【正文】 材料，離開傳感器和控制系統(tǒng)的完善，人工器官是不可能實現(xiàn)的。 人工器官是生物工程各領(lǐng)域知識和技術(shù)的綜合體現(xiàn)。 例如，人工心臟瓣膜、人工血管、人工血液和人工心臟及心臟輔助裝置，可補(bǔ)償血液循環(huán)功能；人工關(guān)節(jié)、人工脊椎、人工骨、人工肌腱和假肢具有支持運動功能；人工腎、人工肝具有血液凈化功能；人工肺、人工氣管和人工喉具有呼吸輔助功能；人工食管、人工膽管和人工腸具有支持消化功能； 人工膀胱、人工輸尿管、人工尿道具有排尿輔助功能；人工胰、人工胰島細(xì)胞具有內(nèi)分泌輔助功能；人工子宮、人工輸卵管、人工睪丸、人工陰道和陰莖假體具有生殖輔助功能；心臟起搏器、膈起搏器等具有神經(jīng)傳導(dǎo)功能的輔助作用；人工視覺、人工聽覺、人工晶體、人工角膜、人工鼻等具有感覺輔助功能。此外，模糊處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像處理中已受到高度重視，三維圖像顯示技術(shù)亦是重要的發(fā)展方向。 醫(yī)學(xué)圖像處理方法 很多。 今后的重要課題 是提高已有成像技術(shù)的成像速度和分辨力；擴(kuò)展成像功能，特別是用于體內(nèi)化學(xué)成份和生理功能的檢查；努力降低成像設(shè)備的成本；提高圖像質(zhì)量。 醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)種類 很多，傳統(tǒng)的顯微圖像、 x線射線圖像和內(nèi)窺鏡圖像技術(shù)得到不斷發(fā)展；與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的超聲醫(yī)學(xué)圖像、x線計算機(jī)斷層圖像 (x線 CT)、磁共振圖像(MRI)和放射性核素圖像等也已得到迅速發(fā)展和普及應(yīng)用；熱成像、微波成像、電阻抗成像等技術(shù)亦在開發(fā)或研究之中，有的已形成產(chǎn)品。 醫(yī)學(xué)圖像具有直觀、形象和信息量豐富的特點，便于觀測和儲存，因而發(fā)展十分迅速，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床診斷中已占越來越重要的地位。 圖像處理 則是對已獲得的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析、識別、分割、解釋、分類以及作三維重建與顯示，其目的是把獲得的醫(yī)學(xué)圖像的某些部分增強(qiáng)，或提取某些特征，為醫(yī)生提供感興趣的信息。以成像的手段來分有 X線成像、超聲成像、磁共振成像、放射性核素成像等 。 醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)包括醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和圖像處理技術(shù)。雖然目前的心電圖診斷系統(tǒng)還比不上專業(yè)醫(yī)生的水平，但心電圖的自動分析仍有改進(jìn)的余地，研究人員正從不同的著重點對診斷程序作進(jìn)一步的改進(jìn)，如：利用每一心跳中有用的信息；綜合不同程序的結(jié)果；吸收心電學(xué)其它領(lǐng)域的知識；采用非心電圖的數(shù)據(jù)；利用記錄完備的心電數(shù)據(jù)來評估心電圖診斷程序等。例如，在心電和腦電的體表檢測中，計算機(jī)對多種生理信號進(jìn)行同步觀察與處理，以利于更好地反應(yīng)信號源的活動。 生物醫(yī)學(xué)信號檢測技術(shù)已廣泛應(yīng)用于臨床檢查、病人監(jiān)護(hù)、醫(yī)學(xué)實驗、在體控制、人工器官和運動醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，并成為生物醫(yī)學(xué)工種研究各領(lǐng)域的共用性技術(shù)。在診斷老年癡呆癥時 NN能和專家相媲美。 NN在圖像分析及輔助診斷中的應(yīng)用，近年來受到了重視，用 NN對胸部透視數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對于鑒別良性與惡性病灶很有幫助，同時還減少了不必要的活組織檢查。已有多種 NN模型被提出，其中某些模型已取得了引人注目的成果。一般情況下，操作人員先用某種類型的一組輸入輸出數(shù)據(jù)訓(xùn)練系統(tǒng)，讓系統(tǒng)學(xué)習(xí)，以后當(dāng)把屬于這種類型的新數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)時， NN就能用學(xué)過的數(shù)據(jù)推測出而無需編制任何處理這類事件的特殊程序。 在過去的幾年中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ Artificial Neural Networks， NN）在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用迅速擴(kuò)大。 近年來，小波變換（ WT）被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)信號檢測的許多領(lǐng)域。例如累加平均技術(shù)對誘發(fā)腦電，希氏束電位、心室晚位等微弱信號的提?。辉谛碾姾湍X電的體表檢測中采用計算機(jī)進(jìn)行多道信號的同步觀察與處理，并推求原始信號原的活動；在生理信號的數(shù)據(jù)壓縮中開始引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；在醫(yī)藥學(xué)特別是中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)已在發(fā)揮實際效益。 另外，生物傳感器輸出的信號一般十分微弱，需要放大。 生物信息處理技術(shù)即是研究從被檢測的湮沒在干擾和噪聲中的生物醫(yī)學(xué)信號中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信息的方法。 ? 生物醫(yī)學(xué)信號處理 生物醫(yī)學(xué)信號一般都是伴隨著噪聲和干擾的信號，如心電、肌電信號總是伴隨著因肢體動作和精神緊張等帶來的假象，而且有較強(qiáng)的工頻干擾；誘發(fā)腦電信號，總是伴隨著較強(qiáng)的自發(fā)腦是信號；超聲回波信號總是伴隨著其它反射雜波。 隨著微電子、光電子技術(shù)的發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)傳感器也將繼續(xù)向微型化、多參數(shù)、實用化發(fā)展。聲波道傳感器對力學(xué)及電學(xué)量都很敏感 , 它具有靈敏度高、易于集成化、微型化等優(yōu)點，應(yīng)用范圍較廣，越來越受到人們的重視。光學(xué)生物傳感器是利用生物發(fā)光或生物物質(zhì)對光波的擾動進(jìn)行測量，精度高，抗電磁干擾，非常靈敏，但線性范圍窄。 物理傳感器主要包括熱敏生物傳感器、聲效應(yīng)管生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳器。 與傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器相比，光纖化學(xué)傳感器（ＦＯＣＳ）有如下特點：（１）光纖及探頭均可微型化，生物兼容性好，加之良好的柔韌性和不帶電的安全性，使其更加適合臨床醫(yī)學(xué)上的實時、在體檢測；（２）光纖傳輸功率損耗小，傳輸信息容量大，抗電磁干擾，耐高溫、高壓，防腐，阻燃，防爆，使之可用于遠(yuǎn)距離遙測和某些特殊環(huán)境的分析；（３）可采用多波長和時間分辨技術(shù)來提高方法的選擇性，可同時進(jìn)行多參數(shù)或連續(xù)多點檢測，以獲得大量信息； （４）適當(dāng)選擇化學(xué)試劑及其固定方法，可檢測多種物質(zhì)，靈活性很大；（５）不需要電位法的參比電極，用廉價光源照射樣品，可使成本大大降低；（６）在大多數(shù)情況下，ＦＯＣＳ不改變樣品的組成，是非破壞性分析。８０年代以來，美國、日本等國先后將生物傳感器列為重點研究項目，１９８５年起創(chuàng)辦了國際性專門刊物《 Biosensor》 ，由此推動了生物傳感器的研究熱潮。由于生物系統(tǒng)十分復(fù)雜，生物體內(nèi)的信息豐富，生物信號檢測技術(shù)十分重要。 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。如血壓和血流等信息可以了解心血管系統(tǒng)的狀態(tài)。 生物醫(yī)學(xué)信號涉及生物體各層次的生理、生化和生物信號，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；血壓、體溫、呼吸、血流、脈搏等非電磁生理信號；血液、尿液、血氣等生物化學(xué)量信號；酶、蛋白、抗體、抗原等生物量信號。 ? 生物醫(yī)學(xué)信號檢測與傳感器 生物醫(yī)學(xué)信號檢測是對生物體中包含的生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)及變量和成分等信息的信號進(jìn)行檢測和量化的技術(shù)。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。近年來用中子流和同步加速器中高能粒子束輻射出的連續(xù)硬 X射線治療惡性腫瘤的報道很多，但這需要昂貴的設(shè)備和條件，難以推廣。 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。最具代表性的是 經(jīng)皮冠狀動脈腔內(nèi)成形手術(shù) ，還可施行熱切除、射頻消融、除顫、高速旋切等操作。加熱療法的研究動向主要在熱源、加熱區(qū)域定位、體內(nèi)測量與控制等方面。 以 微波和超聲為熱源的腫瘤加熱療法 ，近年來進(jìn)行了大量的研究和開發(fā)工作，已有產(chǎn)品應(yīng)用于臨床。 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。 ? 物理因子在治療中的應(yīng)用及其生物效應(yīng) 應(yīng)用電、磁、輻射、超聲等物理能量作為治療疾病或緩解病痛是藥物和手術(shù)治療以外的重要的治療手段。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)。此外，在醫(yī)療儀器的研制和生物學(xué)、生理學(xué)、仿生學(xué)等學(xué)科的發(fā)展中，生物系統(tǒng)建模與仿真也具有很大價值。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)行計算機(jī)分析，從而代替實際的復(fù)雜、長期、昂貴及至無法實現(xiàn)的實驗，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)運行過程。 生物體是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，即使最簡單的紅細(xì)胞也包含著約 2022種代謝反應(yīng)，而大腦的復(fù)雜性就更是無法比擬的了。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)。 2022年美國克林頓政府提出了一個國家納米技術(shù)創(chuàng)新計劃， 2022撥款達(dá)為 。 美國科學(xué)基金會發(fā)表了 400頁的報告，來說明納米技術(shù)對人類社會帶來的影響。但其所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能預(yù)示它在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域尤其是在生物材料和人工器官、介入性治療、藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。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。在人工器官制造、 臨床應(yīng)用 等方面，納米陶瓷材料比傳統(tǒng)陶瓷材料有更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。 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(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。 納米技術(shù) 是在納米尺度內(nèi) ， 通過對物質(zhì)反應(yīng) 、 傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來實現(xiàn)創(chuàng)造新的材料 、器件和充分利用它們的特殊的性能 ， 并且探索在納米尺度內(nèi)物質(zhì)運動的新現(xiàn)象和新規(guī)律 。 ? 納米材料中包含了若干個原子、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)計和制備。這種納米粒子表面積很大，每克達(dá)幾百至幾千平方米。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)。納米技術(shù)所帶動的技術(shù)革命及其對人類的影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電子技術(shù)。 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。 什么是納米 ？納米 (nanometer):長度單位的一種， 1納米 =109米，即十億分之一米。用放大２０００倍的光學(xué)顯微鏡可以看到地球上的樓房。它給我們提供了對納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量和處理的 “ 眼睛 ” 和 “ 手指 ” 。 洞察微觀世界的秘密，需要借助儀器來開拓視野、延伸雙手。 材料技術(shù)的發(fā)展趨勢之一是尺度向越來越小的方向發(fā)展，以前組成材料的顆粒，其尺寸都在微米（百萬分之一米）量級 ，而現(xiàn)在出現(xiàn)