生物醫(yī)學(xué)工程
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生物醫(yī)學(xué)工程(biomedical engineering，BME)，一門新興的邊緣學(xué)科，它綜合工程學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的理論和方法，在各層次上研究人體系統(tǒng)的狀態(tài)變化，并運(yùn)用工程技術(shù)手段去控制這類變化，其目的是解決醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問(wèn)題，保障人類健康，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)服務(wù)。
興起于20世紀(jì)50年代。它與醫(yī)學(xué)工程和生物技術(shù)有著十分密切的關(guān)系。而且發(fā)展非常迅速，成為世界各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的主要領(lǐng)域之一。1979年中國(guó)國(guó)家科委成立了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科專業(yè)組。1980年成立了中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)，已有10余個(gè)專業(yè)委員會(huì)，即人工器官及生物材料、生物力學(xué)、生物信息和控制、生物醫(yī)學(xué)測(cè)量、醫(yī)學(xué)物理、超聲醫(yī)學(xué)工程、心臟起搏與工程、生物效應(yīng)和質(zhì)量能量傳遞、生物電磁學(xué)、人工關(guān)節(jié)、中醫(yī)工程、臨床醫(yī)學(xué)工程等委員會(huì)。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)與其他學(xué)科一樣，其發(fā)展也是由科技，社會(huì)，經(jīng)濟(jì)諸因素所決定的。這個(gè)名詞最早出現(xiàn)在美國(guó)。1958年在美國(guó)成立了國(guó)際醫(yī)學(xué)電子學(xué)聯(lián)合會(huì)，1965年該組織改稱國(guó)際醫(yī)學(xué)和生物工程聯(lián)合會(huì)(IFMBE)，后來(lái)成為國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)?，F(xiàn)已舉行了11屆國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程年會(huì)，規(guī)模一年比一年大。以1989年的第11屆大會(huì)為例，有48個(gè)國(guó)家1000余位學(xué)者參加，大會(huì)收到論文1100余篇。1986年中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)正式加入該組織。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)除了具有很好的社會(huì)效益外，還有很好的經(jīng)濟(jì)效益，前景非常廣闊，是目前各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的高技術(shù)之一。以1984年為例，美國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程和系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模約為110億美元。美國(guó)科學(xué)院估計(jì)，到2000年其產(chǎn)值預(yù)計(jì)可達(dá)400～1000億美元。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是在電子學(xué)、微電子學(xué)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)，化學(xué)、高分子化學(xué)、力學(xué)、近代物理學(xué)、光學(xué)、射線技術(shù)、精密機(jī)械和近代高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上并與醫(yī)學(xué)結(jié)合的條件下發(fā)展起來(lái)的。它的發(fā)展過(guò)程與世界高技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，同時(shí)它采用了幾乎所有的高技術(shù)成果，如航天技術(shù)、微電子技術(shù)等。
目前生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)在基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用開發(fā)方面的研究主要有以下幾個(gè)方面。
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生物力學(xué)
運(yùn)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(jī)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(duì)了解人體傷病機(jī)理及確定治療方法有著重大意義，同時(shí)可為人工器官和組織的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。它包括生物流變學(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(dòng)力學(xué)和呼吸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等。目前生物力學(xué)在骨骼力學(xué)方面進(jìn)展較快。
生物控制論
主要研究生物體內(nèi)各種調(diào)節(jié)、控制現(xiàn)象的機(jī)理，進(jìn)而對(duì)生物體的生理和病理現(xiàn)象進(jìn)行控制，從而達(dá)到預(yù)防和治療疾病的目的。其方法是對(duì)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(dòng)態(tài)過(guò)程。
生物效應(yīng)，質(zhì)量和能量傳遞
主要研究醫(yī)學(xué)診斷和治療中各種因素可能對(duì)機(jī)體造成的危害和作用。因此要研究光、聲、電磁輻射和核輻射等能量在機(jī)體內(nèi)的傳播和分布，以及其生物效應(yīng)和作用機(jī)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(duì)材料的各項(xiàng)要求，這包括強(qiáng)度、硬度、韌性、耐磨性、撓度及表面特性等各種物理、機(jī)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(wú)毒性，還要求與機(jī)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)用診斷和治療的儀器和設(shè)備
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(diǎn)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(jìn)行成像。X射線成像裝置主要有大型X射線機(jī)組、X射線數(shù)字減影(DSA)裝置、電子計(jì)算機(jī) 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(jī)、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像裝置 (SPECT)和正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像裝置(PECT)等。磁成像設(shè)備有共振斷層成像裝置(MR)。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(hào)的主要設(shè)備，如心電、腦電、肌電圖儀和多參量的監(jiān)護(hù)儀等正在實(shí)現(xiàn)小型化和智能化。通過(guò)體液了解生物化學(xué)過(guò)程的生物化學(xué)檢驗(yàn)儀器已逐步走向微量化和自動(dòng)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(jī)、60Co 治療機(jī)、體外碎石機(jī)、人工呼吸機(jī)等，小型的如：激光腔內(nèi)碎石機(jī)、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(jī)、監(jiān)護(hù)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，許多治療系統(tǒng)內(nèi)有診斷儀器或 1臺(tái)治療設(shè)備同時(shí)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(hù)儀，體外碎石機(jī)中裝備了進(jìn)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(jìn)行介入治療時(shí)，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(lái)進(jìn)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(guó)競(jìng)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)(PACS)為主。
在成像技術(shù)中生物磁成像是最新發(fā)展的課題，它是通過(guò)測(cè)量人體磁場(chǎng)，來(lái)對(duì)人體組織的電流進(jìn)行成像。
生物磁成像目前有二個(gè)方面。即心磁成像（可用以觀察心肌纖維的電活動(dòng)，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(dòng)、老年性癡呆和獲得性免疫缺陷綜合征的腦侵入，還可以對(duì)病損腦區(qū)進(jìn)行定位和定量）。
另一個(gè)世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展的高技術(shù)是信號(hào)處理與分析技術(shù)，其中包括心電信號(hào)、腦電、眼震、語(yǔ)言、心音、呼吸等信號(hào)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，目前世界各大國(guó)的科學(xué)家為此掀起了一個(gè)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(jī)理，將其成果應(yīng)用于研制智能計(jì)算機(jī)技術(shù)。運(yùn)用智能原理去解決各類實(shí)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。1985年美國(guó)研制出 256個(gè)神經(jīng)元的集成電路片，這引起各國(guó)的注意和投資熱，采用這一技術(shù)后，數(shù)據(jù)壓縮比可達(dá)88:1，而一般方法只能達(dá)到10:1，這對(duì)24小時(shí)心電記錄儀的換代作出了重要貢獻(xiàn)，同時(shí)也反映應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有其他技術(shù)難以達(dá)到的效果。
參考書目 顧方舟，中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展道路，見《中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)》，10(1)1～8，1991。
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