本文作者：盧文婷 單位：南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院

生物醫(yī)學(xué)工程(biomedicalengineering,BME)是20世紀(jì)50年代形成的一門獨(dú)立的邊緣科學(xué)，現(xiàn)代醫(yī)療器械則是這一新興學(xué)科的產(chǎn)品形式。它是工程技術(shù)向醫(yī)學(xué)科學(xué)滲透的必然結(jié)果。20世紀(jì)50年代以來，心腦血管疾病、癌癥、糖尿病等現(xiàn)代文明流行病開始威脅人類健康。因此，醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)一步完善和發(fā)展不是以定性觀察、現(xiàn)象歸納為方法學(xué)特征的醫(yī)學(xué)本身所能解決的，它必須和以定量觀測(cè)、系統(tǒng)分析為方法學(xué)特征的工程科學(xué)相結(jié)合，并綜合運(yùn)用各種已有的和正在發(fā)展的高新技術(shù)，才有可能逐步解決這些問題。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程已成為生命科學(xué)的重要支柱，是21世紀(jì)最具有潛在發(fā)展優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)先科技之一[1]。

1、什么是生物醫(yī)學(xué)工程？

1.1含義

生物醫(yī)學(xué)工程是一個(gè)新興的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，其內(nèi)涵是：工程科學(xué)的原理和方法與生命科學(xué)的原理和方法相結(jié)合以認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)的“定量”規(guī)律，并用以維持、改善、促進(jìn)人的健康。“生物醫(yī)學(xué)工程”這個(gè)詞匯蘊(yùn)含了三個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的相互影響：生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程是綜合生命科學(xué)和工程技術(shù)的理論、方法、手段,研究人類及其他生命現(xiàn)象結(jié)構(gòu)功能的理、工、醫(yī)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科，是多種工程技術(shù)學(xué)科向生命科學(xué)滲透和相互交叉的結(jié)果,并已成為生命科學(xué)的重要支柱。生物醫(yī)學(xué)工程是應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)，主要服務(wù)于人類疾病的診斷、預(yù)防、監(jiān)護(hù)、治療及保健、康復(fù)等方面；生物醫(yī)學(xué)工程的主要研究任務(wù)是利用工程技術(shù)手段解決醫(yī)學(xué)診斷、治療和信息化管理等問題，為醫(yī)學(xué)提供高技術(shù)含量的現(xiàn)代醫(yī)療裝備。

1.2內(nèi)容與領(lǐng)域

生物醫(yī)學(xué)工程的研究?jī)?nèi)容可分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面。基礎(chǔ)研究，包括生物力學(xué)、生物控制、生物效應(yīng)、生物系統(tǒng)的質(zhì)量和能量傳遞、生物醫(yī)學(xué)信息的提取與處理、生物材料學(xué)、生物系統(tǒng)的建模與仿真、各種物理因子的生物效應(yīng)等;應(yīng)用研究，直接為醫(yī)學(xué)服務(wù)，包括生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與傳感技術(shù),生物醫(yī)學(xué)信息處理技術(shù),醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù),人工器官、醫(yī)用制品和儀器,康復(fù)與治療工程技術(shù)等。后者是醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域中最主要的內(nèi)容之一，它的成果直接推動(dòng)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，效果最明顯、最迅速,所以特別受醫(yī)學(xué)工程人員和醫(yī)生的重視。

2課程安排

根據(jù)我國(guó)《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，生物醫(yī)學(xué)工程高技術(shù)專項(xiàng)將按照當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，重點(diǎn)發(fā)展醫(yī)療影像設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備、腫瘤物理治療設(shè)備等11大類產(chǎn)品,強(qiáng)化新型醫(yī)用植入器械和人工器官、數(shù)字化與智能化醫(yī)療裝備、可生物降解醫(yī)用高分子及藥物控釋載體、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。針對(duì)這一方向，我們將設(shè)定14次課，分別介紹各項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品或領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展，讓學(xué)生對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科有個(gè)整體的了解和認(rèn)識(shí)。課程設(shè)置如下[2]：

1.生物醫(yī)學(xué)工程概況：介紹生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科概況、發(fā)展歷程、學(xué)科內(nèi)容、工程分支，以及國(guó)內(nèi)外高校建設(shè)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的情況。

2.組織工程學(xué)：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)的原理,吸收現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、材料與工程學(xué)等學(xué)科的科研精華,在體內(nèi)或體外構(gòu)建組織和器官,以維持、修復(fù)、再生或改善損傷組織和器官功能,是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后,生命科學(xué)發(fā)展史上又一新的里程碑,標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將走出器官移植的范疇,步入制造組織和器官的新時(shí)代。目前組織工程已經(jīng)成為再生醫(yī)學(xué)研究和發(fā)展的核心與主要方向。

3.生物材料學(xué)：研究與生物體（特別是人體）組織、血液、體液相接觸或作用時(shí)，不凝血、不溶血、不引起細(xì)胞突變、畸變和癌變，不引起免疫排異和過敏反應(yīng),無毒、無不良反應(yīng)的特殊功能材料。許多重點(diǎn)院校和科研單位都成立了相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)，從事生物材料及制品的開發(fā)研究，在天然高分子和合成高分子、無機(jī)和金屬生物材料研究方面均取得了舉世公認(rèn)的成果。

4.人工器官：主要研究人體組織與器官的再生、修復(fù)與替代。人工器官在臨床上的應(yīng)用，挽救了不少垂危的生命，為臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展開拓了新途徑。目前人工器官的研究和應(yīng)用已基本遍及人體全身。

5.生物傳感器技術(shù):使用固定化的生物分子結(jié)合換能器,用來偵測(cè)生物體內(nèi)或體外的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)或與之起特異性交互作用后產(chǎn)生響應(yīng)的技術(shù)。目前,生物傳感器正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展:①向高性能、微型化、一體化方向發(fā)展；②生化檢測(cè)的智能化系統(tǒng)；③仿生生物學(xué)的發(fā)展。

6.生物系統(tǒng)的建模與仿真：對(duì)生物體在細(xì)胞、器官和整體等各層面的參數(shù)及其相互關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，并用計(jì)算機(jī)求解該模型以分析和預(yù)測(cè)各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制和狀態(tài)。研究領(lǐng)域涵蓋生物力學(xué)、復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的建模與仿真等領(lǐng)域，主要采用計(jì)算力學(xué)、圖形圖像分析和數(shù)學(xué)建模等方法，對(duì)生物醫(yī)學(xué)中的科學(xué)問題進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模和分析。

7.生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)與處理幾乎成為了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科共同的研究方向。從生物體中獲取各種生物醫(yī)學(xué)信息，并將其轉(zhuǎn)換為易于檢測(cè)和處理的電信號(hào)。

8.醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù)：研究如何將人體有關(guān)生理、病理的信息提取出來并顯示為直觀的圖像、圖形方式，或?qū)σ延械尼t(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析處理，為疾病的早期診斷和治療提供了可能性,也為臨床診斷引入了新的概念。

9.數(shù)字化X射線影像技術(shù)及設(shè)備：數(shù)字化X射線影像技術(shù)現(xiàn)已成為臨床診斷的最主要手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括:直接數(shù)字化平面X射線影像技術(shù);數(shù)字化X射線三維影像技術(shù);低劑量CT、容積CT等。

10.磁共振影像技術(shù)及設(shè)備：磁共振影像是檢測(cè)人體解剖、生理和心理信息的多因素、多層面和多對(duì)比度成像設(shè)備。

11.核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)及設(shè)備：核醫(yī)學(xué)成像是對(duì)放射性核素標(biāo)記化合物的體內(nèi)生化過程成像的裝備,是目前能夠在臨床應(yīng)用的最主要的分子成像手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù)：?jiǎn)喂庾訑鄬映上?SPECT)技術(shù)和系統(tǒng)、正電子發(fā)射(PET)影像技術(shù)和系統(tǒng)、PET與CT融合技術(shù)等。

12.數(shù)字化超聲波成像技術(shù)及設(shè)備：超聲成像設(shè)備在四大影像設(shè)備中使用最為廣泛。目前重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)包括：多波束成像技術(shù)、諧波成像技術(shù)、多角度復(fù)合成像技術(shù)、三維成像技術(shù)、電容式微機(jī)械超聲換能器、彩色超聲成像設(shè)備系統(tǒng)、數(shù)字黑白超聲影像設(shè)備等。