論生物醫(yī)學(xué)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

1、論生物醫(yī)學(xué)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展前景生物醫(yī)學(xué)工程(Biomedical Engineering, BME)崛起于20世紀60年代。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, 認識生命運動的規(guī)律，并用以維持、促進人的健康。它的興起有多方面的原因，其一是醫(yī)學(xué)進步的需要；其二則是醫(yī)療器械發(fā)展的需要。四十年來, 生物醫(yī)學(xué)工程已經(jīng)深入于醫(yī)學(xué)，從臨床醫(yī)學(xué)到醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)，并深刻地改變了醫(yī)學(xué)本身, 而且預(yù)示著醫(yī)學(xué)變革的方向?？梢哉f，沒有生物醫(yī)學(xué)工程就沒有醫(yī)學(xué)的今天。另一方面, 生物醫(yī)學(xué)工程的興起和發(fā)展不僅推動了醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且使它發(fā)生了質(zhì)的改變，最根本的是，將使用對象和使用者以及醫(yī)療裝置看作

2、是一個系統(tǒng)整體, 強調(diào)其間的相互作用, 進而用系統(tǒng)工程的觀念研究發(fā)展所需要的醫(yī)療裝置，實現(xiàn)預(yù)定的醫(yī)療目的。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科是一門高度綜合的交叉學(xué)科，這是它最大的特點。所謂交叉學(xué)科是指由不同學(xué)科、領(lǐng)域、部門之間相互作用,彼此融合形成的一類學(xué)科群。從學(xué)科發(fā)展的歷史長河來看，新學(xué)科的產(chǎn)生大都是傳統(tǒng)或成熟學(xué)科相互交叉作用產(chǎn)生的結(jié)果。而且，生物醫(yī)學(xué)工程所指的學(xué)科交叉，不是生物醫(yī)學(xué)同哪一個工程學(xué)科分支的簡單結(jié)合，而是多學(xué)科、廣范圍、高層次上的融合。近年來，高分子材料科學(xué)、電子學(xué)、計算機科學(xué)等自然科學(xué)的不斷發(fā)展，極大地推動了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展。 此外，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科所涉及的領(lǐng)域非常廣泛?？梢哉f，有多少

3、理工科分支，就會產(chǎn)生多少生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，這種多學(xué)科的交叉融合涉及到所有的理、工學(xué)科和所有的生物學(xué)和醫(yī)學(xué)分支。這樣一來，當任何一個學(xué)科取得突破進展時都能影響到生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，使其發(fā)展的速度異常迅速。 發(fā)達國家生物醫(yī)學(xué)工程的現(xiàn)狀在美國以及歐洲等經(jīng)濟發(fā)達國家，早在上世紀50年代就指出生物醫(yī)學(xué)工程的重要性，基于其強大的經(jīng)濟、科技實力，經(jīng)過近半個世紀的努力均取得了各自的成果。如今，這些國家在生物醫(yī)學(xué)工程方面處于世界前列。但是面對當今科技飛速發(fā)展的新形勢，他們?nèi)栽谙氡M一切辦法努力前進。在美國，許多著名大學(xué)根據(jù)自身條件和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的特點以及社會需要采用各種方式積極推進“學(xué)科交叉計劃”。這樣一來，

4、生物醫(yī)學(xué)工程在這一有利條件下迅速發(fā)展，朝向以整合生物、醫(yī)學(xué)、物理、化學(xué)及工程科學(xué)等高度交叉跨領(lǐng)域方向發(fā)展。這種發(fā)展方向既促進了傳統(tǒng)性專業(yè)的提升，又為逐步形成新專業(yè)創(chuàng)造了條件。 另外，美國政府因認識到新的世紀生物醫(yī)學(xué)工程對促進衛(wèi)生保障事業(yè)發(fā)展所具有極大的重要性，急需扭轉(zhuǎn)美國生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域研發(fā)工作群龍無首的分散局面，美國第106屆 國會于2000年1月24日通過立法。在國立衛(wèi)生研究院內(nèi)設(shè)立了國家生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程研究所，規(guī)定由該所負責(zé)對美國生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的科研創(chuàng)新、開發(fā)應(yīng)用、教育培訓(xùn)和信息傳播等進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，促進生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)和計算機科學(xué)之間的基本了解、合作研究以及跨學(xué)

5、科的創(chuàng)新。這也大大推動了美國的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展。 國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程的現(xiàn)狀我國的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科相對國外發(fā)達國家來說起步比較低。自上世紀70年代以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，目前全國已有很多所高校內(nèi)設(shè)有此專業(yè)，在一些理、工科實力較強的高校內(nèi)均建有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)。由于這些學(xué)校的理、工等學(xué)科在全國都有重要的影響，且大都設(shè)有國家級重點學(xué)科，他們開展起來十分方便，這些院校均是以科研性學(xué)科設(shè)置的。此外，還有一些醫(yī)學(xué)院校則是以醫(yī)學(xué)作為基底學(xué)科，置入某些工程學(xué)科的知識，并以醫(yī)學(xué)應(yīng)用為目的建立相關(guān)的課程體系，而對于生物學(xué)中所涉及到的細胞及分子生物學(xué)、 發(fā)育生物學(xué)及生物技術(shù)，對于工程技術(shù)中的控制技術(shù)、材料學(xué)均

6、較少涉及，這些院校培養(yǎng)的目標就是將生物醫(yī)學(xué)工程運用于實際。因為生物醫(yī)學(xué)工程是以理、工、醫(yī)為基礎(chǔ)，醫(yī)學(xué)中的許多問題只有在這些學(xué)科相互結(jié)合的前提下才能得以解決。要將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)化為工業(yè)化產(chǎn)品，將美好的前景分析變?yōu)樾l(wèi)生保健的實際行動而服務(wù)于廣大人民，就離不開生物醫(yī)學(xué)工程師。這就是這些生物醫(yī)學(xué)工程工作者的工作理念。 但是，從總體上說我國的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展仍不平衡。40多年以來,我們在研究方面引進、消化、跟蹤研究多，創(chuàng)造性研究較少；理論方法等應(yīng)用基礎(chǔ)研究多，取得自主知識產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用研究少。處于理工科院校的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科其工程力量雄厚，但是由于缺少醫(yī)學(xué)背景，在真正用于臨床、解決醫(yī)學(xué)實際問題方面還較落后

7、。而處于醫(yī)學(xué)院校的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科其研究的主要特點是和醫(yī)學(xué)結(jié)合緊密，醫(yī)學(xué)大背景深厚，但是工程力量相對落后，科研投入不足。 我國的生物醫(yī)學(xué)工程是仿效西方建立起來的。在學(xué)科形成的初期，這種仿效是必然的。但是，在西方生物醫(yī)學(xué)工程的進步與它的社會效應(yīng)的矛盾日益尖銳并日益顯露的今天，如果我們?nèi)匀话凑瘴鞣缴镝t(yī)學(xué)工程的模式發(fā)展下去，那么，中國生物醫(yī)學(xué)工程的前途是不堪設(shè)想的。因為，我國是一個經(jīng)濟不發(fā)達、技術(shù)比較落后的社會主義的大國，人口為業(yè)界之最。醫(yī)療費用是一筆極其沉重的社會負擔(dān)。如果這一己經(jīng)不堪其重的負擔(dān)由于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展而變得更加沉重的話，那么，這種生物醫(yī)學(xué)工程就成為社會發(fā)展的消極因素而毫無存在

8、的價值。所以我認為，我國生物醫(yī)學(xué)工程接下來的發(fā)展潮流將以以下三個方面作為重點。一、面向大多數(shù)生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的發(fā)展應(yīng)讀以大多數(shù)人的衛(wèi)生保健的需要為目標。我國人口眾多，大多數(shù)分布在缺醫(yī)少藥的農(nóng)村地區(qū)。發(fā)展我國的生物醫(yī)學(xué)工程必須從這一基本事實出發(fā)。 舉一個例子，目前國內(nèi)外人工心瓣均以機械瓣為主，主要原因是生物瓣在人體內(nèi)會鈣化，平均壽命約為8年。然而，裝上機械瓣以后需要長期服抗凝藥，且需經(jīng)常接受醫(yī)生的指導(dǎo)和監(jiān)督。這對于發(fā)達國家來說可能問題不大。但對于我國廣大農(nóng)村來說，間題卻不小。一是對農(nóng)村患者的藥物供應(yīng)和醫(yī)學(xué)指導(dǎo)很難保證，二是長期服用抗凝藥將是一大經(jīng)濟負擔(dān)，三是農(nóng)村患者心理狀態(tài)和生活習(xí)慣的障礙。有鑒

9、于此，對于我國的生物醫(yī)學(xué)材料學(xué)來說，生物材料抗鈣化問題的研究和具有抗鈣化能力的新型生物瓣的研制應(yīng)當是我國人工心瓣發(fā)展的主要方向。二、“自力更生”是發(fā)展我國生物醫(yī)學(xué)工程的指導(dǎo)思想。改革開放以來，出現(xiàn)了一股引進熱和仿造熱，生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域也不例外。我們認為，對外開放，是為了發(fā)展我國的經(jīng)濟，引進和仿造，是為了壯大我們自己，更好地自力更生。這一原則，對于中國的生物醫(yī)學(xué)工程事業(yè)來說，至為重要。因為，我國的國情不允許我們單純地效仿西方的生物醫(yī)學(xué)工程。西方的生物醫(yī)學(xué)工程是建立在強大的基礎(chǔ)工業(yè)之上的，我國不可能在短時間內(nèi)形成這樣的基礎(chǔ)。所以，如果我們不從我國已有的技術(shù)、工業(yè)基礎(chǔ)和經(jīng)濟條件出發(fā)，盲目地引進和仿造

10、，那么，我國的生物醫(yī)學(xué)工程只能亦步亦趨，跟著它們一起走進死胡同。從自力更生出發(fā), 引進國外生物醫(yī)學(xué)工程的先進技術(shù)應(yīng)當：（1）謹慎選擇，選擇適合我國國情的項目，或者是研究工作之必需。而不是越先進越好，更不能追求短期經(jīng)濟效益；（2）在消化國外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過自己的研究工作，把它和我國已有的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相結(jié)合，變成我國條件下可以實現(xiàn)生產(chǎn)的新技術(shù)。在這方面，我國人工心瓣從無到有的發(fā)展即為一例。國產(chǎn)人工心瓣（機械瓣）是從引進、仿制開始的，經(jīng)過我國生物醫(yī)學(xué)工程工作者和醫(yī)學(xué)工作者的共同研究，在設(shè)計上作了改進，并與工廠相結(jié)合，形成了相當規(guī)模的生產(chǎn)能力。到目前為止，國產(chǎn)機械瓣應(yīng)用于臨床已超過5000例，

11、1000例以上作了長期隨訪。結(jié)果表明在早期死亡率、心功能恢復(fù)等方面均已達到國際水平。我國超聲醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的進步則是這一方面的又一例證，目前國產(chǎn)B超裝置的技術(shù)性能已經(jīng)不亞于國外同類產(chǎn)品。這些成果都是立足于自力更生而取得的。三、把握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨向, 充分發(fā)揮綜合的優(yōu)勢在各分支領(lǐng)域不斷深化的同時，各學(xué)科分支日趨綜合?，F(xiàn)代高技術(shù)大多是多種技術(shù)綜合的結(jié)果。據(jù)此，則發(fā)展我國生物醫(yī)學(xué)工程的技術(shù)路線應(yīng)該、也只能是充分發(fā)揮多學(xué)科、多種技術(shù)的綜合作用，以先進的系統(tǒng)設(shè)計彌補我國基礎(chǔ)工業(yè)和基本技術(shù)的不足，發(fā)展既符合我國醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)急需，又適合我國現(xiàn)有工業(yè)和技術(shù)基礎(chǔ)的生物醫(yī)學(xué)土程技術(shù)和裝備。在這方面，我們有不少

12、成功的先例。比如，清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)土程研究所，運用生物力學(xué)原理，綜合光、機、電和現(xiàn)代計算機技術(shù)，在人工心瓣流體力學(xué)功能和疲勞壽命檢測技術(shù)方面取得了突破性的進展，并發(fā)展了具有國際先進水平的成套檢測裝備，推動了我國人工心瓣技術(shù)的進展。又如，北京新興生物醫(yī)學(xué)工程研究發(fā)展中心，針對我國醫(yī)學(xué)界對長時間動態(tài)心電圖記錄分析系統(tǒng)的急需，充分利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，借助于先進的系統(tǒng)設(shè)計，避開了我國精密機械加工落后這一薄弱環(huán)節(jié)，在一年多時間里研制成功了24小時全信息動態(tài)心電圖記錄分析系統(tǒng)，其技術(shù)性能已達到八十年代中后期的國際水平。這些成果雄辯地證明，只要選準目標，并能確立一條正確的技術(shù)路線，盡管我國的技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)相

13、對地薄弱，但中國生物醫(yī)學(xué)工程躋身于世界先進行列是完全有可能的。應(yīng)該指出，實現(xiàn)這一技術(shù)路線，發(fā)揮綜合優(yōu)勢的前提是工程科學(xué)、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的密切 結(jié)合，是以臨床實踐為出發(fā)點和歸宿的研究、設(shè)計和產(chǎn)業(yè)部門的密切結(jié)合。這不僅需要有關(guān)學(xué)術(shù)界的有機合作，更需要有關(guān)部門打破部門和行業(yè)的界限，進行跨行業(yè)的合作。生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展趨勢 縱觀生物醫(yī)學(xué)工程的歷史和目前人類對其的要求可以看出，生物醫(yī)學(xué)工程作為一門交叉學(xué)科，整體的發(fā)展趨勢十分廣泛。 (1)納米材料的出現(xiàn)將使21世紀初期奠定的物理、化學(xué)理論基礎(chǔ)面臨重大的挑戰(zhàn)。與此同時，納米材料本身也將進而取得突飛猛進的發(fā)展和應(yīng)用；此外，材料科學(xué)中的分子設(shè)計可望實現(xiàn)，與生物組

14、織相結(jié)合的組織工程學(xué)研究將進入實用階段。而且，將會有更多的人工器官研制成功并將在臨床上投入使用。比如：采用組織工程學(xué)方法研制人工胰和人工肝。 (2)電子技術(shù)與生物技術(shù)的融合可望研制更多、更為新穎的傳感器。比如：目前硅半導(dǎo)體集成度可達109，而人工合成蛋白質(zhì)的分子器件可使存儲器集成度高達1012位。 (3)隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和通訊的發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)工程將使臨床醫(yī)學(xué)從住院治療向著門診治療、乃至家庭醫(yī)療保健方向發(fā)展。 (4)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展將為醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究與臨床醫(yī)療提供更為先進的技術(shù)手段。 (5)光子技術(shù)將取得突破性進展,如各種激光器件的開發(fā)及光參量放大、光纖、非線性光學(xué)、光數(shù)據(jù)存儲、集成光等技術(shù)的發(fā)展

15、，半導(dǎo)體激光器在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用將有更為誘人的前景。 (6)各種物理因子生物效應(yīng)的深入研究，如生物磁、低強度毫米波的研究，將使人們對人體生命現(xiàn)象有進一步的認識，開發(fā)出新的技術(shù)裝置。 (7)中醫(yī)工程及各種高技術(shù)的應(yīng)用，將使傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)在現(xiàn)代科技基礎(chǔ)上更加光大。 有人說21世紀是生物學(xué)時代，或生命科學(xué)時代；也有人說是信息時代，是光電子時代等。無論從哪個角度，也無論未來時代打上何種標記，生物醫(yī)學(xué)工程都將會在其中占有重要的一席之地，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的前景不可估量。 結(jié)合我們的培養(yǎng)計劃，我們可以看出，為了培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實、知識面寬、實踐能力強、綜合素質(zhì)高、適應(yīng)新世紀的生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)，包括醫(yī)學(xué)成像儀器、生物

16、醫(yī)學(xué)光子學(xué)、生物材料與組織工程、生物醫(yī)學(xué)分析等發(fā)展需求，在生物醫(yī)學(xué)信息的獲取、處理、開發(fā)與利用等專業(yè)領(lǐng)域具有突出特色、且具國際競爭力的高素質(zhì)人才。畢業(yè)生既能從事生命科學(xué)基礎(chǔ)研究及醫(yī)學(xué)成像與測量儀器、醫(yī)療器械、生命科學(xué)儀器設(shè)計與開發(fā)、又能從事電子、信息與成像儀器等相關(guān)產(chǎn)業(yè)和部門的研發(fā)及管理工作。我認為生物醫(yī)學(xué)工程本科生的教學(xué)階段主要可分為三個階段，第一階段為通識教育基礎(chǔ)課，通過人文、英語、高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理以及計算機科學(xué)的深入學(xué)習(xí)，掌握第二階段為學(xué)科基礎(chǔ)課（學(xué)科大類基礎(chǔ)），其中生物及醫(yī)學(xué)部分有無機及分析化學(xué)、有機化學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)以及解剖與生理學(xué)構(gòu)成，加強了生物學(xué)基礎(chǔ)知識。光

17、電子部分包括電路理論，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電路與邏輯，微機原理與接口設(shè)計，單片機原理與應(yīng)用，應(yīng)用光子學(xué)，使得學(xué)生不僅掌握電子學(xué)基礎(chǔ)知識和實踐技能，而且還能了解和運用以現(xiàn)代光子學(xué)為代表的信息技術(shù)的最新進展。以及屬于學(xué)科專業(yè)課程（專業(yè)核心課程）的生物醫(yī)學(xué)測量與儀器，生物醫(yī)學(xué)數(shù)字信號處理等課程。第三階段則是將學(xué)生分為信物醫(yī)學(xué)信息工程以及生物醫(yī)學(xué)材料與分析檢測兩個方向，根據(jù)學(xué)生的興趣，因材施教。這三個階段的課程配以相關(guān)的實驗更能提高學(xué)生對課程學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。既激發(fā)學(xué)生強烈的求知欲，也培養(yǎng)他們的自主創(chuàng)新能力。作為新一代的大學(xué)生，我們應(yīng)該按部就班，踏踏實實的從一開始就打下良好的基礎(chǔ)，為以后的

18、工作學(xué)習(xí)做好準備。 參考文獻1 趙于前,湯井田,等從交叉學(xué)科的角度談生物醫(yī)學(xué)工程教育改革醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2014(6):2392402 駱清銘，朱丹，曾紹群，龔輝，李鵬程，劉謙，趙元弟生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)特色方向本科教學(xué)體系建設(shè)初探高等工程教育研究 2008 年第 4 期：106-1093 董秀珍 鄒慧玲 楊國勝 對生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的幾點再認識醫(yī)療衛(wèi)生裝備 2003年第3期：3-5 4 駱清銘 光電技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展光學(xué)與光電技術(shù) 2003年4月 第1卷第1期:7-145 Ge Wang, Micheal. W. V Preliminary study on helical CT alg

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