生物医学工程概论论文

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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

1我对生物医学工程的认识摘要生物医学工程（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。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

2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

3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1330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】2.3.1X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

4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:EmissionComputedTomography），单光子发射型CT（SinglePhotonECT，简称SPECT），正电子发射型CT（PositronEmissionComputedTomography，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

5以生物系统为对象，以定量研究为持点，以建立符合生物实际的数学模型为核心内容的，并对疾病诊断、治疗和预防提供指导。其研究内容有：建立循环系统模型，神经系统模型，房室模型，呼吸系统模型，免疫系统模型，流行病模型等。2.5生物医学信号检测与传感器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、变量和成分等信息的信号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与处理的信号(一般为电信号)的器件，是生物医学信号检测的关键技术。【12】主要有三大类：生物传感器，物理传感器，电化学传感器。其意义在于促进了生理量、生化量、生物量和各种生命现象检测方法的进展，对推动生命科学各领域的研究，以及对新型诊断、治疗方法与人体功能辅助器械的新发展都具有十分重要的作用。【13】生物医学测量技术作为生物医学工程的一个重要组成部份，经历了数百年的变迁，在近30年取得飞跃进步，对医学以至于人类的生活产生了重要的影响。【14】近几年迅速发展的虚拟仪器技术的迅速发展，构建不同于传统生物医学系统的虚拟式生物医学仪器系成为了可能这必然会对我国的医疗电子设备和仪器产业的发展产生重大影响。【15】2.6生物医学信号处理生物医学信号处理的主要任务是根据生物医学的信号特点．应用信息科学的基本理论和方法．研究如何从被干扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息．并对它们进行分析、解释和分

6类。【16】信号处理的领域是相当广泛而又深入的，已在不同程度上渗透到几乎所有的医疗卫生领域．从预防医学、基础医学到临床医学，从医疗、科研到健康普查，都已有许多成功的例子．如：心电图ECG分析，脑电图，EEG分析，视网膜电图ERG分析，X光片处理，CT图像重建，健康普查的医学统计，疾病的自动诊断，细胞、染色体显微图像处理，血流速度测定，生物信号的混沌测量等等。【17】MEA信号锋电位的主成分分类用的就是生物医学信号处理技术。【18】生物医学信号处理技术是生理、测量、模式识别、人工智能和数字信号处理等多种学科的交叉领域。生物医学信号处理的研究方向有强噪声干扰下的微弱生理信号及其信息的动态提取，建立主要的生理信号(例如心电图、脑电图等)处理的软件包一数据库与程序库，心电、脑电、肌电的有效处理方法等。【19】生物医学信号处理被应用于医学教学、科研、临床、监控等，并显示出越来越重要的地位。生物医学信号包括各种生理参数，如脑电、心电、肌电等生物电信号；心跳、血压、呼吸、血流量、脉搏、心音等的非电量信号。这些信号均是强噪声背景下的低频(小于200Hz)微弱信号(幅度小于100mV)，这就对信号采集系统有很高的精度要求。正由于采集的信号具有生物信号特有的特点：高背景噪声，且随机性大，即影响因素很多并且不可能用确定性的数学函数来表达，信号弱等I2l，故需采用各种数字信号处理的方法来提取我们需要的信号。所以人体信号采集和分析系统的地位显得越来越重要。【20】2.7物理因子在治疗中的应用及其生物效应2.7.1研究领域

7物理因子：力、热、光、电、磁通过对生物群体的流行病学调查、动物实验以从存离体细胞和分子水平上的多层次研究，研究物理因子对人体疾病和治疗作用及其机理，确定应用方法、有效作用的剂量和安全剂量，从而发展应用各种物理因子治疗疾病的技术，并防止其可能的有害影响。其研究方向有：激光生物效应及其在治疗中的应用，电磁波的生物效应及其在治疗中的应用，超声和震波的生物效应及其在治疗中的应用，放射治疗，磁场生物效应及其治疗中应用的研究等。2.7.2物理因子在治疗中的应用及其生物效应的发展方向物理因子在治疗中的应用及其生物效应的发展方向有：1.激光在治疗中应用的作用机理研究2.各种物理因子(低频电、低功率密度超声、静磁场和低频脉冲磁场)刺激作用、生物效应、及其长期安全性的研究；3.热疗的能源和加热场的基础研究；4.热疗中体内测温和控温技术的研究；5.功能性神经、肌肉刺激机理的定量研究；6.低强度毫米波生物效应的研究。2.8人工器官2.8.1人工器官的概念人工器官的研究是模拟人体器官的结构和功能，用人工材料制成能部分或全部替代人体自然器官功能的机械装置。当人体器官发生病伤而用常规方法不能医治时，有可能给病人使用一个人工制造的系统来取代

8或部分取代病损的自然器官，补偿或修复其功能。2.8.2人工器官的发展方向人工器官的发展方向有：人工心脏瓣膜的研究，血液净化技术的研究，人工心脏起博器的研究，人工肾、肺、肝、胰等。人工器官长期体内移植对机体影响研究。3.学习了生物医学工程概论后我的收获与总结通过对生物医学工程概论课程的学习，我对生物医学工程不再陌生，学了概论之后，它神秘的面纱已被揭开，生物医学工程是一门新型的有很大潜力的交叉学科，处于生命科学与信息技术科学及工程学的交叉领域。【19】作为生物医学工程专业的学生，只要我们学好专业知识，多思考，多动手，相信我们在具有很好的发展前景的同时也一定能为中国生物医学工程的发展做出自己的贡献！

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10期【17】王大雄生物医学信号处理方法初探湖州师范学院学报2004年2月第26卷第1期【18】刘海龙，王兵(华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室，湖北武汉430074)MEA信号锋电位的主成分分类生物医学工程研究第24卷文章编号：1672—6278(2005)03—0137-04【19】冯大淦,朱志良,姜慧妍等生物医学信息技术科学出版社;第1版(2011年1月1日)【20】冯帆（南京解放军国际关系学院）关于现阶段生物医学信号处理的技术与进展科学时代2010年第11期【21】王保华生命科学与信息技术间的交叉研究中国医疗器械杂志2002年26卷第l期