【正文】 系，揭示其生命現(xiàn)象，為防病、治病提供新的技術(shù)手段。它涉及生物信息學、醫(yī)學圖像、圖像處理、生物信號處理、生物力學、生物材料、三維建模和系統(tǒng)分析等領(lǐng)域；研究方法中一個最重要的手段就是運用仿生研究，研發(fā)出和人體結(jié)構(gòu)和功能相類似的工程產(chǎn)品以適應(yīng)疾病診斷治療需要；生物醫(yī)學工程伴隨著醫(yī)學進步和醫(yī)療器械的發(fā)展而不斷成熟，在健康教育、疾病預防、疾病診斷、疾病治療、疾病康復中都發(fā)揮重要作用，也將在未來戰(zhàn)場上發(fā)揮越來越大的影響。2生物醫(yī)學工程的發(fā)展 生物醫(yī)學工程始于20世紀50年代，我國生物醫(yī)學工程作為一個專門學科則起步于20世紀70年代，我國著名的醫(yī)學家黃家駟院士是我國生物醫(yī)學工程學科最早的倡導者。生物醫(yī)學工程標志性成果主要包括4個方面：2．1顯微鏡的發(fā)明17世紀發(fā)明了光學顯微鏡，其分辨能力達到微米（μm）級水平；20世紀60年代出現(xiàn)的電子顯微鏡，使人們能觀察到納米（nm）級的微小個體。2．2影像學診斷進步影像學診斷是20世紀醫(yī)學診斷最重要也是發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，50年代X線透視和攝是臨床最常用的影像學診斷方法；1972年第1臺CT誕生，只能用于顱腦檢查；1974年，全身CT出現(xiàn)；現(xiàn)在螺旋CT（SpiralCT）能快速掃描和重建圖像，提高了診斷準確率；1976年，第1臺商用正電子發(fā)射體層攝影（PET）誕生，PET是目前最先進的影像診斷技術(shù)；1980年，第1臺可以用于臨床的全身MRI誕生；1984年，美國第1臺醫(yī)用磁共振獲得FDA認證，MRI工程的進步，促進了醫(yī)學診斷學向功能與形態(tài)相結(jié)合的方向發(fā)展，向超快速成像、準實時動態(tài)MRI、MRI、fMRI、MRS發(fā)展；2000年，第1臺PET/CT誕生；2010年，MRI/PET誕生等。2．3介入醫(yī)學問世1964年，Dotter和Judkin最早使用介入技術(shù)導管對下肢動脈阻塞性病變進行擴張治療取得成功；1967年，Margulis首先使用介入放射學，這是醫(yī)學文獻出現(xiàn)“介入”一詞的最早記載；1977年，Gruenzing成功地進行了首例冠狀動脈球囊擴張術(shù)獲得成功；20世紀80年代，隨著高精度計算機化影像診查儀器、數(shù)字減影血管造影（DSA）、射頻消融技術(shù)以及高分子新材料制成的介入技術(shù)用的各種導管相繼問世，使介入性診療技術(shù)飛速進步。2．4人工器官（artificialorgan）的應(yīng)用人造心臟瓣膜的試制開始于20世紀40年代后期，1953年，垂屏式氧合器人工心肺機的研發(fā)，開始了人工心肺機體外循環(huán)技術(shù)應(yīng)用；1958年，瑞典醫(yī)生奧克森寧為患者植入了世界首例全埋藏式人工心臟起搏器；1960年，美國首次將人造硅膠球心臟瓣膜植入一位風心病二尖瓣狹窄患者體內(nèi)，術(shù)后長期存活，開創(chuàng)了人工心臟瓣膜置換的先河；1982年，美國人工心臟研究小組為一患者植入完全人工心臟使其存活了112d；AbioCor于2001年獲得批準使用人工心臟；同時，人工關(guān)節(jié)、人工肝、人工肺也在臨床得到了大量應(yīng)用。3生物醫(yī)學工程學科的特點生物醫(yī)學工程學科是一門高度綜合的交叉學科，這是它最大的特點。所謂交叉學科是指由不同學科、領(lǐng)域、部門之間相互作用，彼此融合形成的一類學科群。從學科發(fā)展的歷史長河來看，新學科的產(chǎn)生大都是傳統(tǒng)或成熟學科相互交叉作用產(chǎn)生的結(jié)果。而且，生物醫(yī)學工程所指的學科交叉，不是生物醫(yī)學同哪一個工程學科分支的簡單結(jié)合，而是多學科、廣范圍、高層次上的融合。近年來，高分子材料科學、電子學、計算機科學等自然科學的不斷發(fā)展，極大地推動了生物醫(yī)學工程學科的發(fā)展。此外，生物醫(yī)學工程學科所涉及的領(lǐng)域非常廣泛。可以說，有多少理工科分支，就會產(chǎn)生多少生物醫(yī)學工程領(lǐng)域，這種多學科的交叉融合涉及到所有的理、工學科和所有的生物學和醫(yī)學分支。這樣一來，當任何一個學科取得突破進展時都能影響到生物醫(yī)學工程的發(fā)展，使其發(fā)展的速度異常迅速。4研究內(nèi)容與領(lǐng)域生物醫(yī)學工程的研究內(nèi)容包括：基礎(chǔ)性研究，涉及生物力學、生物材料學、生物醫(yī)學信息的提取與處理、生物系統(tǒng)建模與仿真、各種物理因子的生物效應(yīng)、生物系統(tǒng)的質(zhì)量和能量傳遞等；應(yīng)用性研究，直接為醫(yī)學服務(wù)，涉及生物醫(yī)學信號檢測與傳感技術(shù)，生物醫(yī)學信息處理技術(shù)，醫(yī)學成像與圖像處理技術(shù)，人工器官、醫(yī)用制品和儀器，康復與治療工程技術(shù)等。當前生物醫(yī)學工程研究的重要領(lǐng)域包括：4．1生物力學研究生命體運動和變形的學科，主要通過生物學與力學原理方法的有機結(jié)合，認識生命過程的規(guī)律，解決生命與健康領(lǐng)域的科學問題；研究領(lǐng)域主要包括：生物流變學、心血管生物力學與血液動力學、骨關(guān)節(jié)生物力學等。4．2組織工程學應(yīng)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(gòu)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。4．3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(yīng)，無毒、無不良反應(yīng)的特殊功能材料。4．4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(yīng)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。4．5生物傳感器技術(shù)使用固定化的生物分子結(jié)合換能器，用來偵測生物體內(nèi)或生物體外的環(huán)境化學物質(zhì)或與之起特異性交互作用后產(chǎn)生響應(yīng)的技術(shù)。4．6生物系統(tǒng)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(guān)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)。4．7生物醫(yī)學信號檢測與處理技術(shù)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。4．8醫(yī)學成像與圖像處理技術(shù)研究如何將人體有關(guān)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?qū)σ勋@得的醫(yī)學圖像進行分割、分類、識別、解釋及三維重建等進行分析處理。4．9物理因子的生物效應(yīng)及其醫(yī)療應(yīng)用通過對生物群體流行病學調(diào)查、動物實驗、臨床試驗及細胞和分子水平等多層次研究，了解物理因子對生物體的作用效應(yīng)及作用機理，確定其有效和允許的作用劑量，發(fā)展運用物理因子生物效應(yīng)診斷和治療疾病的技術(shù)，并防止其可能發(fā)生的有害影響。5生物醫(yī)學工程領(lǐng)域研究現(xiàn)狀5．1發(fā)達國家生物醫(yī)學工程的現(xiàn)狀在美國以及歐洲等經(jīng)濟發(fā)達國家，早在上世紀70年代就指出生物醫(yī)學工程的重要性，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，許多著名大學根據(jù)自身條件和生物醫(yī)學工程學科的特點以及社會需要采用各種方式積極推進“學科交叉計劃”。這樣一來，生物醫(yī)學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、物理、化學及工程科學等高度交叉跨領(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)學工程領(lǐng)域研發(fā)工作群龍無首的分散局面，美國第102屆國會于3000年1月34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)學成像和生物工程研究所，規(guī)定由該所負責對美國生物醫(yī)學工程領(lǐng)域的科研創(chuàng)新、開發(fā)應(yīng)用、教育培訓和信息傳播等進行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，促進生物學、醫(yī)學、物理學、工程學和計算機科學之間的基本了解、合作研究以及跨學科的創(chuàng)新。這也大大推動了美國的生物醫(yī)學工程學科的發(fā)展。5．2國內(nèi)生物醫(yī)學工程的現(xiàn)狀我國的生物醫(yī)學工程學科相對國外發(fā)達國家來說起步比較低。自上世紀80年代以來，經(jīng)過30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)學工程專業(yè)。由于這些學校的理、工等學科在全國都有重要的影響，且大都設(shè)有國家級重點學科，他們開展起來十分方便，這些院校均是以科研性學科設(shè)置的。此外，還有一些醫(yī)學院校則是以醫(yī)學作為基底學科，置入某些工程學科的知識，并以醫(yī)學應(yīng)用為目的建立相關(guān)的課程體系，而對于生物學中所涉及到的細胞及分子生物學、發(fā)育生物學及生物技術(shù)，對于工程技術(shù)中的控制技術(shù)、材料學均較少涉及，這些院校培養(yǎng)的目標就是將生物醫(yī)學工程運用于實際。因為生物醫(yī)學工程是以理、工、醫(yī)為基礎(chǔ)，醫(yī)學中的許多問題只有在這些學科相互結(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)學工程師。這就是這些生物醫(yī)學工程工作者的工作理念。6生物醫(yī)學工程在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用6．1生物醫(yī)學工程在軍事醫(yī)學領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景生物醫(yī)學工程技術(shù)不僅為軍事醫(yī)學及其相應(yīng)基礎(chǔ)研究提供必要的技術(shù)、手段、方法、儀器和設(shè)備，而且也是軍事醫(yī)學研究成果物化為衛(wèi)勤保障裝備，實現(xiàn)我軍衛(wèi)勤裝備現(xiàn)代化、高技術(shù)化的橋梁。例如，生物力學利用力學的基本原理，結(jié)合生理、醫(yī)學、生物學，從分子力學到系統(tǒng)力學各個不同的層次來研究生物體的力學問題，研制各種生物材料和人工器官的基礎(chǔ)，也是武器裝備和衛(wèi)勤裝備研制過程中人機匹配設(shè)計的重要依據(jù)。生物材料是與人體組織相接觸或作用而對人體無毒副作用、不凝血、不溶血、不引起人體細胞突變、畸變和癌變，也不引起免疫排斥和過敏反應(yīng)的特殊功能材料。可開發(fā)出在軍事醫(yī)學領(lǐng)域具有廣泛用途的抗凝血材料、可降解性骨修補材料、吸咐解毒材料、藥物緩釋材料、生物粘合材料、抗粘連材料、透析及超過濾用的膜材料、外科手術(shù)縫線、藥物載體材料、記憶合金等。生物系統(tǒng)建模與仿真通過對生物細胞、器官和整體各層次的行為參數(shù)及其關(guān)系建立數(shù)學模型，用電子計算機分析和預測各種條件下生物系統(tǒng)的運行機制和狀態(tài)。這種技術(shù)可以替代軍事醫(yī)學研究中某些復雜、長期、昂貴乃至無法實現(xiàn)的實驗，如航天、航空、潛水及危險條件下的生物系統(tǒng)實驗，提高研究效率，并可為施加不同控制條件研究對生物系統(tǒng)運行過程的影響。生物系統(tǒng)建模與仿真也是醫(yī)學智能儀器研制的重要基礎(chǔ)。人工器官是用人工材料制成的、模擬人體器官的結(jié)構(gòu)與功能、可部分或全部代替自然器官功能的機械裝置，對于戰(zhàn)傷救治、減少傷殘、提高傷病員的生存質(zhì)量具有重要意義。生物醫(yī)學信號檢測是各種醫(yī)學檢測儀器發(fā)展的重要基礎(chǔ)技術(shù)，生物醫(yī)學信號處理技術(shù)綜合反映了通信、生理、模式識別、人工智能和數(shù)字信號處理多類技術(shù)，已成為醫(yī)學研究、疾病診斷和指導治療的重要技術(shù)，為避免或改善飛行員空間定向障礙、意識喪失提供了新的手段。6．2衛(wèi)星遙感技術(shù)將成為重要的宏觀流行病學手段為應(yīng)付未來突發(fā)戰(zhàn)爭需要軍事醫(yī)學部門及時提供目標地區(qū)可靠的醫(yī)學地理、流行病學和自然衛(wèi)生資源等方面的資料。傳統(tǒng)的常規(guī)地面調(diào)查是獲取信息的重要手段，但需要大量人力、物力，而且費時較長，難以滿足全面、系統(tǒng)、動態(tài)觀測的需要，更不能適應(yīng)軍事應(yīng)急的要求。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)可以從宏觀上幫助實現(xiàn)這一目的。地形、地貌、氣溫、濕度、降雨量、生物量、植被、河流、湖泊、大氣環(huán)境及水土流失等許多自然和經(jīng)濟地理因素與流行病學、軍隊衛(wèi)生、衛(wèi)勤保障關(guān)系密切，實時、客觀、動態(tài)地掌握這些因素的變化情況，對于制訂軍事醫(yī)學衛(wèi)生防疫保障方案具有極為重要的意義。對我國周邊地區(qū)、重要戰(zhàn)略目標地區(qū)、有爭議的地區(qū)以及人員較難進入的島礁、叢林、沼澤等進行自然地理調(diào)查，衛(wèi)星遙感甚至可能是唯一可行的措施。衛(wèi)星遙感作為一種應(yīng)用空間技術(shù)的發(fā)展已趨于成熟，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，分辨率不斷提高，其快速、客觀、實時、覆蓋面廣、信息量大、重復性好等優(yōu)點，是其它技術(shù)無法比擬的，在預防醫(yī)學中有著廣闊的應(yīng)用前景。6．3生物傳感器將是化生戰(zhàn)劑偵檢的有效工具生物傳感器近年來受到越來越多的重視，它是生物學的選擇性和靈敏性與微電子技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)物，如酶傳感器、受體傳感器和抗體傳感器等。生物傳感器可廣泛用于傳染病病原體檢驗、化學和生物戰(zhàn)劑的偵檢、軍隊食品衛(wèi)生監(jiān)測、野戰(zhàn)臨床分析、毒物藥物研究、生物工程在線監(jiān)控和戰(zhàn)士體能訓練等方面，是最具發(fā)展?jié)摿Φ膫蓹z器材，具有操作簡便、選擇性好、分析速度快、試樣量小和可反復使用等優(yōu)點。例如，在化學戰(zhàn)條件下，利用受體傳感器可與一類戰(zhàn)劑發(fā)生反應(yīng)的特點，先迅速檢測出戰(zhàn)荊的類別，指導人員及時采取防護措施，繼而再用抗體傳感粉進一步確定戰(zhàn)劑的種類，采取更具針對性的防護。將生物傳愚器與專家系統(tǒng)結(jié)合后，非專業(yè)人員也可使用，甚至可將小型生物傳感器安裝在士兵的軍服內(nèi)使用。80年代末出現(xiàn)的光纖生物傳感器靈敏度更高、應(yīng)用范圍更廣，在化學和生物戰(zhàn)劑的聯(lián)合偵檢中已進入工程開發(fā)和試用階段。6．4醫(yī)學電子工程技術(shù)將提高戰(zhàn)傷救治醫(yī)學電子工程技術(shù)的應(yīng)用將研制出簡便可靠的傷員電子尋找器材。新型生物降解性骨修補材料可理想地修復骨缺損不需要作二次拆旅手術(shù)。膜材料技術(shù)和分子篩技術(shù)等新材料技術(shù)的發(fā)展，將使野戰(zhàn)制液制氧的水平大大提高。記憶合金等熱敏材料可廣泛應(yīng)用于各種部位戰(zhàn)傷骨折的固定。新型創(chuàng)傷敷料將是以新型生物基質(zhì)材料為載體、用微膠囊技術(shù)進行廣譜抗菌素控釋、含有促進組織生長的因子、不粘連、透氣性好的多種高技術(shù)的復合體。用生物材料技術(shù)制成的人工皮膚覆蓋戰(zhàn)傷燒傷創(chuàng)面，可抑制創(chuàng)面感染，促進創(chuàng)傷愈合，減少癱痕形成。7二十一世紀生物醫(yī)學工程展望縱觀醫(yī)學新技術(shù)誕生和發(fā)展的歷史，生物醫(yī)學工程學研究領(lǐng)域十分廣泛，與其他學科的集成交叉是多層次、多方面的。利用多學科交叉的優(yōu)勢來揭示人類思維和認知的奧秘，是二十一世紀生物醫(yī)學工程的一個主攻方向。與分子生物學相結(jié)合，加強細胞和分子水平的研究，如生物醫(yī)學納米工程技術(shù)，是生物醫(yī)學工程發(fā)展的一個重要趨勢。微創(chuàng)傷手術(shù)、生物醫(yī)學微機電技術(shù)、生物醫(yī)學機器人技術(shù)、生物醫(yī)學信息技術(shù)[8]等正在成長為新的研究領(lǐng)域。隨著廣泛應(yīng)用現(xiàn)代相關(guān)技術(shù)成果，未來的醫(yī)療儀器裝置、醫(yī)學診療過程必將融合更廣泛的集成科學技術(shù)，創(chuàng)造出新設(shè)備和新技術(shù)，推動現(xiàn)代醫(yī)學向更高水平發(fā)展。8結(jié)語感想生物醫(yī)學工程是應(yīng)社會發(fā)展需要而建立起來的一門新興學科，具有高精尖的特點。同時，由于其以其他學科為基礎(chǔ)，因利乘便，發(fā)展迅猛，已經(jīng)在很多方面有了深入的應(yīng)用，并且產(chǎn)生了深遠的影響。尤其是軍事方面的應(yīng)用，大大減少了人員損傷。也正因其剛剛發(fā)展，仍有很多問題需要我們年輕一輩去探索，我們也有了更多的發(fā)展空間。并且，生物醫(yī)學工程也是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，為我們提供了很多契機。這也堅定了我學習生物醫(yī)學工程的信念。