【正文】 instruments, for the prevention, diagnosis, treatment and rehabilitation, to protecthuman paper reviews the development process, research content, research status and its wide range of applications in biomedical engineering in the : Biomedical Engineering, Medicine, Military, Prospect1引言生物醫(yī)學(xué)工程是一門由理、工、醫(yī)相結(jié)合的交叉學(xué)科，是多種工程學(xué)科向生物醫(yī)學(xué)滲透的產(chǎn)物。它涉及生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像、圖像處理、生物信號處理、生物力學(xué)、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(yùn)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(xué)工程伴隨著醫(yī)學(xué)進(jìn)步和醫(yī)療器械的發(fā)展而不斷成熟，在健康教育、疾病預(yù)防、疾病診斷、疾病治療、疾病康復(fù)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。生物醫(yī)學(xué)工程標(biāo)志性成果主要包括4個方面：2．1顯微鏡的發(fā)明17世紀(jì)發(fā)明了光學(xué)顯微鏡，其分辨能力達(dá)到微米（μm）級水平；20世紀(jì)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。2．3介入醫(yī)學(xué)問世1964年，Dotter和Judkin最早使用介入技術(shù)導(dǎo)管對下肢動脈阻塞性病變進(jìn)行擴(kuò)張治療取得成功；1967年，Margulis首先使用介入放射學(xué)，這是醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)出現(xiàn)“介入”一詞的最早記載；1977年，Gruenzing成功地進(jìn)行了首例冠狀動脈球囊擴(kuò)張術(shù)獲得成功；20世紀(jì)80年代，隨著高精度計(jì)算機(jī)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(dǎo)管相繼問世，使介入性診療技術(shù)飛速進(jìn)步。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(fēng)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(zhǔn)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。所謂交叉學(xué)科是指由不同學(xué)科、領(lǐng)域、部門之間相互作用，彼此融合形成的一類學(xué)科群。而且，生物醫(yī)學(xué)工程所指的學(xué)科交叉，不是生物醫(yī)學(xué)同哪一個工程學(xué)科分支的簡單結(jié)合，而是多學(xué)科、廣范圍、高層次上的融合。此外，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科所涉及的領(lǐng)域非常廣泛。這樣一來，當(dāng)任何一個學(xué)科取得突破進(jìn)展時都能影響到生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，使其發(fā)展的速度異常迅速。當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程研究的重要領(lǐng)域包括：4．1生物力學(xué)研究生命體運(yùn)動和變形的學(xué)科，主要通過生物學(xué)與力學(xué)原理方法的有機(jī)結(jié)合，認(rèn)識生命過程的規(guī)律，解決生命與健康領(lǐng)域的科學(xué)問題；研究領(lǐng)域主要包括：生物流變學(xué)、心血管生物力學(xué)與血液動力學(xué)、骨關(guān)節(jié)生物力學(xué)等。4．3生物材料學(xué)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(xì)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。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(xué)的發(fā)展開拓了新途徑。4．6生物系統(tǒng)建模與仿真 對生物體在細(xì)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(xué)模型，并用計(jì)算機(jī)求解該模型以分析和預(yù)測各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制和狀態(tài)。4．8醫(yī)學(xué)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(xué)圖像進(jìn)行分割、分類、識別、解釋及三維重建等進(jìn)行分析處理。5生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域研究現(xiàn)狀5．1發(fā)達(dá)國家生物醫(yī)學(xué)工程的現(xiàn)狀在美國以及歐洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，早在上世紀(jì)70年代就指出生物醫(yī)學(xué)工程的重要性，基于其強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)、科技實(shí)力，經(jīng)過近半個世紀(jì)的努力均取得了各自的成果。但是面對當(dāng)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(jìn)。這樣一來，生物醫(yī)學(xué)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(xué)、物理、化學(xué)及工程科學(xué)等高度交叉跨領(lǐng)域方向發(fā)展。另外，美國政府因認(rèn)識到新的世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程對促進(jìn)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(xué)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(xué)成像和生物工程研究所，規(guī)定由該所負(fù)責(zé)對美國生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的科研創(chuàng)新、開發(fā)應(yīng)用、教育培訓(xùn)和信息傳播等進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，促進(jìn)生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的基本了解、合作研究以及跨學(xué)科的創(chuàng)新。5．2國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程的現(xiàn)狀我國的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科相對國外發(fā)達(dá)國家來說起步比較低。由于這些學(xué)校的理、工等學(xué)科在全國都有重要的影響，且大都設(shè)有國家級重點(diǎn)學(xué)科，他們開展起來十分方便，這些院校均是以科研性學(xué)科設(shè)置的。因?yàn)樯镝t(yī)學(xué)工程是以理、工、醫(yī)為基礎(chǔ)，醫(yī)學(xué)中的許多問題只有在這些學(xué)科相互結(jié)合的前提下才能得以解決。這就是這些生物醫(yī)學(xué)工程工作者的工作理念。例如，生物力學(xué)利用力學(xué)的基本原理，結(jié)合生理、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，從分子力學(xué)到系統(tǒng)力學(xué)各個不同的層次來研究生物體的力學(xué)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(jī)匹配設(shè)計(jì)的重要依據(jù)?？砷_發(fā)出在軍事醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣泛用途的抗凝血材料、可降解性骨修補(bǔ)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。這種技術(shù)可以替代軍事醫(yī)學(xué)研究中某些復(fù)雜、長期、昂貴乃至無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，如航天、航空、潛水及危險條件下的生物系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，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(yùn)行過程的影響。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(jī)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。6．2衛(wèi)星遙感技術(shù)將成為重要的宏觀流行病學(xué)手段為應(yīng)付未來突發(fā)戰(zhàn)爭需要軍事醫(yī)學(xué)部門及時提供目標(biāo)地區(qū)可靠的醫(yī)學(xué)地理、流行病學(xué)和自然衛(wèi)生資源等方面的資料。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(shí)現(xiàn)這一目的。對我國周邊地區(qū)、重要戰(zhàn)略目標(biāo)地區(qū)、有爭議的地區(qū)以及人員較難進(jìn)入的島礁、叢林、沼澤等進(jìn)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。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(xué)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。例如，在化學(xué)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(diǎn)，先迅速檢測出戰(zhàn)荊的類別，指導(dǎo)人員及時采取防護(hù)措施，繼而再用抗體傳感粉進(jìn)一步確定戰(zhàn)劑的種類，采取更具針對性的防護(hù)。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(xué)和生物戰(zhàn)劑的聯(lián)合偵檢中已進(jìn)入工程開發(fā)和試用階段。新型生物降解性骨修補(bǔ)材料可理想地修復(fù)骨缺損不需要作二次拆旅手術(shù)。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。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(jìn)創(chuàng)傷愈合，減少癱痕形成。利用多學(xué)科交叉的優(yōu)勢來揭示人類思維和認(rèn)知的奧秘，是二十一世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程的一個主攻方向。微創(chuàng)傷手術(shù)、生物醫(yī)學(xué)微機(jī)電技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)機(jī)器人技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)信息技術(shù)[8]等正在成長為新的研究領(lǐng)域。8結(jié)語同時，由于其以其他學(xué)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(yuǎn)的影響。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。這也堅(jiān)定了我學(xué)習(xí)生物醫(yī)學(xué)工程的信念。它有一個分支是生物信息、化學(xué)生物學(xué)等方面主要攻讀生物、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和儀器分析化學(xué)等，微流控芯片技術(shù)的發(fā)展，為醫(yī)療診斷和藥物篩選，以及個性化、轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)提供了生物醫(yī)學(xué)工程新的技術(shù)前景，化學(xué)生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)和微流控技術(shù)生物芯片是系統(tǒng)生物技術(shù)，從而與系統(tǒng)生物工程將走向統(tǒng)一的未來。生物醫(yī)學(xué)信號處理，根據(jù)生物醫(yī)學(xué)信號的特點(diǎn)，對所采集到的生物醫(yī)學(xué)信號進(jìn)行分析、解釋、分類、顯示、存儲、和傳輸。從電的性質(zhì)來講，可以分成電信號和非電信號，如心電、肌電、腦電等屬于電信號；其它如體溫、血壓、呼吸、血流量、脈搏、心音等屬于非電信號，非電信號又可分為：① 機(jī)械量；②熱學(xué)量；③光學(xué)量；④化學(xué)量。生物醫(yī)學(xué)信號的特點(diǎn)①信號弱。③頻率范圍一般較低，除心音信號頻譜成份稍高外，其他電生理信號頻譜一般較低。生物醫(yī)學(xué)圖像處理什么是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)？醫(yī)學(xué)圖像處理是一門綜合了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)等多個學(xué)科的交叉科學(xué)，是利用數(shù)學(xué)的方法和計(jì)算機(jī)這一現(xiàn)代化的信息處理工具，對由不同的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備產(chǎn)生的圖像按照實(shí)際需要進(jìn)行處理和加工的技術(shù)。醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展源于德國科學(xué)家倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)的X射線并由此產(chǎn)生的X線成像技術(shù)。醫(yī)生主要憑經(jīng)驗(yàn)和主觀判斷確定診斷結(jié)果，診斷結(jié)果的正確與否與醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)直接相關(guān)。近20年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，與計(jì)算機(jī)技術(shù)密切相關(guān)的影像技術(shù)也日新月異，醫(yī)學(xué)影像學(xué)已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快的學(xué)科之一。當(dāng)X線透過人體不同組織結(jié)構(gòu)時，被吸收的程度不同，所以到達(dá)熒屏或膠片上的X線量即有差異。二、超聲成像超聲可以探查出非常細(xì)微的病變組織，是X線攝影的有力補(bǔ)充。超聲儀使用的成像物質(zhì)波源是震動頻率在人的聽覺范圍以外的機(jī)械震動波。人們常說的B超只是超聲波成像儀的一種。另外，超聲檢查的視野有限，難以顯示正常組織及較大病變的全貌，不利于與其它檢查圖像(如CT，MRI)進(jìn)行對比。CT是以高穿透性、高能量的X射線穿過人體的受檢部位后，由于不同組織或器官在組織密度上的差異，使入射的X射線被人體組織的吸收而發(fā)生相應(yīng)的衰減。CT成像解決了傳統(tǒng)X線成像因組織重疊造成的圖像分辨率不高的問題，實(shí)現(xiàn)了組織器官的斷層解剖結(jié)構(gòu)的成像。四、核醫(yī)學(xué)成像核醫(yī)學(xué)成像是一種對人體無創(chuàng)、安全而有效的成像方法，它最重要的特點(diǎn)是能反映人體內(nèi)各組織器官功能性的變化，而功能性的變化常發(fā)生在疾病的早期。核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)是以放射性核素示蹤法為基礎(chǔ)的，其基本特點(diǎn)是利用放射性核素制作標(biāo)記化合物注入人體，釋放的正電子與體內(nèi)存在的電子碰撞而發(fā)生湮滅，從而釋放出g射線，利用體外檢測器獲得數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，進(jìn)而形成核醫(yī)學(xué)圖像。在核醫(yī)學(xué)成像過程中，注入人體內(nèi)的放射性藥物根據(jù)自己的代謝和生物學(xué)特性，能特異地分布于體內(nèi)特定的器官或病變組織，標(biāo)記在放射性藥物分子上的放射性核素由于放出g射線能被體外探測器探測到，通過對探測器探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，就可顯示放射性核素標(biāo)記的放射性藥物在體內(nèi)的分布圖。MRI較CT具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：無電磁輻射損傷，對軟組織具有更高的分辯率，多方向、多參數(shù)成像方法，無需用造影劑就能對心血管成像。醫(yī)學(xué)圖像處理基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)是按照臨床的要求利用計(jì)算機(jī)對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行處理和加工的技術(shù)，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字化的醫(yī)學(xué)圖像。 (PACS)家庭健康監(jiān)護(hù)與遠(yuǎn)程醫(yī)療遠(yuǎn)程醫(yī)療是指通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)與多媒體技術(shù)，同醫(yī)療技術(shù)相結(jié)合，旨在提高診斷與醫(yī)療水平、降低醫(yī)療開支、滿足廣大人民群眾保健需求的一項(xiàng)全新的醫(yī)療服務(wù)。它包括遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程會診及護(hù)理、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療信息服務(wù)等所有醫(yī)學(xué)活動。遠(yuǎn)程醫(yī)療包括遠(yuǎn)程醫(yī)療會診、遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)教育、建立多媒體醫(yī)療保健咨詢系統(tǒng)等?；居猛臼紫龋窃谝欢ǔ潭壬暇徑饬宋覈鴮＜屹Y源、中國人口分布極不平衡的現(xiàn)狀。另外，通過遠(yuǎn)程教育等措施也能在一定程度上提高中小醫(yī)院醫(yī)師的水平。遠(yuǎn)程會診系統(tǒng)可以讓病人在本地就能得到相應(yīng)的治療，大大減少了就診費(fèi)用。整個生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)存在一定的市場前景，很多東西亟待發(fā)掘。另外，由于生物醫(yī)學(xué)工程的面向很廣，我對手術(shù)規(guī)劃和市場營銷有很大的興趣，這將作為我未來的發(fā)展方向。通過自己的技術(shù)，我希望能夠解決一些實(shí)際問題。偉人之所以偉大，是因?yàn)樗麄儧Q心要做出偉大的事。你愿意為此全力以赴，那么你就可能獲得成功。咋一看，這句從祖輩們那里流傳下來的真理似乎與我的職業(yè)生涯設(shè)計(jì)毫不相干，其實(shí)不然，規(guī)矩和志向是休戚相關(guān)的，它們都是一個人行動的指南，正所謂：志不立，天下無可成之事，也才有“世上無難事，只怕有心人”的豪言壯志，理想是一個人行動的指南，那如果沒有這個指南針呢？或許人生的航船就要失去方向了，所以自從上了大學(xué)，我就給自己定下了目標(biāo)：我要好好學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)衛(wèi)生知識，用自己的真才實(shí)學(xué)創(chuàng)辦一個集健康咨詢，整體形象設(shè)計(jì)，心理咨詢?yōu)橐惑w的公司，為現(xiàn)代人服務(wù)。俗話說：“興趣是最好的老師。一個人在社會當(dāng)中總會遇上不能稱心如意的事情，有些時候只有寬容才能愈合創(chuàng)傷的奇妙的效果，寬容不僅僅是容忍缺點(diǎn)和錯誤，更是一種無言的教誨，寬容是一個人人格完善的體現(xiàn)，在寬容的過程中自己的心靈也會得到凈化和升華。人的能力如同地下的煤，需要去發(fā)現(xiàn)它并開發(fā)出來，這樣它才有機(jī)會發(fā)光發(fā)熱，造福人類社會。三、環(huán)境分析現(xiàn)代人生活在混泥土構(gòu)建的都市叢林中，由于過于沉重的工作，事業(yè)，競爭壓力等問題，常常伴有一種莫名其妙的疲憊感，自覺身體虛弱無力，即使經(jīng)過休息也不易緩解。所以此行業(yè)有很好的發(fā)展前景，我對此充滿了信心?！爆F(xiàn)代對“美”的追求不僅僅是一種自我陶醉的簡單行為，而是建立和尋找自信心的最佳方法，特別向往美麗的人是對生活充滿信心的，因此，美總是與快樂、開心、甜蜜緊緊地聯(lián)系在一起。美是一個永久不衰的話題，縱觀我們東方文明史，其實(shí)在中國的歷代后妃傳記中早已記載著那些講究保養(yǎng)、追求青春肌膚、長生養(yǎng)氣的39。技術(shù)、環(huán)境和服務(wù)仍然需要進(jìn)一步提高。無論是朝氣蓬勃的年輕人，還是白發(fā)花甲的老年人，都開始涉足整體形象設(shè)計(jì)這一領(lǐng)域，也許他們并沒有自己的整體形象師，也許他們并不具備充足的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，但是只要他們擁有了提升整體形象的意識，最終會改變自身的形象，從而提高整體的精神面貌，由此與之相呼應(yīng)的整體形象設(shè)計(jì)行業(yè)也隨之興起，但由于起步晚、發(fā)展慢，這一新興行業(yè)并沒有得到巨大發(fā)展。都市生活緊張忙碌，物質(zhì)文明高度發(fā)達(dá)，然而精神文明卻不能與之相協(xié)調(diào)，許多人心理的天平失衡。緊張、壓抑、苦惱的情緒