【正文】 目前這個(gè)負(fù)擔(dān)已經(jīng)沉重到北美 、 西歐等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家都難以承受的地步 。 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(fù)雜的生命現(xiàn)象和生理過程的機(jī)制進(jìn)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(xué)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(dòng)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(jì)算機(jī)斷層掃描裝置 （ X線 CT,XComputed Tomography） 在短短的二十年間已發(fā)展到第五代 ， 同位素?cái)鄬訄D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(xué)影像成為臨床診斷的支柱； 生物傳感器的問世，使有機(jī)物的測量進(jìn)入了無試劑分析的時(shí)代，使連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測體內(nèi)有機(jī)成分成為可能； 單板機(jī)、單片機(jī)使得醫(yī)療儀器微型化、智能化； 高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使醫(yī)療儀器具有了多功能化特征，集醫(yī)學(xué)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(shí)用化，使遠(yuǎn)程醫(yī)療成為現(xiàn)實(shí) . 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)基本上是構(gòu)筑在生物醫(yī)學(xué)工程的基礎(chǔ)上 。 由此 ， 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)這一新興的邊緣學(xué)科作為一門獨(dú)立的學(xué)科成立 ，成為時(shí)代的需要 。 本構(gòu)規(guī)律：指 生物體、組織器官的力學(xué)性質(zhì)，特別是其應(yīng)力與應(yīng)變的規(guī)律，稱為 本構(gòu)規(guī)律。 ?社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合。 風(fēng)濕性心臟病 ?生物醫(yī)學(xué)工程的特點(diǎn)： ?大跨度的 、 多學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科 。 生物醫(yī)學(xué)工程是理 、 工 、 醫(yī)相結(jié)合的新興邊緣學(xué)科 ， 是多種工程學(xué)科向生物學(xué) 、 醫(yī)學(xué)滲透并相互作用的結(jié)果 。第一章 概述 ? 什么叫生物醫(yī)學(xué)工程 生物醫(yī)學(xué)工程（ Biomedical Engineering, BME）是運(yùn)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，研究人的生理、病理過程，揭示人體的生命現(xiàn)象，并從工程角度解決防病治病問題的一門綜合性高技術(shù)學(xué)科。 雖然它作為一門獨(dú)立的學(xué)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(dāng)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 。 以人工器官為例 ，它需要生物材料學(xué) 、 生物力學(xué) 、 生理學(xué)及有關(guān)機(jī)電 、 化工工程技術(shù)的有機(jī)結(jié)合 ， 甚至涉及社會(huì)倫理學(xué) 。 醫(yī)學(xué)注重社會(huì)效益，工程學(xué)注重經(jīng)濟(jì)效益，生物醫(yī)學(xué)工程才是二者必然的結(jié)合。 本構(gòu)方程： 如果能將本構(gòu)規(guī)律以數(shù)學(xué)方程的形式表達(dá)出來，這一方程即稱為 本構(gòu)方程 。 美國 、 日本和西方一些國家成立了醫(yī)學(xué)電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)組織 。四大影像設(shè)備 、 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(dòng)生化分析儀器 ， 是現(xiàn)代臨床診斷的基礎(chǔ)；射頻儀 、 碎石機(jī)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(fù)和功能輔助；生物力學(xué)的研究 ， 對動(dòng)脈粥樣硬化的血栓形成認(rèn)識(shí)及對骨外科器具和人工器官的設(shè)計(jì)起了十分重要的作用 。 具有諷刺意義的是 ， 當(dāng)初推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)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(fèi)用的膨脹 。實(shí)際上生物醫(yī)學(xué)工程服務(wù)的對象是社會(huì)的每一個(gè)成員，因而必然受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)承受能力的約束。至今設(shè) 10個(gè)學(xué)科分會(huì)和專業(yè)委員會(huì)。但是在西方生物醫(yī)學(xué)工程的進(jìn)步與它的社會(huì)效應(yīng)的矛盾日益顯露的今天，中國的生物醫(yī)學(xué)工程要發(fā)展，就必須要充分認(rèn)識(shí)我國的基本國情，要以大多數(shù)中國人的衛(wèi)生保健的急需為目標(biāo)，立足于我國經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的可能，在促進(jìn)我國醫(yī)學(xué)水平提高的同時(shí)，必須有助于社會(huì)醫(yī)療費(fèi)用的控制。 生物力學(xué)所涉及的領(lǐng)域很廣，目前認(rèn)為它主要包括骨骼生物力學(xué)、人體運(yùn)動(dòng)力學(xué)、血液循環(huán)力學(xué)、呼吸流變學(xué)和生物熱力學(xué)等分支學(xué)科。60年代后期，電子計(jì)算機(jī)開始用于醫(yī)學(xué)，為生物力學(xué)開辟了新的前景。 1978年，在中國科學(xué)院組織的全國力學(xué)規(guī)劃會(huì)議上，將生物力學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科列入規(guī)劃中。盡管骨力學(xué)的研究已有上百年的歷史，但至今仍有許多問題處于有待深入研究的狀態(tài)。 骨骼在生物體內(nèi)占有重要的地位。 骨骼生物力學(xué)在醫(yī)學(xué)方面的研究與應(yīng)用有著廣闊的前景，如骨的再造理論，骨的生長與應(yīng)力關(guān)系的理論等，對于矯形外科、骨傷的治療、防護(hù)及輔助器具的設(shè)計(jì)等許多方面都有著重要的作用。 選做工關(guān)節(jié)材料的基本要求是：與骨組織間有良好的生理相容性與耐腐蝕性；有足夠高的強(qiáng)度與疲勞壽命、較好的抗磨損性；良好的可加工性等。 金屬材料的磨屑可增加感染率。 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明：鈷鉻鉬合金有較好的生理相容性，但長期使用這種臺(tái)金制成的人工關(guān)節(jié)，其血液與頭發(fā)中鈷的含量明顯增加。 盡管人工關(guān)節(jié)材料有較多優(yōu)點(diǎn)，但也存在尚未克服的缺點(diǎn)．如金屬的電解、疲勞、腐蝕、磨損、松動(dòng)、骨質(zhì)吸收等；塑料材料的老化、變脆；陶瓷優(yōu)點(diǎn)較多，但其質(zhì)脆、易折。迄今 ， 生物材料有近千種 ， 但被廣泛應(yīng)用的僅十余種 。對生物材料的基本要求是： （生物性能）； （機(jī)械性能）； （耐生物老化性能）。 洞察微觀世界的秘密，需要借助儀器來開拓視野、延伸雙手。用放大２０００倍的光學(xué)顯微鏡可以看到地球上的樓房。 21世紀(jì)，信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和納米科學(xué)技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。而 納米材料 則是由許多的原子分子構(gòu)成的具有納米結(jié)構(gòu)特征的物質(zhì)。 ? 納米材料中包含了若干個(gè)原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)行材料和器件的設(shè)計(jì)和制備。 納米材料的主要特點(diǎn)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(qiáng)的磁性、不導(dǎo)電材料變成導(dǎo)電、特殊的遠(yuǎn)紅外線輻射、強(qiáng)的紫外反射、強(qiáng)吸附性、強(qiáng)催化作用等等。利用納米碳材料的高效吸附性，可將它用于血液的凈化，清除某些特定的病毒或成分。 美國科學(xué)基金會(huì)發(fā)表了 400頁的報(bào)告，來說明納米技術(shù)對人類社會(huì)帶來的影響。建模的目的是為了更好地了解生物系統(tǒng)的行為及規(guī)律，為生物控制奠定基礎(chǔ)。生物系統(tǒng)建模與仿真可以將生物系統(tǒng)簡化為數(shù)學(xué)模型并對此模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，從而代替實(shí)際的復(fù)雜、長期、昂貴及至無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，大大提高研究效率和定量性，并可研究人為施加控制條件以影響生物系統(tǒng)運(yùn)行過程。如我們研究血壓、 PH、體溫與心率的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為研制 按需型心臟起搏器 提供理論基礎(chǔ)。 激光輻射生物體后，由于組織可能產(chǎn)生光致熱、化學(xué)、壓強(qiáng)、電磁場和生物刺激等效應(yīng)，發(fā)生組織形態(tài)和功能的變化，故可用于臨床治療。加熱療法的研究動(dòng)向主要在熱源、加熱區(qū)域定位、體內(nèi)測量與控制等方面。 高能量電離輻射光子或高能粒子照射人體內(nèi)病變部位可起到治療作用，這種方法稱為放射治療。各種低頻或直流電場、磁場已經(jīng)被用于治療，有的與中醫(yī)針灸療法相結(jié)合，在治療某些常見病上有一定療效，特別是已開發(fā)了多種家用性電磁治療儀器。 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)涉及生物體各層次的生理、生化和生物信號(hào)，這些信息以物理量、化學(xué)量或生物量變化的形式表現(xiàn)出來，如心電、腦電、肌電、眼電、等生物電信號(hào)；血壓、體溫、呼吸、血流、脈搏等非電磁生理信號(hào)；血液、尿液、血?dú)獾壬锘瘜W(xué)量信號(hào)；酶、蛋白、抗體、抗原等生物量信號(hào)。 生物醫(yī)學(xué)傳感器按被檢測量劃分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器三類。８０年代以來，美國、日本等國先后將生物傳感器列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，１９８５年起創(chuàng)辦了國際性專門刊物《 Biosensor》 ，由此推動(dòng)了生物傳感器的研究熱潮。 物理傳感器主