生物机械工程研究进展
基于机械工程的生物医学工程应用研究
基于机械工程的生物医学工程应用研究近年来，生物医学工程在医疗领域中的应用日益广泛。
其中，机械工程作为生物医学工程领域中的一个重要分支，在解决医学难题和改善人类健康方面发挥着重要的作用。
本文将探讨基于机械工程的生物医学工程应用研究，并从康复工程、仿生学和医疗设备技术三个方面进行阐述。
一、康复工程康复工程是基于机械工程的生物医学工程中的一个重要领域。
它致力于帮助行动不便的患者恢复运动功能，提高生活质量。
机械工程在康复工程中起到了关键作用。
例如，智能义肢是机械工程在康复工程中的重要应用之一。
通过对机械结构和材料的研究，智能义肢可以更精确地模拟人体运动，并提供更好的动作控制和支持。
通过结合传感器技术和控制算法，智能义肢不仅可以提供基本的运动功能，还能够感知外界环境，并做出相应的反应，使患者更加自如地进行日常活动。
此外，机械工程在康复工程中也被广泛应用于康复机器人的研发。
康复机器人可以辅助患者进行康复训练，提供准确的力度和运动轨迹控制，帮助患者恢复功能并减少康复过程中的疼痛。
通过机械工程的手段，康复机器人可以根据患者的个体差异和康复需求进行智能化调节，并逐步适应患者的康复进展，使康复过程更加有效和个性化。
二、仿生学仿生学是基于机械工程的生物医学工程中的一个重要研究领域。
它致力于通过模仿和借鉴自然界的生物结构和生物机理，设计和开发具有类似功能和性能的机械设备。
仿生学的概念源自生物学，但在应用上更多地借鉴了机械工程的原理和方法。
机械工程的研究手段为仿生学的发展提供了丰富的工具。
通过仿生学研究，科学家们设想并制造了各种仿生机器人和仿生器械。
例如，仿生手术机器人借鉴了人类手的结构和运动方式，通过机械结构和控制系统实现了高精度的手术操作。
这种手术机器人可以提供更稳定和精确的手术操作，并通过可调节的机械手指来适应不同尺寸和形状的组织。
在仿生学的研究中，生物材料的应用也占据着重要地位。
机械工程的材料学研究为生物医学领域的生物材料提供了理论支持和技术方法。
机械工程中的生物力学与生物医学工程研究
机械工程中的生物力学与生物医学工程研究近年来，生物力学和生物医学工程领域的研究在机械工程学科中日益重要。
生物力学研究了生物系统和生物体素之间的相互作用，而生物医学工程则将工程学科的原理和方法应用于医学领域。
这两个领域的结合为机械工程带来了许多新的研究方向和应用。
一、生物力学在机械工程中的应用生物力学是研究生物体内力学原理和力学效应的学科。
在机械工程中，生物力学的应用涉及到许多方面，如生物质材料的力学性能研究、生物体内力学仿真和生物体运动学分析等。
生物质材料的力学性能研究是机械工程中的重要研究方向之一。
生物质材料是指生物体内的组织和器官，如骨骼、软组织和细胞等。
通过研究生物质材料的力学性能，可以了解其在不同力学环境下的变形和应变行为，为设计和制造仿生材料和生物医学器械提供依据。
例如，研究骨骼的力学性能有助于了解骨骼的负荷传递机制和骨骼疾病的形成机理，为骨骼疾病的治疗和预防提供指导。
生物体内力学仿真是通过计算机模拟的方法研究生物体内力学效应的过程。
这种方法可以更好地理解和预测生物体在受力作用下的变形和应力分布，从而为生物医学工程的设计和优化提供指导。
例如，通过生物体内力学仿真可以分析心脏在不同负荷下的形态和功能变化，有助于研究心脏疾病的发生机理和制定相应的治疗方法。
此外，生物体运动学分析也是生物力学在机械工程中的应用之一。
生物体运动学分析是通过对人体运动的测量和分析，研究人体骨骼系统和肌肉系统的运动特征和机理。
这种分析方法可以用于设计和改进人机界面和辅助器具，并在康复和运动训练中提供指导。
例如，通过分析人体步态的运动学参数，可以评估步态异常和改善康复训练效果。
二、生物医学工程在机械工程中的应用生物医学工程是将工程学科的原理和方法应用于医学领域的学科。
在机械工程中，生物医学工程的应用涉及到医学影像技术、生物医学传感器和生物医学器械等方面。
医学影像技术是生物医学工程中的重要研究方向之一。
医学影像技术通过利用各种物理学原理和技术手段，对人体内部的结构和功能进行观察和诊断。
工程仿生学的最新研究进展与发现
工程仿生学的最新研究进展与发现工程仿生学是一门涉及生物学、物理学、机械学、电子学等多个领域的交叉学科，通过将生物现象、生物结构和生物机能的性能进行仿真，进而实现工程应用的目的。
工程仿生学已成为近年来科技进步中的重要领域，并且在不断的发展。
本文将就工程仿生学的最新研究进展与发现进行深入探讨。
1.仿生机器人技术仿生机器人是一种新型的机器人，它可以从生物身上得到灵感，从而设计出具备相应功能的机器人。
在仿生机器人的领域中，科学家们通过对昆虫、鸟类等动物的研究，设计了很多类似它们的机器人系统。
比如，科学家们设计的能够像蚂蚁一样行动的仿生机器人，可以在极端环境下执行任务。
还有像鸟类一样具有自主飞行能力的仿生机器人系统，可以在构建智能无人机系统等领域发挥重要作用。
因此，可以看出仿生机器人技术在实现智能自主行动、环境探索等方面有着非常广泛的应用。
2.仿生材料技术仿生材料技术是通过对生物材料的结构分析以及材料组成研究，制造出与生物材料类似的新型材料，它与传统材料相比具有较优异的物理、化学及生命力学性能，并能更好地适应人的环境需求。
仿生材料技术的发展将深刻影响各种工程领域，包括石油、能源、航空、汽车等行业，开创出了众多新材料的发现。
3.仿生制造技术仿生制造技术是以生物体作为数字模型，并将其传输到计算机中进行模拟和优化，通过数字制造技术进行成型，制造出一些类生物的3D打印件，实现对物质能量变换的最优利用，进而生产高耐用耐用的产品。
例如，仿生制造技术可以帮助生产出更为舒适的汽车座椅，更有利于减小乘客的坐姿对身体的负担，同样在生产军事设备、医疗器械、人造智能等领域中也有很好的应用。
4.仿生智能技术仿生智能技术是将生物神经网络中的算法应用到人工智能系统中，以实现智能化的目的。
例如，仿生智能可以通过生物视觉、嗅觉等实现对环境的感知，通过神经网络模拟人脑的思维，实现对环境的判断和决策。
因此，仿生智能技术在开发自动驾驶技术、智能家居、智能医疗等领域有很大的应用前景。
仿生学在机械工程中的应用研究
仿生学在机械工程中的应用研究导言：随着科技的不断发展，人们对于仿生学的兴趣与研究也日益增加。
仿生学是研究自然界中生物结构、功能和生理过程，从而将其应用于工程领域的学科。
在机械工程中，仿生学的应用越来越受到关注，并且取得了一系列重要的研究成果。
本文将详细探讨仿生学在机械工程中的应用研究，并探讨未来的发展方向。
第一部分：仿生学的基础理论1.1 生物结构与功能生物结构与功能是仿生学研究的核心内容之一。
通过深入了解生物的形态结构、生理功能以及适应环境的能力，我们可以将这些特性应用于机械工程中。
例如，鸟类的飞翔机理启发了飞机的设计，鲨鱼的皮肤纹理为减阻提供了灵感。
1.2 生物力学生物力学是研究生物体内部和外部受力情况的学科。
通过对生物体力学原理的研究，我们可以开发出更加高效、稳定的机械结构。
例如，利用蜘蛛丝的强韧性能，科研人员研发出了一种强度极高、柔韧性可调节的合成纤维。
1.3 智能感知与控制智能感知与控制是仿生学在机械工程中的重要应用之一。
借鉴生物体呈现出的高度智能的特性，我们可以开发出智能传感器和自适应控制系统，提升机械设备的性能和可靠性。
例如，蚁群算法模型被广泛应用于优化问题的解决，提高了机械系统的效率。
第二部分：仿生学在机械工程中的具体应用2.1 仿生机器人仿生机器人是将仿生学原理应用于机器人技术的研究领域。
通过模仿生物体的结构与功能，仿生机器人可以实现更加智能化、灵活化的操作。
如今，仿生机器人已经广泛应用于救援、探测、制造等领域。
例如，基于昆虫的仿生机器人项目已经成功应用于无人飞行器和生物监测设备。
2.2 智能材料与结构智能材料与结构是仿生学在机械工程中的重要应用之一。
通过探索生物体的材料特性和结构组织原理，科研人员可以研发出具有多功能特性的智能材料。
这些材料可以在机械工程领域中应用于传感、检测、变形等多方面。
例如，通过研究蜻蜓翅膀的微结构，研究人员制造出了具有自清洁功能的纳米材料。
2.3 水下机器人水下机器人是仿生学在机械工程领域中的重要应用之一。
机械工程中的生物力学研究
机械工程中的生物力学研究引言：机械工程与生物学的结合，促进了生物力学在工程领域的研究与应用。
本文将探讨机械工程中的生物力学研究，以及对于人类生活的影响和应用领域的发展。
第一部分：生物力学的定义和意义生物力学是研究生物体运动过程中的力学原理的学科。
它结合了力学、解剖学、生物力学和工程学等多个学科的理论与方法，旨在揭示生物体在各种力作用下的运动、变形和稳定性等现象。
生物力学在机械工程中具有重要的意义。
它可以帮助机械工程师更好地理解和模拟人体运动，为设计和优化机械结构提供基础数据和指导。
同时，生物力学的研究成果也可以应用于医疗器械的设计和康复工程等领域，为人类的生活和健康带来积极的影响。
第二部分：生物力学在人体运动分析与仿真中的应用生物力学在机械工程中的一个重要应用领域是人体运动分析与仿真。
通过建立生物力学模型和运动捕捉技术，研究人体骨骼、关节和肌肉等机械结构的运动特性，可以精确测量和分析人体运动，为运动医学、体育训练和人机交互等领域提供科学依据。
以跑步为例，研究者可以通过使用运动捕捉系统来记录运动员的步态数据，结合生物力学模型进行运动分析。
通过分析双腿的步频、步幅和脚着地方式等参数，可以了解运动员的跑步技术和潜力，为制订个性化的训练计划提供参考。
第三部分：生物力学在人工器官和假肢设计中的应用生物力学的研究成果在人工器官和假肢设计中也具有重要的应用价值。
例如，通过研究肌肉和关节等生物力学特性，可以改进人工臂、腿等假肢的设计，使其更符合人体运动的要求，提高使用者的运动效率和舒适度。
此外，生物力学的研究还可用于人工心脏和人工骨骼等器官的开发。
通过模拟人体的生物力学环境，研究者可以评估人工器官与生物体的相容性和适应性，优化设计，提高器官的生物力学性能和使用效果。
第四部分：生物力学在康复工程中的应用生物力学在康复工程中也发挥着重要作用。
通过研究运动与康复的关系，机械工程师可以设计和制造出适用于康复训练的机械装置和辅助设备。
机械工程在生物领域的应用
机械工程在生物领域的应用机械工程作为一门应用学科，在生物领域的应用愈发广泛。
随着科技的不断进步和人类对生命科学的深入研究，机械工程在生物领域的应用越来越受到人们的关注。
本文将从机械工程专业的角度讲述机械工程在生物领域的应用，并结合实际案例来探究机械工程在生物领域的价值。
一、1.生物力学生物力学研究的是机械力在生物体内的作用及其变形反应。
例如，将骨骼建模成具有各种的边界条件和受力状态，然后进行力学分析，可以得到骨头的刚度、弹性模量、材料断裂强度等信息。
利用生物力学，可以对人体运动、骨骼和关节的运动、心血管系统和呼吸系统的功能等进行研究。
2.仿生工程仿生学研究的是仿制自然界的生物结构和功能，将其应用于工程设计中。
目前，仿生工程已被广泛应用于空气动力学、生命科学、机械工程、材料科学等领域。
例如，莎士比亚气动车形式便来源于轻便的鳄鱼和飞鸟生理结构，而Shinkansen高速列车的结构设计则是向鸟类的流线型学习而来。
非常著名的就是大名鼎鼎的仿生机器人，将生物学的机制和运动特性与机器人学结合起来，创造出有助于人类生活的机器人，像是仿照昆虫和动物笔直撑起的四肢独立行动的类机器人等等。
3.微机电系统（MEMS）微机电系统(MEMS)是一种组合了机、电、光、热等技术的微型集成系统。
它具有结构小、重量轻、功耗低、响应速度快等优点，目前已广泛应用于生物领域。
例如，MEMS传感器用于生物医学学科，是肝纤维化、肿瘤标志物检测、神经强度检测等领域的关键技术。
另外，MEMS在缩小样品的情况下具有极高的检测效率，可以使测试精度提高数倍。
这种新型系统的出现，提供了各种新颖的接口和与生物学科学的融合，展示了基于“小个体物理学”和微结构制备技术对生物科学研究的巨大作用。
二、机械工程在生物领域的案例以内窥镜手术举例，展示机械工程在生物领域的应用。
内窥镜手术无需开放病人，减少了创口、疼痛，术后恢复快，已成为外科疾病治疗中的主要手段。
内窥镜临床使用的发展历程中，机械工程带来重要的科技支撑。
机械工程在生物医学工程中的应用研究
机械工程在生物医学工程中的应用研究引言：近年来，生物医学工程领域的迅速发展为疾病的治疗和诊断带来了许多创新。
机械工程作为一门关于机械设备及其应用的学科，也在生物医学工程中扮演着重要的角色。
本文将探讨机械工程在生物医学工程中的应用研究，涉及到的方面包括生物医学制造、生物医学影像学和生物医学装置等。
生物医学制造：生物医学制造是机械工程在生物医学工程中的一个重要领域。
随着技术的进步，生物医学制造的研究对于改善生物医学器械的性能和效果具有重要意义。
1. 自动化生物制造：自动化生物制造是机械工程在生物医学工程中的重要应用之一。
通过自动化技术，可以实现生物医学制造过程的智能化和高效化。
常见的应用包括生物医学药品的批量生产和生物医学器械的自动装配等。
2. 生物医学材料的研究：机械工程在生物医学领域中还可以应用于生物医学材料的研究。
生物医学材料是指用于修复、替代或增强人体组织的材料，例如人工关节和心脏瓣膜。
机械工程师可以设计和制造具有特定特性的生物医学材料，以满足临床应用的需求。
生物医学影像学：生物医学影像学是通过各种影像技术获取和分析人体内部结构和功能的学科。
机械工程在生物医学影像学中的应用主要涉及图像重建和图像处理。
1. 图像重建：图像重建是生物医学影像学中的一个重要环节。
它通过将接收到的信号转化为可视化的图像，以便医生对人体进行诊断和治疗。
机械工程师可以设计和改进图像重建算法，提高图像的质量和分辨率。
2. 图像处理：在生物医学影像学中，图像处理是为了提取和分析影像中的有用信息。
机械工程师可以使用数学和计算机技术，开发出有效的图像处理算法，帮助医生准确地识别疾病和异常。
生物医学装置：生物医学装置是指用于医疗诊断、治疗和康复的设备。
机械工程在生物医学装置中的应用主要涉及设计和制造。
1. 医疗诊断装置：随着医学技术的不断发展，医疗诊断装置在医疗实践中起着至关重要的作用。
机械工程师可以参与医疗诊断装置的设计和改进，以提高其准确性和可靠性。
机械设计中的仿生学与生物机械工程
仿生机械的结构设 计：根据仿生对象 的结构和功能，设 计出符合仿生原理 的机械结构，如关 节、肌肉、骨骼等。
仿生机械的控制系 统：采用先进的控 制技术和算法，实 现仿生机械的智能 控制和自主运动。
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仿生机器人的定义：模仿生物结 构和功能的机器人
仿生机器人的设计原理：基于生 物力学、生物控制和生物材料等 学科
目标：生物机械工程的目标 是通过模仿生物系统的特性 和功能，设计出更智能、高 效、环保的机械系统。
定义：生物机械工程是研究如 何将生物系统的原理和功能应 用于机械设计中的学科。
发展历程：生物机械工程起 源于20世纪60年代，随着
对生物系统研究的深入，逐 渐发展成为一门独立的学科。
应用领域：生物机械工程广泛 应用于医疗、环保、能源、交 通等领域，如仿生假肢、仿生 无人机、仿生太阳能电池等。
仿生机械的制造：采用先进的制造技术，如 3D打印、激光切割等，制造出高性能的仿生 机械设备。
仿生机械的材料选 择：根据仿生对象 的特性和需求，选 择合适的材料，如 金属、塑料、陶瓷 等。
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仿生机械的制造工 艺：采用先进的制 造工艺，如3D打 印、激光切割、精 密铸造等，以实现 仿生机械的高精度 和高性能。
汇报人：XX
仿生学定义：模 仿生物结构和功 能的科学
起源：古希腊时 期，亚里士多德 对动物的研究
发展历程：从简 单模仿到深入研 究生物结构和功 能
应用领域：广泛 应用于工程、医 学、建筑等领域
仿生学的定义： 模仿生物结构和 功能的科学
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仿生学的原理： 通过观察和研究 生物的结构和功 能，寻找解决问 题的灵感和方法
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仿生学的技术： 包括生物模拟、 生物模拟计算、 生物模拟设计等
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2005年11月第7卷第11期中国工程科学Engineering ScienceNov.2005Vol 17No 111专题报告[收稿日期] 2005-05-19;修回日期 2005-07-02[作者简介] 王裕清(1952-),男,湖北松磁县人,河南理工大学教授生物机械工程研究进展王裕清(河南理工大学,河南焦作 454000)[摘要] 论述了生物机械工程的重要意义、研究现状、发展趋势、存在问题及对策,旨在推动我国生物机械工程的研究和学术地位的确立,推动生物医学工程学的进步,提高人民的健康水平。
[关键词] 生物机械;生物机械工程学;研究进展[中图分类号]R318;Q81 [文献标识码]A [文章编号]1009-1742(2005)11-0012-05 生物机械工程(biomechamical engineering )是生物医学工程学的重要组成部分,它利用现代生物学、医学、工程学、信息科学与技术的理论和方法,研究、创造新材料、新技术、新仪器设备,用来治疗、康复、保健,保障人民健康,提高医疗水平,是推动现代医学进步的一门新兴交叉学科,同时也是一门边缘学科。
该学科的研究内容涉及生物学、医学、生物力学和生物流变学、材料学、机械学、仿生学、电子学、计算机与信息科学、控制理论等,其中人体适用材料、人工器官、医疗器械、远程诊疗系统、运动与康复机械、医用与仿生机器人等内容的研究、设计、制造都与机械工程密切相关。
笔者就生物机械工程的研究现状、意义、发展趋势、存在问题及对策等做了论述,旨在推动生物机械工程学科的研究及其重要地位的确立,推动生物医学工程学的进步并取得更多的推广应用成果,实现经济和社会效益最大化。
1 生物机械工程的研究现状及其意义国外在生物机械工程方面的研究起步较早,许多研究成果已进入实用化阶段。
目前,美国、日本及欧洲一些国家在该领域的研究处于领先地位,许多发达国家在高等院校、科研机构建立了有关生物医学工程学的教学系、科和研究机构。
日本政府从2002年度实施“纳米医疗器械开发计划”;同年秋,日本冈山大学医学系的科研人员宣布,他们已经研制出一种可以置入人体内部的小型人工肺,开发毫米级的内窥镜等各种微型医疗器械,力争5～10年后达到实用化水平。
在美国有近百所高校设立了生物医学工程专业。
近年来,美国一改传统冠心病手术方案,在植入心脏的金属动脉包裹一层特殊的药膜,以预防心脏冠状动脉阻塞的复发。
许多国家成立了各种有关的学术团体,组织学术交流、创办科技刊物。
国际上组建了多国联合的学术组织,如国际生物医学工程联合会(IFMB E ),有100多个成员国。
世界生物机械委员会(WCB )从1990年开始每4年举办一次国际学术会议,迄今已举办3届[1]。
1980年以来,日本出版了《° ∏ 概说》(生物机械概论)、《生 机械工学》等著作[2],并有大量的研究成果发表。
由于这些国家重视生物机械工程方面的研究,给他们的国家带来了巨大的经济效益。
比如20世纪90年代,全球经济衰退,但医疗器械产品却被广泛看好。
该时期美国整个经济增长率基本上是零,而医疗器械工业却增长6%～7%,销售增长率为5%;西欧经济增长也举步维艰,而医疗器械工业增长率却在3%以上,销售增长率为611%;日本医疗器械工业增长率达8%,销售增长率为813%。
目前,我国医疗器械市场主要依赖进口,年销售额已达550亿元。
生物机械工程学的诞生和发展有力地推动了医学科学的进步,加速了医学科学的现代化,显著提高了医疗和诊断水平,因此,机械科学与生物学、医学的结合,是符合现代科学技术的发展规律和发展方向的[3]。
我国于1980年建立中国生物医学工程学会,相继成立了有关专业分会。
2001年,中国残联开展“长江新里程”计划,使肢体残疾者像正常人一样行走。
目前,我国已有相当一批高校、科研单位建立了有关生物医学工程的所、系、科室,从事该领域的科学研究和教学工作,有些高校专门成立了生物工程学或生命科学学院,可见在我国也已经引起重视。
但由于多方面因素的限制,我国生物医学工程在大多数领域仍落后于国际先进水平,尤其是在生物机械工程方面。
以心脏起搏器为例,由于受经济发展水平的制约,现在国内每百万人年植入仅8台,而美国为300～400台。
目前尚未发现全面介绍这方面内容的文献。
国内多数先进的医疗设备、仪器、器械均需要进口,花大量外汇,严重制约了我国医疗事业的发展,影响医疗水平和人民健康水平的提高。
国际上很早就非常重视生活质量。
随着我国人民生活水平的提高,人们也开始关注自身的健康问题,对医疗水平和生活质量提出了更高的要求。
先进的治疗手段、人工器官的移植、运动与康复机械和医用与仿生机器人的使用将会愈来愈普遍。
因此,大力推动生物机械工程的研究与开发,将大大促进生物工程、生物医学工程学科的建设与发展,对提高我国医疗保健水平、保障人民健康、提高生活质量等将产生深远的影响,具有重大的社会和经济效益。
2 生物机械工程主要研究领域与发展趋势[3,4] 中国有句古话:工欲善其事,必先利其器。
现代医学科学的发展也不例外。
公元前500年,当时人们只能用肉眼观察研究人体的解剖结构。
17世纪发明了光学显微镜,推动了解剖学向微观层次发展,出现了细胞学研究。
这时人们不但可以了解人体解剖的变化,而且可以进一步观察细胞形态结构的变化,随之诞生了组织学。
光学显微镜的出现使医学的研究提高到细胞形态学水平。
由于普通光学显微镜的分辨率只有数个微米,只能观察细胞的形态变化,而像病毒以及细胞的各种显微结构,如核结构、DNA等大分子结构,光学显微镜就不能分辨了。
20世纪60年代出现了电子显微镜,使人们的视力达到能看到千分之一微米的微小个体,可以观察研究细胞的超微结构。
由此可见,光学显微镜、电子显微镜都是光学、精密机械、电子学等研究的成果,它们对推动医学的发展起了重要作用。
在影像学诊断方面,20世纪50年代X光透视和摄片是临床常用的诊断方法。
今天,由于CT、核磁共振等现代化医学工程技术的出现和应用,使影像学诊断水平出现了飞跃,极大地提高了临床诊断水平。
这些都说明影像学诊断水平的不断提高与生物机械、临床医学工程学的发展密切相关。
在心脏外科,20世纪50年代风湿心瓣膜病愈后不良;医生治疗风湿心瓣膜病,除了应用抗风湿药物、强心药物对症治疗以外,对瓣膜的病损很难改善。
而今天有了人工心肺机和体外循环技术,医生可在心脏停止跳动的情况下切开心脏,进行瓣膜、房室间隔破损的修补和人工心脏瓣膜置换。
心外科所以能达到今天的水平,主要是由于人工心肺机的问世和体外循环技术的应用,这同样与生物机械工程有密切关系。
肾功能衰竭、尿毒症病人愈后不良,如今有了人工肾血液透析,能在很长时间里维持肾病终期病人的生命。
人工肾实际上是一个模拟肾功能的医疗仪器,有了它,临床挽救了不少肾病终期病人的生命,使肾病治疗学有了很大的进步。
现代生物医学工程中人工器官的发展非常迅速。
到目前为止,人体各种器官,除了大脑不能用人工器官代替之外,其余的各个器官都存在着用人工器官替代的可能;人工肺、人工肝及人造子宫等的问世,使科学家对人工器官的研制更加充满信心。
在其他方面,如超声医学、激光医学、核医学、医用机器人与远程诊疗系统、康复医学等先进的医疗技术和仪器都是医学与工程学,其中包括生物机械工程学相结合研究发展的成果。
由此可见,先进的医疗仪器、技术都与生物机械工程的研究成果有关,由于临床工程的发展,显著提高了临床医学诊断和治疗水平,有力地促进了医学科学的发展。
可以说,现代医学的发展史就是用生物医学工程武装的医学发展史。
因此,生物机31第11期王裕清:生物机械工程研究进展 械工程在现代医学发展中占有重要地位。
科学发展到现在,学科与学科之间的综合、交叉在不断扩展和深化,新兴边缘学科不断涌现,研究领域已经突破了传统的学科界线,任何一个学科都已不能孤立存在和发展。
对学科领域之间相互作用关系的认识和协调关系的建立,把握住影响和带动学科发展的重要领域,对于生物机械工程的发展具有重大的意义。
生物机械工程涉及面广,信息量大,发展迅速,但是,按其最终研究目标,可将其分为生物医学材料、人工器官与人工肢体、远程诊疗系统、运动与康复机械、医疗器械、医用机器人等几个主要方面。
211 生物医学材料(biomaterial)生物医学材料是指用来制作各种人工器官和与人体生理环境相接触的医疗用具和制品的材料,它为医学的发展提供了丰富的物质基础。
对生物材料的要求包括:优越的生物相容性、亲水性、润滑性、防组织粘附性、抗炎性、抗凝性,可使细胞在材料表面生长,恢复病变组织的功能、免疫识别能力、生物催化活性、化学稳定性与天然组织相适应的物理机械性能等等。
主要类型有:天然高分子材料,金属与合金材料,无机非金属材料,杂化材料与复合材料等。
国内外生物材料开发研究的主要趋势是提高生物材料的生物相容性,研究开发出生物相容性更好、更能适应人体生理需要的新材料。
利用分子设计学方法和仿生学,根据需要设计、研制具有特定功能的材料,发展仿生高性能工程材料,最终达到材料本身具有生命性质而与生命体产生生物性结合的目的。
212 人工器官与人工肢体(artifcial organ and limb)人工器官和人工肢体的实质是一种能模拟自然器官功能的机械装置。
当人体自然器官和肢体因为病伤不能用常规的方法救治时,现代医疗技术有可能给病人置换上一个人工制造的器官和肢体,取代(或部分取代)病损器官和肢体的功能,恢复病人的健康,挽救病人的生命。
人体除大脑外,其他多数器官都在进行人工制造的研究,而且不同程度地取得了进展,有的已成功地用于临床,如人工心脏瓣膜、人工血管、人工心肺机、人工血液、人工肾、人工肝、人工胰、人工关节、人工心脏及辅助循环(见封面图)、人工耳蜗、人工皮肤、人工肢体以及人造子宫,等等。
据报载,经过20多年的努力,我国人工肝基础研究和临床研究取得多项进展,人工肝已成为我国肝病治疗中发展最为迅速的领域之一,有望成为重型肝炎和肝衰竭的最有效和最常用的治疗方法。
2002年《科学时报》报道了俄罗斯已经开发出可辨别仪器质量的电子舌头。
人工器官和人工肢体发展的总趋势是,由体外型向体内型过渡,由大型向小型化、微型化发展,由暂时应用向永久替代置换、长期应用发展,功能逐步完善,可靠性不断提高。
从分子水平上获得的人工器官与生物体相互作用机理较全面的认识,从分子水平上实现人工器官表面结构的设计、控制,使之逐步生物化,并逐步实现较高度的功能性生物相容性,研制具有优良表面和整体性能的人工器官。
213 远程诊疗系统(telemedicine)远程诊疗系统始于20世纪50年代,是计算机硬件技术、网络通信技术和现代医疗技术的有机融合,它通过摄像机、显微镜、计算机等硬件设备、网络系统和信息接受设备,使异地之间进行有关医学诊断、治疗、护理、咨询以及教育等方面的信息和数据传递,使医疗资源共享,既可以为偏远地区的患者提供医疗服务,降低医疗成本,也可以作为医生之间进行交流及培训的工具,逐步改变人们的生活、工作方式和传统的医疗模式,已成为国际上广泛关注的跨学科高科技,如医用机器人计算机辅助外科手术的研究;如图像处理、信号传递、精密机械和外科手术的结合。