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浅谈对生物医学工程的认识及自我规划


浅谈对生物医学工程的认识及自我规划
周国华 生物医学工程(Biomedical Engineering,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。有识之士认为,在新世纪随着自然科学的不断发展,生物 医学工程的发展前景不可估量。生物医学工程学科是一门高度综合的交叉学科, 这是它最大的特点。 一、生物医学工程简介 1.学科概况 生物医学工程是一门新兴的边缘学科,它综合工程学、生物学和医学的理论 和方法,在各层次上研究人体系统的状态变化,并运用工程技术手段去控制这类 变化,其目的是解决医学中的有关问题,保障人类健康,为疾病的预防、诊断、 治疗和康复服务。 2.发展历程 生物医学工程兴起于 20 世纪 50 年代, 它与医学工程和生物技术有着十分密 切的关系,而且发展非常迅速,成为世界各国竞争的主要领域之一。 生物医学工程学与其他学科一样,其发展也是由科技、社会、经济诸因素所 决定的。这个名词最早出现在美国。1958 年在美国成立了国际医学电子学联合 会,1965 年该组织改称国际医学和生物工程联合会,后来成为国际生物医学工 程学会。 生物医学工程学除了具有很好的社会效益外,还有很好的经济效益,前景非 常广阔,是目前各国争相发展的高技术之一。以 1984 年为例,美国生物医学工 程和系统的市场规模约为 110 亿美元。美国科学院估计,到 2000 年其产值预计 可达 400~1000 亿美元。 生物医学工程学是在电子学、微电子学、现代计算机技术,化学、高分子化 学、力学、近代物理学、光学、射线技术、精密机械和近代高技术发展的基础上, 在与医学结合的条件下发展起来的。它的发展过程与世界高技术的发展密切相 关,同时它采用了几乎所有的高技术成果,如航天技术、微电子技术等。 3.学科特点 (1)交叉性:它是各种学科知识的高水平交叉、新时代结合的产物;是生命 科学 (生物学与医学) 现代化的迫切需求; 是现代科学技术迅速发展的必然结果。 (2)依赖性: 它尚未形成自己的独立基础理论与知识体系 (与传统学科不同) , 融合各交叉学科知识为自己的基础 ;缺乏永恒的研究主题与固有的中心目标, 随交叉学科的发展和应用对象的需求而变化。 (3)复杂性:它知识覆盖面非常广,几乎涉及所有自然科学与技术的基础理 论与知识体系;相关的研究机构、专业教育、企业厂家和市场营销只能涉足其部 分,而不能包揽全局。 (4)服务性:它以应用基础或直接应用性研究为中心,以最终在生物医学领 域应用为目的;为生命科学的创新性发展提供现代化工具,为医疗卫生事业现代 化发展提供新装备(支撑生物医学工程产业) 。 二、研究领域和发展方向

高度的综合性和复杂性决定了 BME 研究领域的宽广性, 目前 BME 的研究领域 主要有生物力学、生物材料学、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、医学图像技术、物理因子在治疗中的应用及其生物效 应和人工器官等等。 BME 学科的研究方向主要在于为认识和控制生命现象提供工程学原理和方 法和为医疗器械的开发提供新的原理、方法和技术基础。下面主要以生物材料学 为例,简要介绍其研究内容和发展方向。 生物材料是制作各种人工器官的物质基础, 它必须满足各种器官对材料的各 项要求,包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等 性能。由于这些人工器官大多数是植入体内的,所以要求具有耐腐蚀性、化学稳 定性、无毒性,还要求与机体组织或血液有相容性。这些材料包括金属、非金属 及复合材料、高分子材料等,目前轻合金材料的应用较为广泛。 生物材料的主要研究内容包括生物相容性的分子设计研究、 各种生物材料研 究(生物膜、缓释、陶瓷、玻璃、合金等材料)、生物材料相容性研究和生物材料 生物相容性的评价方法研究等。 生物材料学的主要研究方向有:筛选现有或新出现的材料;深入研究材料的 组织相容性、血液相容性、生理机械性能和耐生物老化性,并建立它们的标准和 评价方法;加强材料表面修饰和今物化处理方法的研究,以便材料勺活体表面的 接触面有一相容性好的过渡层; 注意材料结构与性能关系的研究, 积累数据资料, 逐步发展生物材料的分子设计,在改性和分子设计基础上合成新的生物材料。 三、如何成为一名生物医学工程师 生物医学工程师从事的行业领域十分宽广, 他们可以去设计有关医疗仪器的 电子电路和电脑软件, 也可以去研究纳米技术以及研发能够在细胞内修复损伤和 改变基因功能的微型器械;你可以看到他们为了无线技术的发展而奋斗,也可以 在新的药物疗法的研发以及制作人工器官的人群中发现他们的身影; 他们需要理 解人体机能和生理系统的工作机制,也需要解决细胞水平和分子水平上的问题。 在很多时候,生物医学工程师们需要将自己当成物理学家、治疗专家、教授、专 利代理人甚至是科技作家和商业管理者去解决生物医学方面的问题。 要成为一名生物医学工程师,首先必须在生物、化学、物理、数学、工程学 和人文学科等方面上有一个坚实的基础, 然后根据自己的兴趣和所学领域的特殊 要求,进一步加强相关自然科学和工程学的学习。因此,要成为一名 BME 人才, 至少需要进行大学四年的本科学习,当然仅仅四年的学习还是比较粗浅的,很多 时候是不够的, 一个学士学位或者更高的博士学位能够为我们在将来的进一步研 究或者工作提供更多的机会。当然了,一定的社会实习经历也是必不可少的,仅 仅是纸上谈兵的话是永远达不到一个合格的生物医学工程师的要求的。 在相关的 学术协会从事一段时间的科学研究或者在生物医学方面的公司中实习一段时间 都是不错的选择,可以让自己收获很多有用的经验。 在新世纪,社会要求 BME 人才改变原有的理论基础与知识结构,扩大知识面 (如基因、分子、细胞和器官的综合知识),增进知识深度;加强与其它各学科间 沟通、交叉和融合;扩大合作面(不限于理、工、医结合),建立与其他所有学科 专家的通力合作 。新世纪复合型“生物医学工程”人才的要求是: (1)理论基 础: 由工程学理论为主要基础向兼有深厚生命科学背景知识过渡, 在细胞生物学、 功能基因组学和分子生物学方面有扎实功底。 (2)知识结构:由工程技术为主要 研究开发手段向兼有熟练的生物技术实验技能, 熟悉组织、 细胞和基因工程手段,

了解靶向治疗、介入治疗和图像引导手术等新技术。 四、我的规划 在大学期间,我首先要确保较好地完成各门基础课程的学习,这是作为一名 大学生的最基本的要求。其次,应该时常了解世界上相关学科的最新进展,一点 点地培养自己的对于本专业的兴趣,选择进一步的专业方向(暂定为生物材料与 组织工程) ,机房自己的求知欲和探索的欲望,主动地去进行学习和研究。 在大三后阶段和大四的时期,争取能够获得保研的资格,同时做好准备进入 相关的实验室或者公司实习一段时间。当然,要做到这些,必须做到功在平时, 不容懈怠。通过大学本科期间的学习,自己应当争取获得以下几方面的知识和能 力:1.扎实的数理与生命科学基础; 2.电子与信息工程的基本理论和方法; 3.生物医学工程领域理论问题和解决实际问题的能力; 4.较强的英语语言能力; 5.文献检索、资料查询的方法和撰写科学论文的能力; 6.较好的人文社科知识和人文素质,以及较强的协调、组织能力; 7.较强的创新精神。 毕业后, 我个人的大体打算是进入中国生物医学工程研究所进行相关的科研 工作,如果有可能的话,我会先尽力寻求去美国等在这方面走在科学前沿的国家 去学习与交流,然后再回国进行科研。在人生的后期阶段,我也许会应聘进入生 物医学方面的公司(例如现在的麦瑞)工作,尽可能的将自己的研究所得转化为 实用的产品。 参考文献: 参考文献: 1. “ Designing a Career in Biomedical Engineering ” — — IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine
2.朱丹,生物医学工程导论,2011 朱丹,生物医学工程导论, 朱丹 3.生物医学工程,百度百科,2011 生物医学工程, 生物医学工程 百度百科, 4. 陈兴新,新世纪对生物医学工程的认识与思考, 2007.11.1 陈兴新,新世纪对生物医学工程的认识与思考,


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