命現(xiàn)象，為防病、治病提供新的技術(shù)手段的一門綜合性、高技術(shù)的學(xué)科。有識之士認(rèn)為，在新世紀(jì)隨著自然科學(xué)的不斷發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展前景不可估量。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科是一門高度綜合的交叉學(xué)科，這是它最大的特點。

所謂生物(醫(yī)學(xué))工程，一般認(rèn)為是以生物學(xué)(特別是其中的微生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)和細(xì)胞學(xué))的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工、機械、電子計算機等現(xiàn)代工程技術(shù)，運用到生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的技術(shù)。

生物工程研究方向和專業(yè)領(lǐng)域

生物工程技術(shù)分支多種多樣，有一種分類是將生物工程歸為三大類：

生物加工工程：生物加工設(shè)計，生物催化，生物分離，生物信息學(xué)等。

基因工程：生物合成，細(xì)胞工程，組織培養(yǎng)工程，基因轉(zhuǎn)移等。

生物醫(yī)學(xué)工程：生物醫(yī)學(xué)技術(shù)，生物醫(yī)學(xué)診斷，生物醫(yī)學(xué)治療，生物力學(xué)，生物材料學(xué)等。

生物力學(xué) 是運用力學(xué)的理論和方法，研究生物組織和器官的力學(xué)特性，研究機體力學(xué)特征與其功能的關(guān)系。生物力學(xué)的研究成果對了解人體傷病機理，確定治療方法有著重大意義，同時可為人工器官和組織的設(shè)計提供依據(jù)。

生物力學(xué)中又包括有生物流變學(xué)（血液流變學(xué)、軟組織力學(xué)和骨骼力學(xué)）、循環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)和呼吸系統(tǒng)動力學(xué)等。目前生物力學(xué)在骨骼力學(xué)方面進展較快。

生物控制論 是研究生物體內(nèi)各種調(diào)節(jié)、控制現(xiàn)象的機理，進而對生物體的生理和病理現(xiàn)象進行控制，從而達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。其方法是對生物體的一定結(jié)構(gòu)層次，從整體角度用綜合的方法定量地研究其動態(tài)過程。

生物效應(yīng) 是研究醫(yī)學(xué)診斷和治療中，各種因素可能對機體造成的危害和作用。它要研究光、聲、電磁輻射和核輻射等能量在機體內(nèi)的傳播和分布，以及其生物效應(yīng)和作用機理。

生物材料 是制作各種人工器官的物質(zhì)基礎(chǔ)，它必須滿足各種器官對材料的各項要求，包括強度、硬度、韌性、耐磨性、撓度及表面特性等各種物理、機械等性能。由于這些人工器官大多數(shù)是植入體內(nèi)的，所以要求具有耐腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性、無毒性，還要求與機體組織或血液有相容性。這些材料包括金屬、非金屬及復(fù)合材料、高分子材料等；目前輕合金材料的應(yīng)用較為廣泛。

醫(yī)學(xué)影像 是臨床診斷疾病的主要手段之一，也是世界上開發(fā)科研的重點課題。醫(yī)用影像設(shè)備主要采用 X射線、超聲、放射性核素磁共振等進行成像。

X射線成像裝置 主要有大型X射線機組、X射線數(shù)字減影（DSA）裝置、電子計算機X射線斷層成像裝置（CT）；超聲成像裝置有B型超聲檢查、彩色超聲多普勒檢查等裝置；放射性核素成像設(shè)備主要有γ照相機、單光子發(fā)射計算機斷層成像裝置和正電子發(fā)射計算機斷層成像裝置等；磁成像設(shè)備有共振斷層成像裝置；此外還有紅外線成像和正在興起的阻抗成像技術(shù)等。

醫(yī)用電子儀器 是采集、分析和處理人體生理信號的主要設(shè)備，如心電、腦電、肌電圖儀和多參量的監(jiān)護儀等正在實現(xiàn)小型化和智能化。通過體液了解生物化學(xué)過程的生物化學(xué)檢驗儀器已逐步走向微量化和自動化。

治療儀器設(shè)備 的發(fā)展比診斷設(shè)備要稍差一些。目前主要采用的是X射線、γ射線、放射性核素、超聲、微波和紅外線等儀器設(shè)備。大型的如：直線加速器、X射線深部治療機、體外碎石機、人工呼吸機等，小型的有激光腔內(nèi)碎石機、激光針灸儀以及電刺激儀等。

手術(shù)室中的常規(guī)設(shè)備已從單純的手術(shù)器械發(fā)展到高頻電刀、激光刀、呼吸麻醉機、監(jiān)護儀、X射線電視，各種急救治療儀如除顫器等。

為了提高治療效果，在現(xiàn)代化的醫(yī)療技術(shù)中，治療系統(tǒng)內(nèi)有診斷儀器或一臺治療設(shè)備同時含有診斷功能，如除顫器帶有診斷心臟功能和指導(dǎo)選定治療參數(shù)的心電監(jiān)護儀，體外碎石機中裝備了進行定位的X射線和超聲成像裝置，而植入人體中的人工心臟起搏器就具有感知心電的功能，從而能作出適應(yīng)性的起搏治療。

介入放射學(xué) 是放射學(xué)中發(fā)展速度最快的領(lǐng)域，也就是在進行介入治療時，采用了診斷用的x射線或超聲成像裝置以及內(nèi)窺鏡等來進行診斷、引導(dǎo)和定位。它解決了很多診斷和治療上的難題，用損傷較小的方法治療疾病。

目前各國競相發(fā)展的高技術(shù)之一為醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，其中以圖像處理，阻抗成像、磁共振成像、三維成像技術(shù)以及圖像存檔和通信系統(tǒng)為主。在成像技術(shù)中生物磁成像是最新生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的課題，它是通過測量人體磁場，來對人體組織的電流進行成像。

生物磁成像 目前有二個方面。即心磁成像（可用以觀察心肌纖維的電活動，可以很好地反映出心律失常和心肌缺血）和腦磁成像（用以診斷癲癇活動、老年性癡呆和獲得性免疫缺陷綜合征的腦侵入，還可以對病損腦區(qū)進行定位和定量）。

另一個世界各國競相發(fā)展的高技術(shù)是信號處理與分析技術(shù)，其中包括心電信號、腦電、眼震、語言、心音呼吸等信號和圖形的處理與分析。

高技術(shù)領(lǐng)域中還有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，目前世界各國的科學(xué)家為此掀起了一個研究熱潮。它被認(rèn)為是有可能引起重大突破的新興邊緣學(xué)科，它研究人腦的思維機理，將其成果應(yīng)用于研制智能計算機技術(shù)。運用智能原理去解決各類實際難題，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的目的，在這一領(lǐng)域已取得可喜的成果。

還有一種歸類法，將生物醫(yī)學(xué)工程分為五個分支：

1、流體力學(xué)；

2、生物組織力學(xué)與醫(yī)學(xué)圖象處理；

3、生物流體力學(xué)及醫(yī)學(xué)工程；

4、分子生物工程；

5、生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)與新型醫(yī)療儀器的開發(fā)。

流體力學(xué) 主要進行生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的研究，具體研究方向包括：生物組織力學(xué)與醫(yī)學(xué)圖像處理；生物流體力學(xué)及醫(yī)學(xué)工程應(yīng)用；分子生物工程；生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)與新型醫(yī)療儀器的開發(fā)等。

生物組織力學(xué)與醫(yī)學(xué)圖像處理 側(cè)重于生物體軟硬組織的研究，包括成形外科和矯形外科中組織生物力學(xué)特性的變化，并涉及細(xì)胞力學(xué)、生物流變學(xué)以及醫(yī)學(xué)圖像處理與醫(yī)學(xué)電子學(xué)等多方面的前沿研究課題。

生物流體力學(xué)及醫(yī)學(xué)工程 應(yīng)用側(cè)重于心血管系統(tǒng)生物流體力學(xué)理論、實驗及醫(yī)學(xué)工程研究。包括：心臟射血動力學(xué)、脈搏波在動脈系統(tǒng)中的傳播理論，血流動力學(xué)參數(shù)無創(chuàng)檢測新原理和應(yīng)用，心臟反博技術(shù)原理與應(yīng)用研究等。

分子生物工程 是根據(jù)生物大分子的結(jié)構(gòu)原理并結(jié)合物理學(xué)、化學(xué)的理論，用計算機模擬方法研究生物大分子的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，解釋和預(yù)測某些可能發(fā)生的實驗現(xiàn)象，按照一定規(guī)律改造天然分子并設(shè)計具有新功能的蛋白質(zhì)和多肽藥物。

生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)與新型醫(yī)療儀器 的開發(fā)是綜合運用信號檢測、信號處理、系統(tǒng)建模仿真、系統(tǒng)辨識與人工智能等原理與方法，探索疾病的預(yù)防、診斷與治療手段，從而開發(fā)出新型的醫(yī)療儀器。

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