2020年(生物科技行業(yè))生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科分支及研究進展

1、（生物科技行業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科分支及研究進展生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科分支及相關(guān)研究進展程學(xué)科是壹門高度綜合的交叉學(xué)科,這是它最大的特點。生物醫(yī)學(xué)工程的主干學(xué)科是生物醫(yī)學(xué)工程二級學(xué)科主要包括如下方面：識和能力的轉(zhuǎn)移。生物信息技術(shù)：實現(xiàn)生物技術(shù)和信息技術(shù)以及其他學(xué)科的有機結(jié)合，發(fā)展生物定基礎(chǔ)。醫(yī)學(xué)圖像和醫(yī)學(xué)電子學(xué)：醫(yī)學(xué)圖像處理和分析、計算機輔助診斷和治療、醫(yī)學(xué)成了新型學(xué)科。在臨床診療中的應(yīng)用、納米材料和器件的計算模擬。進其功能。（算法）來研究醫(yī)學(xué)的管理、過程控制、決策和對醫(yī)學(xué)知識科學(xué)分析。學(xué)科內(nèi)容生物力學(xué)是運用力學(xué)的理論和方法，研究生物組織和器官的力學(xué)特性，研究機體力學(xué)特征和其功能的關(guān)系。生物力學(xué)的研究成

2、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(xué)中又包括有生物流變學(xué)(血液流變學(xué)、軟組織力學(xué)和骨骼力學(xué))、循環(huán)系統(tǒng)動力學(xué)和呼吸系統(tǒng)動力學(xué)等。目前生物力學(xué)在骨骼力學(xué)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(yù)防和治療疾病的目的。其方法是對生物體的壹定結(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(yīng)是研究醫(yī)學(xué)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(yīng)和作用機理。生物材料是制作各種人工器官的物

3、質(zhì)基礎(chǔ)，它必須滿足各種器官對材料的各項要 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(xué)穩(wěn)定性、 無毒性，仍要求和機體組織或血液有相容性。這些材料包括金屬、非金屬及復(fù)合 材料、高分子材料等；目前輕合金材料的應(yīng)用較為廣泛。醫(yī)學(xué)影像是臨床診斷疾病的主要手段之壹，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 照相機、單光子發(fā)射計算機斷層成像

4、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；此外仍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(xué)過程的生物化學(xué)檢驗儀器已逐步走向微量化和自動化。X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。監(jiān)護儀、X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)有診斷儀器或壹臺治療設(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(dǎo)選

5、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(yīng)性的起搏治療。介入放射學(xué)是放射學(xué)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x目前各國競相發(fā)展的高技術(shù)之壹為醫(yī)學(xué)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。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，仍能夠?qū)Σp腦區(qū)進行定位和定量)。另壹個世界各國競相發(fā)展的高技術(shù)是信號處理和分析技術(shù)，其中

6、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和分析。高技術(shù)領(lǐng)域中仍有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究，目前世界各國的科學(xué)家為此掀起了壹個研究將其成果應(yīng)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，在這壹領(lǐng)域已取得可喜的成果。工程分支生物醫(yī)用復(fù)合材料生物醫(yī)用復(fù)合材料 (biomedicalcompositematerials)是由倆種或倆種之上的不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用材料，它主要用于人體組織的修復(fù)、替換和人工器官的制造1。長期臨床應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料和高分子材料不具生物活性， 和組織不易牢固結(jié)合，在生理環(huán)境中或植入體內(nèi)后受生理環(huán)境的影響，導(dǎo)致金屬離子或單體釋

7、放，造成對機體的不良影響。而生物陶瓷材料雖然具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和相容性、高的強度和耐磨、耐蝕性，但材料的抗彎強度低、脆性大，在生理環(huán)境中的疲勞和破壞強度不高，在沒有補強措施的條件下，它只能應(yīng)用于不承受負荷或僅承受純壓應(yīng)力負荷的情況。因此，單壹材料不能很好地滿足臨床應(yīng)用的要求。利用不同性質(zhì)的材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用復(fù)合材料，不僅兼具組分材料的性質(zhì)，而且能夠得到單組分材料不具備的新性能，為獲得結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類似于人體組織的生物醫(yī)學(xué)材料開辟了壹條廣闊的途徑，生物醫(yī)用復(fù)合材料必將成為生物醫(yī)用材料研究和發(fā)展中最為活躍的領(lǐng)域。1.生物醫(yī)用復(fù)合材料組分材料的選擇要求生物醫(yī)用復(fù)合材料根據(jù)應(yīng)用需求進行設(shè)計，由基體材

8、料和增強材料或功能材料組成，復(fù)合材料的性質(zhì)將取決于組分材料的性質(zhì)、含量和它們之間的界面。常用的基體材料有醫(yī)用高分子、醫(yī)用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸鈣基或其他生物陶瓷、醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金等醫(yī)用金屬材料；增強體材料有碳纖維、不銹鋼和鈦基合金纖維、生物玻璃陶瓷纖維、陶瓷纖維等纖維增強體，另外仍有氧化鋯、磷酸鈣基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等顆粒增強體。植入體內(nèi)的材料在人體復(fù)雜的生理環(huán)境中，長期受物理、化學(xué)、生物電等因素的影響，同時各組織以及器官間普遍存在著許多動態(tài)的相互作用，因此，生物醫(yī)用具有足夠具有良好的滅菌性能，保證生物材料在臨床上的順利應(yīng)用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型

9、加工困難而使其應(yīng)用受到限制。2.生物醫(yī)用復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用陶瓷基生物醫(yī)用復(fù)合材料晶須或纖維等形狀的增強體材料而獲得的壹類復(fù)合材料。目前生物陶瓷基復(fù)合材料雖沒有多少品種達到臨床應(yīng)用階段，但它已成為生物陶瓷研究中最為活躍的領(lǐng)域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨結(jié)合性能研究以及材料增強研究等。Al2O3ZrO370法，在致密 Al2O3 陶瓷髖關(guān)節(jié)植入物表面進行涂層，試樣經(jīng)高溫處理，大量的Al2O3 進入玻璃層中，有效地增強了生物玻璃和 Al2O3 陶瓷的界面結(jié)合，復(fù)合材料在緩沖溶液中反應(yīng)數(shù)十分鐘即可有羥基磷灰石的形成。為滿足外科手術(shù)對生物學(xué)性能和力學(xué)性能的要求，人們又開始了生物活性陶瓷以及

10、生物活性陶瓷和生物玻璃的復(fù)合研究，以使材料在氣孔率、比表面積、生物活性和機械強度等方面(HA)和磷酸三鈣研究也日益增多。 30%HA 和 70%TCP 在 1150燒結(jié)，其平均抗彎強度達HATCPHA-TCPHAHA TCP45SF1/4HA8HA生物醫(yī)用陶瓷材料生物醫(yī)用陶瓷材料由于其結(jié)構(gòu)本身的特點，其力學(xué)可靠性(尤其在濕生理環(huán)境中) 較差，生物陶瓷的活性研究及其和骨組織的結(jié)合性能研究，且未能解決材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增強研究成為另壹個研究重點，其增強方式主要有HA10%50ZrO21350140050%TZ-2Y 的復(fù)合材料，抗折強度達、斷裂韌性為 2.83.0MPam1/2。Z

11、rO2 增韌 -TCPZrO2SiCHA1.621.4 SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA 纖維或晶須以及 C 纖維等，SiC 晶須增強生物活性玻璃陶瓷材料，復(fù)合材料4.3MPam1/2，其韋布爾系數(shù)高。數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理作為信號和信息處理的壹個分支學(xué)科，已滲透到科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、國防和國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，取得了豐碩的成果。對信號在時域及變換域的特性進行分析、處理，能使我們對信號的特性和本質(zhì)有更清楚的認識和理解，得到我們需要的信號形式，提高信息的利用程度，進而在更廣和更深層次上獲取信息。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)越性表現(xiàn)為：1.靈活性好：當(dāng)處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時，處理

12、系統(tǒng)只需通過改變軟件設(shè)計以適應(yīng)相應(yīng)的變化。2.精度高：信號處理系統(tǒng)能夠通過 A/D 變換的位數(shù)、處理器的字長和適當(dāng)?shù)乃惴M足精度要求。3.可靠性好：處理系統(tǒng)受環(huán)境溫度、濕度，噪聲及電磁場的干擾所造成的影響較小。4.可大規(guī)模集成：隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的集成度能夠作得很高，具有體積小、功耗小、產(chǎn)品壹致性好等優(yōu)點。然而，數(shù)字信號處理系統(tǒng)由于受到運算速度的限制，其實時性在相當(dāng)長的時間內(nèi)遠不如模擬信號處理系統(tǒng)，使得數(shù)字信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用受到了極大的限制和制約。自7080DSP(數(shù)字信號處理)芯片誕生以來，這種情況得到了DSPDSP7080S28112902DSP80 年代初至今的十幾年中，乘法且累加80400ns40nsMIPS（每秒執(zhí)行百萬條指令）從 80 年代初的 5