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生物医学工程科普文章

2023-12-07 05:07 来源:学术参考网 作者:未知

生物医学工程科普文章

生物医学工程是一门新兴的边缘学科,它综合工程学、生物学和医学的理论和方法,在各层次上研究人体系统的状态变化,并运用工程技术手段去控制这类变化,其目的是解决医学中的有关问题,保障人类健康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。

生物医学工程兴起于20世纪50年代,它与医学工程和生物技术有着十分密切的关系,而且发展非常迅速,成为世界各国竞争的主要领域之一。

生物医学工程学与其他学科一样,其发展也是由科技、社会、经济诸因素所决定的。这个名词最早出现在美国。1958年在美国成立了国际医学电子学联合会,1965年该组织改称国际医学和生物工程联合会,后来成为国际生物医学工程学会。

生物医学工程学除了具有很好的社会效益外,还有很好的经济效益,前景非常广阔,是目前各国争相发展的高技术之一。以1984年为例,美国生物医学工程和系统的市场规模约为110亿美元。美国科学院估计,到2000年其产值预计可达400~1000亿美元。

生物医学工程学是在电子学、微电子学、现代计算机技术,化学、高分子化学、力学、近代物理学、光学、射线技术、精密机械和近代高技术发展的基础上,在与医学结合的条件下发展起来的。它的发展过程与世界高技术的发展密切相关,同时它采用了几乎所有的高技术成果,如航天技术、微电子技术等。

生物医学工程学的内容

生物力学是运用力学的理论和方法,研究生物组织和器官的力学特性,研究机体力学特征与其功能的关系。生物力学的研究成果对了解人体伤病机理,确定治疗方法有着重大意义,同时可为人工器官和组织的设计提供依据。

生物力学中又包括有生物流变学(血液流变学、软组织力学和骨骼力学)、循环系统动力学和呼吸系统动力学等。目前生物力学在骨骼力学方面进展较快。

生物控制论是研究生物体内各种调节、控制现象的机理,进而对生物体的生理和病理现象进行控制,从而达到预防和治疗疾病的目的。其方法是对生物体的一定结构层次,从整体角度用综合的方法定量地研究其动态过程。

生物效应是研究医学诊断和治疗中,各种因素可能对机体造成的危害和作用。它要研究光、声、电磁辐射和核辐射等能量在机体内的传播和分布,以及其生物效应和作用机理。

生物材料是制作各种人工器官的物质基础,它必须满足各种器官对材料的各项要求,包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。由于这些人工器官大多数是植入体内的,所以要求具有耐腐蚀性、化学稳定性、无毒性,还要求与机体组织或血液有相容性。这些材料包括金属、非金属及复合材料、高分子材料等;目前轻合金材料的应用较为广泛。

医学影像是临床诊断疾病的主要手段之一,也是世界上开发科研的重点课题。医用影像设备主要采用 X射线、超声、放射性核素磁共振等进行成像。

X射线成像装置主要有大型X射线机组、X射线数字减影(DSA)装置、电子计算机X射线断层成像装置(CT);超声成像装置有B型超声检查、彩色超声多普勒检查等装置;放射性核素成像设备主要有γ照相机、单光子发射计算机断层成像装置和正电子发射计算机断层成像装置等;磁成像设备有共振断层成像装置;此外还有红外线成像和正在兴起的阻抗成像技术等。

医用电子仪器是采集、分析和处理人体生理信号的主要设备,如心电、脑电、肌电图仪和多参量的监护仪等正在实现小型化和智能化。通过体液了解生物化学过程的生物化学检验仪器已逐步走向微量化和自动化。

治疗仪器设备的发展比诊断设备要稍差一些。目前主要采用的是X射线、γ射线、放射性核素、超声、微波和红外线等仪器设备。大型的如:直线加速器、X射线深部治疗机、体外碎石机、人工呼吸机等,小型的有激光腔内碎石机、激光针灸仪以及电刺激仪等。

手术室中的常规设备已从单纯的手术器械发展到高频电刀、激光刀、呼吸麻醉机、监护仪、X射线电视,各种急救治疗仪如除颤器等。

为了提高治疗效果,在现代化的医疗技术中,许多治疗系统内有诊断仪器或一台治疗设备同时含有诊断功能,如除颤器带有诊断心脏功能和指导选定治疗参数的心电监护仪,体外碎石机中装备了进行定位的X射线和超声成像装置,而植入人体中的人工心脏起搏器就具有感知心电的功能,从而能作出适应性的起搏治疗。

介入放射学是放射学中发展速度最快的领域,也就是在进行介入治疗时,采用了诊断用的x射线或超声成像装置以及内窥镜等来进行诊断、引导和定位。它解决了很多诊断和治疗上的难题,用损伤较小的方法治疗疾病。

目前各国竞相发展的高技术之一为医学成像技术,其中以图像处理,阻抗成像、磁共振成像、三维成像技术以及图像存档和通信系统为主。在成像技术中生物磁成像是最新发展的课题,它是通过测量人体磁场,来对人体组织的电流进行成像。

生物磁成像目前有二个方面。即心磁成像(可用以观察心肌纤维的电活动,可以很好地反映出心律失常和心肌缺血)和脑磁成像(用以诊断癫痫活动、老年性痴呆和获得性免疫缺陷综合征的脑侵入,还可以对病损脑区进行定位和定量)。

另一个世界各国竞相发展的高技术是信号处理与分析技术,其中包括心电信号、脑电、眼震、语言、心音呼吸等信号和图形的处理与分析。

高技术领域中还有神经网络的研究,目前世界各国的科学家为此掀起了一个研究热潮。它被认为是有可能引起重大突破的新兴边缘学科,它研究人脑的思维机理,将其成果应用于研制智能计算机技术。运用智能原理去解决各类实际难题,是神经网络研究的目的,在这一领域已取得可喜的成果。

生物工程是什么工程?

生物工程学
(柯嘉康)

又称生物工艺学或生物技术。应用生物学和工程学的原理,对生物材料、生物所特有的功能,定向地组建成具有特定性状的生物新品种的综合性的科学技术。生物工程学是70年代初,在分子生物学、细胞生物学等的基础上发展起来的,包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程等,他们互相联系,其中以基因工程为基础。只有通过基因工程对生物进行改造,才有可能按人类的愿望生产出更多更好的生物产品。而基因工程的成果也只有通过发酵等工程才有可能转化为产品。
医学上通过生物工程可以生产出大量廉价的防治人类疾病的药物,如入胰岛素、干扰素、生长激素、乙型肝炎疫苗等。生物工程在食品、轻工中的应用面也很广。1983年美国用生物工程生产的用于制作饮料的高果糖浆的年产量达600万吨,从而使蔗糖的消耗量减少一半。采用生物工程技术,使育种工作发生了很大变化,如把抗病基因转移到烟草中去,已培育出防止害虫的烟草新品种;把低等生物根瘤菌的固氮基因转移到高等作物的细胞中,使之能自己制造氮肥,也取得了一定成果。目前世界各国对生物工程十分重视,我国也把生物工程列为重点发展的科研项目之一。生物工程学的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。

生物工程学又称生物工艺学或生物技术,利用生物进行对人类医学、环境、农业食粮等一项技术。早期的生物技术,可以追溯到远古时代埃及人利用酵母菌酿酒。之后,包含传统式利用微生物之酦酵技术来做食品发酵,或是酦酵生产抗生素等,都是生物技术的利用的例子。现代生物技术,在1950年代,DNA结构的发现以来,分子生物学急速发展,将传统的生物技术进行了一次大革命。例如利用基因克隆技术,将胰岛素insulin克隆到大肠杆菌中生产。开启了现代生物技术学之工业价值。

生物医学工程研究导论有些什么课题

生物医学工程导论论文(读后感)

——生医1202班熊缘缘

摘要: 这篇文章主要是写了通过自己这学期上的生物医学工程导论课和平时自己了解的关于生物医学工程的相关知识,文章介绍了生物医学工程的概况和学科特点,同时阐述了该学科的研究领域,并且着重写了生物医学工程这门学科的现状和发展趋势,在最后写了我对本学科的认识和学习方法,同时激励自己努力学好本学科。

关键字:生物医学工程 研究领域 现状 发展趋势

一、生物医学工程简介

1.学科概况

生物医学工程是一门新兴的边缘学科,它综合工程学、生物学和医学的理论和方法,在各层次上研究人体系统的状态变化,并运用工程技术手段去控制这类变化,其目的是解决医学中的有关问题,保障人类健康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。

2.学科特点

(1)交叉性:它是各种学科知识的高水平交叉、新时代结合的产物;是生命科学(生物学与医学)现代化的迫切需求;是现代科学技术迅速发展的必然结果。

(2)依赖性:它尚未形成自己的独立基础理论与知识体系(与传统学科不同),融合各交叉学科知识为自己的基础 ;缺乏永恒的研究主题与固有的中心目标,随交叉学科的发展和应用对象的需求而变化。

(3)复杂性:它知识覆盖面非常广,几乎涉及所有自然科学与技术的基础理论与知识体系;相关的研究机构、专业教育、企业厂家和市场营销只能涉足其部分,而不能包揽全局。

(4)服务性:它以应用基础或直接应用性研究为中心,以最终在生物医学领域应用为目的;为生命科学的创新性发展提供现代化工具,为医疗卫生事业现代化发展提供新装备(支撑生物医学工程产业)。

二、研究领域

生物医学工程学是工程学与生物学、医学结合的产物,任何工程学科与生物学和医学的结合均属于生物医学工程的范畴,因此生物医学工程的研究领域十分广泛,并在不断的发展,目前较成熟的领域有如下八个:

1. 生物力学

2. 生物材料

3. 生物系统建模与仿真

4. 物理因子在治疗中的应用及其生物效应

5. 生物医学信号检测与传感器

6. 生物医学信号处理

7. 医学图像技术

8. 人工器官

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