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生物醫學工程分析:人類基因組與生物醫學工程學
關鍵詞：生物醫學
21世紀科學技術的特征之一是多學科綜合和跨學科交叉，其典型的實例是人類基因組計劃的被執行和提前完成，這對生物醫學工程學的發展將會產生深遠的影響，因為生物醫學工程學包含了上述諸多特征。在今天，信息技術深刻地改變著生物科學乃至醫學的面貌，Moore’s定律正有效地影響著生命科學變革的進程。人類基因組計劃的國際合作和部級研究機構和民間商業公司既合作又競爭的機制改變著傳統科研的單一模式，充分體現了21世紀科學技術迅猛發展的多學科交叉的特點，其中包括科研與應用既分工又緊密結合的特征。
基因亦稱遺傳因子，它是決定遺傳性狀的因子，早在孟德爾時代的定律中就把它作為基本概念推斷相應的各個遺傳性狀的單位。1909年丹麥學者W.L.Johannsen建議將它稱為基因（Gene），它通過自我增殖及通過細胞總線世代相傳。各個基因雖然是相互獨立的單位，但在物理上并不獨立存在，在細胞分裂增殖間期內出現的染色體上各自占有固定的位置，并以線性順序排列的方式形成穩定的長鏈結構，可受環境因素的影響發生突變，并在以后的世代中變異的基因就會傳遞下去。
基因的概念模型經歷了提出、放棄、修改和精煉等漫長的歷程，使基因學取得巨大進展，但在很大程度上還是基于遺傳研究為主。每一個新模型的提出都帶來一系列問題，隨后對基因的本質又產生新的和比較好的理解。1986年美國科學家和人類遺傳學家Roderick.T和Mckusick提出基因組學（Genomics）名稱，這是指一個物種的全部遺傳基因的總和。
自從1953年J.D.Watson和F.H.Crick提出DNA雙螺旋結構模型以后，在較長時期內由于找不到分別降解腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胞嘧啶（C）和胸腺嘧啶（T）等四種脫氧核糖核酸的專一酶而使DNA測序無法開展，直到1977年英國Fred Sanger和美國的Alan Maxam及Walter Gilbert兩個研究小組在差不多時間內發展了不同的DNA測序方法，使基因研究工作推向前進。在最初階段，研究者都是從具體目標生物體基因組中分離和研究相關基因。1986年諾貝爾獎獲得者R.Dullbecco在Scieme上提出有必要對人類基因組進行測序，不能滿足于零打碎敲地個別研究目標基因。
在經歷了一場大爭論之后，在1988年，美國技術評估局（OTA）應美國能源和貿易住房委員會的要求開展了關于基因組計劃的可行性研究。OTA的研究報告把開展基因組研究時的數據管理列為執行基因組計劃的首要任務，并提出幾個與之相關的目標:（1）創建、維護和加強生物數據庫，其中包含DNA序列數據、DNA標記和基因位點，標識基因以及其它有關的數據。（2）繪制由DNA標記組成的人類染 色體圖譜，這將使科學家可以迅速地確定基因的位置。（3）創建研究材料的數據庫，其中包括DN段順序集，在人類染色體上完整地表達DNA。（4）發展其他生物體，即模式生物的類似資源，以便于生物醫學研究和其他可能的研究。（5）確定人類基因組和其他生物有機體大片段的DNA序列。（6）要面對許多支持基因組研究機構參與帶來很多管理上的復雜性，要解決好許多涉及資源分配和共享的問題。
1988年美國國家科學院十分明確的提出，人類基因組研究的許多代價都與生物數據的獨特管理有關。因為有大量數據要從定序和測繪工作產生出來，所以要有效地集中、存儲、分析和提供，如果象目前全球范圍內一般研究單位那種常規方式處理數據，那么人類基因組計劃是沒有什么使用價值的。因此需要數百萬美元創建新的基因圖譜和序列數據庫，尤其強調要設計成滿足基因研究的需要。
這樣，在美國能源部（DOE）和美國人類基因組研究中心（NCHGR）支持人類基因組計劃正式實施以前，來自美國高層的咨詢委員會的明確建議，為合適的數據管理和數據分析策略對后來人類基因組計劃的成功執行起著十分關鍵的作用。這些明顯的建議，使許多投資機構調撥重要資源，為創建、運行和維護相應的系統軟件和設備奠定了基礎。
1990年10月美國能源部（DOE）與美國衛生研究院（NIH）共同啟動人類基因組計劃，原定投入30億美元，15年完成，估計可測定基因5萬到10萬個。后來，英、日、法、德、中等國相繼參加這一史無前例的獲取人類生命基本數據的宏偉工程。
1998年5月一批多國科學家在馬里蘭州羅克維爾成立了私營塞萊拉基因組技術（Celera Genomics）公司，董事長克萊格·文特爾宣稱用3億美元和一臺超級計算機在3年內用“霰段法的測序策略”完成人類基因組測序。這是史無前例地由美國私營公司向美國國家科研機構公開的競爭和挑戰。正由于這種既競爭又合作的機制，使原訂2005年完成的人類基因組的測序和分析計劃進度一再提前，總的方面得益于世界上1000多名科學家的全心投入和通力合作，以及符合Moore定律的大規模基因測序技術的不斷完善，并降低了成本，這與以美國Celera公司為首的私營公司的參與挑戰直接有關。這確實是一種在市場經濟條件下合作與競爭機制的典范。
1998年10月美國人類基因組研究所在“Science”雜志上發表聲明說，人類基因組計劃的全部基因測序工作將提前到2003年完成。
1999年3月英國韋爾科姆基金會宣布，由于科學家加快工作節奏，人類基因組工作草圖將提前到2000年完成。
2000年4月美國Celera公司宣布破譯出一名實驗者的完整遺傳密碼，但不少歐美科學家對此表示懷疑，認為該公司“未提供有關基因序列的長度和完整的數據”是疑點所在。不過，同年6月該公司后來接著宣布已將人類23對染色體上35億個堿基對按照自然順序排列出來，并在該公司號稱“全球第三”的超級計算機上進行了480億億次計算。美國國家衛生研究院院長認為:“數據是正確和完整的”。
2000年6月26日，多國合作的人類基因組計劃的官方機構和私營Celera公司共同宣布人類基因組工作草圖基本繪制完成，測定出人類90%以上的DNA堿基序列，終于提前完成了劃時代的測定基因組的宏偉工程。
1 基因組學
自從1924年提出基因組的概念用來描述生物染色體上的全部基因之后，科學家經歷了漫長歲月對基因進行了個別研究，直到1986年才提出基因組學的系統概念，這涉及包含所有基因的基因組作圖、核苷酸序列分析、基因定位和功能分析，其中基因組作圖由遺傳圖譜、物理圖譜和序列圖譜組成。人類基因組計劃的核心就在于獲得23對染色體完整的DNA序列圖。
前已述及，兩個性質不同的研究組織使用不同的測序策略，在既合作又競爭的條件下爭先恐后地很好完成了人類基因組的測序計劃，他們現在都達到了預定目標，而且大大提前了執行時間表，使原定15年的測序計劃竟提前了5年完成。以美國政府資助為首的研究計劃是建立在作圖產生人類基因組工作草圖的策略，而私營公司Celera卻采用不同的做法，他們把完整基因組先打碎，稱為霰段法（Shotgun），然后測定人類基因組序列。這樣一來，通過這二種不同的測序方法獲得的序列數據大大提高了數據的有效率，并減輕了整個科學界解釋基因數據的難度。最終繪制的三種圖譜使人類基因組序列能夠用作“工具”開展生命科學和醫學的深入研究，這是具有劃時代意義的。
1.1 人類基因組測序策略 前已述及，由美國政府資助，后來由多國科學家參加的測序計劃是采用標記的物理圖譜中含有大量人類DNA大片段的作圖策略，并利用了局部的細菌人工染色體（BACs）。在理論上說，這種測序策略是先復制人類基因組序列，因此是在不斷克隆基礎上完成的，每次獲得最短的一段BAC，它具有最少的重疊部分，并且使處在整個基因組中的這段長度展直，再粘貼起來，將它們繪制到基因組的適當區域。由于染色體不能直接用來測序，故及時步必須將整個基因組序列進行分解，使之成為容易處理的小結構，根據所使用的標記和方法不同，繪成上述三張圖，雖然在工作草圖上會有某些空白區域和一些不明確的部分，但它在探索生命奧秘和確定與疾病有關的基因等方面將是非常有用的。
Celera公司的理想策略是為了深入開展作圖階段避免受到次級克隆人類基因組產生隨機片段的影響，以及在長度不同的片段庫中，兩種片段的測序結果便于整理，對于保存時間和一開始的研究計劃，Celera方法使組裝過程相當獨立，不受算法和計算機時間的影響。Celera公司的霰段法是一個高度應用計算機的方法，它是先把基因組隨機地分成已知長度的片段（2000個堿基對、1萬個堿基對和5萬個堿基對），然后用線性排序算法將這些片段連接成大片 段，并確定它們在人類基因組上的正確位置。
進一步比較兩種測序策略，由美國等國家出資的測序工作，工作人員在一開始要把較多的時間和精力放在克隆和繪制草圖上面，而Celera公司的方法在后期則需要做大量的計算機工作。為了更好地達到他們各自的研究計劃，理想的策略應該發展混合策略，其中HGP需要人為地選擇更多的克隆，Celera公司使需要使用BAC圖譜和由HGP產生的序列。兩者的測序工藝流程圖如圖1所示。
1.2 染色體基因分區 人類基因組是由許多序列的特性構成的復雜體，例如，高GC區和低GC區的內容、編碼序列、調控因子和其他多種無編碼的功能因子、基因族、許多不同類型的重復序列和重復族等，這些序列的差異和分布能夠闡明基因組的進化。人類基因序列的最初分析表明，在這些特性密度引人注意的范圍內，它們的組織結構對機制研究提供了新的思路，產生當前基因材料。
生物醫學工程分析:生物醫學工程課程改革思考
【摘要】
本文針對生物醫學工程專業的認知特點，對我校生物醫學工程專業開展《醫學檢驗儀器》課程的教學現狀進行了探討，從精選教學內容，增加實驗教學，改進教學方法及改革考核形式等4個方面提出了課程改革的幾點設想。
【關鍵詞】
醫學檢驗儀器；課程改革；生物醫學工程專業
基金項目：
廣東省2014年高等教育教學改革項目（GDJG20142116）
生物醫學工程專業的主要目標是培養能將工程技術與醫學密切結合，能為醫療和醫學研究部門進行工程技術服務，能從事醫院儀器設備管理和質量保障工作的高級醫學工程技術人員[1]。醫學檢驗儀器是醫院檢驗科必不可少的儀器，醫學檢驗儀器學是一門涉及光學、機械、電子、計算機、傳感器、生物化學、放射等多領域的交叉學科[2]。該課程與臨床免疫、臨床檢驗、臨床生化、醫學傳感器等課程的學習有著密切的聯系，對學生的理性思維、邏輯推理、高度抽象以及綜合應用等能力的要求較高。我院從2008年開設了《醫學檢驗儀器》作為生物醫學工程專業的專業選修課程。課程安排在大學三年級，目前教學大綱學時數為32學時。本人經過多輪的教學實踐，深深的感到我院《醫學檢驗儀器》課程教學模式和教學方法亟待改革，為此做了如下方面的嘗試和探索。
1根據專業特點精選教學內容
目前醫學檢驗儀器課程的教材大部分是針對醫學檢驗專業學生編寫的，有的雖然適合工科專業的學生使用，但是介紹的儀器比較落后，已跟不上現在醫學檢驗儀器精密化、自動化和綜合化的發展。我院《醫學檢驗儀器》課程以朱根娣主編的，由上海科學技術文獻出版社出版的第2版《現代檢驗醫學儀器分析技術及應用》為教材[1]。該教材比較適合醫工專業的學生使用，內容安排共十一章，基本涵蓋了目前臨床上常用的較先進的檢驗儀器。考慮到課時的限制和醫工專業學生知識結構特點，我們對課程的內容安排主要有光電比色技術及生化分析儀，血細胞分析儀、流式細胞分析儀、尿液分析儀、血氣分析儀、電解質分析儀等臨床常用儀器的基本原理、結構、性能指標、使用方法及其維護和臨床應用。教材關于檢驗標本及臨床實驗室的整體情況涉及的比較少，但對于工科學生來說，醫學知識較為薄弱，在以往的教學中教師一開始就介紹檢驗儀器，學生總是會問，知道了儀器的結構和原理，但是這個儀器的標本怎么來的，整個實驗室的管理是什么樣的。因此課程在介紹各論之前，需要增加臨床標本的采集、存儲及實驗室管理的相關知識，以便學生對臨床檢驗實驗室有一個系統的認識。另外，臨床使用的檢驗儀器大部分是由國外廠家生產的，操作界面，使用說明及技術資料等都是以英文形式給出的，學生掌握一定專業英語知識是很有必要的。因此在教學內容中也增加了專業詞匯的英語表達，為學生以后工作中更好的了解本課程的發展動態做好準備。工科學生的就業的方向之一是從事儀器的銷售、維修等。因此學習檢驗儀器就需要學習其電路知識。因現在各廠家儀器關于電路的介紹都比較少，所以教材中涉及的也較少。但是現在有一些關于檢驗儀器維修的網站以及其他高校精品課程網站，對電路部分有一定的介紹[3]。我們從中精選了血細胞分析儀電路部分，并把這部分內容增加進教學講義中。通過介紹這種典型儀器的電路知識，對學生學習其它醫學檢驗儀器的電路知識起到觸類旁通的作用，為畢業后從事檢驗儀器保養和維修工作打下基礎。
2增加實驗教學
我院目前在生物醫學工程專業醫學影像工程和醫學儀器檢測兩個專業方向開設了醫學檢驗儀器這門課程。課程開設之初的設想是為完善專業課程結構設置同時考慮到學生的就業方向需求的一門選修課程，因此課程設置學時為32學時，全部為理論課程。但經過這幾年的教學實踐，筆者深深的感受到沒有實驗課的教學，就好比“畫餅充饑”，學生普遍感覺內容抽象難懂，因此增加實驗課程勢在必行。目前我院還還沒有專門的醫學檢驗儀器實驗室，對于實驗課程的教學初步計劃是和學校其它單位合作，同時配置一批分光光度計。對于實驗課程的設置，可分3個層次；及時個層次參觀醫院檢驗科室。組織學生分批參觀檢驗科室，對于工科學生來說一方面可以學習檢驗標本的采集、處理以及存儲的相關知識，另一方面可以對檢驗儀器有一個感性的認識，同時對檢驗科室的工作流程有一個了解。這一內容安排在上完緒論之后，各論之前，通過參觀檢驗實驗室，激發學生學習醫學檢驗儀器的熱情。第二個層次為驗證性實驗，因檢驗儀器屬精密儀器且價格比較昂貴，實驗室的建設和配置實驗儀器需分批進行。在開設實驗之初，先選用分光光度計作為驗證性實驗儀器，后續再擴展到其他檢驗儀器。因分光光度計價格較便宜操作簡單，且它和生化分析儀都是依據朗伯比爾定律而設計的。學生在實驗中配置不同濃度的溶液，讓其分別通過分光光度計，測得各自的吸光度值，從而驗證了郎伯比爾定律，同時也熟悉了生化分析儀的原理。第三個層次為儀器內部結構分析和故障檢修階段。我們積極跟教學醫院聯系，把它們淘汰的檢驗儀器回收到實驗室。實驗過程中把這些儀器拆開，學生通過觀察內部結構，熟悉整個儀器的運作流程[4]。對于一些較簡單的儀器，比如尿液分析儀，可以設置小故障，讓同學們試著檢修，幫助學生進一步了解儀器的結構，將理論的東西具體化。也有利于將來學生在工作中能更地保養和維修儀器。
3改進教學方法，激發學生學習熱情
以往醫學檢驗儀器的教學基本上采用的是“填鴨式”的教學方法[5]，雖然對于每種儀器的講授時都用多媒體給出儀器的實物圖片，原理也給出了動畫演示圖，但這些總是教師在講，學生在聽，學生總處于一種被動接收的狀態。如果留出一部分內容讓學生來講解，既可以激發學生的學習熱情，又能鍛煉學生的自學能力、對材料的組織能力及溝通表達能力。比如說，介紹完流式細胞儀的原理后，我們會留下課后作業讓同學們自學原理相似的流式細胞術尿沉渣分析儀原理，5人一組，制作幻燈片，每組指定一位同學進行課上講解，時間限定為10min。同學講完后，教師再對同學的講解進行補充和點評。我們在2012級醫學儀器檢測專業試行了一次，同學們普遍反映，通過這次課程的講解，對流式細胞術的理解更深了，對后續老師介紹五分類血細胞分析儀時，也是更容易理解了，學習熱情也增加了。以后我們將繼續拿一些原理相似或原理相近的內容讓同學們自己講解，更好的調動學生學習醫學檢驗儀器的熱情，從而學好醫學檢驗儀器這門課。
4改革考核方式
以往的課程考核方式主要是單一的筆試形式。但醫學檢驗儀器是一門實踐性較強的學科，筆試考核一方面不能反映學生的真實能力范圍，另一方面只能促使學生死記硬背，導致高分低能的現象，極大的影響其以后的工作能力。因此我們把課程的考試形式改為筆試占70%，實驗占15%，課堂講課占15%。這種考核方式能調動學生做實驗和參與課堂講課的積極性和主動性，使考核成績能真正體現學生對課程的掌握程度。
5總結
本文從精選教學內容，增加實驗教學，改進教學方法，改革考核形式等4個方面提出了對我校生物醫學工程專業開設醫學檢驗儀器課程進行改革的思考。但醫學檢驗儀器課程的教學改革是一項系統而復雜的工程，還需在今后的教學實踐過程中，不斷的改進和完善，從而達到提高該課程教學效果的目的。
作者：王丹丹 余學飛 單位：南方醫科大學生物醫學工程學院醫工系
生物醫學工程分析:生物醫學工程應用特色分析論文
摘要：在對“網絡及其醫學應用”課程教學改革的實踐中，在課程內容體系上提出構建“面向應用的生物醫學工程特色”的計算機網絡教學體系建設，注重培本論文由整理提供養大學生的科學發展觀和自主學習的意識、方法及創新能力，將信息技術基礎教育緊密結合本專業、本學科未來的應用方向，科學合理地培養大學生的IT知識結構，使學生畢業后能夠適應專業工作中對信息技術和數字化技術的要求，成為適應未來社會的合格人才。
生物醫學工程是綜合生物學、醫學和工程學的理論和方法而發展起來的新興邊緣學科，其主要研究方向是運用工程技術手段，研究和解決生物學、醫學中的有關問題。
多學科的交叉使它不同于那些經典的學科，也有別于生物醫學和純粹的工程學科。現在的生物醫學工程在疾病的預防、診斷、治療、康復等方面起著巨大作用，世界各主要國家均將它列入高技術領域，重點投資、優先發展。
[1-2]計算機網絡誕生于20世紀60年代，目前已成為一個重要的研究和學習領域。
計算機信息網絡為醫學信息交本論文由整理提供流、資源共享、了解醫學動態等提供了快捷便利的手段，為醫療事業的發展帶來了無限機遇和嚴峻挑戰，未來醫療界的競爭將是醫療高科技信息的競爭。因此，對計算機網絡的學習是非常有必要的。
而要學好這門課程，不僅要學習一些概念，掌握計算機網絡的基本原理，還要掌握一些技能，具備實際操作的能力。作為非計算機專業的學生，在教學內容和教學方法上都應與計算機專業的學生有所區別，以體現出專業特色。
筆者提出構建“面向應用的生物醫學工程特色”的計算機網絡教學體系建設，注重培養大學生的科學發展觀和自主學習的意識、方法及創新能力，將信息技術基礎教育緊密結合本專業、本學科未來的應用方向，科學合理地培養大學生的IT知識結本論文由整理提供構，使學生畢業后能夠適應專業工作中對信息技術和數字化技術的要求，成為適應未來社會的合格人才。本文就其教學過程中的教學內容談一點體會。
一、注重教學內容的不斷更新計算機網絡是當今發展最為迅速的學科之一，每天都有新的發展和應用，教師只有在教學過程中不斷更新教學內容，才能跟上時代的步伐
[3]俗話說：你要給學生一勺水，那么你自己就要準備一桶水。要教好這門課，教師需要大量的閱讀文獻、資料和國內外教科書，對這門課程主要技術的發展背景、關鍵技術要有深入地把握，同時還必須通過承擔相關的科學研究，能夠通過自己的工作，理論聯系實際，真正理解和掌握核心技術，了解技術發展的動態和學術前沿。還需要在教學的過程中不斷地向學生學習，了解他們對問題的一些新的認識、解決的思路以及初學者對哪些問題不容易掌握和它的原因。
針對網絡技術發展的不斷更新，在教學內容上應安排一些基礎的理論內容，比如網絡的拓撲結構、數據通信基本原理等，便于同學本論文由整理提供們今后能夠在此基礎上自學。比如在講述網絡七層協議時，可以參考西安交通大學的計算機網絡精品課程內容，以乘飛機的過程舉例，提出協議、服務和層次的概念，以此類比，可以讓學生更好地理解網絡的層次劃分。由于本專業的學生沒有開設數據通信方面的課程，因此課程安排上要逐步加入通信技術的有關知識，使得學生只要具有物理學方面的基礎，就能很好地接受這些知識，而不需要專門去補習這門課程。
二、注重學生實際操作能力的培養在計算機課程的教學中，要緊密結合專業的需要，克服過于偏理論的傾向，以能力培養為導向、以實踐為目的的教學思想，調動學生的積極性
例如，在講授網絡技術內容時，可以結合學校校園網或者醫院局域網的建設來貫穿整個教學，從物理層直到應用層，同時覆蓋網絡設備內容。在醫院信息系統的講授過程中，可以以學校校醫院的信息系統為例，從整體上了解醫院信息系統（HIS）的內容，學生通過在醫院本論文由整理提供的實習可以了解醫院信息的流程和醫院管理模式，為學生畢業設計打下堅實的基礎。在醫院信息系統安裝、調試技能實習過程中，以企業研發的主要產品——醫院信息系統(HIS)和醫學圖像存檔傳輸系統(PACS)作為該門課程中的重要內容，突出了課程的實用性和應用性。從專業和非專業的角度來談教學側重點，應強調要放在應用上。
因此，在設計教學內容上可以參考西安交通大學的精品課程，強調知識點、技能點，從教學方法上進行改革，比如多種方法的使用、多種手段的使用以及考試評定方法的改革等。雖然在筆者的課堂上也使用過一些教學方法，但還缺少互動討論，其實對于小班的學生，這種方式更好推廣，而且還能很好地調動學生學習的積極性。強調工程應用能力結合理論知識、自上向下地安排教學內容，這和筆者之前的安排不同，在教學過程中會出現學生不理解網絡有什么用的現象，而采取西安交大的這種方式，可以帶著問題進行教學，通過案例，引導學生用理論知識解決實際應用問題，提高學生的學習興趣。
三、注重課堂氣氛的調節對于知識量大的課堂，在安排時不妨在灌輸理論知識的同時，合理增加常識性的內容，這樣一方面能夠重點突出，另一本論文由整理提供方面可以緩解學生的疲憊狀態，對一些初學者是一個很好的知識補充
比如在講傳輸介質時，前面的大部分時間講述了關于通信原理的基礎知識，有些是非常晦澀難懂的理論，同學們已經顯出倦態，因而剩余的小部分時間可以用多媒體的形式播放一段關于雙絞線制作的視頻。
對于晦澀難懂的教學內容，應該注重學生的反映，通過舉手的方式來了解學生理解的程度，比如在講曼徹斯特編碼技術的時候，先讓一名同學畫出波形圖，然后讓學生自己判斷是否正確，通過了解可以看出學生的掌握情況，然后再進行講解，反復幾次，可以達到良好的教學效果。概念的強調和解釋可以用生活中的例子來說明，比如服務和協議，就可以用生活中的例子來解釋；而對于有關的、好理解的內容，可以以自學的方法來學習，也可以在課堂教學中省略這方面的內容。超級秘書網
四、注重因材施教應該因材施教，針對理解力強的學生，可以把一些難點讓他來講述，以引發他的興趣，比如以太網時間槽的概本論文由整理提供念，可以留下疑問到下堂課讓他來講述；針對一般大多數同學，可以在他講的基礎上再講一遍，用通俗易懂的語言來加深對概念的理解
教學過程應該把重點和難點講出來，然后由學生組織討論的方式來理解教學內容，教師不必把所有的點都講到，知識性的內容不用講得太詳細，因為大學生有這方面的素質，尤其小班上課，可以充分調動學生的積極性來投入到教學中，年輕教師不必拘泥于固有的模式，而應該創造自己的教學方式。尤其講到分層原理時，可以拿一個例子來講述整個過程，因為專業的學生有電路的知識和軟件的知識，可以理解得比較透徹。
同時配合Flash動畫來進行教學，可以取得更好地教學效果。隨著衛生信息化的迅速發展，各院校各個層次學生的信息技術教育都要與未來實際應用相結合，從而形成面向應用的專業特色IT課程教學體系。隨著網絡技術、數字化醫療技術的發展，本論文由整理提供數字化醫院、遠程醫療等都建立在網絡基礎之上，熟練掌握網絡應用已成為學生將來必備的能力。
生物醫學工程分析:對生物醫學工程發展現狀與未來發展趨勢分析
論文關鍵詞:生物工程 生物醫學工程 發展 趨勢
論文摘要:生物醫學工程(biomedical engineering,bme)是一門生物、醫學和工程多學科交叉的邊緣科學,它是用現代科學技術的理論和方法,研究新材料、新技術、新儀器設備 ,用于防病、治病、保護人民健康,提高醫學水平的一門新興學科。
本文就其目前發展情況進行分析討論。
生物醫學工程在國際上做為一個學科出現,/！/始于20世紀50年代,特別是隨著宇航技術的進步、人類實現了登月計劃以來,生物醫學工程有了快速的發展。在我國,生物醫學工程做為一個專門學科起步于20世紀70年代,中國醫學科學院、中國協和醫科大學原院校長、我國著名的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中國生物醫學工程學會的成立,有力地推進了我國生物醫學工程的發展。目前,我國許多高校科研單位均設有生物醫學工程機構,從事著生物醫學的科研 教學工作,在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。
一、顯微鏡的發明
“解剖”一詞由希臘語“anatomia”轉譯而來,其意思是用刀剖割,肉眼觀察研究人體結構。17世紀lee wenhock發明了光學顯微鏡,推動了解剖學向微觀層次發展,使人們不但可以了解人體大體解剖的變化,而且可以進一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現,醫學領域相繼誕生了細胞學、組織學、細胞病理 學,從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。
普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平,難以分辨病毒及細胞的超微細結構、核結構、dna等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡,使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體,研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電子顯微鏡的發明都是醫學工程研究的成果,它們對推動醫學的發展起了重要作用。
二、影像學診斷飛躍進步
影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域之一。
50年代x光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法,而今天由于x線ct技術的出現和應用,使影像學診斷水平發生了飛躍,從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography ct),即是利用計算機技術處理人體組織器官的切面顯像。x線ct片提供給醫生的信息量,遠遠大于普通x線照片觀察所得的信息。目前,螺旋ct(spiral ct 或helicalet ct)已經問世,能快速掃描和重建圖像,在臨床應用中取代了多數傳統的ct,提高了診斷率。
醫學工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(mri),它不僅 可分辨病理解剖結構形態的變化,還能做到早期識別組織生化功能變化的信息,顯示某些疾病在早期價段的改變,有利于臨床早期診斷。可以認為mri工程的進步,促進了醫學診斷學向功能與形態相結合的方向發展,向超快速成像、準實時動態mri、mra、fmri、mrs發展。根據核醫學示蹤,利用正電子發射核素(18f,11c,13n)的原理,創造 的正電子發射體層攝影(pet),是目前的影像診斷技術。美國新聞媒體把pet列為十大醫學生物技術的榜首。pet問世不過30年歷史,但它已顯示出對腫瘤學、心臟病學、神經病學、器官移植,新藥開發等研究領域的重要價值。影像學診斷水平的不斷提高,與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。
三、介入醫學問世
介入醫學是一種微創傷的診療技術。dotter和judkin(1964 年)是最早使用介入技術治療疾病的創始人,他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行擴張治療取得成功。1967年margulis首先使用過介入放射學,這是醫學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 gruenzing成功地進行了首例冠狀動脈球囊擴張術獲得成功以后,介入性診療技術由于其創傷小、患者痛苦少,安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發展,高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(dsa)、射頻消融技術以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相繼問世,使介入性診療技術發生了飛速進步,臨床應用范圍不斷擴大,從心血管、腦血管、非血管管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證,并使診療效果明顯提高,患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視為與藥物診療、手術診療并列的臨床三大診療技術之一,也有人把介入診療技術稱之為20世紀發展起來的臨床醫學新領域--介入醫學。
四、人工器官的應用
當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時,現代臨床醫療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能,人們稱這種裝置為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前,風濕性心臟瓣膜病的治療,除了應用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外,對病損的瓣膜很難修復改善,不少患者因心功能衰竭死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技術,在心臟停跳狀態下切開心臟,進行更換人工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修補,使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科之所以能達到今天這樣的水平,主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工血管等新材料、新技術的結果。
腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良,而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病晚期患者的生命,腎病治療學也因此有了很大進步。
現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速,除上述人工器官外,人工關節、人工心臟起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用,使千千萬萬的患者恢復了健康。可以說,人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外,其余各器官都存在用人工器官替代的可能性。
此外,放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程醫療技術等先進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果,綜上可見,20世紀生物醫學工程的發展,顯著提高了醫學診斷和治療水平,有力地推動著醫學科學的進步。
五、生物醫學工程展望
縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史,從倫琴發現x線到今天x射線診療技術的發展,從朗茲萬發現超聲波到今天b超診斷的廣 泛應用,從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天mri的問世,從赫斯費爾德發明ct到今天ct成像系統的應用,都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的醫學新技術。
(一)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化,遠程醫療信息網絡化,診療用機器人將被廣泛應用。
(二)介入性微創,無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技術,納米技術和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。
(三)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著pet的問世和應用,形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診查系統將在21世紀問世。
(四)生物材料和組織工程將有較大發展,生物機械結合型、生物型人工器官將有新突破,人工器官將在臨床醫療中廣泛應用。
(五)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展,植入型藥物長效緩釋材料,藥物貼覆透入材料,促上皮、組織生長可降解材料,可逆抗生育絕育材料、生物止血材料將有新突破。
(六)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此,用于社區、家庭、個人醫療保健診療儀器,康復保健裝置,以及微型健康自我監測醫療器械和用品將有廣泛需求和應用。
20世紀人類與疾病做斗爭,在醫學診療技術上取得了重大成就;但面向21世紀的巨大挑戰,我們要動員起來,調整政策,制定規劃,改革醫學研究教學的舊模式,發揮現代科學多學科交叉合作的優勢,創建全新的生物醫學,為人民造福。
