生物醫(yī)學工程導論

1、 生物醫(yī)學工程是理、工、醫(yī)相結(jié)合 的新興邊緣學科，是多種工程學科向生 物學、醫(yī)學滲透并相互作用的結(jié)果。雖 然它作為一門獨立的學科發(fā)展的歷史尚 不太長（50年），但由于它在保障人類 健康方面所起的巨大作用，它已經(jīng)成為 當前醫(yī)療保健性產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)和支柱， 許多國家都將其列為高技術(shù)領(lǐng)域。 風濕性心臟病 進入60年代以后，微電子學、信息科學、 計算機科學、控制論、工程力學及材料科學等 的迅速發(fā)展并緊密地與醫(yī)學結(jié)合，導致大量的 醫(yī)療儀器設(shè)備如X線機、超聲儀、心電圖、腦 電圖及球式機械人工心臟瓣膜等廣泛地應(yīng)用于 臨床。這些對醫(yī)學進步，對臨床診療水平的提 高起到了極大的推動作用，產(chǎn)生了巨大的社會 效益；另

2、外，醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)已形成規(guī)模，產(chǎn)生 了巨大的經(jīng)濟效益。由此，生物醫(yī)學工程學這 一新興的邊緣學科作為一門獨立的學科成立， 成為時代的需要。 美國、日本和西方一些國家成立了醫(yī)學 電子學和生物醫(yī)學工程學組織。世界性的國 際生物醫(yī)學工程聯(lián)合會于1965年正式成立。 七十年代以后，生物醫(yī)學工程涉及到生 物醫(yī)學的各個方面，并取得長足的發(fā)展。理 論研究方面，利用生物系統(tǒng)建模與仿真技術(shù) 對極為復雜的生命現(xiàn)象和生理過程的機制進 行定量描述，如胰島素釋放控制模型和傳染 病流行模型等；生物力學對骨、軟組織和血 液的流變特性作了系統(tǒng)的研究，對心血管中 血液流動建立了更接近生理的本構(gòu)方程； 應(yīng)用技術(shù)方面，X射線計算機斷層

3、掃描 裝置（X-線 CT,X-Computed Tomography）在 短短的二十年間已發(fā)展到第五代，同位素斷 層圖像的放射型CT（ECT)，使單純形態(tài)檢查 發(fā)展到功能診斷，多種斷層技術(shù)使醫(yī)學影像 成為臨床診斷的支柱； 生物傳感器的問世，使有機物的測量進 入了無試劑分析的時代，使連續(xù)動態(tài)監(jiān)測體 內(nèi)有機成分成為可能； 單板機、單片機使得醫(yī)療儀器微型化、 智能化； 高性能個人計算機的出現(xiàn)，使醫(yī)療儀器 具有了多功能化特征，集醫(yī)學信息采集、檢 測、處理和管理為一體，大大地提高了醫(yī)療 效能；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬技術(shù)的實用化，使遠 程醫(yī)療成為現(xiàn)實. 現(xiàn)代醫(yī)學基本上是構(gòu)筑在生物醫(yī)學工程的基礎(chǔ)上。 四大影像設(shè)備、

4、各種生物電和器官壓力流量監(jiān)測等功 能檢查設(shè)備、各種自動生化分析儀器，是現(xiàn)代臨床診 斷的基礎(chǔ)；射頻儀、碎石機治愈了不少的患者；除顫 器、埋藏式心臟起搏器和人工心瓣膜挽救和維持了全 世界數(shù)百萬心臟病人的生命；人工腎等血液凈化技術(shù)， 維持著數(shù)十萬腎功能衰竭病人的正常生活；人工晶體、 人工關(guān)節(jié)、功能性假體已廣泛用于傷殘人的康復和功 能輔助；生物力學的研究，對動脈粥樣硬化的血栓形 成認識及對骨外科器具和人工器官的設(shè)計起了十分重 要的作用。總之，現(xiàn)代醫(yī)學的進步離不開生物醫(yī)學工 程的發(fā)展，反過來又提出了新的課題，促進生物醫(yī)學 工程的進步。 但是，另一方面，由于生物醫(yī)學工程的進 步，高技術(shù)的醫(yī)療儀器裝備層出不

5、窮，使得醫(yī) 療保健費用呈指數(shù)曲線急劇上升，成為整個社 會越來越沉重的負擔。目前這個負擔已經(jīng)沉重 到北美、西歐等經(jīng)濟發(fā)達國家都難以承受的地 步。 具有諷刺意義的是，當初推動生物醫(yī)學工 程發(fā)展的原因之一是指望借助于工程的方法來 控制醫(yī)療費用的膨脹。但結(jié)果卻事與愿違，生 物醫(yī)學工程技術(shù)越發(fā)達，醫(yī)療費用增長所造成 的社會負擔卻越沉重。 而從這種困境中解脫出來的唯一辦法， 就是改變觀念，重視生物醫(yī)學工程的社會性。 不能將生物醫(yī)學工程看成是一門單純的技術(shù) 科學，看作是各種現(xiàn)代科學技術(shù)在醫(yī)學上的 簡單應(yīng)用。實際上生物醫(yī)學工程服務(wù)的對象 是社會的每一個成員，因而必然受到社會經(jīng) 濟承受能力的約束。如果忽略了這一

6、點，片 面地追求科學技術(shù)的先進性，或一味地追求 生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，其結(jié)果必然 是使生物醫(yī)學工程自身陷于困境 。 納米技術(shù)的基本涵義：納米技術(shù)的基本涵義： 是指在微觀環(huán)境下，即在納米尺寸范圍內(nèi)，人類 將認識和改造自然的能力延伸到原子、分子水平，通 過直接操縱和安排原子、分子，原子團或分子團，使 其重新排列、組合，創(chuàng)造出新的物質(zhì)或物品的高新技 術(shù)。 納米材料的主要特點是什么納米材料的主要特點是什么？ 呈現(xiàn)出與常規(guī)材料完全不同的性質(zhì)，納米鐵具有 極強的磁性、不導電材料變成導電、特殊的遠紅外線 輻射、強的紫外反射、強吸附性、強催化作用等等。 納米技術(shù)已經(jīng)滲透到：材料與制造、醫(yī)學與 健康、環(huán)境與能源、納米電子學與計算機技術(shù)、 航空航天探測等領(lǐng)域。 美國科學基金會發(fā)表了400頁的報告，來說 明納米技術(shù)對人類