生物醫學工程學

生物醫學工程學

生物醫學工程學是綜合生物學、醫學和工程學的理論和方法而發展起來的邊緣性學科，其基本任務是運用工程技術手段，研究和解決生物學和醫學中的有關問題。雖然它作為一門獨立學科發展的歷史尚不足50年，但由於它在保障人類健康和為疾病的預防、診斷、治療、康復服務等方面所起的巨大作用，它已經成為當前醫療保健性產業的重要基礎和支柱。

研究方向

生物醫學工程學的研究是以套用基礎性研究為主，其領域十分廣泛，並在不斷擴展之中。就現階段而言，生物醫學工程學的研究主要涉及生物力學、生物材料學、人工器官、生物系統的建模與控制、物理因子的生物效應、生物系統的質量和能量傳遞、生物醫學信號的檢測與感測器原理、生物醫學信號處理方法、醫學成像和圖像處理方法、治療與康復的工程方法等。

具體內容

生物力學是運用力學的理論和方法，研究生物組織和器官的力學特性，研究機體力學特徵與其功能的關係。生物力學的研究成果對了解人體傷病機理，確定治療方法有著重大意義，同時可為人工器官和組織的設計提供依據。生物力學中又包括有生物流變學(血液流變學、軟組織力學和骨骼力學)、循環系統動力學和呼吸系統動力學等。目前生物力學在骨骼力學方面進展較快。
生物控制論是研究生物體內各種調節、控制現象的機理，進而對生物體的生理和病理現象進行控制，從而達到預防和治療疾病的目的。其方法是對生物體的一定結構層次，從整體角度用綜合的方法定量地研究其動態過程。
生物效應是研究醫學診斷和治療中，各種因素可能對機體造成的危害和作用。它要研究光、聲、電磁輻射和核輻射等能量在機體內的傳播和分布，以及其生物效應和作用機理。
生物材料是製作各種人工器官的物質基礎，它必須滿足各種器官對材料的各項要求，
生物醫學工程包括強度、硬度、韌性、耐磨性、撓度及表面特性等各種物理、機械等性能。由於這些人工器官大多數是植入體內的，所以要求具有耐腐蝕性、化學穩定性、無毒性，還要求與機體組織或血液有相容性。這些材料包括金屬、非金屬及複合材料、高分子材料等；目前輕合金材料的套用較為廣泛。
醫學影像是臨床診斷疾病的主要手段之一，也是世界上開發科研的重點課題。醫用影像設備主要採用X射線、超聲、放射性核素磁共振等進行成像。
X射線成像裝置主要有大型X射線機組、X射線數字減影(DSA)裝置、電子計算機X射線斷層成像裝置(CT)；超聲成像裝置有B型超聲檢查、彩色超聲都卜勒檢查等裝置；放射性核素成像設備主要有γ照相機、單光子發射計算機斷層成像裝置和正電子發射計算機斷層成像裝置等；磁成像設備有共振斷層成像裝置；此外還有紅外線成像和正在興起的阻抗成像技術等。
醫用電子儀器是採集、分析和處理人體生理信號的主要設備，如心電、腦電、肌電圖儀和多參量的監護儀等正在實現小型化和智慧型化。通過體液了解生物化學過程的生物化學檢驗儀器已逐步走向微量化和自動化。
治療儀器設備的發展比診斷設備要稍差一些。目前主要採用的是X射線、γ射線、放射性核素、超聲、微波和紅外線等儀器設備。大型的如：直線加速器、X射線深部治療機、體外碎石機、人工呼吸機等，小型的有雷射腔內碎石機、雷射針灸儀以及電刺激儀等。
手術室中的常規設備已從單純的手術器械發展到高頻電刀、雷射刀、呼吸麻醉機、監護儀、X射線電視，各種急救治療儀如除顫器等。
為了提高治療效果，在現代化的醫療技術中，許多治療系統內有診斷儀器或一台治療設備同時含有診斷功能，如除顫器帶有診斷心臟功能和指導選定治療參數的心電監護儀，體外碎石機中裝備了進行定位的X射線和超聲成像裝置，而植入人體中的人工心臟起搏器就具有感知心電的功能，從而能作出適應性的起搏治療。
介入放射學是放射學中發展速度最快的領域，也就是在進行介入治療時，採用了診斷用的x射線或超聲成像裝置以及內窺鏡等來進行診斷、引導和定位。它解決了很多診斷和治療上的難題，用損傷較小的方法治療疾病。
目前各國競相發展的高技術之一為醫學成像技術，其中以圖像處理，阻抗成像、磁共振成像、三維成像技術以及圖像存檔和通信系統為主。在成像技術中生物磁成像是最新發展的課題，它是通過測量人體磁場，來對人體組織的電流進行成像。
生物磁成像目前有二個方面。即心磁成像(可用以觀察心肌纖維的電活動，可以很好地反映出心律失常和心肌缺血)和腦磁成像(用以診斷癲癇活動、老年性痴呆和獲得性免疫缺陷綜合徵的腦侵入，還可以對病損腦區進行定位和定量)。
另一個世界各國競相發展的高技術是信號處理與分析技術，其中包括心電信號、腦電、眼震、語言、心音呼吸等信號和圖形的處理與分析。
高技術領域中還有神經網路的研究，目前世界各國的科學家為此掀起了一個研究熱潮。它被認為是有可能引起重大突破的新興邊緣學科，它研究人腦的思維機理，將其成果套用於研製智慧型計算機技術。運用智慧型原理去解決各類實際難題，是神經網路研究的目的，在這一領域已取得可喜的成果。