生物医学工程学（BXIE）是理、工、医相结合的边缘学科，是多种工程学科向生物医学领域渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程
技术的原理与方法，从工程学的角，在不同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、促进健康提供新技术手段的一门综合性的高技术学科。 1．80
年代-BME在继续向临床须域横向扩展的同时，开始出现向纵深方向发展的新的转折 50年代，在BME发展的初期，工程技术与生物医学间的交差、渗透，是从临床医学开始的，其中尤以人工器官的出现，可视为现代医学的一个重大特征。 在经历了60年代的早期发展和70年代以XCT 的成功为代表的医学影像技术，所标志的BME取得突破性进展的基础上，80年代起，BME除继续向临床领域横向扩展外，开始在向纵深方向发展方面出现新的转折。 80年代，BME继续在临床领域进一步扩展的具体表现为：（1）在检测和诊断技术方面依旧有许多重大进展，如医学影像技术中的MRI、DSA、 ECT、彩色多普勒超声诊断装置、图像文档与通讯系统（PACS）等；随着计算机、现代通讯和多媒体技术的快速发展，远程医学方兴未艾；传感技术中可同时检测23个生化参数的光寻址电位传感器，以及被视为宏观传感器的模糊传感器上相继问世。在临床检验方面，出现了全实验室自动化系统，可进行生化、免疫、血液、凝血、尿液、基因以及某些特殊的检查。（2）以大至体外碎石机，小至体内除颤器为代表的治疗装置的研究开发，以及微波、射频、激光、超声等各种治疗技术手段的新的成功应用，则标志着多年来在BME领域里，检测诊断技术独领风骚的局面已被打破，使BME在临床治疗方面也获得了进一步的扩展。 然而，80年代BME的最重要特点是，在向纵深方向发展方面出现新的转折，工程科学与生命科学的结合开始深入到细胞、亚细胞、生物大分子层次，从而提出了一些新的概念，新的想法和思路。如80年代初提出的生物芯片，1987年定名的组织工程等．就是向着与基础医学乃至生命科学相结合的方向迈出的新步伐的明证。此外，像
纳米技术的研究等也都是从80年代开始起步的、所有这些都说明，80年代的BME出现了新的转折，步入了新的起点。 2. 90年代-与更多的学科交叉、融合，向更深的层次发展、迈进 20世纪最后的十年，科学技术突飞猛进的发展，为BME创造了更为有利的条件。在80年代新的转折、新的起点的基础上，生发出许多新的学科前沿，研究出许多新的技术、新的方法，也研制出不少新的材料和新的装置。 组织工程：这既是始于80年代，而于90年代获得迅速发展的BME的一个新的分支，是技术科学和生命科学两大领域里的众多学科，如生物医学工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学，以及临床医学等等学科间的不断交叉、渗透与融合，而形成的新的前沿科学。它的出现为人们以工程方式开发和制造人体活组织器官的设想，提供了现实的可能性；为药物的研究与开发，开创了新的试验手段。 目前，组织工程研究基本上仍处于实验室阶段，所涉及的组织有软骨、皮肤、胰腺、肝脏、肾脏、膀胱、输尿管、骨髓、神经、骨骼肌、肌键、心瓣膜、血管、肠、乳房等，其中仅皮肤已有初步产品进入临床应用。如今世界许多国家如美国、德国、日本；英国、加拿大、奥地利、瑞士等，都相继开展了这一方面的研究工作。我国的起步应该说不算太晚，自90年代初即已开始了有关的基础研究工作，分别从国了自然科学基金委、卫生部、以及部分省市科委获得不同程度的资金支持。1999 年，更列入了国家重点基础研究发展规划（973），成为国家的重点支持项目。 生物芯片：这一概念最初是由美国科学家于 80年代初提出来的，设想把有功能分子或生物活性分子进行组装，构建做功能单元、实现信息的获取、贮存、处理和传输等功能，以开发仿生信息处理系统和研制生物汁算机。这便是“分子电子学” 的始发源。进入90年代以来，随着生命科学中分子生物学和基因工程等的发展，生物芯片又有了新的趋向、特别是在实施人类基因组计划的推动下，用于核酸系列测定的生物芯片，即基因芯片的研制便迅速发展起来。被你作DNA微探针阵列的基因芯片，便是其中最重要的生物芯片之一。它阿以在同一时间内分析大量的基因，实现生物基因信息的大规模检测。 微米／纳米技术：是指量度范围分别在0.1－ 100微米（μm）和0.1－100纳米（nm）内的物质或结构的制造技术。纳米技术就是纳米级的材料、设计、制造、测量和控制技术。其最终目标是，人们将按自己的意志直接 *** 纵单个原子、分子或原子团（小于10nm）、分子团，制造具有特定功能的产品。美国斯坦福大学的K. Eric Drexler曾预言，在2010 年到2020年间可实现一个原子存储一位计算机信息。纳米技术上是人们从80年代开始着手研究， 90年队获得发展的。1991年，美国将纳米技术列为“政府关键技术”、“2005年的战略技术”；日本则实施了为期10年、耗资2.25亿美元的纳米技术研究开发计划。德国在1993年提出的今后10年重点发展的9个领域关键技术中，有4个领域涉及到了纳米技术。1995年，欧盟在一份研究报告中预测，10年内纳米技术的开发将成为仅次于芯片制造的世界第二大制造业。纳米技术已出现了包括纳木材料学、纳米电子学、纳米机械学、纳米生物学、纳米显微学等等新的高技术群。 1981年，Brinnig和Rohre发明了扫描隧道显微镜（STM）。此举不仅使他们荣获了1986年的诺贝尔奖，而且为纳米显微学（Nanoscopy）乃至整个纳米技术的形成与发展，奠定了物质与技术基础。 我国1992年已将纳米材料列入”八五”“掌登计划A”中。在大尺寸纳米氧化物体材料制备方面、已成功地研制出致密度高、形态复杂、性能优越的纳本陶瓷，从而进入了国际领先行列。 微型机电系统（MEMS）是当前微米／纳米技术研究开发的一大重点，是在80年代用半导体批量制造技术，可生产许多宏观机械的微米尺度样机的启示下，逐步发展起来的。例如出现了一些微米级的传感器、齿轮乃至电机等。1991年，“美国国家关键技术”的报告中指出，“微米级和纳米级技术的发展，已使人们能开发出一类新的能在诸如环境控制、医学等不同领域工作的，显微量级尺寸的器件；它们的低成本和比现有器件高的灵敏度，可能使许多领域会有突破”。1995年，美国对MEMS提供的经费为1.3亿美元；欧洲为1.15亿美元；日本为1.1亿美元。 美国已研制出进入人体直肠的MEMS，并在重点研究无创式医用传感器。尖端直径为10A的纳米级传感器已然问世。这种用于分子水平的传感器，在基因研究中可以切蛋白质，在脑研究中可识别神经递质。在DEMS基础上，人们又研制开发了微型机器人。日本研制出的“万能医用微型机器人”，可在不损害任何人体器官的情况下，依照医生用无线电发出的指令，沿着血管或胃肠道行进到发病部位进行检查，并将图象和数据传送到供医生观看的电视屏幕上。医生可再指令机器人取组织样品供切片检查用或直接向病变部位释放药物；也可用来清除血栓，切断或接通神经，进行细胞级 *** 作微米级视网膜等精细手术。医用机器人的关键是，可供照明、摄像、处理和发送信号用的动力源，即微型电池、它和其它能够接收幅肘能源的微型系统，将是医用微型机器人开发的关键技术。MEMS有些已开始走向工业应用，1996年全球市场额已达20亿美元，但从整体来看尚处于实验室研制和原型开发阶段。不过其发展势头甚为迅猛，据估计，1998年全球年产值为40-60亿美元。预计，在以后的5年内MEMS可创产值180－200亿美元。 纳米生物学是将纳米技术应用于生命科学领域；随着分子生物学的深入发展，生物大分子的各级结构与功能的研究，已成为最为活跃的领域。 DNA或蛋白质的特性为制造纳米物质提供了有利条件。譬如，可以制成有超强滤过作用的超滤膜；可作为药物或疫苗的载体；也可用于选择性固定功能分子（如酶、单克隆抗体等）；其阻抗特性还可用于半导体技术领域等。纳米技术还可用来对生物体进行分析和检测，目前可用多种光学手段进行骨强度测量、眼球直径测量；利用对单个细胞电流学或电流动力学的分析，可分离不同的细胞，如将活细胞与死细胞分离，将血液中的红细胞与其它细胞分离等。如上所述，纳米技术还可用于基因疗法，使 DNA通过主动靶向作用定位于细胞。 家庭保健 工程（Home Health Care,HHC）：美国、日本和欧洲等均已将HIIC作为重要内客列人 21世纪的生物医学发展战略，成为优先资助的领域之一。日本在1994年制定“促进老年人保健福利10年战略”中，即将家庭保住管理系统、疾病早期预报、家庭治疗和康复仪器、家庭急救支援系统等技术和产品作为重点开发项目。欧共体在制定生物医学与健康发展战略时，明确地把“通过促进健康，改善生存质量”、“提高保健质量，控制保健费用”作为最终目标，把HHC作为具有重大社会影响的工程技术项目列入发展规划。 在HHC中，远程医学是很重要的现代化技术手段。无论美国、日本和欧洲，都很重视它的研发和应用。美国曾计划在1996-2000年期间，投入 150亿美元进行远程医学的研究，并准备将病人从出生到死亡的所有有关健康的信息，全部用计算矾记录下来。日本为了使用远程医学技术，以邮电省为中心制定了光纤入户（Fiber to Home， FTTH）的计划，，到2010年所有家庭将全部接通光纤。在欧洲，就远程检测和监护系统而言，已在德国、法国、西班牙、奥地利等地投资兴建了研究和试验中心，并有部分成果达到实用水平，将在欧洲推广使用。 我国开展HHC的研究与开发工作也已有多年时间，市场上最常见的以家用治疗产品为最多。近年随着某些高校和科研院所的介入，一些新型的产品也不断问世。通过采用电话传输监护网的方式进行心脏监测和急救，已在我国北京、上海、天津、南京、广州等大城市相继开展起来。如清华大学开发的心电／血压监护网系统可实时检测出家庭患者的13种心律失常情况，严重时可自动接通电话发出报警，并实时传送心电和血压信息，以听从医生的处理， 以上实例扼要说明了BME在90年代表现出的一些新的发展动向。而在其原有的项城．也分别有不少的进展。 （1）生物材料：自50年代出现合成高分子材料以来，生物材料取得了很大发展；；如今，合成高分子材料，天然高分子材料，医用金属材料，无机生物医学材料，以及由活体材料和非活体材料构成的杂化生物材料，几乎在临床医学各个领域得到广泛的应用，并最终导致了标志着本世纪现代医学重大特征之一的人工器官的出现；在此基础上，90 年代生物材料又在向着复合/杂化型、功能型和智能型的方向发展。因此，细胞与材料界面、生物大分子与材料界面之间的相互作用的问题，便成为人们十分关注的基础性研究课题。 （2）医学影像技术：在BME中，像X射线、超声波、磁共振、放射性核素、红外线等物理源的医学影像技术，对医学的发展起了很大的淮动作用。进入90年代以后，医学影像技术巨过来又更多的是受到生物医学本身发展的影响，推动其不断地向前迈进。在成像技术方面，已开始从形态显像向功能显像发展，如磁共振成像技术中的功能性 MRI；放射性核素成像技术中的ECT，以及尚在研制中的电阻抗体层成像等。在成像装置方面，体积更小，扫描速度更快，分辨率更高，为临床如心脑血管检查或介入治疗等的特殊需要，出现了性能独特的专用机（如MRI成像装置的最新进展）。在影像后处理方面，采用高性能计算术（High Perfor mance Computing，HPC）加强了影像分析，可从同一组数据生成不同层面及三维模型，用于疾病诊断、病情监测、术前计划、术间引导，从而增强了医学影像的使用价值。实际上，由于计算机技术的迅猛发展，一些因硬件而影响性能的情况可以通过软件而得到提高。总之，医学影像技术分别在原有的各种成像技术基础上继续取得深一步的发展外，数字化、网络化、综合化已成为目前医学影像技术的总体发展方向、这其中图象存档和通信系统（PACS）的研究与开发，便是关键的一步。美国从 80年代中期开始研究PACS。1994年其在美国的销售总额已达3.98亿美元，1995年增至4.73亿美元。预计本世纪末可达10亿美元。我国则刚刚开始起步研究。 BME所涉学科尚有生物力学、医学电子学、人工器官等等，因篇幅有限即不在此—一列举。 （中国医学科学院协和医科大学医学信息研究所，杨国忠，池慧） } 参考资料： 我的生物医学工程网----
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