生物医学工程论文

目录

微电子在生物医学方面的应用 (2)

一、引言 (2)

（一）我对生物医学工程的认识 (2)

（二）生物医学电子学 (2)

二、运用电子信息科学的方法解决生物医学中的问题 (3)

（一）生物医学信号的测量 (3)

（二）生物医学信号的处理 (4)

（三）医学成像和图像处理 (4)

（四）生物芯片 (9)

（五）发展趋势及我的看法 (9)

三、现代生物医学的最新成果推动电子信息科学的发展 (10)

（一）分子和生物分子电子学 (10)

（二）生物传感器 (11)

(三)发展趋势和我的想法 (12)

四、生物医学电子学前景 (12)

五、课程总结 (13)

微电子在生物医学方面的应用

摘要：微电子技术与生物医学之间有着非常紧密的联系。一方面微电子技术的发展，将大大地推动生物医学的发展，另一方面生物医学的研究成果同样也将对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。在这里我主要肤浅的介绍一下有关生物医学信号检测与处理医学图像技术和生物传感器方面的认识。

关键词：生物医学工程；生物医学电子学；生物医学信号；生物医学传感器；医学图像；

一、引言

（一）我对生物医学工程的认识

我认为生物医学工程学是把人体各个层次土的生命过程(包括病理过程)看作是一个系统的状态变化的过程;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,以最有效的途径,人为地控制这种变化,以达预定的目标.生物医学工程学的根本任务在于保降人类碑康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。

生物医学工程学是医疗保健性产业的重要基础和动力，医疗器械和医药工业同生物医学工程学的研究与应用有着最直接的联系，它所带动的产业在国民经济中占有重要比例，例如美国每年生物医学工程学带动的产业就达数百亿美元。各国在生物医学工程方面的投入，随着生活水平的提高而逐年增加。这门学科面临着众多的新课题，许多成果又有着极好的产业化前景，因此生物医学工程学被称为朝阳学科。

综上，生物医学工程涉及十分的广泛，因此在学习过程中我们要开阔学习视野，活学活用，在不断总结、质疑的基础上创新。关于毕业后就业我认为会有很多的选择，但是我们想要找到好的工作还得靠自己好好的努力学习，争取学好、学精自己的专业，并且要尽力去考研更加深入的学习自己的专业。

（二）生物医学电子学

生物医学电子学是一门由生物、医学、电子学和工程等多学科交叉的边缘科学，它综合地运用电子学和工程科学的理论和方法，深入研究生物和人体各种结构、功能及其相互之间的关系，以解决生物学、医学、生命科学、电子学和工程科学中的有关问题。微电子技术与生物医学之间有着非常紧密的联系。一方面微电子技术的发展，将大大地推动生物医学的发展，另一方面生物医学的研究成果同样也将对微电子技术的发展起着巨大的促进作用。在这里我主要肤浅的介绍一下有关生物医学信号检测与处理和生物医学成像方面的认识。

二、运用电子信息科学的方法解决生物医学中的问题

电子信息科学的方法主要应用于生物医学信息(信号、图象等)的检测与处理, 以及对生物体的监控。这对于提高医学诊断和治疗水平起了极大的作用, 并使无损伤医学诊断跃上了一个新的台阶。

（一）生物医学信号的测量

生物医学信号检测是对生物体中包含的生命现象、状态、性质和成分等信息进行检测和量化的技术。生物医学传感器是获取各种生物信息并将其转换成易于测量和处理的信号(一般为电信号)的器件, 是生物医学信号检测的关键技术。

绝大部分生物医学信号都是信噪比很低的微弱信号, 且一般都是伴随着噪声和干扰的信号。而对于此类信号必须采用抑制噪声的处理技术。对于生物医学信号检测来说, 经常需要考虑的噪声有: 工频干扰、电极接触噪声、运动轨迹、呼吸引起的基线漂移和不同信号之间的相互干扰。由于生物系统十分复杂, 生物体内的信息丰富, 生物信号检测技术十分重要。

生物医学信号检测研究目的一是对生物体系结构与功能的研究，二是协助对疾病进行诊断和治疗。，由于研究者所站的立场、目的以及采用的检测方法不同，使生物医学信号的检测技术的分类呈现多样化，具体介绍如下：①无创检测、微创检测、有创检测；②在体检测、离体检测；③直接检测、间接检测；④非接触检测、体表检测、体内检测；⑤生物电检测、生物非电量检测；⑥形态检测、功能检测；⑦处于拘束状态下的生物体检测、处于自然状态下的生物体检测；⑧透射法检测、反射法检测；⑨一维信号检测、多维信号检测；⑩遥感法检测、多维信号检测；一次量检测、二次量分析检测；分子级检测、细胞级检测、系统级检测。

由于生物医学信号的上述特点和检测方法，使其成为传感器技术的一个重要应用领域。

生物医学测量与控制技术目前最值得关注的发展方向是1)生物传感器的研究，它将朝着微型化与集成化方向发展，包括：a)以无机物为材料的生物传感器，比如全部基于标准CMOS 工艺的离子传感器的研制；b)利用无机材料和有机材料结合的生物传感器，比如基于神经细胞的生物传感器的研制。c ) 多传感器的集成技术。2)对微弱生物信号检测、抗干扰和处理技术的研究。3)植入式测量与控制系统的研制。4)生物遥测与遥控技术。

（二）生物医学信号的处理

生物医学信号是从被干扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息特征,，它涉及生物体各层次的生理，生化和生物信号，受到人体诸多因素的影响，因而有着一般信号所没有的特点：1）信号弱, 例如从母体腹部取到的胎儿心电信号( FECG) 仅10～50 微伏。脑干听觉诱发响应信号小于 1 微伏。2)噪声强, 由于人体自身信号弱,加之人体又是一个复杂的整体, 因此信号易受噪声的干扰。3)频率范围一般较低, 除心音信号频谱成份稍高外, 其他电生理信号频谱一般较低。4)随机性强, 生物医学信号不但是随机的, 而且是非平稳的。因此若要把掺杂在噪声和干扰信号中的有用的生物医学信号检测出来, 除要求用于检测的传感器系统具有灵敏度高, 噪声小，抗干扰能力强, 分辨力强, 动态特性好之外, 对信号提取和分析的手段亦有较高的要求。

生物医学信号处理就是研究从被干扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息的特征并作模式分类的方法。生物医学信号处理的目的是要区分正常信号与异常信号,在此基础上诊断疾病的存在。

近年来随着计算机信息技术的飞速发展,对生物医学信号的处理广泛地采用了数字信号分析处理方法：如对信号时域分析的相干平均算法；对信号频域分析的快速傅立叶变换算法和各种数字滤波算法;对平稳随机信号分析的功率谱估计算法和参数模型方法;对非平稳随机信号分析的短时傅立叶变换、时频分布(维格纳分布)、小波变换、时变参数模型和自适应处理等算法;对信号的非线性处理方法如混沌与分形、人工神经网络算法等。

（三）医学成像和图像处理

医学图像由于其含有极其丰富的病人信息而在医生的诊断和治疗中已占有愈来愈重要的地位。医学图像技术又可分为两大部分：①医学成像技术.②医学图像处理技术。前者的主要任务是把人体中医生感兴趣的信息提取脚来，并以图像的形式表现出来。医生感兴趣的信息可以是形态的信息,功能的信息以及成份的信息等。图像的形式可以是二维的.二维的以及四维的。医学图像处理技术的主要任务是在获得医学图像以后对它进行分析,识别,分割,解释和分类.以把某些部分增强,或提取某些特征.有些场合中成像过程和处理过程也可能是结合成一体的。

1、医学成像技术：

到目前为止出现的所有成像方法,几乎都与核或电磁有关。如果从利用的电磁波的频率高低上对医学成像模式进行分类,在静态场领域有电生理成像,低频领域有阻抗CT,高频领域有微波CT,光领域有光学CT,在更高的频率领域有X线CT。其中X线CT早已进入实用的阶段。此外还有利用磁场相互作用机制的磁共振成像技术(MRI)。加上最近受到重视的一些功能成像方法,如功能磁共振成(fMRI)和正电子发射断层扫描技术(Positron Emission