生物医学工程论文范文参考关于生物医学工程的优秀论文范文【10篇】

生物医学工程论文范文参考关于生物医学工程的优秀论文范文【10篇】 20世纪初生物学领域机体论与还原论之争,促成了一般系统论的诞生.尽管会遇到各种困难,但这的确是促进科学统一的一次科学革命.科学发展过程中,在承认机械还原论优点的同时,更需要一个比之更完善的方法论指导.系统论思想强调低层次的事物和高层次的事物都需要关注,系统局部的变化会引起其它局部和整体的反应,具体到生命系统而言,就是要既关心化学层次或分子层次上的事物,又关心较高的生命组织层次上的事物.生物医学工程学是促进生命健康的工程学科,无论是学科基础理论的发展,还是工程技术的研发,都需要从整体的角度和动态的角度研究人体系统的变化规律,尤其是针对局部问题的解决方案,需要综合考虑与生命系统整体的切合性.本文根据系统哲学原理对生物医学工程发展史与方法论进行了探讨.主要包括以下四部分内容:一、生物医学工程发展史概述.生物医学工程学的快速发展始于20世纪50年代,“生命”和“工程”是生物医学工程的两个核心要素.这里的生命,包括生命个体的健康和生命群体的延续,而这也一直是其使命之源.工程则包括个体生命的健康问题工程和群体生命的公平公正工程.相伴医学的发展,通过解决生命系统健康问题成就健康的个体生命,通过促进诊断治疗的简便化和低成本化,成就健康的群体生命.本文根据系统哲学的事物发展演化的基本规律重新审视生物医学工程学的概念和特点,并在分析生物医学工程学发展概况的基础上,发现了解决特殊问题和局部问题时遇到的困境,而这些很多已被证实是由于对系统整体涌现产生的新特性和功能认识的缺失所致.二、科学技术发展演化的系统哲学方法论探讨.基于多种视角,人类在审视自己的同时,不断尝试着解读大自然.人们不断发现或创造事物之间的多种*,试图追问自然.而我们在扫描这些解读自然和追问自然的过程、方式、内容和结果时,亦在试着描述系统的物质、能量和信息的交换及其方式,并极力探索其要素、结构和功能的变化.本文试图从事物发展所遵循的系统哲学的差异协同律、层次转化律和整体优化律角度,对科学技术这一复杂系统演化的实质、动力、形式、过程进行探讨.多元性、差异性、相关性、整体性是这个复杂系统的特点,差异是促成这个系统的发展动力,协同则在差异基础上成就了系统的整个发展历程,自组织涌现表达了系统发展演化的形式,层级转化和整体优化则表达了科学技术系统的发展过程.三、人体组织器官的协同优化及自组织行为分析.开放性、多元性、层次性、相关性、动态性、整体性充分表达了人体系统的特点,协同优化和自组织行为是其典型的系统行为.本文对骨骼结构和功能的认识历程进行了简单梳理,并进行了骨的协同优化及其自组织行为分析,提出开放与非平衡是骨力学自组织行为的前提条件,差异信息是骨力学自组织行为的源动力.骨的功能适应性原理充分证实了骨的协同优化及自组织行为.四、生物医学工程发展史研究的方法论探讨.生物医学问题诉求,研究过程的实践介入,研究方法的实证性表达了生物医学工程发展史研究的实证性原则,问题生成的生态环境,交叉学科的整体关照,影响因子的综合考量表达了生物医学工程发展史研究的整体性原则,研究基础的历史性积淀,研究过程的历史性考察,研究体系的历史性结合表达了生物医学工程发展史研究的历史性原则,尊重生命的历史轨迹,聚焦人体系统的历史轨迹,人与外界的作用轨迹表达了生物医学工程发展史研究的生命适切性原则,传统分析方法的不足使其隐匿,系统分析方法以全新的活力面对生命系统,系统分析方法本就是表达系统自组织演化方式的一种方法.本文把人体视为一个复杂的巨系统,研究其运行中会产生诸多只因系统整体的存在而涌现出的新的特性、结构和功能,这些新生事物是系统各部分不能产生的,也是系统各部分简单叠加后不能产生的,只有在各部分因某种需要和某些联系形成“牵一发而动全身”的有机整体方可产生.必须在系统论指导下审视人体生命系统的特性、结构和功能,并运用强调整体和动态的系统方法论,指导生物医学工程研究(这也是生物医学工程学学科本身性质使然),进而回答生命个体或群体的健康问题. 目前,磁场生物效应是生物医学工程学界的研究热点.在两次国家自然科学基金低强度脉冲电磁场治疗心血管疾病的机理研究,50077023(2000年),负责人:罗二平,低强度脉冲电磁场治疗骨质疏松症的机理研究,50377044(xx年),负责人:罗二平的资助下,对磁场生物效应进行了较为深入系统地研究.本文首先评述了磁场生物效应的研究进展.通过动物模型的建立和体外细胞的培养,进一步检测生理、生化、免疫、生物力学等指标,以心血管疾病和骨质疏松症为突破口,重点研究低强度脉冲磁场对机体的影响,探讨磁场生物效应的产生机理,以期为心血管疾病及骨质疏松症的预防和治疗提供新的思路和理论依据.主要工作概括如下:1.基于相干电振荡理论、离子对膜的穿透理论和跨膜离子的回旋谐振理论等,对磁场非热生物效应机理进行了分析研究.阐释了磁场与生物系统之间相互作用的机理:生物体对一定条件的磁场的响应是非线性的,并表现出频率特异性和功率特异性“窗口效应”,指出生物体对极低频(,100 Hz)、低强度(,100Gs)磁场非热效应的应答优于热效应,低强度脉冲磁场容易导致机体内非热生物累积效应的发生. 产业的选择和升级,作为后发国家和地区实现经济快速发展的重要手段之一,一直是理论界研究的热点问题,相关的理论和方法也在我国的许多地区得到了广泛的实践. 笔者xx年以来参与了多个涉及地区产业选择和升级的研究课题.从实践情况看,以产业整体为选择对象的现有产业选择和升级理论面临着难以解决地区产业结构趋同、产业选择绩效低于预期、产业选择结果缺乏操作性、无法选择前瞻性产业、企业背离政府产业选择结果等问题. 一般而言,受制于产业发展的一般规律和选择主体自身的经济发展阶段,使得在某个特定时期可供选择主体选择和升级的主导产业或前瞻性产业不会太多,因此以产业整体为选择对象较为容易得到选择结果.但从实际操作角度出发,即使选择了目标产业,一国或地区仍然面临现实中如何选择具体的切入点来发展该产业的问题,因为产业内部结构的复杂性使得任何一国或地区都不可能在某一特定产业的所有环节和细分领域上都具备进入条件或相对优势.全球纵向分工深入发展造成的普遍的产业内部环节跨国或地区分布现象也证明了此点.因此,更为重要的是对产业内部各个环节和主要细分领域的选择. 一旦将产业选择和升级的视角深入到产业内部,则如何分析产业内部结构就成了首先要解决的问题.一般而言,产业内部的各个环节和产品并非彼此孤立,而是存在复杂的依存和竞争关系,理论界通常把产业内部多个环节和产品既相互依存又相互竞争的状态称为链.本文接受这一观点,则接下来的问题便是如何分析构成“链”的各个环节和细分领域的主要特征. 为了确保选择结果的微观基础,本文从微观的企业行为入手,分析了企业实施产业选择行为时遵循的基本逻辑和考察的若干变量,并由此推导出一国或地区实施产业选择和升级时应当遵循的基本逻辑和考察的主要变量,其中用于描述产业状况的变量可以归纳为产业特征、技术特征和价值水平三个方面.如果视产业内部的基本结构为“链”状,则产业特征、技术特征和价值特征可以通过拓展为产业链、技术链、价值链来描述产业内部各个环节和细分领域的基本经济技术特征.产业链分析描述了某一给定产业内部的各个细分领域及其产业特征,实质上指出了一国或地区在某一给定产业内的可选领域及每个领域的需求状况、要素投入结构、市场结构、政策法律四个方面的特征；技术链分析反映了对应于产业链上的每个细分领域的技术(束)及技术束内部的关系；价值链的分析指出了产业创造的总体价值在产业链上每个细分领域的分布状况. 通过“三链”的分析,可以得到某一给定产业内部每个环节和细分领域的产业特征、技术特征和价值水平三个方面的信息,从而了解到一国或地区对应于不同细分领域的进入成本(由要素壁垒、市场结构壁垒、政策法律壁垒、技术壁垒四个变量综合给出)和预期回报水平(由需求状况和附加价值两个变量给出).由此,可以建立判断基准体系来权衡进入成本和预期回报水平以得到选择不同备选对象的吸引力程度,并对权衡的结果进行排序. 但是,仅此仍不足以得到最终的选择结果,相对竞争力仍是不可忽视的重要因素.因为吸引力高的备选对象不一定是选择主体拥有相对竞争力的领域,而选择主体拥有相对竞争力的领域可能吸引力不高.因此,最终的选择结果仍有赖于对选择主体在不同备选对象的相对竞争力和该对象的吸引力程度的权衡. 由此,本文建立了适宜于一国或地区针对某一给定产业内部的不同环节和细分领域进行选择和升级的“三链一力”方法论.为了实践运用的便利,本文借鉴层次分析法的思路建立了“三链一力”的量化模型,并以上海发展生物医学工程产业的重点领域选择为案例,实证检验了该方法的实践有效性. 社会重大疾病的预防与治疗是全社会多学科领域共同关注的一个重要问题.关于“生物医学工程防病治病系统模型”,是在医学、生物信息学、计算机、数学、循证医学、经济学等多学科协作,由生物医学工程学专家牵头的一个课题,旨在为重大疾病的诊治提供预测系统,达到提高临床治疗有效率,提高病人生存率和生活质量的目的. 偏微分方程是反映有关的变量关于时间的导数和关于空间变量的导数之间制约关系的等式.许多领域中的数学模型都可以用偏微分方程来描述,很多重要的物理、力学等学科的基本方程本身就是偏微分方程.早在微积分理论刚形成后不久,人们就开始用偏微分方程来描述、解释或预见各种自然现象,并将所得到的研究方法和研究成果运用于各门科学和工程技术中,显示了偏微分方程对于人类认识自然界基本规律的重要性.逐渐地,以物理、力学等各门科学中的实际问题为背景的偏微分方程的研究成为传统应用数学中的一个最主要的内容,它直接联系着众多自然现象和实际问题,不断地提出和产生出需要解决的新课题和新方法,不断地促进着许多相关数学分支(如泛函分析、微分几何、计算数学等)的发展,并从它们之中引进许多有力的解决问题的工具.偏微分方程已经成为当代数学中的一个重要的组成部分,是纯粹数学的许多分支和自然科学及工程技术等领域之间的一座重要的桥梁. 本论文主要讨论偏微分方程这一强大的数学工具在图象分割和生物医学建模领域的应用. 在图像处理和计算机视觉中,基于偏微分方程的方法已经成为研究的热点.一方面它得益于偏微分方程作为基础数学的一个重要分支,已经形成了理论体系和数值方法；另一方面也得益于传统的图像处理技术所积累的经验.在过去的十几年里,偏微分方程被广泛应用于不同的图像处理领域：图像分割、放大、超分辨率分析、修复、锐化、去噪、运动物体轮廓跟踪等等. 在图象分割领域,偏微分方程的应用开始于上世纪八十年代末Kass等人提出了以偏微分方程为基本形式的活动轮廓模型,从动力学角度来研究曲线的演化过程,通过求解偏微分方程得到图像感兴趣区域的边界.在接下来的三十年里,随着该模型的迅速发展,活动轮廓模型逐渐成为最有生机、最成功的图像分割技术之一,之后它衍生出各种不同特点的模型,如几何模型、活动曲面、形变气球、形变轮廓、形变曲面等等.在所有活动轮廓模型中,本论文主要研究了两种经典几何模型的基础理论和改进基于边缘信息的测地活动轮廓模型(GAC)和基于区域信息的C-V模型,这两种模型都对以后的图像分割产生了巨大的影响,但是由于这两种模型各自的缺点,其应用范围都受很大限制.因此,本论文在图象分割方面的研究工作主要是,分别针对这两种经典的活动轮廓模型,GAC模型和C-V模型,进行了改进,使得改进后的模型有更广的应用和更好的分割效果. 偏微分方程不仅仅能够在图像分割领域发挥作用,这一强大的数学理论工具也被应用到生物医学工程领域.生物医学工程是在电子学、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、和精密机械发展的基础上,在与医学结合的条件下发展起来的.它包含的研究方向很多,比如生物系统建模与仿真、生物医学信号检测与分析、生物医学成像和图像处理、电磁场生物效应、人工器官以及相关的医疗仪器研制等.本论文即利用偏微分方程的数学理论、多种物理学理论和计算机技术,研究了两种与肿瘤密切相关的生物系统的建模与仿真. 肿瘤是威胁人类生命的重要杀手之一.它生长旺盛,常呈持续性生长,恶性肿瘤更是无限制地向外周扩散,侵犯要害器官和引起衰竭,最后导致人死亡.随着科学技术的发展,研究和分析肿瘤的方法越来越多样化.目前,对于肿瘤研究的热点主要在于(1)研究肿瘤的生长趋势；(2)研究肿瘤药物传递的过程和效果,这两方面知识的获得对于肿瘤生长机理的认识和理解,以及对于肿瘤的诊断和治疗具有科学的和现实的意义. 实验数据和理论研究表明,影响肿瘤生长的微环境因素多种多样,肿瘤的生长是一个复杂的变化过程,受到肿瘤细胞与细胞,细胞与基质之间相互作用的影响,同时肿瘤细胞间压强以及营养浓度的分布等因素都将直接影响肿瘤的生长变化.同样地,对于肿瘤内部的药物传递过程,肿瘤内部复杂的微结构和微环境,以及药物本身的特性都将对药物传递的分布和结果产生作用和影响.因此,仅仅依靠传统的临床和实验方法,已经不足以充分说明影响肿瘤生长的各种因素与肿瘤生长趋势之间的相关性,以及肿瘤内部复杂环境与药物注射传递过程的相关性.在这种情况下,应用数学和物理理论,结合计算机技术,将各种影响肿瘤生长和药物传递的因素综合考虑,建立可靠的肿瘤生长趋势模型和肿瘤内部药物传递模型,对于获得肿瘤生物学过程的知识,以及优化肿瘤药物治疗方案都将有着特殊的意义.因此,本论文中在生物医学建模方面的工作主要是,应用基于偏微分方程的数学物理方法,研究了肿瘤生长趋势和肿瘤内部药物传递过程这两个生物系统的建模和仿真. 本论文的主要创新点有： 1.在基于偏微分方程的图像分割方面,首先,以实现人脑部矢状位海马体结构的分割为目的,对基于边缘信息的GAC模型进行了改进.通过分析GAC模型曲线演化的行为,将先验区域力和先验形状力合理地添加到原始GAC模型中,实现了先验知识对曲线演化的有效约束先验区域力指导曲线快速演化进入分割目标所在区域；先验形状力指导曲线在先验区域中更加精确的实现目标的分割.在将其应用到人脑部矢状位海马体结构的分割的仿真实验中,取得了良好的分割效果,证明了添加先验知识的GAC模型的有效性. 2.以基于图像区域的C-V模型为原始模型,在分析一种改进C-V模型局部二值拟合(LBF)模型行为的基础上,应用高斯混合模型(GMM)和粒子群优化(PSO)算法实现更为快速和有效的局部分布拟合模型.无论是基于全局信息的C-V模型还是改进的基于局部信息的LBF模型,其目标区和背景区的拟合灰度分布值都是随着曲线演化需要不断更新的,因此在改进的局部分布拟合模型中,我们应用GMM模型来预先估计图像目标区和背景区的拟合灰度分布函数,并应用PSO算法优化GMM模型的计算过程.这就使得目标区和背景区的拟合灰度分布函数不再依赖于曲线的演化,而是在曲线演化之前就已经得到.仿真实验证明我们改进