生物醫(yī)學技術(shù)全文(5篇)

摘要：作為本學科本科教育必修課程之一，生物醫(yī)學傳感技術(shù)這門課程對學生日后使用、改進及設計適用于生物醫(yī)學問題的傳感器及相關(guān)系統(tǒng)奠定了基礎。但由于該學科本身的特點和發(fā)展現(xiàn)狀，目前適用于生物醫(yī)學工程學科的生物醫(yī)學傳感技術(shù)教材不但數(shù)量較少，且均存在一定的局限性。本文基于目前生物醫(yī)學傳感技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和生物醫(yī)學工程本科生培養(yǎng)的需求，初步探討了關(guān)于面對生物醫(yī)學工程學科的生物醫(yī)學傳感技術(shù)教材改革的思路。

關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學工程；生物醫(yī)學傳感技術(shù)；教材改革

一、前言

傳感器及相關(guān)技術(shù)在生物醫(yī)學工程領域有著廣泛的應用，與醫(yī)療相關(guān)的檢測分析（生理狀態(tài)常規(guī)檢測、心電圖及腦電圖等）、成像造影（顯微CT、核磁共振及紅外成像等）及慢性病監(jiān)控和輔助治療（糖尿病、高血壓）中，生物醫(yī)學傳感技術(shù)都起到了至關(guān)重要的作用。隨著科學技術(shù)水平的飛速發(fā)展，不斷有新的高性能傳感器及技術(shù)被開發(fā)出來，這些器件和方法將為醫(yī)療事業(yè)提供突破性的機遇。因此掌握生物醫(yī)學傳感技術(shù)的相關(guān)知識對與生物醫(yī)學工程專業(yè)的本科生的就業(yè)和科研發(fā)展均有著積極的現(xiàn)實意義。由于該課程對于生物醫(yī)學工程學科的重要性，目前大部分院校的生物醫(yī)學工程專業(yè)都開設了相應的課程，但是目前出版的適用于生物醫(yī)學工程專業(yè)的生物醫(yī)學傳感技術(shù)教材種類較少，很多院校仍然選用了適合工科電類專業(yè)的一般性傳感器及技術(shù)教材進行教學?；诠た祁悓I(yè)的應用核心指導思想和生物醫(yī)學工程的學科特殊性，本文淺析了目前生物醫(yī)學傳感技術(shù)教材的優(yōu)點和局限性，初步探討了關(guān)于面前生物醫(yī)學工程學科的生物醫(yī)學傳感技術(shù)教材改革的思路。

二、目前生物醫(yī)學傳感技術(shù)教材的優(yōu)點和局限性

（一）目前生物醫(yī)學傳感技術(shù)教材的優(yōu)點

由于經(jīng)典傳感原件和技術(shù)大部分為電學原件或圍繞電學原件開發(fā)，其后續(xù)信號處理也依賴由電學原件構(gòu)成的處理系統(tǒng)，目前生物醫(yī)學傳感技術(shù)所用教材的編纂者通常在電路設計，數(shù)字電路和模擬電路方面有較高的學術(shù)造詣，對于不同類型的電學傳感器（差動、電容及電感傳感器等）及其相關(guān)電路（直流/交流電橋等）的設計從原理到適用性及誤差分析均有完整的分析和論述，本科生掌握基本知識點后，結(jié)合模擬電路所學知識和實驗課的內(nèi)容能有效將這些經(jīng)典電學敏感元件運用到系統(tǒng)設計中。

【摘要】3D打印技術(shù)能夠進行個性化定制，給生物醫(yī)學領域帶來了新的技術(shù)突破。本文首先概述了3D打印技術(shù)，之后就其在生物醫(yī)學領域的應用和發(fā)展前景展開了論述。

【關(guān)鍵詞】3D打印技術(shù)；生物醫(yī)學領域；應用；發(fā)展

1引言

19世紀末就已經(jīng)出現(xiàn)了3D打印思想，但真正將其付諸實踐是在20世紀80年代。經(jīng)過30多年的發(fā)展，3D打印技術(shù)已經(jīng)獲得了長足的進步，并以其獨特的制造模式改變著傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，且有望實現(xiàn)一體化、個性化、社會化、可視化的生產(chǎn)方式，為社會帶來新的經(jīng)濟增長點。當前，3D打印技術(shù)已被廣泛地應用于制造業(yè)、生物醫(yī)學、航空航天等社會各領域，極大地推動了第三次科技革命的發(fā)展。3D打印技術(shù)就是通過精確控制將原本虛擬的模型轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的物品。如果將其應用至生物醫(yī)學領域，對組織再生工程、藥物傳輸、術(shù)前治療計劃確定等方面將會產(chǎn)生不可估量的影響。

23D打印技術(shù)概述

3D打印技術(shù)又被稱為3D快速成型技術(shù)、添加制造技術(shù)或者增材制造技術(shù)，主要是以物體的數(shù)字化信息為基礎，經(jīng)由計算機控制，將數(shù)字模型打印為用粉末狀金屬或者塑料等材料層層堆疊的三維實體。目前，依據(jù)沉積方法和使用材料的不同，3D打印技術(shù)可分為以下幾類。一是分層實體成型，簡稱LOM。該技術(shù)主要采用紙、金屬箔、塑料薄膜等材料，并將這些材料依次切割、膠合，如此反復直至成型。其特點是原材料價格較低，制作成本低。二是熔融沉積成型，簡稱FDM。該技術(shù)主要使用塑料纖維或者金屬絲等熱塑性材料，并將原材料加熱至熔融狀態(tài)，之后將其擠壓于工作臺上，待其冷卻就會形成一層截面，如此重復操作直至三維物體成型。其特點是污染較小、操作簡便、材料可重復利用。三是立體光固化成型，簡稱SLA。該技術(shù)主要采用液態(tài)光敏樹脂材料，將特定波長和強度的激光聚焦至材料表面，使其按照一定順序固化成型。因此，該技術(shù)的缺點是要求原材料是光敏材料，造價較高，且維護成本不菲。其優(yōu)點是速度較快，不需要切削工具和相關(guān)模具。四是選擇性激光燒結(jié)成型，簡稱SLS。該技術(shù)運用激光將固體粉末進行分層燒結(jié)，并逐層疊加直至成型。五是電子束自由成型制造，簡稱EBF3。該技術(shù)主要采用電子束來溶化金屬絲，最終制成零件。其主要優(yōu)點為所需原材料較少且后續(xù)需要處理的事情較少。

33D打印技術(shù)在生物醫(yī)學領域的應用

[摘要]該文重點依據(jù)生物醫(yī)學工程及影像技術(shù)學專業(yè)的專業(yè)特點以及目前國內(nèi)外醫(yī)療行業(yè)的用人情況，對目前該院已有的針對以上兩學科專業(yè)的教學資源和培養(yǎng)方案進行總結(jié)和回顧，并對今后的培養(yǎng)模式進行展望。使該院學生能具備扎實的理論基礎，良好的實踐技能及優(yōu)秀的社交能力，順應醫(yī)學領域不斷變化的形勢，并且在今后的工作學習中能全面發(fā)展，成為對社會、國家和人民作出貢獻的杰出人才。

[關(guān)鍵詞]生物醫(yī)學工程；影像技術(shù)學；教學體系；實踐教學

生物醫(yī)學工程專業(yè)是一門現(xiàn)代醫(yī)學和醫(yī)學工程技術(shù)相互結(jié)合的學科，主要在理工科院校開展，作為一所以醫(yī)學教育為主的高校，在生物醫(yī)學工程專業(yè)培養(yǎng)中，注意與醫(yī)學臨床實踐緊密結(jié)合，側(cè)重醫(yī)療器械實踐培養(yǎng)。該校生物工程專業(yè)前身為醫(yī)學影像學（工程方向），自1999年開辦至今，根據(jù)實際情況，不斷修正培養(yǎng)培養(yǎng)，重視理論與實踐相結(jié)合，不斷提高學生的實踐能力，以“工程素質(zhì)高、實踐能力強”的應用型專業(yè)人才培養(yǎng)，為培養(yǎng)目標。

1該校發(fā)展歷程

牡丹江醫(yī)學院自1958年創(chuàng)立以來，目前已經(jīng)擁有近60年的教學歷史，1997年6月,學院通過了原國家教委本科教學評價,成為全國首批本科教學評價合格院校。從最初的名不見經(jīng)傳到現(xiàn)如今的發(fā)展壯大，牡丹江醫(yī)學院在學科建設、師資力量及科研投入上均下足了功夫。尤其重視實踐教學環(huán)節(jié)，在教學、科研、實習和就業(yè)方面均走在了同級別院校的前列。

2生物工程及影像技術(shù)的發(fā)展背景

生物醫(yī)學工程（BiomedicalEngineering，BME）是結(jié)合物理、化學、數(shù)學和計算機與工程學原理，從事生物學、醫(yī)學、行為學或衛(wèi)生學的研究；提出基本概念，產(chǎn)生從分子水平到器官水平的知識，開發(fā)創(chuàng)新的生物學制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息學方法，用于疾病預防、診斷和治療，患者康復，改善衛(wèi)生狀況等目的[1]。近幾年來，我國的醫(yī)療體制變革正處在快速時期，理工類科學技術(shù)在醫(yī)學領域，尤其是生物醫(yī)學中的應用范圍也越來越廣，因此對于具有較高專業(yè)素養(yǎng)和應用能力的人才需求就更加急迫?！白吭焦こ處熃逃囵B(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）是國家教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重點大力項目[2]，同時也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的一項重要措施，該政策旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務，對促進高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才，全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導。醫(yī)學影像技術(shù)是醫(yī)學專業(yè)其中一門[3]。我國在2006年時出臺了改革政策，將醫(yī)學影像學專業(yè)區(qū)分為兩種學制不同的專業(yè)進行教育，此教育模式早在上世紀西方某些發(fā)達國家就已經(jīng)出現(xiàn)，并取得了較好的教育結(jié)果。4年制醫(yī)學影像技術(shù)是專門從事影像技術(shù)與操作方面的工作的一類高精尖技術(shù)人才，在儀器操作及治療劑量控制方面的能力水平要明顯優(yōu)于五年制的醫(yī)學影像學專業(yè)學生[4]。

1生物醫(yī)學工程專業(yè)課程設置及教學現(xiàn)狀

我校自2003年開辦生物醫(yī)學工程專業(yè)以來，根據(jù)醫(yī)科院校特點，以為醫(yī)療和醫(yī)學研究服務為目的，培養(yǎng)能將醫(yī)學與工程技術(shù)相結(jié)合，從事醫(yī)學影像、醫(yī)療電子儀器和計算機技術(shù)的研發(fā)、操作和管理工作，并且能夠開展生物醫(yī)學工程學科研究的人才[1]。該專業(yè)主要學習生命科學、電子技術(shù)、計算機技術(shù)及信息圖像傳輸、處理等有關(guān)的基礎理論知識以及醫(yī)學與工程技術(shù)相結(jié)合的科學知識，設置的主干課程有：“電路原理”“模擬電子技術(shù)”“數(shù)字電子技術(shù)”“微機原理”“生物醫(yī)學傳感器”“醫(yī)療儀器原理”“信號與系統(tǒng)”“數(shù)字信號處理”“生物醫(yī)學信號檢測與處理”“單片機原理與接口技術(shù)”等。另外憑借醫(yī)學院校的優(yōu)勢還開設了一些醫(yī)學方面的基礎課，生理學、人體解剖等。為了提高教學質(zhì)量，更好的達到教學效果，所開設的這些課程基本上都需要做實驗演示，以增強形象性效果和形象性驗證。實驗教學在大學教育中是必要手段。幾乎每門課的實驗教學都需要用到各種各樣的電子儀器，主要包括示波器、信號發(fā)生器等。在傳統(tǒng)教學中基本上都是使用相對獨立、功能固定的電子儀器，不能夠隨意更改它們的結(jié)構(gòu)和功能。對于需要電子計算機之類的課程而言，一般都得配備幾十套教學儀器來供教學使用，這些儀器設備還需要不斷更新維護，教學成本比較高。另外，在醫(yī)學院校對于和醫(yī)學相關(guān)的專業(yè)課程很多實驗實際操作比較困難，效果不理想。中國的醫(yī)學教育資源本身很緊張，另外醫(yī)院的設備多是大型設備，體積龐大，價格昂貴，操作使用復雜，臨床使用要求高，一般院校很難滿足大型醫(yī)療設備的教學使用需要。因此，在醫(yī)學院校的教學中就出現(xiàn)很多問題，比如醫(yī)學實驗教學中的人體生理參數(shù)采集等演示效果不好，所以，傳統(tǒng)的醫(yī)療儀器教學只能偏重于理論講解，不夠生動，即使有個別實驗模具，其教學效果也不理想。在當前學校經(jīng)費較少的情況下，如果大量增加常規(guī)儀器、儀表的配置，學校財力難以支付。這樣容易造成實驗教學效果不理想，對提高學生學習興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新及實踐能力都有一定影響。隨著現(xiàn)代測試功能和計算機技術(shù)的密切結(jié)合，出現(xiàn)的虛擬儀器技術(shù)可以幫助我們克服一些硬件上不能解決的難題，彌補傳統(tǒng)儀器教學的不足。

2虛擬儀器在課程中的應用

2.1虛擬儀器簡介

虛擬儀器（VirtualInstrument，VI）是一種新興的儀器，一種功能意義上的儀器，在以通用計算機為主的硬件基礎上，由用戶自己設計定義虛擬的操作面板，測試功能由軟件來實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)[2]。其實質(zhì)是以計算機為核心的儀器系統(tǒng)與電腦軟件技術(shù)的密切結(jié)合，將儀器裝入計算機。通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件融合，通過軟件編程來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中的由硬件電路完成的功能，利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制端，利用計算機強大的軟件功能來管理儀器系統(tǒng)，完成對信號數(shù)據(jù)的運算、分析處理等，可以多種形式輸出結(jié)果，少量的硬件模塊則為虛擬儀器的正常運行提供信號I/O接口設備來完成不同要求的測試。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器沒有的性能高、擴展性強、開發(fā)時間短、開發(fā)成本低等優(yōu)點，具有很強的靈活開放性。不同領域的科學家和工程師都借助虛擬儀器來解決工作與課題中的實際問題。所以，虛擬儀器自誕生以來就在測量、航空航天、自動化、遠程教學和生物醫(yī)學等世界范圍的眾多領域內(nèi)得到了廣泛應用[3]。LabVIEW是美國NI（NationalInstrument）公司推出的一種基于圖形化編程的軟件開發(fā)工具，將功能強大的圖形化設計平臺LabVIEW與相關(guān)硬件結(jié)合應用于教學上，能夠使傳統(tǒng)理論教學與實際有效結(jié)合，幫助學生完成從理論到實踐的學習。LabVIEW軟件平臺結(jié)合數(shù)據(jù)采集卡等相關(guān)硬件可以開發(fā)出示波器、信號發(fā)生器等常用的電子儀器，不僅可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器且擺脫了傳統(tǒng)電子儀器功能單一、更換維護麻煩等缺點[4]。將基于LabVIEW的虛擬儀器應用在教學中極大提高了教學效率，已經(jīng)逐漸成為一種新的手段。

2.2在醫(yī)療儀器教學中應用

“醫(yī)學儀器原理”是生物醫(yī)學工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。該課程涉及了醫(yī)學和電子學、計算機、信號處理、傳感器技術(shù)等方面的知識，是一門實踐性很強的科目。作為生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生，要掌握常見的醫(yī)療儀器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理，而且還要具有一定的創(chuàng)新思想和科研水平，有開發(fā)和設計高水平的醫(yī)療電子儀器的素質(zhì)[5]。因此做好實驗教學是學生提高學生實驗水平和綜合能力的關(guān)鍵。醫(yī)學儀器原理實驗主要將人體生理信號的檢測及處理分析作為教學內(nèi)容，包括了人體血壓信號、心電、體溫、呼吸、脈搏等生理參數(shù)的測量。生物醫(yī)學信號由傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，因為人體生理信號比較微弱要先經(jīng)過信號的放大、濾波等預處理，再進入數(shù)據(jù)采集卡。信號通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計算機上以后，利用LabVIEW的圖像化語言進行編程，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的各種分析，包括數(shù)值分析、頻譜分析等，再通過儀器軟面板把結(jié)果顯示在電腦上。我們以人體呼吸測量為例，這種設備一般只在醫(yī)院常見，用于教學中的儀器基本上沒有。因此講過理論原理后，學生不能夠真正透徹的明白，無法滿足教學上的需要。我們利用少量硬件設計結(jié)合LabVIEW軟件編程構(gòu)建了一個人體呼吸測量系統(tǒng)，采用阻抗式呼吸測量原理，硬件電路主要涉及放大和濾波環(huán)節(jié)，限于篇幅就不詳細說明了。圖1為基于LabVIEW平臺搭建的呼吸測量面板圖，針對學生教學取得了很好的效果，同學們一致反映對呼吸測量的原理有了更透徹的認識，并且能學習新的軟件技術(shù)，擴展知識面。在LabVIEW環(huán)境下進行實驗教學只需要根據(jù)實際情況，比如是呼吸測量還是心電測量等，通過軟件編程及很少的硬件連接便可完成實驗任務，即節(jié)省了實驗成本，又利于實驗設備更新，讓教師和學生脫離了傳統(tǒng)教學儀器功能單一的框框，更重要的是可以充分提高學生積極性和發(fā)揮創(chuàng)造性，像搭積木一樣，根據(jù)不同的測試需要，在計算機上構(gòu)建一個基于虛擬儀器技術(shù)的測試測量裝備，這樣做還能夠充分的節(jié)省高校技術(shù)資源[6]。

1、教學存在的問題

1.1課程教學內(nèi)容設置不合理，大多數(shù)直接照搬工科類的電子課程設計。一方面導致內(nèi)容難度較大，學生理解和接受不容易，缺乏發(fā)揮醫(yī)學院校學生具有較強醫(yī)學背景知識的優(yōu)勢。另一方面不能滿足學生未來工作的需要，未能融入醫(yī)療儀器的設計理念和認識。既缺乏趣味性，又不能達到學生專業(yè)技能的培養(yǎng)目標。1.2在教學方法上采用傳統(tǒng)的LBL（lecturebasedlearning，LBL）教學模式[4]，以教師課堂講授為主要形式。教師從實驗目的、設計原理到設計方法和步驟進行詳細的講解，學生只是被動地按照教師的講解進行操作和實驗。這種教學模式注重知識的傳授，忽視了該學科實踐操作性強的特點，不利于培養(yǎng)學生實踐動手能力和創(chuàng)新思維，不利于培養(yǎng)學生的工程實踐能力。1.3我院生物醫(yī)學工程專業(yè)成立時間較短，實驗室建設還不完善，專業(yè)課教師能力有待進一步提高。

2、實踐教學改革思路

2.1依托醫(yī)學院校背景，實驗項目“量身定制”。課程設計中題目的選取很重要，需要結(jié)合生物醫(yī)學工程專業(yè)的特點，醫(yī)學院學生醫(yī)學知識比較扎實；同時又要結(jié)合學生的培養(yǎng)目標，需要對醫(yī)療儀器的設計有一定的了解。設計的題目與常見的醫(yī)學信號，如心電、腦電、心音、心動圖、脈搏波等有關(guān)；可以設計電路對醫(yī)學信號進行采集處理；同時所選的課題應盡量覆蓋電子技術(shù)的主要知識點。既提高學生的興趣和熱情，又能達到生物醫(yī)學工程專業(yè)復合型人才培養(yǎng)的目標———“醫(yī)為工用，工為醫(yī)服務”[5]。2.2采用TBL（Team-basedLearning）教學法[6]。TBL教學法以團隊為中心，將教師講授和學生討論相結(jié)合，既保證學生基礎理論知識的掌握又能更好地培養(yǎng)學生自主學習能力。我院生物醫(yī)學工程專業(yè)學生人數(shù)在30人左右，TBL教學法非常適合小班實驗教學。具體過程是：將學生按4～5人分組，每組選定不同的題目，老師下達項目任務書；學生查閱文獻資料進行課前的預習，課堂討論小組發(fā)言，確定設計電路方案，老師總結(jié)；學生獨立完成實驗，撰寫實驗報告。實驗過程使學生掌握現(xiàn)代信息資料獲取的方法，培養(yǎng)了電子系統(tǒng)的設計與調(diào)試能力，學會撰寫設計報告。2.3促進開放式實驗室管理模式的建立完善。開放實驗教學目前是高校實驗教學改革的重要內(nèi)容之一[7,8]，這點對電子技術(shù)課程設計教學改革也很重要，采取以組為單位對學生開放實驗室管理，可以充分有效地利用實驗室資源。2.4教師隊伍的建設。一方面通過加派青年教師去醫(yī)院進修，了解醫(yī)院對人才能力的要求，并將進修學習的內(nèi)容應用到教學中，兩年時間已有3名教師到昆明解放軍總醫(yī)院醫(yī)學工程科學習。另一方面加強科研能力培養(yǎng)，以科研來促進教學工作，青年教師返回學校再深造。

3、小結(jié)

本文結(jié)合生物醫(yī)學工程專業(yè)特色和電子課程設計實踐性強的特點，采用TBL教學法，以學生為主體教師輔導。結(jié)合醫(yī)學院校學生的知識結(jié)構(gòu)，量身定制實驗題目。同時，為了更大地提高學生學習的積極性和主動性，鞏固電子技術(shù)相關(guān)的課程，以組為單位對學生開放實驗室管理。最后提高教師隊伍的建設，以科研促教學。通過對課程設計教學模式的改革和教學條件的逐步完善，全面提高使學生團隊合作能力、創(chuàng)新精神、專業(yè)知識基礎和實踐能力等。

作者：鐘麗莎 李佳凌 黃志偉 曹高飛 肖波 工作單位：瀘州醫(yī)學院基礎醫(yī)學院生物醫(yī)學工程系