本文作者：盧文婷 單位：南方醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程學院

生物醫(yī)學工程(biomedicalengineering,BME)是20世紀50年代形成的一門獨立的邊緣科學，現(xiàn)代醫(yī)療器械則是這一新興學科的產(chǎn)品形式。它是工程技術向醫(yī)學科學滲透的必然結果。20世紀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)學科學的進一步完善和發(fā)展不是以定性觀察、現(xiàn)象歸納為方法學特征的醫(yī)學本身所能解決的，它必須和以定量觀測、系統(tǒng)分析為方法學特征的工程科學相結合，并綜合運用各種已有的和正在發(fā)展的高新技術，才有可能逐步解決這些問題。生物醫(yī)學工程學科應運而生。當前生物醫(yī)學工程已成為生命科學的重要支柱，是21世紀最具有潛在發(fā)展優(yōu)勢的領先科技之一[1]。

1、什么是生物醫(yī)學工程？

1.1含義

生物醫(yī)學工程是一個新興的多學科交叉領域，其內(nèi)涵是：工程科學的原理和方法與生命科學的原理和方法相結合以認識生命運動的“定量”規(guī)律，并用以維持、改善、促進人的健康。“生物醫(yī)學工程”這個詞匯蘊含了三個專業(yè)領域的相互影響：生物學、醫(yī)學和工程學。生物醫(yī)學工程是綜合生命科學和工程技術的理論、方法、手段,研究人類及其他生命現(xiàn)象結構功能的理、工、醫(yī)相結合的新興交叉學科，是多種工程技術學科向生命科學滲透和相互交叉的結果,并已成為生命科學的重要支柱。生物醫(yī)學工程是應用基礎科學，主要服務于人類疾病的診斷、預防、監(jiān)護、治療及保健、康復等方面；生物醫(yī)學工程的主要研究任務是利用工程技術手段解決醫(yī)學診斷、治療和信息化管理等問題，為醫(yī)學提供高技術含量的現(xiàn)代醫(yī)療裝備。

1.2內(nèi)容與領域

生物醫(yī)學工程的研究內(nèi)容可分為基礎研究和應用研究兩個方面。基礎研究，包括生物力學、生物控制、生物效應、生物系統(tǒng)的質(zhì)量和能量傳遞、生物醫(yī)學信息的提取與處理、生物材料學、生物系統(tǒng)的建模與仿真、各種物理因子的生物效應等;應用研究，直接為醫(yī)學服務，包括生物醫(yī)學信號檢測與傳感技術,生物醫(yī)學信息處理技術,醫(yī)學成像與圖像處理技術,人工器官、醫(yī)用制品和儀器,康復與治療工程技術等。后者是醫(yī)學工程研究領域中最主要的內(nèi)容之一，它的成果直接推動醫(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)學工程人員和醫(yī)生的重視。

2課程安排

根據(jù)我國《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，生物醫(yī)學工程高技術專項將按照當代生物醫(yī)學工程技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，重點發(fā)展醫(yī)療影像設備、醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)及設備、腫瘤物理治療設備等11大類產(chǎn)品,強化新型醫(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)護和遠程診療系統(tǒng)等領域的創(chuàng)新能力。針對這一方向，我們將設定14次課，分別介紹各項技術產(chǎn)品或領域的現(xiàn)狀和發(fā)展，讓學生對生物醫(yī)學工程學科有個整體的了解和認識。課程設置如下[2]：

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

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

3.生物材料學：研究與生物體（特別是人體）組織、血液、體液相接觸或作用時，不凝血、不溶血、不引起細胞突變、畸變和癌變，不引起免疫排異和過敏反應,無毒、無不良反應的特殊功能材料。許多重點院校和科研單位都成立了相應的研究機構，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、無機和金屬生物材料研究方面均取得了舉世公認的成果。

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

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

6.生物系統(tǒng)的建模與仿真：對生物體在細胞、器官和整體等各層面的參數(shù)及其相互關系建立數(shù)學模型，并用計算機求解該模型以分析和預測各種條件下生物系統(tǒng)運行的機制和狀態(tài)。研究領域涵蓋生物力學、復雜生物醫(yī)學系統(tǒng)的建模與仿真等領域，主要采用計算力學、圖形圖像分析和數(shù)學建模等方法，對生物醫(yī)學中的科學問題進行計算機建模和分析。

7.生物醫(yī)學信號檢測與處理技術：生物醫(yī)學信號的檢測與處理幾乎成為了生物醫(yī)學工程學科共同的研究方向。從生物體中獲取各種生物醫(yī)學信息，并將其轉換為易于檢測和處理的電信號。

8.醫(yī)學成像與圖像處理技術：研究如何將人體有關生理、病理的信息提取出來并顯示為直觀的圖像、圖形方式，或對已有的醫(yī)學圖像進行分析處理，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射線影像技術及設備：數(shù)字化X射線影像技術現(xiàn)已成為臨床診斷的最主要手段。涉及的關鍵技術包括:直接數(shù)字化平面X射線影像技術;數(shù)字化X射線三維影像技術;低劑量CT、容積CT等。

10.磁共振影像技術及設備：磁共振影像是檢測人體解剖、生理和心理信息的多因素、多層面和多對比度成像設備。

11.核醫(yī)學成像技術及設備：核醫(yī)學成像是對放射性核素標記化合物的體內(nèi)生化過程成像的裝備,是目前能夠在臨床應用的最主要的分子成像手段。涉及的關鍵技術：單光子斷層成像(SPECT)技術和系統(tǒng)、正電子發(fā)射(PET)影像技術和系統(tǒng)、PET與CT融合技術等。

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