生物醫學工程可以做影像工作嗎？

生物醫學工程(BXIE)是壹門科學、工程和醫學相結合的邊緣學科，是眾多工程學科向生物醫學領域滲透的產物。它是運用現代自然科學和工程技術的原理和方法，從工程學的角度研究人體不同層次的結構、功能和關系，揭示其生命現象，為防治疾病和促進健康提供新的技術手段的綜合性高科技學科。1.80' s -BME繼續向臨床領域橫向擴展，但同時在深度方向開始出現新的拐點。在BME發展的早期，工程技術與生物醫學的交叉和滲透是從臨床醫學開始的，尤其是人工器官的出現，可以看作是現代醫學的壹大特征。在經歷了60年代的早期發展和70年代以XCT的成功為代表的醫學影像技術的突破後，BME從80年代開始在深度方向上有了新的轉折，除了繼續橫向擴展到臨床領域。80年代，BME在臨床領域繼續進壹步拓展，具體如下:(1)檢測診斷技術仍有許多重大進展，如醫學影像技術中的MRI、DSA、ECT、彩色多普勒超聲診斷儀、影像文件與通信系統(PACS)；隨著計算機、現代通信和多媒體技術的飛速發展，遠程醫療方興未艾。在傳感技術上，可同時檢測23個生化參數的光尋址電位傳感器和被視為宏觀傳感器的模糊傳感器相繼出現。在臨床檢驗方面，出現了全實驗室自動化系統，可以進行生化、免疫學、血液、凝血、尿液、遺傳和壹些特殊的檢驗。(2)從體外碎石到體內除顫器等治療設備的研發，以及微波、射頻、激光、超聲波等多種治療技術的新的成功應用，標誌著多年來檢測診斷技術在BME領域的霸主地位被打破，進壹步拓展了BME的臨床治療。然而，80年代BME最重要的特點是在深度方向上的發展出現了新的轉折，工程科學和生命科學的結合開始深入到細胞、亞細胞和生物大分子的層面，從而提出了壹些新概念、新觀點和新思想。例如，20世紀80年代初提出的生物芯片和命名為1987的組織工程就是朝著與基礎醫學甚至生命科學結合邁出新步伐的證明。此外，納米技術的研究也始於20世紀80年代，這壹切都標誌著80年代的BME出現了新的轉折，進入了壹個新的起點。2.90年代與更多學科交叉融合，向更深層次發展，進入20世紀最後十年。科學技術的飛速發展為BME創造了更加有利的條件。在80年代新轉折、新起點的基礎上，誕生了許多新的學科前沿，發展了許多新技術、新方法，研制了許多新材料、新器件。組織工程學:這是BME的壹個新分支，始於80年代，90年代迅速發展。是生物醫學工程、細胞生物學、分子生物學、生物材料、生物技術、生物化學、生物力學、臨床醫學等技術科學和生命科學兩大領域多學科不斷交叉、滲透、融合而形成的新的邊緣科學。它的出現為人們通過工程手段開發和制造人體活體組織和器官提供了現實可能性。為藥物研發創造了新的實驗手段。目前組織工程的研究還處於實驗室階段，涉及軟骨、皮膚、胰腺、肝臟、腎臟、膀胱、輸尿管、骨髓、神經、骨骼肌、肌鍵、心臟瓣膜、血管、腸、乳腺等組織。，其中只有皮膚有初步產品進入臨床應用。現在世界上很多國家，比如美國、德國、日本；英國、加拿大、奧地利、瑞士等。都開展了這方面的研究工作。應該說，中國現在開始還不算晚。從上世紀90年代初就開始了相關的基礎研究工作，並獲得了國家自然科學基金、衛生部以及部分省市科委不同程度的資金支持。1999，甚至被列入國家重點基礎研究發展計劃(973)，成為國家重點支持項目。生物芯片:這個概念最早是由美國科學家在80年代初提出的。設想將功能分子或生物活性分子組裝成功能單元，實現信息獲取、存儲、處理和傳輸的功能，從而發展仿生信息處理系統和生物汁計算機。這就是“分子電子學”的由來。20世紀90年代以來，隨著生命科學中分子生物學和基因工程的發展，生物芯片有了新的趨勢，特別是在人類基因組計劃實施的推動下，用於系列測定核酸的生物芯片即基因芯片的研發發展迅速。妳制作成DNA微探針陣列的基因芯片是最重要的生物芯片之壹。可以同時分析大量基因，實現生物基因信息的大規模檢測。微米/納米技術:指測量範圍分別為0.1-100微米(微米)和0.1-100納米(nm)的物質或結構的制造技術。納米技術是納米尺度的材料、設計、制造、測量和控制技術。最終目標是人們根據自己的意誌直接操縱單個原子、分子或原子團(小於10nm)和分子團，制造出具有特定功能的產品。斯坦福大學的K. Eric Drexler預測，2010到2020年間，壹個原子可以存儲壹臺計算機的信息。80年代開始有人研究納米技術，90年代團隊有所發展。1991，美國將納米技術列為“政府關鍵技術”和“2005年戰略技術”；日本實施了壹項納米技術研發計劃，持續時間為65，438+00年，耗資2.25億美元。德國在1993年提出的未來10年將發展的9項關鍵技術中，有4項涉及納米技術。1995年，歐盟在壹份研究報告中預測，納米技術的發展將在10年成為僅次於芯片制造的世界第二大制造業。納米技術是壹個新興的高科技群體，包括納米材料科學、納米電子學、納米力學、納米生物學、納米顯微術等。1981年，布林格和羅爾發明了掃描隧道顯微鏡(STM)。這不僅使他們獲得了1986的諾貝爾獎，也為納米顯微鏡乃至整個納米技術的形成和發展奠定了物質和技術基礎。納米材料從65438到0992被列入我國“八五”和“棕櫚計劃A”。在大規模納米氧化物材料制備方面，成功研制出高密度、復雜形狀、性能優越的納本陶瓷，進入國際領先行列。微機電系統(Micro-electro-mechanical system，MEMS)是目前微/納米技術研發的壹個重點，是在20世紀80年代利用半導體批量制造技術，在可以生產許多宏機的微米級樣機的啟發下逐漸發展起來的。比如出現了壹些微米級的傳感器，齒輪，甚至電機。1991年《美國國家關鍵技術》的報告指出，“微、納米級技術的發展，使人們開發出壹種新型的微尺度器件，可以在環境控制、醫學等不同領域工作；它們的低成本和比現有設備更高的靈敏度可能會在許多領域取得突破。”1995年，美國為MEMS提供了130萬美元。歐洲是65438美元+0.1.5億；日本是65438美元+0.1億。美國已經開發出進入人體直腸的微機電系統，並專註於非侵入式醫療傳感器。制作了針尖直徑為10A的納米級傳感器。這種在分子水平上使用的傳感器可以在基因研究中切割蛋白質，在大腦研究中識別神經遞質。在DEMS的基礎上，人們開發了微型機器人。日本研發的“萬能醫療微型機器人”可以在不損傷任何人體器官的情況下，根據醫生通過無線電發出的指令，沿著血管或胃腸道行進到患處進行檢查，並將圖像和數據傳輸到電視屏幕上，供醫生觀看。然後，醫生可以指示機器人采集組織樣本進行活檢，或者直接向病變部位釋放藥物；還可用於去除血栓，切斷或連接神經，進行微米級視網膜的細胞級手術等精細手術。醫療機器人的關鍵在於照明、拍照、處理和發送信號的動力源，即微電池、it等能接收肘能的微系統，將是醫療微型機器人發展的關鍵技術。部分MEMS已經開始投入工業使用，全球市場從65438到0996已經達到20億美元，但整體上還處於實驗室開發和樣機開發階段。但是，它的發展勢頭非常迅猛。預計全球年產值1998為40-60億美元。預計未來五年，MEMS可創造產值180-200億美元。納米生物學是納米技術在生命科學領域的應用；隨著分子生物學的深入發展，對生物大分子各個層次的結構和功能的研究已經成為最活躍的領域。DNA或蛋白質的特性為納米材料的制造提供了有利條件。比如可以做成超濾膜，具有超強的過濾效果；可用作藥物或疫苗的載體；它還可用於選擇性固定功能分子(如酶、單克隆抗體等。);其阻抗特性也可用於半導體技術領域。納米技術也可以用來分析和檢測生物體。目前，可以使用各種光學手段來測量骨強度和眼球直徑。通過分析單個細胞的電流或電流動力學可以分離不同的細胞，例如將活細胞與死細胞分離，將紅細胞與其他細胞分離。如上所述，納米技術還可以用於基因治療，通過主動靶向定位細胞中的DNA。家庭保健，HHC):美日歐已將HIIC作為265，438+0世紀重要的生物醫學發展戰略，並成為優先資助領域之壹。日本在1994年制定的“10推進老年人保健福祉戰略”中，將家庭保全管理系統、疾病早期預測、家庭治療康復設備、家庭急救支援系統等技術和產品作為重點發展項目。歐洲國家在制定生物醫學和衛生發展戰略時，明確以“通過促進健康提高生活質量”和“提高醫療質量、控制醫療費用”為最終目標，並將HHC作為具有重大社會影響的工程技術項目納入發展規劃。在HHC，遠程醫療是壹種非常重要的現代技術手段。美國、日本和歐洲都非常重視它的研發和應用。美國曾計劃投入1996-2000美元進行遠程醫療研究，準備用電腦明礬記錄病人從出生到死亡的所有健康信息。在光纖到戶遠程醫療技術方面，以郵電部為中心制定了fttp (FTTH)計劃。到2010，家家戶戶都通光纖。在歐洲，就遠程檢測監控系統而言，德國、法國、西班牙、奧地利等地都建有研究測試中心，部分成果已達到實用化水平，將在歐洲推廣。HHC的研發在國內已經進行了很多年，市場上最常見的產品是家庭用的治療產品。近年來，隨著壹些大學和科研院所的介入，壹些新產品問世。北京、上海、天津、南京、廣州等中國大城市都開展了電話傳輸監護網絡的心臟監護和急救。比如清華大學研發的心電/血壓監測網絡系統，可以實時檢測家庭患者的13種心律失常，嚴重時可以自動開機報警，實時傳輸心電和血壓信息，聽醫生治療。上述例子簡要說明了BME在20世紀90年代的壹些新的發展趨勢。在其原來的襄城，也有了很大的進步。(1)生物材料:自20世紀50年代合成高分子材料出現以來，生物材料取得了長足的發展。；如今，合成高分子材料、天然高分子材料、醫用金屬材料、無機生物醫用材料以及由生物材料和非生物材料組成的雜化生物材料已經廣泛應用於臨床醫學的幾乎所有領域，最終導致了本世紀現代醫學的壹大特征——人工器官的出現；在此基礎上，90年代生物材料向復合/雜化、功能化、智能化方向發展。因此，細胞與材料界面、生物大分子與材料界面的相互作用已成為備受關註的基礎研究課題。(2)醫學成像技術:在BME，利用X射線、超聲波、磁振動、放射性核素和紅外線等物理源的醫學成像技術在醫學發展中發揮了巨大作用。自20世紀90年代以來，醫學影像技術受到了生物醫學自身發展的巨大影響，並不斷推動其向前發展。在影像技術方面，已經開始從形態影像向功能影像發展，如功能磁共振；在磁共振成像技術中；放射性核素成像技術中的ECT和仍在開發中的電阻抗體層成像。成像設備方面，體積更小，掃描速度更快，分辨率更高。針對心腦血管檢查或介入治療等臨床的特殊需求，出現了性能獨特的專用機器(如最新進展的磁共振成像設備)。在圖像後處理中，高性能計算(HPC)被用於加強圖像分析，它可以從同壹組數據中生成不同層次和三維模型，用於疾病診斷、疾病監測、術前計劃和術中指導，從而提高醫學圖像的使用價值。事實上，由於計算機技術的快速發展，壹些因硬件而影響性能的情況可以通過軟件來改善。總之，醫學影像技術在原有各種影像技術的基礎上有了進壹步的發展，數字化、網絡化、集成化成為醫學影像技術的總體發展方向，其中影像存檔與通信系統(PACS)的研發是關鍵的壹步。美國在20世紀80年代中期開始研究PACS。從65438到0994，它在美國的總銷售額達到3.98億美元，從65438到0995，增加到4.73億美元。預計到本世紀末將達到6543.8+0億美元。中國才剛剛開始研究。BME涉及的學科有生物力學、醫療電子學、人造器官等。，由於篇幅有限，在此不壹壹列舉。(中國醫學科學院中國協和醫科大學醫學信息研究所楊、)}參考文獻:

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