生物醫學工程

（一級學科）

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生物醫學工程（Biomedical Engineering，簡稱BME）是結合物理、化學、數學和計算機與工程學原理，從事生物學、醫學、行為學或衛生學的研究；提出基本概念，産生從分子水平到器官水平的知識，開發創新的生物學制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息學方法，用與疾病預防、診斷和治療，病人康複，改善衛生狀況等目的 ^[1]

中文名: 生物醫學工程
外文名: Biomedical Engineering

簡稱: BME
學科: 物理、化學、數學和計算機
類别: 新興的交叉學科

學科概況

生物醫學工程（Biomedical-Engineering）是一門新興的交叉學科，它綜合工程學、物理學、生物學和醫學的理論和方法，在各層次上研究人體系統的狀态變化，并運用工程技術手段去控制這類變化，其目的是解決醫學中的有關問題，保障人類健康，為疾病的預防、診斷、治療和康複服務。

生物醫學工程是運用工程學的原理和方法解決生物與醫學問題，提高人類健康水平的綜合性學科。生物醫學工程從與其他學科的交叉融合發展起來，成為具有特定内涵的學科。她在醫學和生物學領域結合數學、物理學、化學、信息學和計算機科學 , 運用工程學的原理和方法獲取和産生新知識，促進生命科學和醫療衛生事業的發展，從分子、組織、器官、乃至整個生命系統層面豐富生命科學的知識寶庫，深化人類對生命現象的認識，為疾病的預防、診斷和治療，為病人的康複，為提高人類生活質量，延長壽命提供創新性成果。

生物醫學工程促進了工程科學在新技術、新方法和新材料等方面的發展。從大型的醫學成像系統到微小集成化産品，如緩釋膠囊、心髒起搏器以及和這些設備相關的臨床工程，各種醫用材料、人工假體等，醫學儀器在高精度、集成化、智能化、遠程化方向取得了巨大成就。

生物醫學工程與分子生物學、細胞生物學、神經生物學相結合，加強了分子和細胞層次的生物醫學研究和新技術的開發，使生物學進入了更加深入的基因組學、蛋白質組學和神經工程學時代。

生物醫學工程類專業涵蓋的領域十分廣泛，包括了基礎學科（數學、物理、化學、生物，醫學等）和工程學科（電子、機械、材料、信息和計算機科學等）各個方面。多學科綜合是其顯著特點。涉及面寬、基礎性強、應用性廣、知識更新快。

生物醫學工程類專業包括：醫學電子學、生物醫學儀器、生物醫學信息學、生物醫學影像學、生物醫學材料、假肢矯形工程、生物力學、神經工程、生物醫學傳感器技術、醫學物理、系統生物醫學、細胞與組織工程、康複工程、生物醫學光子學、生物熱物理等。

在國家發展和經濟建設中具有重要戰略地位,是醫療衛生事業的重要基礎和推動力量，其涉及的醫學儀器、醫學材料等是世界上發展迅速的産業。高端醫學儀器和先進醫學材料成為國家實力和科技水平的标志，相關的研究和開發是國家經濟建設中重要的優先發展領域，需要大量專業人才。

生物醫學工程類專業擔負着為國家科技進步，經濟發展，人民衛生健康水平的提高培養研究、開發、應用與産業化人才的重任。

發展曆程

生物醫學工程興起于20世紀50年代，它與醫學工程和生物技術有着十分密切的關系，而且發展非常迅速，成為世界各國競争的主要領域之一。

生物醫學工程學與其他學科一樣，其發展也是由科技、社會、經濟諸因素所決定的。這個名詞最早出現在美國。1958年在美國成立了國際醫學電子學聯合會，1965年該組織改稱國際醫學和生物工程聯合會，後來成為國際生物醫學工程學會。

生物醫學工程學除了具有很好的社會效益外，還有很好的經濟效益，前景非常廣闊，是新時期各國争相發展的高技術之一。以1984年為例，美國生物醫學工程和系統的市場規模約為110億美元。美國科學院估計，到2000年其産值預計可達400～1000億美元。

生物醫學工程學是在電子學、微電子學、現代計算機技術，化學、高分子化學、力學、近代物理學、光學、射線技術、精密機械和近代高技術發展的基礎上，在與醫學結合的條件下發展起來的。它的發展過程與世界高技術的發展密切相關，同時它采用了幾乎所有的高技術成果，如航天技術，微電子技術等。

學科内容

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，研究機體力學特征與其功能的關系。生物力學的研究成果對了解人體傷病機理，确定治療方法有着重大意義，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。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内各種調節、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态過程。

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内的傳播和分布，以及其生物效應和作用機理。

生物材料是制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，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。由于這些人工器官大多數是植入體内的，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；輕合金材料的應用較為廣泛。

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。醫用影像設備主要采用 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、彩色超聲多普勒檢查等裝置；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。

醫用電子儀器是采集、分析和處理人體生理信号的主要設備，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能化。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。主要采用的是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，小型的有激光腔内碎石機、激光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、激光刀、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，許多治療系統内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髒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髒起搏器就具有感知心電的功能，從而能作出适應性的起搏治療。

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，采用了診斷用的x射線或超聲成像裝置以及内窺鏡等來進行診斷、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。

新時期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（用以診斷癫痫活動、老年性癡呆和獲得性免疫缺陷綜合征的腦侵入，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号處理與分析技術，其中包括心電信号、腦電、眼震、語言、心音呼吸等信号和圖形的處理與分析。

高技術領域中還有神經網絡的研究，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，将其成果應用于研制智能計算機技術。運用智能原理去解決各類實際難題，是神經網絡研究的目的，在這一領域已取得可喜的成果。