美国生物医学工程专业的前景

生物医学工程简介：   

生物医学工程（biomeical 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。

所谓生物﹙医学﹚工程，一般认为是以生物学﹙特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学﹚的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，运用到生命科学和医学等领域的技术。

生物工程常见研究方向和专业领域：

    生物工程技术分支多种多样，有一种分类是将生物工程归为三大类：

生物加工工程：生物加工设计，生物催化，生物分离，生物信息学等。

基因工程：生物合成，细胞工程，组织培养工程，基因转移等。

生物医学工程：生物医学技术，生物医学诊断，生物医学治疗，生物力学，生物材料学等。

生物力学是运用力学的理论和方法，研究生物组织和器官的力学特性，研究机体力学特征与其功能的关系。生物力学的研究成果对了解人体伤病机理，确定治疗方法有着重大意义，同时可为人工器官和组织的设计提供依据。

    生物力学中又包括有生物流变学（血液流变学、软组织力学和骨骼力学）、循环系统动力学和呼吸系统动力学等。目前生物力学在骨骼力学方面进展较快。

生物控制论是研究生物体内各种调节、控制现象的机理，进而对生物体的生理和病理现象进行控制，从而达到预防和治疗疾病的目的。其方法是对生物体的一定结构层次，从整体角度用综合的方法定量地研究其动态过程。

生物效应是研究医学诊断和治疗中，各种因素可能对机体造成的危害和作用。它要研究光、声、电磁辐射和核辐射等能量在机体内的传播和分布，以及其生物效应和作用机理。

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。

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、x射线数字减影（sa）装置、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γ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。

医用电子仪器是采集、分析和处理人体生理信号的主要设备，如心电、脑电、肌电图仪和多参量的监护仪等正在实现小型化和智能化。通过体液了解生物化学过程的生物化学检验仪器已逐步走向微量化和自动化。

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、γ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。

手术室中的常规设备已从单纯的手术器械发展到高频电刀、激光刀、呼吸麻醉机、监护仪、x射线电视，各种急救治疗仪如除颤器等。

为了提高治疗效果，在现代化的医疗技术中，治疗系统内有诊断仪器或一台治疗设备同时含有诊断功能，如除颤器带有诊断心脏功能和指导选定治疗参数的心电监护仪，体外碎石机中装备了进行定位的x射线和超声成像装置，而植入人体中的人工心脏起搏器就具有感知心电的功能，从而能作出适应性的起搏治疗。

介入放射学是放射学中发展速度最快的领域，也就是在进行介入治疗时，采用了诊断用的x射线或超声成像装置以及内窥镜等来进行诊断、引导和定位。它解决了很多诊断和治疗上的难题，用损伤较小的方法治疗疾病。

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生物医学工程发展的课题，它是通过测量人体磁场，来对人体组织的电流进行成像。

生物磁成像目前有二个方面。即心磁成像（可用以观察心肌纤维的电活动，可以很好地反映出心律失常和心肌缺血）和脑磁成像（用以诊断癫痫活动、老年性痴呆和获得性免疫缺陷综合征的脑侵入，还可以对病损脑区进行定位和定量）。

另一个世界各国竞相发展的高技术是信号处理与分析技术，其中包括心电信号、脑电、眼震、语言、心音呼吸等信号和图形的处理与分析。

高技术领域中还有神经网络的研究，目前世界各国的科学家为此掀起了一个研究热潮。它被认为是有可能引起重大突破的新兴边缘学科，它研究人脑的思维机理，将其成果应用于研制智能计算机技术。运用智能原理去解决各类实际难题，是神经网络研究的目的，在这一领域已取得可喜的成果。

还有一种归类法，将生物医学工程分为五个分支：

    1、流体力学；

    2、生物组织力学与医学图象处理；

    3、生物流体力学及医学工程；

    4、分子生物工程；

    5、生物医学信息技术与新型医疗仪器的开发。

    流体力学主要进行生物医学工程领域的研究，具体研究方向包括：生物组织力学与医学图像处理；生物流体力学及医学工程应用；分子生物工程；生物医学信息技术与新型医疗仪器的开发等。

    生物组织力学与医学图像处理侧重于生物体软硬组织的研究，包括成形外科和矫形外科中组织生物力学特性的变化，并涉及细胞力学、生物流变学以及医学图像处理与医学电子学等多方面的前沿研究课题。

    生物流体力学及医学工程应用侧重于心血管系统生物流体力学理论、实验及医学工程研究。包括：心脏射血动力学、脉搏波在动脉系统中的传播理论，血流动力学参数无创检测新原理和应用，心脏反博技术原理与应用研究等。

    分子生物工程是根据生物大分子的结构原理并结合物理学、化学的理论，用计算机模拟方法研究生物大分子的结构和动力学性质以及结构与功能之间的关系，解释和预测某些可能发生的实验现象，按照一定规律改造天然分子并设计具有新功能的蛋白质和多肽药物。

    生物医学信息技术与新型医疗仪器的开发是综合运用信号检测、信号处理、系统建模仿真、系统辨识与人工智能等原理与方法，探索疾病的预防、诊断与治疗手段，从而开发出新型的医疗仪器。

    美国生物工程专业硕士段核心课程﹙core courses﹚：

　　molecular, cellular an tissue biomechanics分子，细胞与组织生物力学

　　cell-matrix mechanics细胞基质力学

　　biomolecular kinetics an cellular ynamics生物分子动力学与细胞动力学

　　fiels, forces, an flows in biological systems生物系统中的场，力与流

　　analysis of biological networks生物网分析

　　biomaterials-tissue interactions生物材料与组织的反应

　　esign of meical evices an implants医疗器材的设计与应用

　　molecular principles of biomaterials生物材料的分子原理

生物医学工程就业分析：

    生物医学工程学科是理、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，因此，生物医学工程学科将始终是朝阳学科。

　　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，如：生物医学信号的检测与处理；医疗仪器；医学成像；生物医学材料；人工器官；生物医学制造；介入治疗；康复工程；远程医疗；生物芯片等等。在每一个方向上又有着非常宽广的内容。因此，生物医学工程领域也是今后几十年内最容易出现理论突破和技术创新的学科领域之一。

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