生物医学工程专业概论感想

生物医学工程概论论文

摘要生物医学工程（Biomedical Engineering,简称BME）是门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、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的一门综合性、高技术的学科。

关键词认知；生物材料；医学成像；生物医学光子学；生物医学信号处理；生物医学测量

1. 什么是生物医学工程

生物医学工程（BiomedicalEngineering,简称BME）是一门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、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的一门综合性、高技术的学科。是多种工程学科与生物医学相结合的产物。它要求把人体各个层次上的生命过程(包括病理过程)看作是一个系统的状态变化过程；把工程学的理论和方法与生物学、医学的理论和方法有机地结合起来去研究这类系统状态变化的规律；并在此基础上，应用各种工程技术手段，建立适宜的方法和装置，以最有效(目标的实现和经济成本)的途径，人为地控制这种变化．以达预定的目标。

2. 生物医学工程的研究领域

生物医学工程研究领域主要包括以下几个方面：生物力学，生物材料学，医学图像技术，生物系统的建模与控制，生物医学信号检测与传感器，生物医学信号处理，物理因子在治疗中的应用及其生物效应，人工器官等。

2.1 生物力学

生物力学是运用力学的理论和方法，研究生物组织和器官的力学特性，研究机体力学特征与其功能的关系。生物力学的研究成果对了解人体伤病机理，确定治疗方法有着重大意义，同时可为人工器官和组织的设计提供依据。生物力学的发展方向有两个大方向：微观层次发展：为生命体各基本层次建立本构关系或力学模型奠定基础；系统综合方向发展：即在对生物组织、体内流体研究基础上，建立各种人体器官(如心、肺、肝、耳、鼻等)的力学模型，进而设计各大系统(如呼吸、消化、循环、生殖等系统)的力学模型，从而为临床医学和生物医学工程学的发展提供一定的理论依据。

2.2 生物材料

生物材料用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料。这些材料包括金属、非金属

及复合材料、高分子材料等；目前轻合金材料的应用较为广泛。金属植入材料

是应用最早的生物医用材料,目前常见的植入金属材料主要为超低碳奥氏体不

锈刚、钴铬合金、纯钛和钛合金3类材料。生物材料有广泛的应用，如：应用

理想的医用骨粘合剂来固定骨折，甚至促进骨折的愈合。氧化锆陶瓷具有优良

的生物学性能，能作为股骨头替代材料，而且有希望作为牙种植基台。纳米级

羟基磷灰石材料有复合骨形态发生蛋白及诱导生成血管能力, 纳米羟基磷灰

石／羧甲基壳聚糖(N—HA／cMcTs)复合生物材料还可用来制备注射性软组织

填充剂等。胶原蛋白-硫酸肝素神经生物支架材料也有望用于神经损伤的修复。到2009年，SCI共收录生物材料类期刊22种。2005/2009-08，共收录了该领

域1 330篇中国著者(不包括台湾)文章，说明中国作者在该领域的研究非常活跃，也说明了生物材料的发展前景是十分美好的。

2.3 医学图像技术

医学影像是临床诊断疾病的主要手段之一，也是世界上开发科研的重点课题。医用影像设备主要采用 X射线、超声、放射性核素磁共振等进行成像。

2.3.1 X射线成像装置主要有大型X射线机组、X射线数字减影(DSA)

装置、电子计算机X射线断层成像装置(CT)；

2.3.2 超声成像装置有B型超声检查、彩色超声多普勒检查等装置；

超声成像设备是目前医院中仅次于投影X射线机使用得最频繁的成像设备。目

前临床上使用的超声成像系统基本上都是采用脉冲回波亮度调制方式成像(即

B型超声显像仪)。超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同

时又能提供人体断面实时的动态图像。因此广泛地用于心脏或腹部的检查。此外，我还得知我校的三维超声技术处于国内领先水平。

2.3.3 磁成像设备有核磁共振成像（MRI）系统，其主要优点有：无高

能（X－Ray）辐射，故安全、对人体无创可以对人体组织作出形态和功能的诊断；提供精细的解剖结构信息（MRI分辨率可达0.5mm；）获取人体的三维图像数据较容易（直接产生三维数据，无需重建）另外，它还可以在不注射造影剂的情况下显示血管影像。此外还有红外线成像和正在兴起的阻抗成像技术等。

2.3.5 光声成像技术是生物医学领域中新兴的无损检测技术，具有对

比度高、分辨率好、穿透能力强等优点有很大的应用前景。

2.4生物医学信号检测与传感器

生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等信息的信号进行检测和量化的技术。生物医学传感器是获取各种生物信息并将其转换成易于测量与处理的信号(一般为电信号)的器件，是生物医学信号检测的关键技术。主要有三大类：生物传感器，物理传感器，电化学传感器。其意义在于促进了生理量、生化量、生物量和各种生命现象检测方法的进展，对推动生命科学各领域的研究，以及对新型诊断、治疗方法与人体功能辅助器械的新发展都具有十分重要的作用。生物医学测量技术作为生物医学工程的一个重要组成部份，经历了数百年的变迁，在近30年取得飞跃进步，对医学以至于人类的生活产生了重要的影响。近几年迅速发展的虚拟仪器技术的迅速发展，构建不同于传统生物医学系统的虚拟式生物医学仪器系成为了可能这必然会对我国的医疗电子设备和仪器产业的发展产生重大影响。

2.5生物医学信号处理

生物医学信号处理的主要任务是根据生物医学的信号特点．应用信息科学的基本理论和方法．研究如何从被干扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息．并对它们进行分析、解释和分类。信号处理的领域是相当广泛而又深入的，已在不同程度上渗透到几乎所有的医疗卫生领域．从预防医学、基础医学到临床医学，从医疗、科研到健康普查，都已有许多成功的例子．如：心电图ECG 分析，脑电图，EEG分析，视网膜电图ERG分析，X光片处理，CT图像重建，健康