生物医学工程概论现代医学影像技术及生物医学光子学

生物医学工程概论生物医学工程概论 现代医学影像技术及生物医学光子学现代医学影像技术及生物医学光子学 院系 医药信息学院工程 姓名 班级 生物医学 11 学号 1125413214 摘要 摘要 BME 是一门新兴的边缘学科 综合了工程学 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 治疗和康复服务 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 经济诸多因素所决定的 是一门 极有学习和研究价值的学科 关键词 影像技术关键词 影像技术 生物医学光学生物医学光学 发展前景发展前景 就业形势就业形势 现代医学影像技术现代医学影像技术 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 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 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 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 X 射线成像装置主要有大型 X 射线机组 电子计算机 X 射线 断层成像装置 CT 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 放射性核素成像设备主要有 照相机 单光子发射计算机断 层成像装置和正电子发射计算机断层成像装置等 磁成像设备有共振断 层成像装置 此外还有红外线成像和正在兴起的阻抗成像技术等 治疗仪器设备的发展比诊断设备要稍差一些 目前主要采用的是 X 射线 射线 放射性核素 超声 微波和红外线等仪器设备 大型的 如 直线加速器 X 射线深部治疗机 体外碎石机 人工呼吸机等 小 型的有激光腔内碎石机 激光针灸仪以及电刺激仪等 目前各国竞相发展的高技术之一为医学成像技术 其中以图像处理 阻抗成像 磁共振成像 三维成像技术以及图像存档和通信系统为主 在成像技术中生物磁成像是最新发展的课题 它是通过测量人体磁场 来对人体组织的电流进行成像 现代生物医学光学现代生物医学光学 生物医学光学 Biomedical Optics 是近年来受到国际光学界和生物医 学界广泛关注的研究热点 在生物活检 使用光学相干弱层析成像技术 OCT 光动力治疗 PDT 细胞结构与功能检测 运用激光共 焦扫描显微镜 等问题上取得了可喜研究成果 目前正在从宏观到微观 多层面上对大脑活动与功能进行研究 光学成像技术与分子生物学技术的结合为研究上述科学问题提供了现 实与可能 因此 在现代分子生物学技术基础上 急需发展新的成像技 术 在活体动物体内 如何实现基因表达及蛋白质 蛋白质相互作用的 实时在体成像监测是当前迫切需要解决的重大核心科学技术问题 这是 也生物学 信息科学 光学 和基础临床医学等学科共同感兴趣的重大 基础问题 光学成像技术正成为实时在体研究分子间 分子内蛋白质 蛋 白质相互作用 离子通道 生化底物及酶转运等的重要手段 由于具有 高时间 空间分辨率 比现有其他手段更为直接 因而可望成为后基因 组时代新药靶发现和高通量药物筛选的新方法 动物组织 器官到整体水平的在体光学成像可望为研究药物作用靶 点和评价药物作用效果提供重要技术手段 以小动物体内的活细胞为研 究对象 用光学成像技术 实时在体研究细胞内基因表达与分子间相互 作用的动力学过程 例如 可文中提到的 FRET FLIM FRAP FLAP 等技术研究蛋白质分子间的相互作用 计算蛋白质间的作用距离 特定 分子在细胞内移动 定位与跟踪 以及蛋白质的构像变化等 运用 ICS 技术研究活细胞表面分子内相互作用的动力学过程 研究细胞膜蛋白的 联合及其与信号转导通道的激活关系等 医学光学成像技术从理论上可 分为扩散光学成像与相干域光学成像 前者成像深度较深 理论基础是 光子输运方程的扩散近似 被检测的光学信号会在组织体内经历多次散 射 如何建立散射信息与组织光学特性参数变化间的关系和提取散射信 息是其关键 后者成像深度主要在组织浅层 散射影响较小 如何避免 散射和在强散射背景中提取有用的结构与功能信息是其关键 现状与发展前景现状与发展前景 1 国内生物医学工程的现状 国内生物医学工程的现状 我国的生物医学工程学科相对国外发达国家来说起步比较低 自上 世纪 80 年代以来 经过 30 多年的发展 目前全国已有很多所高校内设 有此专业 在一些理 工科实力较强的高校内均建有生物医学工程专业 由于这些学校的理 工等学科在全国都有重要的影响 且大都设有国家 级重点学科 他们开展起来十分方便这些院校均是以科研性学科设置的 30 多年以来 我们在研究方面引进 消化 跟踪研究多 创造性研 究较少 理论方法等应用基础研究多 取得自主知识产权的应用研究少 处于理工科院校的生物医学工程学科其工程力量雄厚 但是由于缺少医 学背景 在真正用于临床 解决医学实际问题方面还较落后 而处于医 学院校的生物医学工程学科其研究的主要特点是和医学结合紧密 在市 场经济的大环境中 社会上各种诱惑对医学工程技术队伍建设有较大的 干扰 2 发展前景 发展前景 21 世纪生物医学工程展望 纵观医学新技术诞生和发展的历史 从 伦琴发现 X 线到今天 X 射线诊疗技术的发展 从朗兹万发现超声波到今 天 B 超诊断的广泛应用 从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天 MRI 的 问世 从赫斯费尔德发明 CT 到今天 C t 成像系统的应用 都是以物理学 工程技术为基础 医学需求为前提发展起来的医学新技术 1997 年我国发布了关于卫生工作改革与发展的决定 提出了奋斗目 标 到 2000 年 基本实现人人享有初级卫生保健 到 2010 年国民 健康的主要指标在经济发达地区达到或接近世界中等发达国家水平 在 欠发达地区达到发展中国家的先进水平 20 世纪人类与疾病做斗争 在 医学诊疗技术上取得了重大成就 但面向 21 世纪的巨大挑战 我们要动 员起来 调整政策 制定规划 改革医学研究教学的旧模式 发挥现代 科学多学科交叉合作的优势 创建全新的生物医学 为人民造福 生物医学工程就业生物医学工程就业 因为生物医学工程是理 工 医 生物等学科高度交叉的新兴学科 该学科致力于人的防病 治病 康复和健康 致力于为探索生命现象提 供高水平的科学方法和工程技术手段 由于生物医学工程学科是应用最 先进的理工科的理论与方法来研究人的生命现象与规律 因此其研究领 域极其广泛 其研究方向也非常多 培养高级科研和技术人才学科 出国比例大 各大有名高校都十分 注重其发展 专业适用面广 易转专业 可以进一步学习上游的生命科 学 也可以学习下游的实用工程学科 就业领域广泛 比如制药 食品 科研 或技术开发等 如果把先进高端的生命科学和应用联系起来 是 非常火的专业 前景十分看好 目前 国内仅有 10 万名医学工程师 而生物医学工程 生物技术 生物信息 医疗卫生 医学仪器等领域需求强劲 因此大学毕业生的起 薪就在 3000 元左右 往医疗器械方面发展 收入相当可观 目前全国大约有 6 万家医院 医学工程师只占医院总人数的 10 与国外 30 的比例相差悬殊 作为医学工程的最大产业 国内 1 万多家 医疗设备企业也急需医学工程师 而且 很多该专业的本科生 研究生 和博士生都在国外深造 国内的技术专才缺口不小 本科生直接从事科研方面工作的可能性不大 部分毕业生转向其它 行业 部分毕业生从事相关专业的下游技术工作 工作内容一般较单调 的技术工作 且需要进一步的经验积累和实践操作能力培养 参考文献 参考文献 1 生物医学工程学 作者 邓玉林 出版社 科学出版社 第 1 版 2011 年 1 月 6 日 2 中国生物医学工程进展 作者 张建保 卢虹冰 徐进 出 版社 西安交通大学 第 1 版 2007 年 4 月 1 日 3 张广军 光电测试技术 M 北京 中国计量出版社 2002 4 安连生 李林 李全臣 应用光学 M 北京 北京理工大学出 版社 2000 5 医学成像的基本原理 作者 黄力宇 出版社 电子工业出 版社 第 1 版 2009 年 5 月