《生物醫(yī)學(xué)工程概論》課程設(shè)置與教學(xué)初探

盧文婷 南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院,廣東 廣州 510515

《生物醫(yī)學(xué)工程概論》課程設(shè)置與教學(xué)初探

盧文婷 南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院,廣東 廣州 510515

介紹了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，根據(jù)我國(guó)“十一五”規(guī)劃對(duì)當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，進(jìn)行了《生物醫(yī)學(xué)工程概論》課程內(nèi)容的設(shè)置安排，并結(jié)合該學(xué)科的特點(diǎn)對(duì)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了初步探索。

生物醫(yī)學(xué)工程；“十一五”規(guī)劃；教學(xué)模式

生物醫(yī)學(xué)工程( biomedical engineering , BME)是20世紀(jì)50 年代形成的一門獨(dú)立的邊緣科學(xué)，現(xiàn)代醫(yī)療器械則是這一新興學(xué)科的產(chǎn)品形式。它是工程技術(shù)向醫(yī)學(xué)科學(xué)滲透的必然結(jié)果。20世紀(jì)50年代以來(lái)，心腦血管疾病、癌癥、糖尿病等現(xiàn)代文明流行病開始威脅人類健康。因此，醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)一步完善和發(fā)展不是以定性觀察、現(xiàn)象歸納為方法學(xué)特征的醫(yī)學(xué)本身所能解決的，它必須和以定量觀測(cè)、系統(tǒng)分析為方法學(xué)特征的工程科學(xué)相結(jié)合，并綜合運(yùn)用各種已有的和正在發(fā)展的高新技術(shù)，才有可能逐步解決這些問(wèn)題。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程已成為生命科學(xué)的重要支柱，是21 世紀(jì)最具有潛在發(fā)展優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)先科技之一[1]。

1、什么是生物醫(yī)學(xué)工程？

1.1 含義

生物醫(yī)學(xué)工程是一個(gè)新興的多學(xué)科交叉領(lǐng)域，其內(nèi)涵是：工程科學(xué)的原理和方法與生命科學(xué)的原理和方法相結(jié)合以認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)的“定量”規(guī)律，并用以維持、改善、促進(jìn)人的健康。

“生物醫(yī)學(xué)工程”這個(gè)詞匯蘊(yùn)含了三個(gè)專業(yè)領(lǐng)域的相互影響：生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程是綜合生命科學(xué)和工程技術(shù)的理論、方法、手段,研究人類及其他生命現(xiàn)象結(jié)構(gòu)功能的理、工、醫(yī)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科，是多種工程技術(shù)學(xué)科向生命科學(xué)滲透和相互交叉的結(jié)果,并已成為生命科學(xué)的重要支柱。生物醫(yī)學(xué)工程是應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)，主要服務(wù)于人類疾病的診斷、預(yù)防、監(jiān)護(hù)、治療及保健、康復(fù)等方面；生物醫(yī)學(xué)工程的主要研究任務(wù)是利用工程技術(shù)手段解決醫(yī)學(xué)診斷、治療和信息化管理等問(wèn)題，為醫(yī)學(xué)提供高技術(shù)含量的現(xiàn)代醫(yī)療裝備。

1.2 內(nèi)容與領(lǐng)域

生物醫(yī)學(xué)工程的研究?jī)?nèi)容可分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究?jī)蓚€(gè)方面。

基礎(chǔ)研究，包括生物力學(xué)、生物控制、生物效應(yīng)、生物系統(tǒng)的質(zhì)量和能量傳遞、生物醫(yī)學(xué)信息的提取與處理、生物材料學(xué)、生物系統(tǒng)的建模與仿真、各種物理因子的生物效應(yīng)等; 應(yīng)用研究，直接為醫(yī)學(xué)服務(wù)，包括生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與傳感技術(shù),生物醫(yī)學(xué)信息處理技術(shù),醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù),人工器官、醫(yī)用制品和儀器,康復(fù)與治療工程技術(shù)等。后者是醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域中最主要的內(nèi)容之一，它的成果直接推動(dòng)醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，效果最明顯、最迅速, 所以特別受醫(yī)學(xué)工程人員和醫(yī)生的重視。

2 課程安排

根據(jù)我國(guó)《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃》，生物醫(yī)學(xué)工程高技術(shù)專項(xiàng)將按照當(dāng)代生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，重點(diǎn)發(fā)展醫(yī)療影像設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)及設(shè)備、腫瘤物理治療設(shè)備等11大類產(chǎn)品,強(qiáng)化新型醫(yī)用植入器械和人工器官、數(shù)字化與智能化醫(yī)療裝備、可生物降解醫(yī)用高分子及藥物控釋載體、醫(yī)療監(jiān)護(hù)和遠(yuǎn)程診療系統(tǒng)等領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。針對(duì)這一方向，我們將設(shè)定14次課，分別介紹各項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品或領(lǐng)域的現(xiàn)狀和發(fā)展，讓學(xué)生對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科有個(gè)整體的了解和認(rèn)識(shí)。課程設(shè)置如下[2]：

1. 生物醫(yī)學(xué)工程概況：介紹生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科概況、發(fā)展歷程、學(xué)科內(nèi)容、工程分支，以及國(guó)內(nèi)外高校建設(shè)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的情況。

2. 組織工程學(xué)：應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和工程學(xué)的原理,吸收現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、材料與工程學(xué)等學(xué)科的科研精華,在體內(nèi)或體外構(gòu)建組織和器官,以維持、修復(fù)、再生或改善損傷組織和器官功能,是繼細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)之后,生命科學(xué)發(fā)展史上又一新的里程碑,標(biāo)志著醫(yī)學(xué)將走出器官移植的范疇,步入制造組織和器官的新時(shí)代。目前組織工程已經(jīng)成為再生醫(yī)學(xué)研究和發(fā)展的核心與主要方向。

3. 生物材料學(xué)：研究與生物體（特別是人體）組織、血液、體液相接觸或作用時(shí)，不凝血、不溶血、不引起細(xì)胞突變、畸變和癌變，不引起免疫排異和過(guò)敏反應(yīng),無(wú)毒、無(wú)不良反應(yīng)的特殊功能材料。許多重點(diǎn)院校和科研單位都成立了相應(yīng)的研究機(jī)構(gòu)，從事生物材料及制品的開發(fā)研究，在天然高分子和合成高分子、無(wú)機(jī)和金屬生物材料研究方面均取得了舉世公認(rèn)的成果。

4. 人工器官：主要研究人體組織與器官的再生、修復(fù)與替代。人工器官在臨床上的應(yīng)用，挽救了不少垂危的生命，為臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展開拓了新途徑。目前人工器官的研究和應(yīng)用已基本遍及人體全身。

5. 生物傳感器技術(shù):使用固定化的生物分子結(jié)合換能器,用來(lái)偵測(cè)生物體內(nèi)或體外的環(huán)境化學(xué)物質(zhì)或與之起特異性交互作用后產(chǎn)生響應(yīng)的技術(shù)。目前,生物傳感器正朝著以下幾個(gè)方面發(fā)展: ①向高性能、微型化、一體化方向發(fā)展；②生化檢測(cè)的智能化系統(tǒng)；③仿生生物學(xué)的發(fā)展。

6. 生物系統(tǒng)的建模與仿真：對(duì)生物體在細(xì)胞、器官和整體等各層面的參數(shù)及其相互關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型，并用計(jì)算機(jī)求解該模型以分析和預(yù)測(cè)各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制和狀態(tài)。研究領(lǐng)域涵蓋生物力學(xué)、復(fù)雜生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的建模與仿真等領(lǐng)域，主要采用計(jì)算力學(xué)、圖形圖像分析和數(shù)學(xué)建模等方法，對(duì)生物醫(yī)學(xué)中的科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模和分析。

7. 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與處理技術(shù)：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)與處理幾乎成為了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科共同的研究方向。從生物體中獲取各種生物醫(yī)學(xué)信息，并將其轉(zhuǎn)換為易于檢測(cè)和處理的電信號(hào)。

8. 醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù)：研究如何將人體有關(guān)生理、病理的信息提取出來(lái)并顯示為直觀的圖像、圖形方式，或?qū)σ延械尼t(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析處理，為疾病的早期診斷和治療提供了可能性,也為臨床診斷引入了新的概念。

9. 數(shù)字化X射線影像技術(shù)及設(shè)備：數(shù)字化X射線影像技術(shù)現(xiàn)已成為臨床診斷的最主要手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括:直接數(shù)字化平面X射線影像技術(shù);數(shù)字化X射線三維影像技術(shù);低劑量CT、容積CT等。

10. 磁共振影像技術(shù)及設(shè)備：磁共振影像是檢測(cè)人體解剖、生理和心理信息的多因素、多層面和多對(duì)比度成像設(shè)備。

11. 核醫(yī)學(xué)成像技術(shù)及設(shè)備：核醫(yī)學(xué)成像是對(duì)放射性核素標(biāo)記化合物的體內(nèi)生化過(guò)程成像的裝備,是目前能夠在臨床應(yīng)用的最主要的分子成像手段。涉及的關(guān)鍵技術(shù)：?jiǎn)喂庾訑鄬映上? SPECT)技術(shù)和系統(tǒng)、正電子發(fā)射( PET)影像技術(shù)和系統(tǒng)、PET與CT融合技術(shù)等。

12. 數(shù)字化超聲波成像技術(shù)及設(shè)備：超聲成像設(shè)備在四大影像設(shè)備中使用最為廣泛。目前重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)包括：多波束成像技術(shù)、諧波成像技術(shù)、多角度復(fù)合成像技術(shù)、三維成像技術(shù)、電容式微機(jī)械超聲換能器、彩色超聲成像設(shè)備系統(tǒng)、數(shù)字黑白超聲影像設(shè)備等。

13.醫(yī)學(xué)納米技術(shù)和納米材料：可運(yùn)載腫瘤標(biāo)志物分子的特異性抗體、腫瘤治療藥物以及造影劑等新的高效藥物(基因)載體；發(fā)展納米尺度的顯微探針成像技術(shù)；發(fā)展用于組織再生修復(fù)的納米生物材料；建立用于納米材料健康與安全評(píng)價(jià)的技術(shù)與方法，都是當(dāng)前重點(diǎn)發(fā)展方向。

14.康復(fù)工程技術(shù):重點(diǎn)發(fā)展假肢仿生智能控制技術(shù)、低成本假肢矯形、適應(yīng)不同功能障礙者工作和學(xué)習(xí)的環(huán)境控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程交流、認(rèn)知功能康復(fù)、人工電子耳蝸漢語(yǔ)識(shí)別、電子助視、老年人室內(nèi)安全監(jiān)護(hù)等技術(shù)。

3 教學(xué)模式的探索

針對(duì)課程本身的特點(diǎn)和學(xué)生認(rèn)知的特點(diǎn)，設(shè)想從以下幾個(gè)方面探索課程的教學(xué)：

3.1 多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)具有直觀、生動(dòng)、易于理解的特點(diǎn)，并可節(jié)約教學(xué)時(shí)間，提高效率。由于每次課針對(duì)的是某項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域相關(guān)理論知識(shí)和行業(yè)動(dòng)態(tài)的介紹，涉及的知識(shí)點(diǎn)多且泛，采用多媒體教學(xué)課件進(jìn)行教學(xué)，形象直觀，趣味性強(qiáng)，可以使學(xué)生印象深刻，降低了抽象知識(shí)的理解難度和記憶難度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.2 優(yōu)化課程內(nèi)容，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)

在教學(xué)中注意把握課程的整體體系，強(qiáng)調(diào)課程知識(shí)點(diǎn)和適用性。教學(xué)重點(diǎn)清晰，適當(dāng)補(bǔ)充行業(yè)最新動(dòng)態(tài)作為課外知識(shí)。課堂授課的重點(diǎn)應(yīng)放在概念的理解和相關(guān)模型的建立。

同時(shí)，應(yīng)創(chuàng)造條件充實(shí)參觀和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓復(fù)雜的理論實(shí)物化、形象化、簡(jiǎn)單化。跟有教學(xué)合作基礎(chǔ)的醫(yī)院聯(lián)系，安排學(xué)生到相應(yīng)科室參觀相關(guān)設(shè)備和操作系統(tǒng)，開展現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)和盡可能多的實(shí)驗(yàn)課，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如果條件允許，還可以讓學(xué)生參與到實(shí)際操作中。通過(guò)這種實(shí)踐教學(xué)，使學(xué)生覺(jué)得取得臨床上的應(yīng)用成就并不是遙不可及，從而增強(qiáng)他們對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣。

3.3 除了教材中的內(nèi)容，給學(xué)生介紹生物醫(yī)學(xué)工程的最新進(jìn)展

在大力提倡科技創(chuàng)新的今天,密切關(guān)注生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的發(fā)展動(dòng)向有著極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。為了讓學(xué)生能及時(shí)適應(yīng)學(xué)科各個(gè)領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)，教師除了完成教材知識(shí)的講授之外，還應(yīng)該適當(dāng)介紹近年來(lái)各領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)新產(chǎn)品。對(duì)教師來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樗蠼處熎綍r(shí)要多留意行業(yè)的新動(dòng)態(tài)，把握學(xué)科發(fā)展趨勢(shì)[3]。

我們對(duì)《生物醫(yī)學(xué)工程概論》課程的安排設(shè)置與教學(xué)探索中遇到了很多問(wèn)題，在日后教學(xué)實(shí)踐中要不斷地對(duì)課程內(nèi)容體系以及教學(xué)方法進(jìn)行大膽革新，從而提高教學(xué)的質(zhì)量。

[1] 董秀珍，等.我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)教育有關(guān)問(wèn)題的探討. 中國(guó)高等醫(yī)學(xué)教育.2002年第5期:6～9

[2] 謝俊祥.我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的研

究及發(fā)展.醫(yī)學(xué)研究雜志.2008年第37卷第8期:118～121

[3] 李海云，等.生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育模式的實(shí)踐與探索.醫(yī)療衛(wèi)生裝備.2006年第27卷第5期:59～60

This paper introduces the characteristic and the development of the biomedical engineering. According to the 11th five-year plan on the technology and the development direction of biomedical engineering,this paper discusses the setting of the course and teaching experience.

biomedical engineering；the 11th five-year plan；teaching experience

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.171

盧文婷（1984-），女，碩士，浙江寧波人，南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，助教，主要研究方向：腫瘤放射物理學(xué)。通訊作者：周凌宏（1965-），男，碩士，湖北紅安縣人，南方醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：腫瘤放射物理學(xué)和智能醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)。