生物医学技术范文精选

一.生物医学工程的定义

生物医学工程(Bio毗dieazEngineering)学是一门年轻的新学科，从技术角度肴，生物医学工程技术其形成与发展的模式墓本上可归纳为:通过工程技术手段把物理、化学以及技术科学中新的技术、原理、方法应用于研制医疗装!、满足临床诊治的需要，随着科学技术进步、新的物理、化学方法和工程技术不断被应用于医学，医用产品越来越多.在工程学(含电子技术、计算机技术、信.息技术、材料科学)突飞猛进地发展的同时，生命科学也在迅猛发展，近年来迅速兴起的生物技术对给生物医学以极大的推动，将产生分子医学.因此我们对理工学科与生命科学交叉结合而产生的生物医学工程学必须有新的认识.美国学者指出，新的生物医学工程定义是:“生物工程学结合物理学、化学或数学和工程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，诱发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法，用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改菩卫生状况等目的”.因此，我们必须考虑到科学技术的进步给生物医学工程学带来的影响:不仅是工程学与生命科学、医学的交叉结合，也包括所有其他学科和生命科学、医学的交叉结合;不仅是工程技术的相应理论方法与生物医学中人体结构功能的交叉结合，而且要考虑工程技术的相应理论方法与生物技术的交叉结合.因此，我们引用根据美国国立卫生研究院有关名词命名专家组最近对生物医学工程学的定义:焦生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学厚理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出墓本概念，产生从分子水平到导官水平的知识，开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、导械和信，’.学方法，用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的.”

二.生物医学工程学科类型

生物医学工程学是理、工学科和生物医学相结合而发展起来的交叉边缘学科，涉及的领域十分广泛，与其他诸如材料、信息、电子技术、计算机科学关系密切，并在不断发展之中.根据学科具体内容可以分为:因为生物医学工程学科具有其他学科所没有的特点，我国仅设一级学科不设二级学科.

1.信息技术型生物医学工程(InformationTeehno一osyBiomediealEngsneering:IT一明E.)其知识体系的组成特点是以电子技术、计算机技术、信.息处理技术的知识为主线，以生物医学方面相应的领域为交叉、结合对象，对其中的问题进行研究.

2.材料技术型生物医学x程伽aterialTeehnologyBiomedicalEngineering:盯一翎E)其知识体系包含材料科学、生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算机技术、医学和生命科学的墓本知识，主要研究对象是生物材料和人工器官，包含新近发展起来的组织工程.

生物医学工程(BiomedicalEngineering,BME)是一门生物、医学和工程多学

科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新

仪器设备，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。

生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇

航技术的进步、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我

国，生物医学工程做为一个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中

生物医学工程是综合应用生命科学与工程科学的原理和方法，从工程学角度在分子、细胞、组织、器官乃至整个人体系统多层次认识人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统技术的总称。生物医学工程是当今生命科学与信息、材料、精密机械等学科交叉与高度综合的产物，是将其它学科研究成果应用于临床，将生命体与诊断、医疗、康复等装置视为一个系统，并充分考虑其相互作用的一类知识高度密集的技术领域。生物医学工程的发展不仅促进了医学的现代化，而且形成了一个新的高技术产业领域——生物医学工程产业，并与制药业构成了现代医疗体系的两大产业支柱。生物医学工程的产业范围包括：生物医学材料制品、（生物）人工器官、医学影像和诊断设备、医学电子仪器和监护装置、现代医学治疗设备、医学信息技术、康复工程技术和装置、组织工程等。

随着经济发展和社会进步，人类改善生活和生存质量的要求不断提高。为实现我国全面进入小康社会的战略目标，生物医学工程产品作为一类特殊商品，不仅是保证人民健康、提高民族素质、改善生活质量的重要保障，同时在国民经济发展中也占据着十分重要的地位。面对加入WT0后日趋激烈的国际竞争，尽快培育、壮大我国生物医学工程产业，使其成为国民经济新的增长点，是我国高技术产业发展的重要任务，也是我国新世纪经济和社会发展的重要目标。为促进生物医学工程产业的发展，国家计委决定组织实施生物医学工程高技术产业化专项(以下简称专项)。

一、专项的工作思路与原则

发展生物医学工程产业，必须以满足我国卫生保健事业发展需求为目的，以机制创新和技术创新为基础，把握好技术发展方向，突出产业发展要素的合理配置，促进规模产业和大型企业的形成与发展，加快新型生物医学工程产品的产业化，大幅度提高整体创新水平和竞争力。

(一)促进人才、技术、资本的有机结合，形成有利于我国生物医学工程长远发展的内在机制，择优支持、扶优扶强，促进具有较强市场竞争能力的企业和企业集团的形成和快速发展。

(二)加速有重大需求和技术基础的新型生物医学工程产品的产业化进程，特别是技术含量高、产品性能—价格比和疗效—成本比优良，有利于降低医疗费用、能满足大多数人医疗保健服务需要的重要生物医学工程产品的产业化。

生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇航技术的进步、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我国，生物医学工程做为一个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中国协和医科大学原院校长、我国著名的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物医学工程专业的创建、1980年中国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工程的发展。目前，我国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研教学工作，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。

显微镜的发明“解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪LeeWenhock发明了光学显微镜，推动了解剖学向微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进一步观察研究其细胞形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。

普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞的超微细结构、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，使人们能观察到纳米(nm)级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电子显微镜的发明都是医学工程研究的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用。

影像学诊断飞跃进步影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技术的出现和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水平。即计算机体断层摄影(computedtomographyCT),即是利用计算机技术处理人体组织器官的切面显像。X线CT片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观察所得的信息。目前，螺旋CT(spiralCT或helicaletCT)已经问世，能快速扫描和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT，提高了诊断准确率［1］。医学工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nuclearmagneticresonance)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI)，它不仅可分辨病理解剖结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾病在早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊断学向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FMRI、MRS发展。根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，创造的正电子发射体层摄影(PET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体把PET列为十大医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史，但它已显示出对肿瘤学、心脏病学、神经病学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。影像学诊断水平的不断提高，与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。

介入医学问世介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964年)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行扩张治疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(InterventionalRadiology)，这是医学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年Gruenzing成功地进行了首例冠状动脉球囊扩张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎。20世纪80年代随着生物医学工程的发展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造影(DSA)、射频消融技术以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相继问世，使介入性诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、非血管管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视为与药物诊疗、手术诊疗并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世纪发展起来的临床医学新领域--介入医学［3，4］。

人工器官的应用当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们称这种装置为人工器官(artificialorgan)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏瓣膜病的治疗，除了应用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难修复改善，不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科之所以能达到今天这样的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工血管等新材料、新技术的结果［5］。

1生物医学信号及其传统的处理方法[1]

生物医学信号处理是国内外近年来迅速发展的一个数字信号处理领域。在生物医学研究中有各种各样待提取和处理的信号。有由生理过程自发产生的主动信号,诸如心电(ECG)、脑电(EEG)、肌电(EMG)、眼电(EOG)、胃电(EGG)等电生理信号和体温、血压、脉搏、呼吸等非电生理信号,它们是对人体进行诊断、监护和医疗的重要依据。还有由外界施加与人体,用以进行探测的被动信号,如超声波、同位素、X射线等。这时,关于生理状态的信息将通过被动信号的某些参数来携带。例如,用超声波对人体进行探查时(不论回声法或多普勒法),待测信息将通过回波信号的幅度、频率或相位来表现。由于生命机理的复杂性,使生物系统[1]变得复杂。

因此,如何从这些信号中提取所需信息既是一个困难而且重要的课题,又是一个研究生命科学的有力工具。传统生物医学信号信息处理方法都是以傅立叶分析理论为基础的,傅立叶分析理论的应用几乎遍及所有的科学技术领域。基于傅立叶变换的信号处理技术得到广泛应用并取得了大量科研成果和社会经济效益,因此无论怎样强调傅立叶分析理论的重要性都不过分。然而事物总是一分为二的,科技工作者早已发现傅立叶分析理论的缺陷和不足之处。为了更好地说明问题,我们简单地回顾一下傅立叶分析理论的基本概念。公式(1)傅立叶变换。F(ω)=∫∞-∞(t)e-jωtdt(t)=12π∫∞-∞F(ω)ejωtdt(1)傅立叶变换在信号频谱分析方面以及与谱分析相关联的信号检测、滤波、数据压缩等诸多信号处理领域起着似乎不可替代的作用。然而随着科技的发展,傅立叶变换的弱点和缺陷越来越明显。从(1)式不难看出,傅立叶变换的积分区间是从负无穷到正无穷,也就是说F(ω)所表示的是信号的总体谱,如果希望得到信号在某一段时间范围内的频谱含量,从(1)式是无法得到的。

1943年,J.Gabor提出用加窗口的方法来克服傅立叶变换的这一缺陷称为Gabor变换如(2)式所示:F(ω,τ)=∫∞-∞(t)g(t-τ)e-jωtdt(2)其中g(•)是一窗口函数,用来提取以τ为中心的信号的某一时间段进行傅立叶分析,该方法随后发展成为短时傅立叶变换理论(ShotTimeFourierTransform,简称STFT)。在一定程度上,Gabor变换能克服传统傅立叶分析的一些弱点,但没有根本地解决问题。因为窗口g(•)的宽度在处理过程中是固定不变的,这对于分析不同频率的瞬态信号而言是不利的。因为对低频瞬态信号而言,窗口宽度较之高频瞬态信号要宽。也就是说窗口宽度要随频率而改变。窗口形状、大小不随频率而变是Gabor变换的一个严重的缺点。此外,在数值计算时,必须将连续依赖于参数的变换离散化。熟知,将Fourier变换离散化后即得按正交函数展开的Fourier级数,这在理论上或数值计算中都是非常重要的。但是,对Gabor变换可以证明怎样离散化,均不可能使它成为一组正交基。由于Gabor变换的种种较严重的缺陷,使得它未能得到广泛的应用与进一步发展。

2小波变换———一个新的信息处理工具[2—4]

2•1小波变换的定义