生物医学工程概论论文

生物医学工程概论论文

我对生物医学工程的认识

作者姓名 ZYK

专业生物医学工程

班级 1004班

学号 U*********

日期二零一一年十二月二十日

我对生物医学工程的认识

摘要生物医学工程（Biomedical Engineering,简称BME）是一门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科。

关键词认知；生物材料；医学成像；生物医学光子学；生物医学信号处理；生物医学测量

正文通过一个学期的生物医学工程概论课的学习与认识，我对生物医学工程这一专业有了更加深刻的理解。

1. 什么是生物医学工程

生物医学工程（BiomedicalEngineering,简称BME）是一门由理、工、医相结合的边缘学科,是多种工程学科向生物医学渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科。是多种工程学科与生物医学相结合的产物。它要求把人体各个层次上的生命过程(包括病理过程)看作是一个系统的状态变化过程；把工程学的理论和方法与生物学、医学的理论和方法有机地结合起来去研究这类

系统状态变化的规律；并在此基础上，应用各种工程技术手段，建立适宜的方法和装置，以最有效(目标的实现和经济成本)的途径，人为地控制这种变化．以达预定的目标。

2. 生物医学工程的研究领域

生物医学工程研究领域主要包括以下几个方面：生物力学，生物材料学，医学图像技术，生物系统的建模与控制，生物医学信号检测与传感器，生物医学信号处理，物理因子在治疗中的应用及其生物效应，人工器官等。

2.1 生物力学

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。生物力学的发展方向有两个大方向：微观层次发展：为生命体各基本层次建立本构关系或力学模型奠定基础；系统综合方向发展：即在对生物组织、体内流体研究基础上，建立各种人体器官(如心、肺、肝、耳、鼻等)的力学模型，进而设计各大系统(如呼吸、消化、循环、生殖等系统)的力学模型，从而为临床医学和生物医学工程学的发展提供一定的理论依据。

2.2 生物材料

生物材料用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料。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。金属植入材料是应用最早的生物医用材料,目前常见的植入金属材料主要为超低碳奥氏体不锈刚、钴铬合金、纯钛和钛合金3类材料。【1】生物材料有广泛的应用，如：应用理想的医用骨粘合剂来固定骨折，甚至促进骨折的愈合。【2】氧化锆陶瓷具有优良的生物学性能，能作为股骨头替代材料，而且有希望作为牙种植基台。【3】纳米级羟基磷灰石材料有复合骨形态发生蛋白及诱导生成血管能力,【4】纳米羟基磷灰石／羧甲基壳聚糖(N—HA／cMcTs)复合生物材料还可用来制备注射性软组织填充剂等。【5】胶原蛋白-硫酸肝素神经生物支架材料也有望用于神经损伤的修复。【6】到2009年，SCI共收录生物材料类期刊22种。2005/2009-08，共收录了该领域1 330篇中国著者(不包括台湾)文章【7】，说明中国作者在该领域的研究非常活跃，也说明了生物材料的发展前景是十分美好的。

2.3 医学图像技术

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。【8】

2.3.1 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)；

2.3.2 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；超声成像设备是目前医院中仅次于投影X射线机使用得最频繁的成像设备。目前临床上使用的超声成像系统基本上都是采用

脉冲回波亮度调制方式成像(即B型超声显像仪)。超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时又能提供人体断面实时的动态图像。因此广泛地用于心脏或腹部的检查。【9】此外，我还得知我校的三维超声技术处于国内领先水平。

2.3.3 放射性核素成像设备主要有 射线照相机，发射型CT （ECT: Emission Computed Tomography），单光子发射型CT（Single Photon ECT，简称SPECT），正电子发射型CT（ Positron Emission Computed Tomography ，简称PET）等。

2.3.4 磁成像设备有核磁共振成像（MRI）系统，其主要优点有：无高能（X－Ray）辐射，故安全、对人体无创可以对人体组织作出形态和功能的诊断；提供精细的解剖结构信息（MRI分辨率可达0.5mm；）获取人体的三维图像数据较容易（直接产生三维数据，无需重建）另外，它还可以在不注射造影剂的情况下显示血管影像。此外还有红外线成像和正在兴起的阻抗成像技术等。

2.3.5 光声成像技术是生物医学领域中新兴的无损检测技术，具有对比度高、分辨率好、穿透能力强等优点有很大的应用前景。【10】

小动物成像的研究方兴未艾，微型CT、微型PET、微型MRI，前景诱人。图像引导的介入治疗仍是研究热点。【11】

2.4 生物系统的建模与控制

生物系统的建模与控制包括生物系统的建模、仿真、辩识与控制等内容，其中心为建模与控制。生物系统建模与控制的研究是