前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的生物医学成像技术主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
1 新形势对生物医学工程专业本科生的要求
自20世纪医学成像理论获得突破以来,各种医学成像系统不断涌现,并逐步成为广大临床医生诊断的主要依据,一些知名企业像西门子、飞利浦、GE、日立等都成立了专门的医学成像设备研发机构,加之医疗机构专业化的需要,使得医学影像专业人才仍供不应求。但是,这些单位需要的大都是应用型人才,不仅要掌握该专业的基本理论知识,更重要的是具备实际的动手操作能力,尤其是硬件开发、实际编程能力。这就要求必须注重提高学生的实践能力和创新能力,使学生不仅具备从事本学科研究与技术开发的实际动手能力和解决实际问题能力,而且具备从事跨学科研究的基本能力和潜质,为今后更好地改进和发展新的医学成像设备奠定基础[6]。
2 当前课程教学中的问题分析
医学成像技术是生物医学工程专业的一门核心课程,也是一门能直接应用于工程实践的技术课程。因此,在课程教学过程中应注意知识的理论讲解与学生的实际动手有机结合,使学生不仅牢固掌握基本的理论知识,而且具备扎实的动手能力。然而,在当前的教学过程中还存在以下主要问题。
2.1 该课程的教学偏重理论讲解,忽略实验教学 如针对各类成像技术大都是理论的讲解,现有的课程体系缺少实践教学部分,学生很难进行相关成像技术基本的实验操作,使得学生所学知识大都是纸上谈兵。此外对于学生硬件构造分析、编程能力的培养不够,针对某一成像设备的操作以及具体问题的编程训练较少,学生缺乏实际动手的训练。
2.2 教学内容理论性较强,内容较多,课时量相对较少 因而对于某些成像技术和一些基本算法实现的过程讲解不深入,甚至一略而过,致使学生学完该课程后对于医学成像技术这门课的认识和理解仍然停留在比较肤浅的阶段,很难有效地实现既定的培养目标。
2.3 教学方法不够丰富 目前课堂多采用现代的多媒体教学,但是又过分依赖于多媒体,而单纯的多媒体教学又会使学生产生偷懒情绪,一晃而过的幻灯片并不会给学生留下深刻的印象,这很大程度上影响了学生学习的兴趣和教学的效果。
2.4 现有的考核体系不够完善 医学成像技术具有医理工三结合的特点,融合了当今诸多高新技术,不仅注重基本成像原理的基础理论知识,更注重对仪器设备的实际动手操作。同时,新技术的发展不断为成像技术注入新的活力,单纯的卷面考试成绩已不能全面反映学生对该门课程认识和掌握情况。因此,现有的考核体系有待改进。
3 具体教学改革的内容
为了提高学生的个人能力和职业竞争力,实现创新型人才的培养目标,笔者的教研团队在借鉴兄弟院系先进经验,同时在其他高校大量调研的基础上,对医学成像技术的教学内容和教学体系进行了一系列的教学改革与创新。
3.1 教学内容的改革 首先,调整适合该专业创新型人才培养目标的教材。现行的医学成像技术教材很多,但是大部分都是针对医学院影像专业的学生,教材内容理论性较强,而工程实践性内容很少,因而找到侧重于工科实践类的教材是本项目研究的首要任务。通过大量调研,再结合本院实际情况,笔者选择了清华大学出版社的《医学成像系统》作为主要教材,以人民卫生出版社的《医学影像成像理论》和重庆大学出版的《医学成像技术》为辅助教材。同时,辅以参考资料和自编讲义,尽可能的拓宽学生的知识面和学科视野。
其次,借助现代教育技术,结合多媒体手段来丰富课堂教学的内容,帮助学生理解课程中涉及的复杂公式和数学模型。同时采用动画、图片、视频等丰富的多媒体教学手段重新制作了医学成像课程的多媒体教学课件,新课件不仅保证对医学成像技术的基本概念、基本原理的讲述,还对一些医学成像设备的构造等有一个大致的了解以及成像技术中的基本算法以及算法实现步骤有着详实、细致地讲解。
此外,笔者还通过介绍学科发展的新动向和新成果,实行教学、科研相结合,让学生参与到老师的相关科研项目中,通过项目实践不断充实和更新教学内容,也实现了教学相长。
3.2 实践教学的改革与创新 为了使实验教学和课堂理论教学相互呼应,体现教学的“实践性”特点。首先,增加学生上机编程类课程设计,并设计了一些新的实验项目,提高学生的编程能力。在个别新的实验项目中,给出一些示范性程序,并且对这些程序作深入、细致的讲解,使学生能够在比较的过程中真正领悟到自己的不足,不再眼高手低,达到迅速提高学生编程能力的目的。
其次,创设“真实情境”,在生产车间现场让学生亲身体验B型超声的实际操作和生产装配,为学生日后踏上工作岗位或者进一步深造奠定良好的基础[7-8]。此外,笔者还在教学过程中设置了一些临床操作实验,使学生能够对医疗设备进行一些基本的实践操作。限于经济及其他制约因素,笔者从小型的医学成像设备入手,精心设计和安排临床操作实验。目前先后购买两台B超诊断仪,以该设备为基础,有针对性地设计、改进了一些和超声成像、超声检测及治疗相关的实践课程,并给出了设备示范操作步骤,制定了实验环节和安排计划等等,同时,在实习基地-徐州创新医学仪器公司让学生亲历B超诊断仪的研发、生产全过程。这样能够通过学生亲自动手操作设备、实地观察设备所成图像、亲身经历生产装配过程加深对所学知识的理解。
此外,针对大型医学成像设备价格昂贵的问题,让学生参与开发了“CT扫描工作站仿真教学系统”[9-10]。不但解决了难以开展大型成像设备实验课程的问题,还大大提高了学生学习这门课的热情,初步形成了“产学研”结合的教学体系模式。据笔者所知国内各大理工类学校生物医学工程专业都还未有这样的先例。这种具有浓厚的工科背景和特色的实践课程环节,契合了当前对于生物医学工程专业应用型人才的培养目标和要求。
3.3 教学手段与教学方法的改进 采用多媒体和板书教学相结合,多媒体教学使过去枯燥的纯粹手写教学内容变得更加直观、生动、形象,而一味地使用多媒体教学。这种一晃而过的幻灯片并难以给学生留下深刻的印象,有种“吃快餐”的感觉,很难激发学生深入探究的兴趣。因此在课堂教学中结合黑板书写以加深记忆,并鼓励学生适当做笔记。
其次,将过去单纯的教师讲、学生听的“填鸭式”教学方式,转变为以学生为主,教师引导的启发式、讨论式、体验式教学[11-12]。这样既可以充分调动学生学习的积极性,活跃气氛,又能培养学生自己学习、自己思考、自己发现的能力。
同时,笔者充分利用和整合网络资源,以信息技术为手段,以优化课堂教学提高课堂教学的效率为目标,开发了一个针对医学成像技术的网络学习平台。在该平台上开设了包括教学大纲、课程讲义、参考资料下载、答疑讨论、试题试卷库、在线测试等教学内容,教师与学生之间、学生与学生之间能通过此平台开展教与学的互动交流,培养了学生自主学习、创新学习、学会质疑、共同探讨以及终身学习的能力,大大调动了学生学习的积极性和主动性。
3.4 考核体系的改变 当前对学生的考核仍普遍是“一纸定乾坤”的考试模式,为了全面客观评价学生成绩,笔者在总评成绩中加重平时实践环节的比重;如让学生参与学习、了解医学成像技术各领域发展的综述报告、各种观摩、实验设计等,并体现在期末的考试总评成绩中。考试的形式也“不拘一格”,当前该课程的考试方式上采取的是半开卷的形式[13-14]。这种新的方式既大大提高学生的学习热情和积极性,又使学生真正通过考试及时发现和补救学习上的漏缺,达到了客观、合理、有效评价学生学习效果的目的。
3.5 注重产学研的有机结合 秉承“以教学带动科研,以科研促进教学”的教育理念,积极与省内外知名医疗器械公司、医院、生产厂家建立联系,加强生产实习基地建设,强化产学研结合,为学生提供良好的实践及就业机会[15]。目前已初步与华南医电有限公司达成合作意向建立科大-华南医电虚拟仪器联合教学实验室,并先后与徐州创新医学仪器公司、驼人集团、曙光医疗集团、莲花医疗等建立生产实习基地、产学研合作基地;极大地提高了学生参与课外实践的积极性。同时,积极组织引导学生从大一开始就参与到教师的课题研究当中,同时鼓励学生发表学术论文。结果表明,这种新的教学方式学生乐于接受,教学效果令人满意,学生的综合专业技能得到了极大提升。
生物医学工程学是融合理工科学和生物医学的 理论和方法逐步成长起来的边缘性学科,其基本任 务是运用理工科原理和工程技术方法,研究和解决 医学和生物学中的相关问题。作为一门独立学科发 展的历史尚不足50年,随着现代科学技术的进步, 生物医学工程学科得到了长足的发展。它在保障人 类健康和推进疾病的预防、诊断、治疗、康复等技术 进步所起的作用日益增强,已经成为当前医疗卫生 健康发展的重要基础和有力技术支撑。
20世纪60年代,美国一些著名大学先后开启了生物医学工程学科的建设,相继启动了生物医学 工程专业人才的培养。美国的生物医学工程教育特 点是在技术产业化需求驱动建立起来的具有其自身 特性,且反映了生物医学工程学科建设与发展的前 沿特征。各个学校的本科教育课程虽然具有自己的 特色,但在课程设置上大致可以分为科学基础课程、 专业核心课程、关注领域课程、设计课程、人文与社 会科学课程、专业选修课程及其他选修课程等六 类Q_2。不同学校本科课程的主要差异体现在专业 选修课程及其他选修课程的设置上,各个学校根据 自身的生物医学工程领域的研究方向和研究水平特 点开设一些相应的选修课程,并培养学生在相应方 向上的研究探索实践能力。这是美国生物医学工程 本科教育的基本特点。
我国生物医学工程专业教育起步于20世纪80 年代,主要发源于著名工科院校的信息技术类专业 和力学专业,进而逐渐形成的生物医学工程专业教 育,后来,_些医学院校在医学物理和医用计算机技 术的基础上相继开展了生物医学工程专业教育,于 是在我国基本上形成了这样两种类型的生物医学工 程学科[4_3。上述两类院校的生物医学工程学科建 设发展模式各具侧重,遵循了共同的学科基础,在培 养生物医学工程专业人才的应用层面上有显著特 点。相对来说,工科院校的生物医学工程培养模式 注重工程技术的开发和功能拓展,医科院校则注重 医学与工程结合、工程技术在医学中的综合应用。
1 中国生物医学工程学科发展思路
生物医学工程是一种交叉学科,交叉的学科基 础及其融合的紧密程度决定了生物医学工程学科的 发展水平,交叉的学科发展推动着生物医学工程学 科的发展,并且使得生物医学工程学科研究领域变 得十分广泛,而且处在不断发展之中。
1.1学科发展轨迹在中国,基于电子信息工程发展而来的生物医 学工程学科,主要包括生物医学仪器、生物医学信号 检测与处理、生物医学信息计算分析、生物医学成像 及图像处理分析、生物医学系统建模与仿真、临床治 疗与康复的工程优化方法、手术规划图像仿真以及 图像导引手术及放疗优化等;有基于力学发展而来 的生物医学工程学科,主要包括生物流体力学、生物 固体力学、运动生物力学、计算生物力学和微观尺度 的细胞生物力学等;基于化学材料工程发展而来的 生物医学工程学科,主要包括生物材料学、组织工程 与人工器官、物理因子的生物化学效应等。
1.2学科发展特点作为交叉学科的生物医学工程学科,其发展的 关键在于交叉学科间的交叉融合。构建一种良好的 交叉结构,对推动交叉学科的发展具有至关重要的 作用。约翰霍普金斯大学对于生物医学工程这样的 交叉学科的描述有一个形象的说法:交叉学科如同 在不同学科之间建立起连接桥梁,如果在河两岸没 有坚实的基础,桥是无法建立好的,对于生物医学工 程这样一座建立在两个不同学科之间的桥来说,它的 发展要求具有坚实的交叉学科基础和交叉学科紧密 融合深度。那么在生物医学工程学科构建良好的交 叉结构,需要选取具有理论支撑和技术支撑的主干学科进行交叉,凝练学科方向,不能大而全,过于宽泛。
目前,医学仪器和医学成像技术具有良好的应 用和发展前景,应该成为生物医学工程学科的重点 发展方向。医学仪器和医学成像设备能有力推动医 疗产业的发展。医疗仪器和医学成像设备是现代医 疗器械产业中的主流产品,在产业发展中起着主导 和引领作用。其发展水平已成为一个国家综合经济 技术实力与水平的重要标志之一。产业化驱动也是 学科发展的一种动力,也为学生未来职业发展奠定 良好的基础。基于医疗卫生健康事业的需求和生命 科学发展的大趋势,生物医学工程学科应大力促进 医学仪器和医学成像方法的学科建设,从而提升整 个学科的发展水平。
生物医学工程学科的建设离不开一流的学术研 究和学术成果的应用。一流的学术研究不但能提升 学科的发展水平,而且能开拓学科纵深发展,产生良 好的经济效益和社会效益,进而增强学科服务社会 发展的能力。学术研究的前瞻性和创新性将确保学 科建设的发展动力和趋势以及学科发展的活力。
交叉学科往往具有不同程度的可替代性。可替 代性程度越高,交叉学科存在的必要性就越小。如 何减小生物医学工程学科可替代性的程度是需要深 入思考的,是需要提升学科的特异性的。生物医学 工程学的学术研究主要包括应用理论研究和理论应 用研究,应用理论研究主要涉及生物医学工程领域 所需要解决的科学问题,开展新理论、新方法的研 究。 理论应用研究主要涉及生物医学工程领域所需 要解决的科学和技术问题,借助理工科的相关理论 和方法开展应用基础研究和应用研究。应用理论研 究是理论驱动型的学术研究,理论应用研究是应用 驱动型的学术研究。 理论驱动型和应用驱动型是生 物医学工程学科学术研究的两种主要模式。 理工科 大学具有良好的理论创新基础和强大的交叉的学科 背景,开展理论驱动型研究具有自身优势。医学院 校具有丰富的医学资源,面临着大量需要应用理工 知识解决的医学问题,开展应用驱动型研究,将很好 地实现与医学的应用融合,具有较好的临床应用价 值,有力推进医学的进步与发展。各自的学术优势 将有利于生物医学工程学科特色发展,从而增强其 不可替代的程度,实现学科可持续创新发展。
1.3学科体系作为一级学科的生物医学工程,包含学科的理 论体系和技术体系,且该体系离不开所交叉的学科 的理论体系和技术体系的支撑,此外生物医学工程 学科理论体系和技术体系既要有学科自身的特色, 又要具有可持续发展和一定程度上的不可替代性, 这样学科才会有旺盛的生命力。要面向医疗卫生、 生物科学所涉及的重大、重要技术理论问题及基础 应用开展学术研究。实现良好的学术研究定位,形 成自己的理论体系和技术体系。
2 大数据时代的生物医学工程学科发展
守正创新是生物医学工程学科发展的必由之 路,人类已进入大数据时代,所谓大数据(big data), 或称海量数据,是指由于数据容量太庞大和数据来 源过于复杂,无法在一定时间内用常规工具软件对 其内容进行获取、管理、存储、检索、共享、传输、挖掘 和分析处理的数据集。大数据具有“4V ”特征:①数 据容量(volume)大;②数据种类(variety)多,常常具 有不同的数据类型和数据来源;③动态变化 (velocity)快,如各种动态数据,非平稳数据,时效性 要求高;④科学价值(value)大,尽管目前利用率低, 却常常蕴藏着新知识和重要特征价值或具有重要预 测价值。大数据是需要新的分析处理模式才能挖掘 分析出其蕴藏的重要特征信息[<3。
人体生老病死的生命过程就是一个不断涌现的 生物医学大数据发生源,这种源源不断的生物医学 大数据的检测、处理与分析,将给生物医学工程学科 的建设与发展带来新的机遇和挑战。模式识别、人 工智能、数据挖掘和机器学习的发展将带动大数据 处理技术的进步。生物医学大数据广泛涉及人类医 疗卫生健康相关的各个领域:临床医疗、基础医学、 公共卫生、医药研发、临床工程、心里、行为与情绪、 人类遗传学与组学、基因和蛋白质组学、远程医疗、 健康网络信息等,可谓包罗万象,纷繁复杂。生物医 学大数据中蕴藏了种种有科学价值的信息,研究有 效的大数据挖掘的新理论、新技术和新方法,对生物 医学大数据进行关联和融合计算分析,充分挖掘生 物医学大数据中的信息关联和特征关联和数据空间 映射关联,既能为疾病的预防、发生发展、诊断和治 疗康复提供系统化的全新的认识,有利于深入疾病 机理研究分析,开展个性化诊疗。还可以通过整合 系统生物学与临床数据,更准确地预测个体患病风 险和预后,有针对性地实施预防和治疗。
生物医学工程学科所面临的生物医学大数据主 要包括多模态医学影像数据、多种类医学信号数据 以及基因和蛋白质组学的生物信息数据。生物医学 大数据在生物医学工程学科领域内有着广泛深远的 应用前景,从三个方面应用将推动生物医学工程学 科的发展。
(1) 开展多模态影像大数据计算分析。医学影 像学科的发展从早期看得到,到看得清,目前的看得 准,未来的趋势是看得早。只有看得准和看得早才 有利于临床早期干预,提高治疗预期。医学影像大 数据计算分析在影像诊断、手术计划、图像导引、远 程医疗和病程跟踪将发挥越来越大的作用。
建立新的医学影像大数据计算分析模型和数值 计算方法,挖掘多模态影像数据的特征数据和特征 关联,将会提供强有力的影像诊断分析手段,极大地 推动影像技术的发展,具有重要的临床应用价值和 科学价值。
(2) 开展多种类医学信号大数据计算分析。医 学信号大多直接产生于生理和病理过程中的信号, 能在不同层面上表达生理和病理相关机制特征。融 合多种医学信号的大数据计算分析,能对生理病理 过程进行更好更全面的阐释,不仅能深入了解生理 病理的状态特征和过程特征,而且能实现个体健康 监测和管理。可以很好地开展回顾性研究和前瞻性 研究,推进系统化的医学应用研究。实现强大的多 种医学信号数据的特征挖掘及特征关联计算分析。 大数据挖掘能够增加准确度和发现弱关联的能力, 能更好地认识生理病理现象和本质。
(3) 开展基因和蛋白质组学的生物信息大数据 计算分析。基因组学、蛋白质组学、系统生物学和比 较基因组学的不断发展涌现了海量的需要计算分析 的生物信息数据,已进入计算系统生物学的时代。 开展生物信息大数据计算分析,可以拓展组学研究 及不同组学间的关联研究。从环境交互、个体生活 方式、心里行为等暴露组学,至细胞分子水平上的基 因组学、表观组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组 学、基因蛋白质调控网络,再到人类健康和疾病状态 的表型组学等不同层面不同方向上实现大规模的关 联计算分析,可以全面阐述生命过程机制,挖掘生命 过程特征及关联特征。
关键词: 生物医学工程专业 医学信号检测与仪器 产学研人才培养模式 课程群
在美国及欧洲等经济发达国家,早在上世纪50年代就指出生物医学工程的重要性,目前海外知名高校均设有生物医学工程专业,本专业世界排名前三位的高校分别是美国约翰霍普金斯大学、哈佛大学和宾夕法尼亚大学。生物医学工程专业招生分数在这几所学校中也往往远高于其他专业,其毕业生也受到其他各大高校研究室、大型生物医学研发企业和各大医院青睐,毕业后发展前景良好。
目前,全国设置生物医学工程专业的高校达140所左右,在天津市开设生物医学工程专业的高校仅有天津大学、天津医科大学、河北工业大学和天津工业大学,其他天津市市属高校均未开设该专业。其中天津大学以光学仪器为专业特色,天津医科大学以医学背景为主解决一些临床存在的工程问题,河北工业大学以电磁计算为专业特色。
天津市把医疗器械产业作为调整经济结构,促进经济转型升级过程中重点培育的新兴产业,加强医药器械研发的产、学、研联合,支持医疗器械产业走“专、精、特、新”道路,着力培育医疗器械特色产业。天津市人才的需求情况:2013年,天津市生物医药产业工业总产值突破1000亿元。生物医药企业2000余家。2012年,主营业务收入超过百亿元企业3家,50~100亿元企业3家,10~50亿元企业6家,1~10亿元企业58家。天津市医疗器械生产企业284家(2013年底统计),其中规模以上企业共36家,医疗器械注册企业2500余个。技术服务企业:行业产值近亿元。因此天津市急需这方面的高端专业人才。
生物医学工程专业是21世纪最具发展前景的专业之一,为适应我国和天津市“十三五”经济建设和科技发展的需要,推动“天津市医疗仪器产业”的发展,天津工业大学设置了天津市首个专门以培养医学信号检测及仪器方向高端专业人才为主的“生物医学工程”本科专业。本专业在与学校办学定位和专业结构布局相统一的基础上,以培养复合型人才,增强学生工程技术和工程实践能力为目标,逐步形成产学研相结合的人才培养模式。为了适应这种发展趋势,天津工业大学生物医学工程专业2012年本成为“天津市生物医学工程学会”理事单位;2013年成为“天津滨海新区转换医学产业技术战略联盟”理事单位;2014年与中国医学科学院生物医学工程研究所共同组建“天津市医学电子诊疗技术工程中心”;2015年成为“中国生物医学工程学会健康工程分会”成员,这些发展都是为了加快发展产学研相结合的人才培养模式。
课程建设总体思路是按照目前的专业定位进行课程的建设,形成以《生理学》、《生物医学电子学》、《传感器与医学工程》、《医学电子仪器设计》、《嵌入式系统》、《医学成像新技术》、《医学仪器概论与标准》等为核心课程,构建医学信号检测及仪器为方向的课程群,带动整个生物医学工程课程体系的建设和发展。
本专业开设的主要理论课程有:高级语言程序设计(C)、大学物理、电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、高频电子、生物医学电子学、人体解剖、生理学、工程光学、传感器与医学工程、医学电子仪器设计、医学成像新技术、医学仪器概论与标准、嵌入式系统、数字信号处理及DSP技术、EDA原理及应用、电磁场与电磁波、通信原理、虚拟仪器技术、光电检测技术与系统、电磁兼容、生物医学光子学、医学图像处理、生命科学导论等。
主要实践课程有:电路理论实验、模拟电子技术实验、数字电子技术实验、生物医学电子学实验、生理学实验、传感器与医学工程实验、医学电子仪器设计实验、医学成像新技术实验、电工实践、电子实践、电子系统设计与工程实践(1,2)、嵌入式系统设计专题实践、生物医学工程实践1(偏重医学信号检测原理与方法)、生物医学工程实践2(偏重医学电子仪器的开发与实现)、毕业实践、毕业设计。
本专业毕业生可以在培养具有生命科学、医学信号检测理论与方法、医学电子仪器设计等方面知识和能力,德智体全面发展,能在生命科学研究领域、医疗仪器及器械领域、健康产品领域、医疗卫生事业单位等从事研究、设计、市场、销售、教学、管理和服务等方面工作,具有医学信号检测及仪器方向的创新型、复合型、应用型人才,适应国家和天津市“十三五”的医疗仪器产业的发展需求。本专业学制四年,学生毕业后可获得工学学士学位。
1 功能成像-医学成像的学科前沿
21世纪科学研究中具有挑战性的研究课题之一是对人脑工作机制的研究[1]。其中人的智力(和学习、记忆和思维等因素有关)和意识问题显然是大脑工作机制中两个重要、但是难以解决的问题。作为这些研究的结果,前者可以帮助找出造成智力低下人群成病的原因,从而提高国民素质;后者是各种精神性疾病的原因,和普遍存在的人口健康问题有关。随着我国进入高速发展阶段之后,人口健康和素质问题已经成为政治家和科学家共同关注的问题。目前科学家对人脑的认知功能和功能紊乱造成的疾病的机制了解还很少,对意识和智力的本质了解就更少。而这是科学进一步发展必须解决的具有挑战性的问题之一。而对人脑和其它脏器功能的研究必须是无创伤的。医学影像学的发展提供了开展这种研究的可能性。从而使得世界各国自90年代以后,纷纷把脑功能研究作为国家研究目标,而且把功能成像的研究范围扩展到人的其它脏器,使得功能成像成为医学成像发展的前沿领域,这不仅对科学发展是有意义的,而且对疾病的诊断和治疗也是必须的,这是因为人的脏器本来就有结构和功能两个方面。疾病诊断应该从两个方面同时进行,只是结构成像所作的判断很容易发生错误,这就是临床上经常遇到的“同构异病”和“同病异构”的问题。但是,对于这个世界潮流,和巨大的社会需求,我国医学界和医院的管理层还没有充分认识,还没有对功能成像在临床上的作用给予足够重视,也还没有投入相应的力量来开展这方面的研究工作。
已经列入发达国家的国家目标的脑功能成像研究在近十年来取得了很大的进步。这种进步对建立科学的认识论和方法论,把原来主要以思辨为主要研究手段的哲学和心理学研究推向实验科学阶段,而把神经科学的研究推到了大脑的整体水平。作为科学发展来说,医学成像原理和方法的快速发展开始于20世纪的80年代。那时,科学家开始把注意力集中到生命科学上来,推动了用现代科学的技术成果发展诸如磁共振成像(结构成像aMRI,功能fMRI,谱成像MRIS)、正电子发射断层(PET)、X-光成像、单光子发射断层(SPECT)、脑电仪(EEG)、脑磁仪(MEG)和超声成像设备等生物医学工程设备。而这些设备的日益完善以及在时间和空间高分辨率上所取得的进展,使得科学家可以在无创伤的条件下仔细观察脏器的结构和功能成为可能,成为人脑和神经系统研究发展的一个重要转折点。但是目前达到的水平还不能满足脑功能的需要。因为信号在神经元内的传输速度估计在毫秒量级,神经同步振荡时的神经束的直径估计在1 mm以下,目前的所有影像设备都不可能在10 ms的时间分辨率的同时,达到1 mm3以下的空间分辨率水平。即使以最有潜力的磁共振成像来说,离开这个目标还很远。所以,提高单个成像模式的性能指标或者把不同能力的无创伤成像手段科学地联合使用,用巧妙的图像后处理对这些影像进行互补式的后处理,是实现这个目标的途径。但要真正实现这个目标还需要走很长的路。而在这两条技术路线中,用单个成像模式一次性地解决问题是科学家追求的目标,多模式成像及其信息综合技术不过是中间的过渡阶段。核医学成像是功能成像,PET在肿瘤的早期诊断方面有优势,终于进入临床应用阶段,但是其空间和时间分辨率离开上述要求还很远。核磁共振成像是有希望达到这个目标的,但是还要走很长一段路。以功能磁共振成像(fMRI)为例,由于使用的普及性,成像参数的多样性及进一步技术发展的余地,fMRI是医学成像中最具有发展前途的医学成像设备之一。它可以做结构成像、功能成像和谱成像,研究外源性药物和显像剂的灌注,内源性代谢物质的灌注和扩散成像。在磁共振成像方面,除了非常活跃的fMRI测量外,新的体外灌注成像技术的发展,例如,激光预极化129Xe-MRI和3He-MRI成像技术,有可能在脏器的功能研究方面提供新的实验手段。其中129Xe具有更好的前景,因为激光预激化的129Xe被人吸到肺内后,很快被溶解在血液内,输送到全身,129Xe还能在人体组织中溶解,可以同时对血流和组织成像,而且有较长的本征驰豫时间,在人的心动周期内可以测到相关脏器内的129Xe信号,有可能作为人脑功能性动态研究突破性技术手段[2]之一。但是,在用功能磁共振成像来研究脏器的 功能时,有二个问题有待于进一步研究,即功能成像测量的血流变化和神经活动之间对应关系以及神经的抑制状态如何用fMRI来进行测量的问题。这两个问题最近都有重要进展[3]。另外,Ca和Na离子的浓度和脑神经活动直接有关,用MRI技术开展的直接测量也在发展之中。从目前水平看,即使所有的现代化成像和测量手段结合在一起,距离实验脑科学要解决的问题还相距很远。解决这些问题的技术路线很多,对MRI来说,概括起来分两个方面:第一,提高主磁体的场强,从而提高系统的信噪比;密尼苏达大学的7T系统正在安装时,俄亥俄大学的8T系统已经正式开始工作,密西根大学10T的系统正在设计。第二,通过软件方法或显像增强剂或线圈技术等局部技术的改进达到提高系统信噪比、灵敏度和反差对比度。最近含铁和锰的化合物显像增强的效果不错。提高MRI射频发射和接受线圈(探测器)的灵敏度和信噪比进展明显。经过这些努力之后,现在0.5 T的系统可以做以前1.5 T的系统可以做的事,为MRI降低成本,使得功能成像更加普及创造了条件。最近新的磁共振成像原理,例如非均匀场成像和边沿场成像有可能发生成为一个新的发展热点,在产业方面将会引起广泛的注意。
另外,在功能成像方面,新的成像模式,例如近红外光学成像,已经引起了科学家的高度重视[4]。
2 计算机辅助诊断
计算机辅助诊断(computer aided diagnosis-CAD)是可以提高临床医生诊断水平的一个工具,其核心是对各种影像设备产生的影像进行定量分析,找出医生需要的各种数据,和人的生理参数测量数据一起进行综合分析,再根据医生的需求完成对图像数据的显示、记录、存贮与传输。其中,定量影像学是其核心内容,CAD的发展对影像科学和技术的发展提出了更高的要求。这个系统的实现和完成可以为21世纪的定量诊断开辟新的道路。它的作用是把有限的个人的知识和经验,医生的有限的视力和精力变成计算机扩大了的能力,使诊断变得更为精确,更为科学。统计方法和模糊数学等新的概念将在系统中得到应用。
正是基于这样的认识,北京大学重离子物理研究所于1994年开始酝酿医学物理学科,其中包括核医学和磁共振成像物理和技术。自从1996年,主持召开了北京磁共振成像物理研讨会[5]之后,研究领域进一步扩大,除了脑高级神经功能的计算动力学模型的研究外,我们的研究工作主要集中在对功能成像物理和技术的研究方面:包括快速高分辨率成像方法[6-9];图像重建(含重建的快速算法)[10-12]和后处理技术方法的研究(图像配准、融合和分割)[13];高场磁共振超导磁体和线圈的设计[14,15];图像压缩和网络传输技术等[16]。这些医学和脑功能成像的通用技术,将为定量诊断学的发展打下基础。在此基础上,今后将把主要精力集中在定量数据的测量和分析上,其中灌注和扩散成像是两个可以进行定量分析的成像手段。最后把这些研究成像用软件固定下来,例如目前正在制作的SPECT临床软件包,计划制作的脑功能磁共振成像分析软件包,三维治疗计划和质量控制软件包等。以便使得定量研究方法在医学影像学中得到广泛应用。
3 放射治疗物理中的影像学研究
在射线治疗物理和技术领域,北京大学于1997年成立了“北京大学肿瘤物理诊疗技术研究中心”。该中心和北京大学医院联合成立了一个肿瘤诊疗临床部,有30多个病床,和中日友好医院的辛月龄院士,医科院肿瘤医院的徐家昌教授等建立了密切的合作关系,成为活跃在医疗领域的一支有生气的力量,在肿瘤药物的临床研究和肿瘤的综合治疗方面取得了很好的效果[20]。作为应用基础研究,北京大学肿瘤物理治疗技术研究中心把肿瘤的诊疗作为主攻方向。这是因为癌症是目前影响人类寿命的最重要的疾病之一,由于环境恶化和遗传的双重原因,肿瘤引起死亡的比例还在不断增加。据专家预测,21世纪初出生的人中将有1/3的人在一生中要得癌症,癌症已经成为一种常见病和多发病。癌症的发病机制非常复杂,不可能用一种手段彻底解决所有的问题。包括基因治疗,因为所有致癌基因,都在人的生长和发育中起某种作用。在所有的癌症治疗中,目前仍然以手术治疗为首选方案。但是,手术和放疗都是局部治疗。有资料表明,世界上,大约有1/3的癌肿瘤病人,由于把转移的肿瘤当作局部肿瘤进行治疗,从而导致治疗的失败[14]。更何况,癌细胞并不只是集中在可以看得到的病灶处,当医生把主要肿瘤切除时,不得不割掉周围的大块好组织。即使这样,也不能保 证把须状的大量癌细胞去除掉,还必须辅助于放疗和化疗。这正是功能成像为什么可以在肿瘤诊断中发挥作用的原因。目前,大约有70%的病人在治疗过程中接受放疗。最近发展起来并在临床证明有效的中子俘获治疗(neutron capture therapy-NCT)是人类战胜癌症的长期奋斗道路上的一个进步,它的发展和成熟预示着,很多原来以为不可治愈的癌,例如神经胶质瘤等,可以通过放疗和药物结合的增强性放疗治愈[17]。在这个领域内,影像学起到延长人眼功能的作用,即治疗计划的制定、治疗和愈后的的监督和检查功能。例如,用可视化方法可以显示硼有机化学合成的药物在体内的分布,测量T/N和T/B比,其中T是指肿瘤,N是正常组织,B是血液,供医生作治疗计划时参考,同时建立治疗中的影像学监督和愈后检查手段。北京大学自1994年以来,开展了硼中子药物方面的研究工作[17];在加速器中子源方面,用我们的4.5 MV静电加速器开展了NCT中子源的研究。同时,还开展了研制小型强流专用加速器的方案[18]。和专用或兼用的核反应堆相比,在医院安装时,我们设计的加速器体积小,安全性高,没有核废料的问题,容易被人们接受。作为在线影像学测量手段,可以通过对实验测到的核反应10B+n=7Li+α中,7Li第一激发态的瞬发γ(478 keV)角分布数据(7Li第一激发态的半寿命为73 fs)进行分析和处理,用现在发射型CT(ECT)的方法实现对治疗的在线监督。
医学影像学在治疗计划系统中的应用也十分广泛。北京大学最近又开始对剂量学和三维治疗计划系统进行研究。这项研究旨在把三维剂量的解析计算、三维剂量的Monte Carlo(MC)模拟[19],以及用组织等效模型进行的剂量测量相比较,经过科学判断得出在临床应用上可靠的三维治疗计划系统,目前世界上价格很贵的治疗计划系统,很多是用均匀模型计算后制作的,没有用测量和MC方法的精确计算进行验证,而带有科学研究的治疗计划系统,应以医学影像学的诊断结果为基础。
参考文献
[1] 包尚联,王卫东.脑功能成像技术的进展[R].北京:中国医学物理年会报告,1998-05-23.
[2] 包尚联,俎栋林,等.研制激光预激化129Xe磁共振成像设备,开展肺病的早期、动态和高分辨率诊断研究[C].6th核医学电子学学会论文集,1995.20-31.
[3] 包尚联.国际应用磁共振会议综述[J].CT理论与应用研究,1998,7:46-51.
[4] 包尚联.医学物理[M].北京大学研究生教材,第二册,1997.
[5] 王义遒,冯义廉,包尚联.北京:中国高等科学技术中心 WL Workshop系列[A].1996-10.69:7-11
[6] 王卫东,包尚联.高分辨率核医学成像新方法[J].核电子学与探测技术[特刊],1995-10.35-37
[7] 王卫东,包尚联,等.γ光子延时加权定位方法的研究[J].电子学报,1996,(5).
[8] Wang Weidong, Bao Shanglian,Maximum likelihood Method of High Resolution Imaging in Signal Processing.Proc.on Inter.Conference on Signal Processing, Oct.1996.
[9] 王卫东,蔡建新,包尚联.核医学影像中的单光子定位的最小二乘方法[J].核电子学和探测技术,1996,(3).
[10] You J.Bao S.Liang Z.Benefits of angular expression to reconstruction&nbs p;algorithms,for collimators with spatially-varying focal lengths.IEEE Tans.Med.Imaging,1997,16(5):1-5.
[11] 王卫东,包尚联,蔡建新.“计算Randon逆变换新方法”[J].信号处理,1997,13(1):93-96.
[12] You J.and Bao S,An analytical formula of fully 3D image reconstruction,Acta,Scientiarum Naturalium Univeersitatis Pekinnensis, 1996,32(5):594-601.
[13] 王卫东,卢卫国,包尚联,等.医学成像数据的配准和融合[C].CT理论及其应用,1996-10.
[14] 俎栋林,郭华,包尚联,等.北京:磁体设计国际会议,1997-08.
[15] Donglin Zu,Lifeng Yu,Hua Guo, Shanglian Bao, Head Bird-cage Resonator for fMRI at 4T, 15th Intemational Conference on Magnet Technology, Oct.20-24,1997,Beijing,p14.
[16] Yuanmu Deng,Shanglian Bao,Haige Shen,Baiyu Tang,and Donglin Zu,Performance Comparisson of Transforms for MR Image Compression,Satellite Symposium of the 20th Annual Inter.Conf.of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,Beijing, Nov.2-4,1998,p171.
[17] Wang Xiangyun,Bao Shanglian,Song Ruixia,Zhao Yunlin,Xie Jinglin,Liu Yuanfang.Neutron Capture Therapy(NCT) for Cancers.Progress in Chemistry(in Chinese), 1997,9:99-105.
[18] 方家训,等.安徽黄山.全国第一届医用加速器会议,1997.10.
[19] Guo Jinxin.Wen Chunlin,Huangfei Zeng,Bao Shanglian,MC Calculation of γ-knife dose, Satellite Symposium of the 20th annual Inter.Conf.of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,Beijing ,Nov.2-4,1998,p173.
【关键词】现代生物医学工程;发展现状
0.前言
一旦提及医学,让人第一时间想到的就是疾病,医院,健康,病人等等。现代生物医学工程也不例外,作为一个多学科交叉的综合性学科,现代生物医学工程也在为人类的健康事业默默地奉献着。
随着社会水平的极大提高,人们把视角从生存转移到生活上来,进而就是思考如何更好的生活。不言而喻,一个健康的身体是一切生活活动的前提和保证。如何健康的生活,如何准确及时地检查出病人的疾病,如何将现有的医疗设备改进,如何开发出更具使用价值的医疗器械等等,都成为生物医学工程所要考虑的问题。
生物医学工程学是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的边缘性学科,其基本任务是运用工程技术手段,研究和解决生物学和医学中的有关问题。生物医学工程学的研究是以应用基础性研究为主,其领域十分广泛,并在不断扩展之中。就现阶段而言,生物医学工程学的研究主要涉及生物力学、生物材料学、人工器官、生物系统的建模与控制、物理因子的生物效应、生物系统的质量和能量传递、生物医学信号的检测与传感器原理、生物医学信号处理方法、医学成像和图像处理方法、治疗与康复的工程方法等。
1.国内发展现状
1.1发展还不完善
中国的现代生物医学工程学科发展较晚,相对于国外一些发展较早的国家来说,我们对它的认识还很浅显,跟国外一些技术先进国家的距离还很远,很多人包括一些从事其研究的人对它都有或多或少负面的评价,他们普遍认为现代生物医学工程是一个生物、医学、工程学的交叉学科,但实际的培养计划中生物、医学学的很少,电子学得多些,学科广而不专,就业不好。它尚未形成自己的独立基础理论与知识体系,以融合各交叉学科知识为自己的基础 ,缺乏永恒的研究主题与固有的中心目标,随交叉学科的发展和应用对象的需求而变化。很多学习现代生物医学工程的人对自己的专业抱有消极的态度,对自己的前途感到渺茫,就业形势不是很乐观,这也反映了现代生物医学工程发展不完善,没有形成很好的体系,没有在国内高校中产生普遍影响力。
1.2发展方向不够全面
现代生物医学工程就目前的情况来看,还主要将目光着眼于医疗器械的研发和使用,发展方向比较单一。仅仅着眼于医疗器械而不是全面的发展,就会产生很大的局限性。这也深深影响着在这一领域学习的学生,不能使他们从一开始就形成一种将自己的研究全面化的思想,使学生的学习变得保守,进而失去学习的动力,这样就不利于生物医学工程更好的发展。
1.3包含的学科多杂
我们知道,现代生物医学工程是综合了生命科学和工程技术,理、工、医相结合的新兴交叉学科,是一门多学科交融的边缘学科,其中工程学又包括电子学,计算机科学,力学,材料科学,机械制造学等。生物医学包括生物学,神经科学,内科学,外科学,矫形科学等。现代生物医学工程学习的重点是生物医学,但是在解决一些生物医学问题的时候往往要借助于工程学的知识,掌握工程学的知识对于更好的掌握生物医学又起着至关重要的指导意义。
1.4发展前景广阔
正因为现代生物医学工程在我国起步较晚,发展还不完善,他本身就有很多空白领域可以开拓。
21世纪是生命科学大发展的时代,工程技术与生命科学进一步地互相渗透结合,必将推动医学跨入一个崭新的时代。大家都知道看病治病离不开医疗器械,现在是,将来也是,但如何将未来的诊疗仪器实现智能化,检查结果,治疗程序均可实行人机对话都是我们所要研究的问题。另外中国目前大部分医院设备陈旧,而且高端医疗设备更是几乎全部进口,所以说市场是庞大的。更好地提高国内在生物医学工程方面的研究水平和深度,增强人们尤其是大学生对生物医学工程的了解程度,培养出一批在这方面的专业人才,具体来说就是能够研发制造出属于我们自己的高科技医疗器械也是有待发展的。
由于现代生物医学工程是一门多学科交叉的学科,我们就很容易理解,各个学科的发展都将影响到生物医学工程的发展。因此生物医学工程并不是一个学科在发展,其他学科,其他领域的发展,产生得一些成果都可以为生物医学工程服务。这就好比各个学科,各个分支都在无形中为生物医学工程的发展默默贡献力量。由此可见,生物医学工程汇集了各个领域的尖端技术,这也就为生物医学工程更好更快的发展奠定了良好的基础。
现代生物医学工程在生物医学研究、知识产生、转化研究和卫生保健中扮演了许多重要角色,对提高医学水平,促进医学科学的现代化发挥着关键性的作用我们期待着我国能够培养出一批生物医学工程方面的人才,为我国的生物医学工程事业贡献力量,也期待着我国生物医学工程的快速发展,在不久的将来展现出崭新的面貌。■
1.1在蛋白质分析中的应用QDs最初用于生物领域是应用于简单的生物大分子,链接方法是将QDs通过带有氨基或羧基的试剂修饰,调节溶液环境,通过QDs表面的功能基团和生物分子上的氨基或羧基实现共价偶联或静电作用等来完成QDs与生物大分子(蛋白质、核酸、生物酶等)的链接,目前这一领域的应用仍然非常活跃。Nie[9]等人将QDs用于非同位素标记的生物分子的超灵敏检测,使巯基乙酸处理过的ZnS包裹的CdSeQDs通过酰胺键与转铁蛋白结合,进而能被细胞膜上的受体离子通道识别,进入细胞内部,在结合或传输过程中没有明显的干扰作用。这表明利用这种方法可以研究活细胞中供体/受体之间的反应或分子交换。Goldman等[10]曾将QDs与抗体结合,成功地对葡萄球菌肠毒素和2,4,6-三硝基甲苯进行了荧光免疫分析。Ghazani等[11]将组织微阵列技术、光谱分析技术与QDs相结合,发展了一种用于定量测定肿瘤中蛋白质表达的新方法。Mahtab等[12]将具有特定结构的核酸序列吸附于QDsCdS上,QDs表面敏化发光行为则能区分“直线型”、“弯曲型”和“扭结型”的双链寡核苷酸,在探测核酸结构的方法上有了创新。Koji等[13]构建了一种更新颖、快捷的蛋白质记录材料可根据光连接器提供的信息调整记录、阅读荧光蛋白的排列,清晰地读出蛋白质配体复合物的组成,该技术对生物芯片的微型排列具有重要的意义。
1.2在DNA分子研究中的应用QDs经过恰当的修饰可以与DNA分子进行连接。Ebenstein等[5]采用单QDs识别DNA结合蛋白。先将DNA与DNA结合蛋白交联,然后用偶联逆转录因子抗体的4种不同颜色的QDs标记上述交联复合物,经过一系列处理最后在单一光源的激发下,QDs于605nm、625nm、655nm及705nm发出绿、红、黄、白4种不同的颜色,通过荧光显微技术来分析判断蛋白质的位置从而能够确定DNA分子上的多个蛋白质的位置。Han等[14]利用不同颜色的QDs标记多色编码微珠与遗传物质条带连接,用于DNA杂交检测,在DNA的测序方面取得了突破性进展。Qi等[15]采用amphipol修饰QDs,amphipol具有交错的亲水性和疏水性侧链,可携带siRNA进入细胞质并保护siRNA防止其被酶解,实现了实时监测QDs-siRNA在细胞中的进出、内吞小体的逃逸、运输、传递过程,而这种多功能QDs的出现,也促进了实用基因组学和基因治疗学的研究。
1.3在活细胞及活体组织成像中的应用QDs荧光探针在多光子显微镜技术中的应用,使其在活组织中的多色成像成为可能。最早Dubertret等[16]将QDs胶囊注入非洲蟾蜍胚胎中观察其胚胎发育过程,发现胶囊QDs在生物体内很稳定,且毒性很低,不影响细胞生长和发育,也不易发生光漂白,是对QDs荧光探针用于活体组织的成功探索。Gao等[17]将QDs包于PEG-PLA中,连接麦胚芽凝集素(WGA-QDs-NP)后注入鼻腔,QDs经嗅觉黏膜组织进入大脑皮层细胞标记了大脑组织中的病变部位,促进了对中枢神经系统疾病的诊断和治疗方面的研究。Yum等[6]用纳米针将荧光QDs通过机械化学的方法渗透细胞膜进入活细胞的细胞质和细胞核,这较传统方法有了重大突破。Zhang等[18]利用CdHgTeQDs在近红外区针对裸鼠进行了荧光成像。结果显示近红外QDs荧光标记物具有更强穿透力、更易激发且检测灵敏度更高等优点,故可进行更长时间的生物体外和活体的实时跟踪和荧光检测,这标志着QDs作为新兴荧光标记物在活细胞生命动态过程示踪研究中将发挥极为重要的作用。
1.4在激素及生物因子研究中的应用QDs不仅可以在细胞水平及动物活体中应用,在细胞亚结构中甚至在激素和生物因子水平也有报道。Matsu-no[19]利用QDs的特性和激光共聚焦扫描显微镜对生长激素和泌乳刺激素及它们的mRNA进行了三维成像。Lidke等[20]将QDs标记到表皮生长因子上,通过激光共聚焦显微镜,观测到肿瘤细胞通过胞吞途径特异性摄取这种表皮生长因子的全过程。这些成果将为生长发育学和内分泌学的研究打开了一个新窗口。
1.5在肿瘤等疾病研究中的应用近年来QDs在细胞生物研究应用领域得到进一步拓宽,将QDs荧光探针用于肿瘤等疾病的研究具有突破性意义。早期Bawendi等[21]就提出利用近红外荧光QDs进行动物体内前哨淋巴结活组织检查的方法。他们将近红外QDs用多配位基配体包覆后注入动物体内进行整体成像发现,通过QDs标记,医生可看清lcm深组织下的前哨淋巴结,且可准确地指导手术进行,确保前哨淋巴结的完全切除。与传统的外科手术相比,前哨淋巴结的活组织检查可减少手术创伤,且检查结果更为准确。Yu等[22]用能靶向于肝细胞癌的甲胎蛋白抗体键合QDs作为荧光探针,通过整体的荧光成像系统对肝癌细胞进行成像来检测活体内的肝癌细胞。Tada等[23]采用背部皮肤固定器和高灵敏CCD高速共聚焦显微镜观察乳腺癌细胞特异性探针在老鼠体内的运动情况,这种高灵敏可视化示踪为癌症研究提供了新方法。Jiang等[24]将连接聚乙烯亚胺和透明质酸的QDs(PEI-HAQDs)注入B16F1细胞,结果显示在HA受体介导下,PEI-HA表现出对小干扰RNA(siRNA)特异的标识性能,而且PEI-HA-siRNA主要积聚在肝脏、肾脏和肿瘤。Bhirde等[25]通过将带有抗癌药—顺铂的QDs和表皮生长因子(EGF)分别偶联在单壁碳纳米管两端而把抗癌药带入癌细胞,并通过QDs观察抗癌药对癌细胞的作用,为癌症的治疗开辟了新天地。
2QDs作为荧光探针目前面临的挑战
QDs荧光探针技术最大的挑战就是如何克服其细胞毒性。最近Mahto等[26]对表面修饰的毒性进行了研究,发现不同修饰的QDs在细胞中的定位不同。共聚焦图像显示巯基乙胺MPA包裹的QDs主要分布在胞质区,而GA/TOPO(对表面配位基进行修饰)包裹的QDs在细胞中却没有发现。入胞的MPA包裹的QDs有良好的细胞相容性,而胞外的GA/TOPO包裹的QDs细胞毒性却很大。Li等[27]研究结果证实粒径大小对其毒性的影响,低于40μg/ml时,纳米级的CdSQDs毒性显着大于微米级的CdS。QDs的毒性机制仍需进一步研究,随着技术的发展,QDs的合成修饰有望走向“绿色化、低毒化”,为QDs更广泛的应用奠定基础。
【关键词】医学;职业技术教育;生物医学工程
【中图分类号】R318.0-4 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949(2014)02-0316-02
基金项目:重庆市教委人文社科基金资助项目(10SKS02)
随着近20年来世界范围内高新技术的迅猛发展,职业教育在形式和数量上都有了突飞猛进的增长。基于此,联合国教科文组织(UNESCO)推出最新版本“国际教育标准分类”ISCED1997,虽然将高等职业教育仍定位于ISCED5为“第三级教育第一阶段”,但是作为“不直接通向高等研究资格证书”(not leading directly to an advanced research qualification)获得的教育层次,它将初版中分属两个不同层次的大学专科(原ISCED5)和本科(原ISCED6)以及“所有博士学位以外的研究课程”(原ISCED7中的博士前课程部分)纳入了同一层次之中,从此突破了高等职业教育(尤其是在中国)仅仅局限于专科层次的教育瓶颈,为各类职业教育建立本科乃至硕士层次的教育提供了可能[1]。与普通本科教育并行的“立交桥式”发展之路由此拉开序幕。目前我国由于临床医学、中医学、口腔医学、药学等专业要求学生掌握一定的科学技术知识以达到“能进入一个高精技术要求的专门职业”。医学本科院校在医学主干专业的人才培养定位与水平上均高于医学类高职高专院校。本文将以生物医学工程学的国内外现状为例,来探索职业教育互补于普通医学本科教育的发展之路。
1生物医学工程国内外发展现状
生物医学工程学是理、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,从工程学的角度,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。
1.1 80年代起生物医学工程学步入新起点 50年代是生物医学工程学发展的初期,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年代以医学影像技术为代表,所标志的生物医学工程学取得突破性进展的基础上,80年代起,生物医学工程学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。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等;出现了全实验室自动化系统、体外碎石机和除颤器等治疗装置以及微波、射频、激光、超声等各种治疗技术。
1.2 90年代与更多的学科交叉、融合 组织工程:是生物医学工程、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,以及临床医学等学科间的不断交叉、渗透与融合,而形成的新的前沿科学。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、等,其中皮肤已有初步产品进入临床应用。我国自90年代初开始了有关的基础研究工作,并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:在实施人类基因组计划的推动下,DNA微探针阵列的基因芯片是最重要的生物芯片之一。它可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(?m)和0.1?100纳米(nm)内的物质或结构的制造技术。其最终目标是,人们将按自己的意志直接操纵单个原子、分子或原子团(小于10nm)、分子团,制造具有特定功能的产品,包括纳米材料学、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。我国在大尺寸纳米氧化物材料制备方面,已成功地研制出致密度高、形态复杂、性能优越的纳米陶瓷,从而进入了国际领先行列。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,沿着血管或胃肠道行进到发病部位进行检查,医生可指令机器人取组织样品、直接释放药物、清除血栓、切断或接通神经和进行细胞操作等精细手术。家庭保健工程(Home Health Care, HHC):美国、日本和欧洲等均已将HHC作为重要内容列人21世纪的生物医学发展战略,成为优先资助的领域之一。即将家庭保健管理系统、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。我国开展HHC的研究与开发以家用治疗产品为最多。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。
1.3 生物医学工程学传统领域的发展 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。医学影像技术:在生物医学工程学中,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推动作用,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。生物医学工程学所涉学科尚有生物力学、医学电子学、人工器官等等。
2国内生物医学工程专业建设情况
生物医学工程专业属工科专业,具有很强的多学科交叉性和前沿性,强调数理科学、电子信息和计算机技术等理工科知识与生物医学知识的有机结合。本专业课程设置除数理化及工程基础课外,主要专业课程有:电路、信号与系统,模拟与数字电子技术,数字信号处理,生物医学传感器与检测技术,微机原理与应用,单片机在医学中的应用,生命系统分析与仿真,生物医学信号处理,生物医学仪器,医学成像技术,医学图像处理,医学超声波,工程生理学,人体解剖学,组织胚胎学,自动控制,计算机与信息系列课程等,并开设多个专业课程设计,做到教学与实验设计并重。目前国内开设生物医学工程专业的学校,一部分是医科院校,一部分是各大综合类院校。排名前十的有浙江大学、四川大学、上海交通大学、东南大学、西安交通大学、天津大学、清华大学、华中科技大学、南方医科大学、大连理工大学。而在香港大学,生物医学工程学由工程学院与医学院合办,学生将学习到有关工程和生命科学的原理,理解不同类型的先进医学工程系统之设计和运作,掌握工程技术在医学领域的应用。
3医学职业教育可以在生物医学工程专业中寻找“立交桥式”发展契机
医学职业教育类院校,应该与本科院校错位发展。以生物医学工程专业为例,应该培养计算机网络技术服务和各类大型医疗设备的操作与维护方面的专业人才;计算机网络技术包括:数字化医学中心,医学图象处理及多媒体在医学中的应用,生物信息的控制及神经网络生物医学信号检测与处理。要求学生深入掌握电子技术,计算机技术,信息处理理论医学与工程相结合的科研能力,解决生物医学领域中的科学研究,医疗仪器研制,产品开发以及大型医疗设备的操作,维修管理等问题,同时也能胜任其他领域的电子技术及计算机技术。学生主要学习生命科学、电子技术、计算机技术和信息科学的基本理论和基本知识,受到电子技术、信号检测与处理、计算机技术在医学中的应用的基本训练,具有生物医学工程领域中的研究和开发的基本能力。
3.1 生物信息技术 实现生物技术和信息技术以及其他学科的有机结合,发展生物信息高通量、高效、快速的提取方法,发展疾病检测的新方法和新技术,发展研究药物与靶标作用的新方法,发展基因组数据、蛋白质组数据和结构基因组数据的计算机处理、分析和可视化方法,解析生物大分子结构和功能之间关系等,提高生物信息处理、分析和利用的水平,为我国生命科学和生物技术的源头创新奠定基础。
3.2 医学图像与医学电子学 医学图像处理和分析、计算机辅助诊断和治疗、医学物理等,以及生物、医学和工程学等领域理论和方法,并通过这些学科的交叉形成了新型学科。
3.3 生物与医学纳米技术 包括纳米生物材料、纳米生物器件研究、纳米生物技术在临床诊疗中的应用、纳米材料与器件的计算模拟。
3.4 生物与医学纳米技术 生物医用材料研究,用于人体、器官的诊断、修复、替换或增进其功能。
3.5 医学信息学及工程 应用系统分析工具这一新技术来研究医学的管理、过程控制、决策和对医学知识科学分析。
4以生物医学工程为例,探讨医学职业教育的前景
生物医学工程专业修业年限为四年或五年。授予学位是工学学士。就业前景良好,由于科学技术的发展,各类大型医疗设备的应用越来越广泛,大型医疗设备的操作、维修及管理人员是各大医院及公司急需的人才。毕业后可从事医学机构中医疗器械的维护、使用、销售和和医疗电子系统的开发与维护,辅助医生观察、诊断、治疗疾病。职称由卫生部组织统一考试评定,颁发临床医学工程技术(初级士、初级师、中级等)证书。
医学职业教育不仅要解决国家发展急需的基层卫生人才的培养问题,更重要的是要引领区域经济向先进领域拓展,提升地方行业水平。建设西部教育高地,需要在技术类专业中大胆创新,走别人没有走过或者没有走出规模的路。其重要意义体现在以下几点:①医学应用技术类专业虽然具有办学成本高、难度大等不利因素,但也具有技术含量高、可直接转化为现实生产力的巨大优势。②医学应用技术类专业走向产业化,对引领区域经济发展、拓展地方行业布局和提升地方行业水平都具有重要的现实意义。③医学应用技术类人才培育专业群的建成,将为地方输出高素质的技能型人才,同时也能提供高水平的就业岗位,有助于拉动地方经济,整体提高地方生产力。④医学应用技术类专业人才的聚集,与提高区域人才质量、推动地方经济发展进程直接相关。斯坦福大学在成立之初不被看好,但坚持将硅谷建设与学校成长联系在一起,最终成为世界名校就是例证[2]。
5结语
在国家拉动内需、教育优先的有利政策指引下,在医学职业教育领域大力发展医学应用技术专业是切实可行的。用教学做一体化培养医学技术专业人才,为地方医学应用技术产业化发展提供智力支撑,其意义也是深远的。创立医学应用技术专业基本原则是按照专业设计,分步骤解决专业基本格局,建设教学做一体化生产性实训基地,逐步提升专业办学水平和内涵质量,最终构建具有影响力的专业群。在全国众多的医学类高职高专院校中同质化办学的现象非常突出,上海医疗仪器高等专科学校涉足生物医学工程领域外,还没有一所学校开设生物医学工程的相关专业[3]。现代医疗活动是建立在庞大的医疗仪器设备的辅助诊断和治疗基础上的,急需医学工程技术的大量人才。只有大力拓展医学相关技术领域的办学,才能真正在传统医学专业之外办出既有生命力又有制高点的医学职业技术教育。
参考文献
[1]Issenberg SB,Mcgaghie WC,Petmsa ER,Gordon DL,Scalse AJ.Features and uses of high―fidelity medical simulations that lcad to effective learning:a BEME systemic review.Medieal Teacher,2005;27:10-28.
生物医学工程(Bio毗dieazEngineering)学是一门年轻的新学科,从技术角度肴,生物医学工程技术其形成与发展的模式墓本上可归纳为:通过工程技术手段把物理、化学以及技术科学中新的技术、原理、方法应用于研制医疗装!、满足临床诊治的需要,随着科学技术进步、新的物理、化学方法和工程技术不断被应用于医学,医用产品越来越多.在工程学(含电子技术、计算机技术、信.息技术、材料科学)突飞猛进地发展的同时,生命科学也在迅猛发展,近年来迅速兴起的生物技术对给生物医学以极大的推动,将产生分子医学.因此我们对理工学科与生命科学交叉结合而产生的生物医学工程学必须有新的认识.美国学者指出,新的生物医学工程定义是:“生物工程学结合物理学、化学或数学和工程学原理,从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出基本概念,产生从分子水平到器官水平的知识,诱发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法,用于疾病预防、诊断和治疗,病人康复,改菩卫生状况等目的”.因此,我们必须考虑到科学技术的进步给生物医学工程学带来的影响:不仅是工程学与生命科学、医学的交叉结合,也包括所有其他学科和生命科学、医学的交叉结合;不仅是工程技术的相应理论方法与生物医学中人体结构功能的交叉结合,而且要考虑工程技术的相应理论方法与生物技术的交叉结合.因此,我们引用根据美国国立卫生研究院有关名词命名专家组最近对生物医学工程学的定义:焦生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学厚理,从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出墓本概念,产生从分子水平到导官水平的知识,开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、导械和信,’.学方法,用于疾病预防、诊断和治疗,病人康复,改善卫生状况等目的.”
二.生物医学工程学科类型
生物医学工程学是理、工学科和生物医学相结合而发展起来的交叉边缘学科,涉及的领域十分广泛,与其他诸如材料、信息、电子技术、计算机科学关系密切,并在不断发展之中.根据学科具体内容可以分为:因为生物医学工程学科具有其他学科所没有的特点,我国仅设一级学科不设二级学科.
1.信息技术型生物医学工程(InformationTeehno一osyBiomediealEngsneering:IT一明E.)其知识体系的组成特点是以电子技术、计算机技术、信.息处理技术的知识为主线,以生物医学方面相应的领域为交叉、结合对象,对其中的问题进行研究.
2.材料技术型生物医学x程伽aterialTeehnologyBiomedicalEngineering:盯一翎E)其知识体系包含材料科学、生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算机技术、医学和生命科学的墓本知识,主要研究对象是生物材料和人工器官,包含新近发展起来的组织工程.
3.生物技术型生物医学工程(BiologiealTeehnologyBiomedicalEngineering,BT一BME)在生物医学工程发展的同时,由于分子生物学的发展产生了生物技术,使得生物医学工程与生物技术交叉结合.美国实验生理学学会联合会(F^SEB)对未来医学发展的分析是“分子医学将在2020年成为人类健康的基础.分子医学的实践将包括新的预防方法、新的诊断方法和新的治疗方法,新的治疗方法将直接针对造成疾病的分子、细胞或生理缺陷.这些新医学方法的墓础将是精确的和无创的成像及诊断技术,……”,这充分说明了在新的时期,生物医学工程必然和分子水平的诊疗技术交叉结合,也就是说生物医学工程必然和生物技术交叉结合,因此必然会产生生物技术型的生物医学工程.其知识体系包含数学、计算机技术、信.息技术、生物学、分子生物学、遗传学等等.
4.生物医学研究型的生物医学工程(BiologiealMediealstudyBi二。dicalEngineeringBMS一BME)由生物医学工程的定义和它的研究内容知道,我们要为深入研究生命过程的规律,揭示生命的本质.因此这类学科的着眼点和落脚点不在于应用,而在于用目前的一切科学技术的理论、方法、技术以某一生命过程为研究对象.所需的是所有理工科、生物学、医学、哲学知识的交叉融合.
5.医疗器械产业型的生物医学工程伽ediealDevieesBIOfnedicalEngineering:MD一BME)生物医学工程所有的研究的最终目的是以各种不同的产品服务于社会,在各种生物医学工程产品中,医疗器械(含各种医疗仪器、医疗设备和耗材等)产品占有很大比t.要过渡到产品必须有由实验室研究到产业化过度的研究阶段,就会形成产业型的生物医学工程.其知识体系包含电子技术、计算机技术、精密机械、生物医学的基本知识、管理学、市场经营等.以往我国医疗界械产业化的发展较发达国家滞后,就是因为这方面的力t相对薄弱,因此一方面应该在医疗界械的公司强化这方面的建设,另一方面应加强高校、研究所与企业的交叉结合.科研成果的产品化研究在医疗界械行业显得尤为重要。
6.在医院中的生物医学工程-----一临床工程随若科学技术和现代医学的发展,生物医学工程对促进医学科学的发展起到了很重要的作用,尤其是在医院的建设和发展中所起的作用更为重要,所居的地位更为明显.医疗机构为了满足社会的需求,在医疗市场的激烈竞争中求得生存与发展,就必须加快自身的现代化建设,在这一进程中,生物医学工程的分支学科一一临床工程已成为现代化医院不可缺少的组成成份,将起到举足轻重的作用.临床工程师、医生和护士共同构成现代化医院的三大支柱川.临床工程在医院中的发展是一个值得关注问翅.临床工程的定义:前面讲过生物医学工程学是一门新发展起来的交叉性学科,它研究内容非常广泛,从纵向看,生物医学工程学的组成除了研究开发以外还有一个重要的组成部分,就是在医院中应用生物医学工程的所有成果---一临床工程,临床工程则是为了利用现代科学和工程技术知识,将现代的生物医学工程学的新技术和成果安全、可东地应用到临床,以提高医疗水平为目的的一个生物医学工程的学科分支.那么,什么是临床工程呢?目前,一般认为在医院中医疗设备的维修管理就是临床工程,我们认为,在医院中所有为了提高医院医疗水平而应用现代工程技术的工作都应该属于临床工程的范畴.在医院临床工程墓本上由五大部分组成:一是以医疗设备的全程技术管理为主,解决医院装备现代化中技术、设备、质t保证和经济管理方面的问题,包含了医院中的设备工程和设备管理工程;二是医疗信息的现代化管理-一Hls(HospitalInfor.tionsystem)系统:使用计算机和通讯设备采集、存储、处理、传翰和翰出门诊、住院息者医护和管理信息,包括临床辅助科室的信息,形成网络系统,实现信息共享,提商医院工作质t和效益;三是和影像存档和通讯--一P^cS(Pict盯e^r。hi,ing.eo二unie。tson:system,):是医院用于管理医疗设备如CT,MR等产生的医学图像的信息系统;四是远程医疗网络系统等:远程医疗就是利用电子通讯网络以电子信号来传递有关医学诊断、治疗、护理、咨询及教育等的信息及数据,其即可以为偏远地区的息者提供医疗服务,也可以作为医生之间进行交流的有效工具;五是参与临床的诊断与治疗一线工作的工程技术:例如放射治疗计划的制定、虚拟手术、理疗和康复等等.临床工程与生物医学工程研究开发是两个紧密相连的必要环节,又具有各自的发展规律.因此,我们既要重视前者的发展,也要重视后者的发展,在医院中更应将后者放在发展的重要的地位.
三.国内外生物医学工程教育棍况
科学与学科有非常密切的关系.科学自身的规律决定学科的规律,科学发展决定学科的建设和发展,当然,学科的建设反过来形响科学的发展.随若人们对健康的关心程度的增加,医学上疾病分析、诊断、治疗和康复等方面的仪器设备逐年增多.因此,在教学科研单位需要有研究人的生命的物理原理、控制过程和研究新的检测、监测生理、生化物理指标的原理、方法、仪器设备;在工业部门,需有设计、制造适于医护人员操作和人事科医学要求的仪器设备的工程师.在医院里,需有掌握医学设备的均t和维修以及培训使用这些设备的人员的工程师;这就要求有一个系统地培养生物医学工程师的教育计划.生物医学工程师要用工程学的方法来解决生命科学上的难题,因此,要求有一些涉及生命科学和工程学的交叉训练,使得学生既要性得工程原理,又要了解如何应用知识来解决生物学和医学上的问题.二十世纪50年代,随着生物医学工程科学研究的发展,产生了生物医学工程学科.由于科学研究的需要,在国外生物医学工程学科发展的最初阶段,是趋向于培养博士水平的高级人员.后来由于注意到实际应用,产生了硕士和学士水平的教学计划.
1.国外高校生物医学工程专业的情况
目前发达国家的很多大学都设有生物医学工程系,仅美国就可在Inter网上查到近百所大学生物医学工程系的主页.《共国新闻》及《世界报道》两媒体2002年联合公布的生物工程/生物医学工程领域最佳研究生院的排名(根据设施、人员、研究成果引用系数等)前十名的学校。.设有叫S方向与BT的较多.以研究生教育为主,本科为附在我国,涉及生物医学工程专业最早的是中专教育、大专教育(1,60年成立的北京商学院就有医疗器械系),真正的生物医学工程学科开始于70年代未,19,8年国家科委成立了生物医学工程学科专业组.从此生物医学工程作为一门独立的学科在我国很快地发展起来.经二十多年的发展,目前全国己有近几十所高校建立有该专业,这些高校均系国内工科、理科、医学的著名院校.我国生物医学工程学科的墓本情况见表2从以上可以看出我国的生物医学工程专业发展非常迅速,据不完全统计,52个院校设有生物医学工程专业,其中有37个理工或综合大学,15个医科院校.
2.我国离校生物医学工程专业的情况分析
(1).我国生物医学工程专业与国外生物医学工程专业的共同点①学科发展迅速国内外高校生物医学工程专业发展十分迅速,国外从20世纪60年代起步,70年代、80年代迅速发展•国郎20世纪’0年代末,8。年代初仅有几所高校建立生物医学工程专业,短短二十年就发展到50个院校建立该专业.②从比较知名的重点院校开始形成辐射美国约翰霍普金斯大学、加利福尼亚大学、麻省理工学院、宾西法尼亚大学、华盛顿大学、密歇根大学等都是较早建立生物医学工程专业的.我国清华大学、浙江大学、西安交通大学、上海交通大学、东南大学、中国科技大学等都是我国著名的科研水平很高的大学,也是我国首批建立生物医学工程专业的高校.③生物医学工程专业的学科以研究生教育为主在国外,很多大学招收研究生的数t超过本科生的数t,研究生的来源更强调从理工科或生物医学专业中选拔.在我国50多个生物医学工程专业中有17个博士学科(14个也收本科,3个仅招收硕士、博士),6个博士后流动站,5个长江学者学科,11个招收本科、硕士,8个院校仅招收硕士,U个院校招收本科、2个招收大专.这充分说明生物医学工程专业教学和科研相比,生物医学工程科研占的比重更大.
3.我国高校生物医学工程专业与国外的不同点(差距)
近年来我国生物医学工程教育发展很快,如前所述建立本科教学的至少有35所院校,通过分析不难发现:①学科模式(研究方向)设!较少所有开设生物医学工程本科专业的学校都是以电子、信.息、计算机应用与医学结合为目标,只有个别学校在培养目标中增加生物材料和人工器官方面的内容.本科教育的专业设!面比较集中在IT一明E,没有川S一SME,各院校的研究生培养(科研方向)基本以生物医学信号的检测处理、医学成像、医学图象处理、医学仪器研究为主,部分涉及到分子电子学、分子光子学、生物力学、生物医学材料、人工器官、组织工程等方向,只有少数大学比较集中在纳米材料、生物医学材料及人工器官、生物医学图像处理.研究生培养的专业面比本科生的专面相对宽广.与生物医学工程专业搜盖面相比显得专业面过于窄.而国外的专业设t显然比我们有优势.从表1中可以看出有很多“生物移植、心血管电生理、脊健损伤研究、功能生物技术、心肺动脉、临床整形外科研究、临床整形外科研究、细胞影像、疼痛神经生理、分子及细胞生物、重组蛋白质表达、药物传输、.生物界面现象、生物热传递、麻挤研究、听觉研究、神经肌肉研究、神经系统分析、视觉研究”一的研究方向,在我国,这些研究方向都被认为是生物医学的研究内容,而不是生物医学工程的研究内容.②以科研带动学科的特点不如国外突出我国本科教育有进一步扩大的趋势,有些没有科研方向的学校纷纷设立生物医学工程专业③没有重视传统中医工程研究④生物医学交叉结合的程度我们不如国外,我们的叫E没有研究生命系统的就是个证明.
4.就业问题
生物医学工程师的就业前景是广阔的,主要就业单位是研究机构、公司和医院.研究机构可以是研究所或大学里的研究中心,他们从事设计和研制医院里所铸的很专门的新设备,也有一部分作为外科或生理研究组的成员参与复杂电子系统的选择使用,也可以研制新设备公司,可以是仪导及制药公司,他们参与新的医疗仪器以及医学及生物学研究用的仪器的研制和生产.他们能够决定一种新的设计是否有藉要,有梢路,能否满足各种要求并符合政府的法律规定,他们也可做为公司产品的推销及售后服务工作.在医院里,他们从事自动化、研制实验室用计算机,病人一一计算机的接口以及有关计算机软件.他们也可以在某一科室〔例如:内科、外科和临床实验室工作),也可以在医院里直接经管生物医学工程部门的工作.他们是医院中工程情报的主要提供者,负贵所有仪器的使用、维修和采购的任务,研究分析和处理数据的方法.生物医学工程师亦参与许多国家研究计划,如在空间计划中设计遥测装I,生命维持系统,人一一机接口设备以及参与空问医学.他们也参与国防计划,环境研究,也可做为环境开发及污染、医院自动化方面的顾问等.
5.生物医学工程专业的继续教育
生物医学工程专业的高等教育与国外相比起步较晚,但经过近20年的发展,现已形成较完菩的学科体系,开设了大专、本科、硕士和博士研究生教育层次.而我国生物医学工程专业继续教育发展较慢,在国家成人教育专业目录中还没有该专业.我校1,%年首次在全军开展了生物医学工程专业专科升本科的函授教育,现已招收7届学员,深受全军各医疗单位技术人员的欢迎,目前地方许多医院有关技术人员也来信询问要求学习.我们认为在新形势下,生物医学工程专业继续教育有着广泛的前景和开展空间.主要原因是:
(1).随着科学技术和现代医学的发展,医院各种诊疗技术和设备越来越多,高新技术和自动化程度越来越高,如果没有生物医学工程专业技术人员的有效参与,现代化医院不可能有现代化的管理和诊疗水平.
(2).从医院实际看.医院医学工程科、信息科、放射科、放疗科、超声科和理疗科的临床工程技术人员是生物医学工程专业专业本科毕业的为数不多,大都是本专业或相关专业大专毕业,知识结构和实际水平很难适应未来的发展需要,必然有一个知识更新、技术提高的问题.
(3).以现代科学技术为核心的、建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济称为知识经济时代,知识经济时代的到来对现代化医院的科技水平、人才综合素质和创新能力有了更高的标准.开展生物医学工程专业继续教育,必须满足实际,若眼未来,在教育观念、人才培养目标、教学内容和教学方法等方面进行大胆探索.
6.在医学院校内开设生物医学工程专业的特点
生物医学工程专业是一门工程科学,它要求有深厚工程墓础知识,学生的大部分时问都是在学习工程知识,因此,很容易认为在工科院校开设此专业有优势,在医学院校开设这个专业有很大困难.经过几年的实践,我们认为在医学院校办生物医学工程专业.开始时要建立起一整套的工程葵础课教研室和实验室,,这样需要的经费、人员较多,起步比较困难,但只要具备了墓本条件,会有很多优势.
(1).生物医学工程是工程科学对医学的渗透,在医学院校中开设了本专业以后,工程人员和医务人员思想上的沟通就比较方便,较能做到互相理解,这样就便于合作.
我们致力于与各行业建立稳固的合作关系,在企业的指导下不断更新我校的教育和培训内容,以适应不断变化的各种岗位要求。我们努力提供有价值的知识和有效的实践经历相结合的机会,这是全省、全国乃至全世界范围内企业所最需要的。
学校校训
加拿大不列颠哥伦比亚理工学院(BCIT)作为一所全省乃至全国范围的具有创新精神的高等学校,专门从事先进技术的教育及培训,注意增强本省的经济实力、提高企业业务水平并为促进公民就业和再就业贡献力量。
加拿大不列颠哥伦比亚理工学院(BCIT)将:
* 通过提供全日制与业余学习课程来为社会储备具有活力的、高技能的劳动力。即:技术与高等职业技术课程证书、毕业证书和专科、本科学位的学习;行业委托培训与提高课程。
* 通过与行业合作并得到资助,努力开展技术创新和应用研究,推进商业化的技术转让。
学校简介
不列颠哥伦比亚理工学院(BCIT)位于温哥华市,是一所综合性公立学院。学院现有学生5万人,教师2000多名。学校遵循以就业为导向的教学原则,向国内外学生提供大专文凭课程和专业培训课程。学生毕业后可以就职于跨国公司或私人企业。学院帮助学生在职业技能上与国际技术发展保持同步。
学院倡导终身教育,人们在这里可以活到老,学到老,有250多种全日制、非全日制、函授和远程教育等专业课程,颁授不同层次的会员证书、职业证书、专业文凭、大专文凭和学士学位证书等。学院与加拿大和美国大学就许多课程有转学分协议,并与两国的相关行业协会有协作关系。
学院的实验室以及课程设置在工业领域里可谓先进和前卫,学生使用学校先进的电子技术和通讯设备进行电话讨论、对话式录像培训和在线因特网课程等。
学院为公司和企业制定培训标准,学员根据公司的要求发挥个人最大的作用,提高企业的管理效益和生产利润。学院的技术图书馆、书店、托儿所、停车场、加油站、咖啡馆等公共设施,为学生提供生活的便利,主院及分院均有设备先进的体育馆、大操场、网球场、健身房等,学生业余时间可放松心情锻炼体魄。
国际生服务中心:提供接机服务,住宿服务,学院数量有限的单人宿舍备有学生生活必须的物品。
校园活动:学院的学生联合会组织各业余爱好俱乐部开展课外活动,如主持人活动等。学院国际生服务中心还举行各种文化和社交活动,组织学生购物,了解加拿大文化和民俗。
学年安排:大专课程开学为每年1月和9月,大多数课程全年接受学生入学申请。
学科/专业
学院下属有8个分校。
工商管理学院――高级商科研究(由OPEN UNIVERSITY提供的工商管理学士学位)、无线电广播、广播新闻、电视、电子商务、工商管理、财务、人力资源、通讯、国际贸易与运输、市场营销
计算机信息技术学院――计算机系统、软件系统、因特网与多媒体、网络技术、电脑制图、电子商务(计算机为重点)
建筑工程与技术学院――建筑工程技术、土木结构工程、环境工程、室内装潢、建筑管理、建筑工艺
电气电子技术学院――电讯、纤维光学、网络、自动化与仪表、计算机工程技术
健康卫生学学院――生物医学工程、特殊护理、医学成像、电子神经生理学、环境卫生健康、医学实验科学技术、医学放射、核医疗技术、护理技术学士、职业健康与安全、弥补矫正技术、放射治疗技术
制造与机械技术工艺学院――CAD编程、工业维修、技术工程、塑料模具设计、木制品制造、工业自动化、机械与制造工程、工厂运作加工
能源与天然资源学院――生物工程、化学科学技术、食品技术、地理信息系统与地质力学、食品技术、公园技术、林业学、矿业与石油工业、再生能源
运输学院――自动服务技术、航空、机动车、重型机械、海运、国际贸易
过渡课程――学生必须申报一门专业后接受英语分班考试,取得成绩1-3级者参加英语课程,4级者参加英语课程并选修2门专业课程,5级者参加英语课程并选修4门专业课程,5级成绩在75分以上者有资格申请大专和大学本科学分课程。
入学要求
完整地填写入学申请表
TOEFL 550或WTE 4.5或学院英语5级(大专课程)
留学费用
报名费:200美元
学 费:4300美元/学期
备 注:有退款和撤消政策
如何申请