生物醫(yī)學工程

生物醫(yī)學工程是一門新興的邊緣學科，它綜合工程學、生物學和醫(yī)學的理論和方法，在各層次上研究人體系統(tǒng)的狀態(tài)變化，并運用工程技術(shù)手段去控制這類變化，其目的是解決醫(yī)學中的有關(guān)問題，保障人類健康，為疾病的預防、診斷、治療和康復服務。

　　生物醫(yī)學工程興起于20世紀50年代，它與醫(yī)學工程和生物技術(shù)有著十分密切的關(guān)系，而且發(fā)展非常迅速，成為世界各國競爭的主要領(lǐng)域之一。

　　生物醫(yī)學工程學與其他學科一樣，其發(fā)展也是由科技、社會、經(jīng)濟諸因素所決定的。這個名詞最早出現(xiàn)在美國。1958年在美國成立了國際醫(yī)學電子學聯(lián)合會，1965年該組織改稱國際醫(yī)學和生物工程聯(lián)合會，后來成為國際生物醫(yī)學工程學會。

　　生物醫(yī)學工程學除了具有很好的社會效益外，還有很好的經(jīng)濟效益，前景非常廣闊，是目前各國爭相發(fā)展的高技術(shù)之一。以1984年為例，美國生物醫(yī)學工程和系統(tǒng)的市場規(guī)模約為110億美元。美國科學院估計，到2000年其產(chǎn)值預計可達400～1000億美元。

　　生物醫(yī)學工程學是在電子學、微電子學、現(xiàn)代計算機技術(shù)，化學、高分子化學、力學、近代物理學、光學、射線技術(shù)、精密機械和近代高技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，在與醫(yī)學結(jié)合的條件下發(fā)展起來的。它的發(fā)展過程與世界高技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，同時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。

生物醫(yī)學工程學的內(nèi)容

　　生物力學是運用力學的理論和方法，研究生物組織和器官的力學特性，研究機體力學特征與其功能的關(guān)系。生物力學的研究成果對了解人體傷病機理，確定治療方法有著重大意義，同時可為人工器官和組織的設(shè)計提供依據(jù)。

　　生物力學中又包括有生物流變學(血液流變學、軟組織力學和骨骼力學)、循環(huán)系統(tǒng)動力學和呼吸系統(tǒng)動力學等。目前生物力學在骨骼力學方面進展較快。

　　生物控制論是研究生物體內(nèi)各種調(diào)節(jié)、控制現(xiàn)象的機理，進而對生物體的生理和病理現(xiàn)象進行控制，從而達到預防和治療疾病的目的。其方法是對生物體的一定結(jié)構(gòu)層次，從整體角度用綜合的方法定量地研究其動態(tài)過程。

　　生物效應是研究醫(yī)學診斷和治療中，各種因素可能對機體造成的危害和作用。它要研究光、聲、電磁輻射和核輻射等能量在機體內(nèi)的傳播和分布，以及其生物效應和作用機理。

　　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材料的各項要求，包括強度、硬度、韌性、耐磨性、撓度及表面特性等各種物理、機械等性能。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、化學穩(wěn)定性、無毒性，還要求與機體組織或血液有相容性。這些材料包括金屬、非金屬及復合材料、高分子材料等；目前輕合金材料的應用較為廣泛。

　　醫(yī)學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行成像。

　　X射線成像裝置主要有大型X射線機組、X射線數(shù)字減影(DSA)裝置、電子計算機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、單光子發(fā)射計算機斷層成像裝置和正電子發(fā)射計算機斷層成像裝置等；磁成像設(shè)備有共振斷層成像裝置；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的主要設(shè)備，如心電、腦電、肌電圖儀和多參量的監(jiān)護儀等正在實現(xiàn)小型化和智能化。通過體液了解生物化學過程的生物化學檢驗儀器已逐步走向微量化和自動化。

　　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、體外碎石機、人工呼吸機等，小型的有激光腔內(nèi)碎石機、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、監(jiān)護儀、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)有診斷儀器或一臺治療設(shè)備同時含有診斷功能，如除顫器帶有診斷心臟功能和指導選定治療參數(shù)的心電監(jiān)護儀，體外碎石機中裝備了進行定位的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，從而能作出適應性的起搏治療。

　　介入放射學是放射學中發(fā)展速度最快的領(lǐng)域，也就是在進行介入治療時，采用了診斷用的x射線或超聲成像裝置以及內(nèi)窺鏡等來進行診斷、引導和定位。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。

　　目前各國競相發(fā)展的高技術(shù)之一為醫(yī)學成像技術(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)為主。在成像技術(shù)中生物磁成像是最新發(fā)展的課題，它是通過測量人體磁場，來對人體組織的電流進行成像。

　　生物磁成像目前有二個方面。即心磁成像(可用以觀察心肌纖維的電活動，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、老年性癡呆和獲得性免疫缺陷綜合征的腦侵入，還可以對病損腦區(qū)進行定位和定量)。

　　另一個世界各國競相發(fā)展的高技術(shù)是信號處理與分析技術(shù)，其中包括心電信號、腦電、眼震、語言、心音呼吸等信號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，目前世界各國的科學家為此掀起了一個研究熱潮。它被認為是有可能引起重大突破的新興邊緣學科，它研究人腦的思維機理，將其成果應用于研制智能計算機技術(shù)。運用智能原理去解決各類實際難題，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。