生物医学技术全文(5篇)

【摘要】3D打印技术能够进行个性化定制，给生物医学领域带来了新的技术突破。本文首先概述了3D打印技术，之后就其在生物医学领域的应用和发展前景展开了论述。

【关键词】3D打印技术；生物医学领域；应用；发展

1引言

19世纪末就已经出现了3D打印思想，但真正将其付诸实践是在20世纪80年代。经过30多年的发展，3D打印技术已经获得了长足的进步，并以其独特的制造模式改变着传统的生产方式，且有望实现一体化、个性化、社会化、可视化的生产方式，为社会带来新的经济增长点。当前，3D打印技术已被广泛地应用于制造业、生物医学、航空航天等社会各领域，极大地推动了第三次科技革命的发展。3D打印技术就是通过精确控制将原本虚拟的模型转变为现实的物品。如果将其应用至生物医学领域，对组织再生工程、药物传输、术前治疗计划确定等方面将会产生不可估量的影响。

23D打印技术概述

3D打印技术又被称为3D快速成型技术、添加制造技术或者增材制造技术，主要是以物体的数字化信息为基础，经由计算机控制，将数字模型打印为用粉末状金属或者塑料等材料层层堆叠的三维实体。目前，依据沉积方法和使用材料的不同，3D打印技术可分为以下几类。一是分层实体成型，简称LOM。该技术主要采用纸、金属箔、塑料薄膜等材料，并将这些材料依次切割、胶合，如此反复直至成型。其特点是原材料价格较低，制作成本低。二是熔融沉积成型，简称FDM。该技术主要使用塑料纤维或者金属丝等热塑性材料，并将原材料加热至熔融状态，之后将其挤压于工作台上，待其冷却就会形成一层截面，如此重复操作直至三维物体成型。其特点是污染较小、操作简便、材料可重复利用。三是立体光固化成型，简称SLA。该技术主要采用液态光敏树脂材料，将特定波长和强度的激光聚焦至材料表面，使其按照一定顺序固化成型。因此，该技术的缺点是要求原材料是光敏材料，造价较高，且维护成本不菲。其优点是速度较快，不需要切削工具和相关模具。四是选择性激光烧结成型，简称SLS。该技术运用激光将固体粉末进行分层烧结，并逐层叠加直至成型。五是电子束自由成型制造，简称EBF3。该技术主要采用电子束来溶化金属丝，最终制成零件。其主要优点为所需原材料较少且后续需要处理的事情较少。

33D打印技术在生物医学领域的应用

摘要：作为本学科本科教育必修课程之一，生物医学传感技术这门课程对学生日后使用、改进及设计适用于生物医学问题的传感器及相关系统奠定了基础。但由于该学科本身的特点和发展现状，目前适用于生物医学工程学科的生物医学传感技术教材不但数量较少，且均存在一定的局限性。本文基于目前生物医学传感技术发展的现状和生物医学工程本科生培养的需求，初步探讨了关于面对生物医学工程学科的生物医学传感技术教材改革的思路。

关键词：生物医学工程；生物医学传感技术；教材改革

一、前言

传感器及相关技术在生物医学工程领域有着广泛的应用，与医疗相关的检测分析（生理状态常规检测、心电图及脑电图等）、成像造影（显微CT、核磁共振及红外成像等）及慢性病监控和辅助治疗（糖尿病、高血压）中，生物医学传感技术都起到了至关重要的作用。随着科学技术水平的飞速发展，不断有新的高性能传感器及技术被开发出来，这些器件和方法将为医疗事业提供突破性的机遇。因此掌握生物医学传感技术的相关知识对与生物医学工程专业的本科生的就业和科研发展均有着积极的现实意义。由于该课程对于生物医学工程学科的重要性，目前大部分院校的生物医学工程专业都开设了相应的课程，但是目前出版的适用于生物医学工程专业的生物医学传感技术教材种类较少，很多院校仍然选用了适合工科电类专业的一般性传感器及技术教材进行教学。基于工科类专业的应用核心指导思想和生物医学工程的学科特殊性，本文浅析了目前生物医学传感技术教材的优点和局限性，初步探讨了关于面前生物医学工程学科的生物医学传感技术教材改革的思路。

二、目前生物医学传感技术教材的优点和局限性

（一）目前生物医学传感技术教材的优点

由于经典传感原件和技术大部分为电学原件或围绕电学原件开发，其后续信号处理也依赖由电学原件构成的处理系统，目前生物医学传感技术所用教材的编纂者通常在电路设计，数字电路和模拟电路方面有较高的学术造诣，对于不同类型的电学传感器（差动、电容及电感传感器等）及其相关电路（直流/交流电桥等）的设计从原理到适用性及误差分析均有完整的分析和论述，本科生掌握基本知识点后，结合模拟电路所学知识和实验课的内容能有效将这些经典电学敏感元件运用到系统设计中。

1太赫兹波的特性

太赫兹波所处的“承前启后”的独特频段使其具有很多独特的性质，包括高透性、低能性、指纹谱性以及相干性。高透性是指太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可对不透明物体进行透视成像，是X射线成像和超声波成像技术的有效互补;低能性，顾名思义是指太赫兹光子能量很低，只有4．1meV(毫电子伏特)，对人体级生物体十分安全;指纹谱性则是源于不同的分子对太赫兹的吸收及色散特性不同，形成特有的“指纹谱”，每一种物体都有其独特的区别于其他物体的“指纹谱”;太赫兹是由相干电流驱动的偶极子振荡或由相干的激光脉冲通过非线性光学差频效应产生的，因此具有相干性，用于太赫兹成像技术，可获得更高的空间分辨率及更深的景深等，目前太赫兹显微成像的分辨率已达到几十微米。

2太赫兹在生物医学工程领域的应用

太赫兹的上述特性使其在生物医学工程的各个方面有着诱人的应用前景。其应用主要有以下几个方面:太赫兹生化检测、太赫兹医学成像诊断、太赫兹组织检测、太赫兹治疗以及太赫兹医学通信。

2．1太赫兹生化检测

利用太赫兹波对生物分子的灵敏度和特异性，将太赫兹技术用于研究生物分子的结构和功能信息，可在分子层面上为疾病的诊断和治疗提供理论依据。太赫兹生化检测主要是对化学及生物大分子的检测，太赫兹波能够用来研究如范德华力或者分子间氢键作用力等生物分子间相邻分子的弱作用力。太赫兹波对脱氧核糖核酸(DeoxyribonucleicAcid，DNA)构形和构象的变化非常敏感，也可以通过太赫兹光谱进行基因分析或无标记探测。许多学者都开展了这方面的研究。Grant等于1978年研究了太赫兹与氨基酸溶液的相互作用，通过分析证实了这种作用是介于分子振动和转动模式之间的一种作用。Kutteruf等用太赫兹光谱技术对固态短链肽序列进行了研究，研究表明在1～15THz光谱范围内包含了体系的很多光谱和结构信息，如分子固相结构和与序列相关的分子信息等。Arora等采用太赫兹时域光谱技术，在水相中对通过聚合酶链式反应得到的DNA样品进行了无标记定量检测。Brucherseifer等通过时间分辨太赫兹技术证明了复数折射率取决于DNA的结合状态。太赫兹生化检测方面的研究尚处于起步阶段，还有待加强，尤其是对不同生物大分子的太赫兹光谱特性建立相应的特征谱库是一项庞大而艰辛的工作，需要生化领域的学者加强相关的研究工作。

2．2太赫兹医学成像诊断

[摘要]该文重点依据生物医学工程及影像技术学专业的专业特点以及目前国内外医疗行业的用人情况，对目前该院已有的针对以上两学科专业的教学资源和培养方案进行总结和回顾，并对今后的培养模式进行展望。使该院学生能具备扎实的理论基础，良好的实践技能及优秀的社交能力，顺应医学领域不断变化的形势，并且在今后的工作学习中能全面发展，成为对社会、国家和人民作出贡献的杰出人才。

[关键词]生物医学工程；影像技术学；教学体系；实践教学

生物医学工程专业是一门现代医学和医学工程技术相互结合的学科，主要在理工科院校开展，作为一所以医学教育为主的高校，在生物医学工程专业培养中，注意与医学临床实践紧密结合，侧重医疗器械实践培养。该校生物工程专业前身为医学影像学（工程方向），自1999年开办至今，根据实际情况，不断修正培养培养，重视理论与实践相结合，不断提高学生的实践能力，以“工程素质高、实践能力强”的应用型专业人才培养，为培养目标。

1该校发展历程

牡丹江医学院自1958年创立以来，目前已经拥有近60年的教学历史，1997年6月,学院通过了原国家教委本科教学评价,成为全国首批本科教学评价合格院校。从最初的名不见经传到现如今的发展壮大，牡丹江医学院在学科建设、师资力量及科研投入上均下足了功夫。尤其重视实践教学环节，在教学、科研、实习和就业方面均走在了同级别院校的前列。

2生物工程及影像技术的发展背景

生物医学工程（BiomedicalEngineering，BME）是结合物理、化学、数学和计算机与工程学原理，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，开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，患者康复，改善卫生状况等目的[1]。近几年来，我国的医疗体制变革正处在快速时期，理工类科学技术在医学领域，尤其是生物医学中的应用范围也越来越广，因此对于具有较高专业素养和应用能力的人才需求就更加急迫。“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是国家教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重点大力项目[2]，同时也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的一项重要措施，该政策旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导。医学影像技术是医学专业其中一门[3]。我国在2006年时出台了改革政策，将医学影像学专业区分为两种学制不同的专业进行教育，此教育模式早在上世纪西方某些发达国家就已经出现，并取得了较好的教育结果。4年制医学影像技术是专门从事影像技术与操作方面的工作的一类高精尖技术人才，在仪器操作及治疗剂量控制方面的能力水平要明显优于五年制的医学影像学专业学生[4]。

1生物医学工程专业课程设置及教学现状

我校自2003年开办生物医学工程专业以来，根据医科院校特点，以为医疗和医学研究服务为目的，培养能将医学与工程技术相结合，从事医学影像、医疗电子仪器和计算机技术的研发、操作和管理工作，并且能够开展生物医学工程学科研究的人才[1]。该专业主要学习生命科学、电子技术、计算机技术及信息图像传输、处理等有关的基础理论知识以及医学与工程技术相结合的科学知识，设置的主干课程有：“电路原理”“模拟电子技术”“数字电子技术”“微机原理”“生物医学传感器”“医疗仪器原理”“信号与系统”“数字信号处理”“生物医学信号检测与处理”“单片机原理与接口技术”等。另外凭借医学院校的优势还开设了一些医学方面的基础课，生理学、人体解剖等。为了提高教学质量，更好的达到教学效果，所开设的这些课程基本上都需要做实验演示，以增强形象性效果和形象性验证。实验教学在大学教育中是必要手段。几乎每门课的实验教学都需要用到各种各样的电子仪器，主要包括示波器、信号发生器等。在传统教学中基本上都是使用相对独立、功能固定的电子仪器，不能够随意更改它们的结构和功能。对于需要电子计算机之类的课程而言，一般都得配备几十套教学仪器来供教学使用，这些仪器设备还需要不断更新维护，教学成本比较高。另外，在医学院校对于和医学相关的专业课程很多实验实际操作比较困难，效果不理想。中国的医学教育资源本身很紧张，另外医院的设备多是大型设备，体积庞大，价格昂贵，操作使用复杂，临床使用要求高，一般院校很难满足大型医疗设备的教学使用需要。因此，在医学院校的教学中就出现很多问题，比如医学实验教学中的人体生理参数采集等演示效果不好，所以，传统的医疗仪器教学只能偏重于理论讲解，不够生动，即使有个别实验模具，其教学效果也不理想。在当前学校经费较少的情况下，如果大量增加常规仪器、仪表的配置，学校财力难以支付。这样容易造成实验教学效果不理想，对提高学生学习兴趣，培养创新及实践能力都有一定影响。随着现代测试功能和计算机技术的密切结合，出现的虚拟仪器技术可以帮助我们克服一些硬件上不能解决的难题，弥补传统仪器教学的不足。

2虚拟仪器在课程中的应用

2.1虚拟仪器简介

虚拟仪器（VirtualInstrument，VI）是一种新兴的仪器，一种功能意义上的仪器，在以通用计算机为主的硬件基础上，由用户自己设计定义虚拟的操作面板，测试功能由软件来实现的一种计算机仪器系统[2]。其实质是以计算机为核心的仪器系统与电脑软件技术的密切结合，将仪器装入计算机。通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件融合，通过软件编程来实现传统仪器中的由硬件电路完成的功能，利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制端，利用计算机强大的软件功能来管理仪器系统，完成对信号数据的运算、分析处理等，可以多种形式输出结果，少量的硬件模块则为虚拟仪器的正常运行提供信号I/O接口设备来完成不同要求的测试。虚拟仪器具有传统仪器没有的性能高、扩展性强、开发时间短、开发成本低等优点，具有很强的灵活开放性。不同领域的科学家和工程师都借助虚拟仪器来解决工作与课题中的实际问题。所以，虚拟仪器自诞生以来就在测量、航空航天、自动化、远程教学和生物医学等世界范围的众多领域内得到了广泛应用[3]。LabVIEW是美国NI（NationalInstrument）公司推出的一种基于图形化编程的软件开发工具，将功能强大的图形化设计平台LabVIEW与相关硬件结合应用于教学上，能够使传统理论教学与实际有效结合，帮助学生完成从理论到实践的学习。LabVIEW软件平台结合数据采集卡等相关硬件可以开发出示波器、信号发生器等常用的电子仪器，不仅可以代替传统仪器且摆脱了传统电子仪器功能单一、更换维护麻烦等缺点[4]。将基于LabVIEW的虚拟仪器应用在教学中极大提高了教学效率，已经逐渐成为一种新的手段。

2.2在医疗仪器教学中应用

“医学仪器原理”是生物医学工程专业的一门专业必修课。该课程涉及了医学和电子学、计算机、信号处理、传感器技术等方面的知识，是一门实践性很强的科目。作为生物医学工程专业的学生，要掌握常见的医疗仪器的基本结构、工作原理，而且还要具有一定的创新思想和科研水平，有开发和设计高水平的医疗电子仪器的素质[5]。因此做好实验教学是学生提高学生实验水平和综合能力的关键。医学仪器原理实验主要将人体生理信号的检测及处理分析作为教学内容，包括了人体血压信号、心电、体温、呼吸、脉搏等生理参数的测量。生物医学信号由传感器转变成电信号，因为人体生理信号比较微弱要先经过信号的放大、滤波等预处理，再进入数据采集卡。信号通过数据采集卡采集到计算机上以后，利用LabVIEW的图像化语言进行编程，实现对数据的各种分析，包括数值分析、频谱分析等，再通过仪器软面板把结果显示在电脑上。我们以人体呼吸测量为例，这种设备一般只在医院常见，用于教学中的仪器基本上没有。因此讲过理论原理后，学生不能够真正透彻的明白，无法满足教学上的需要。我们利用少量硬件设计结合LabVIEW软件编程构建了一个人体呼吸测量系统，采用阻抗式呼吸测量原理，硬件电路主要涉及放大和滤波环节，限于篇幅就不详细说明了。图1为基于LabVIEW平台搭建的呼吸测量面板图，针对学生教学取得了很好的效果，同学们一致反映对呼吸测量的原理有了更透彻的认识，并且能学习新的软件技术，扩展知识面。在LabVIEW环境下进行实验教学只需要根据实际情况，比如是呼吸测量还是心电测量等，通过软件编程及很少的硬件连接便可完成实验任务，即节省了实验成本，又利于实验设备更新，让教师和学生脱离了传统教学仪器功能单一的框框，更重要的是可以充分提高学生积极性和发挥创造性，像搭积木一样，根据不同的测试需要，在计算机上构建一个基于虚拟仪器技术的测试测量装备，这样做还能够充分的节省高校技术资源[6]。