生物醫(yī)學(xué)工程為守護(hù)健康而生

■文/王國(guó)強(qiáng)

王國(guó)強(qiáng)，中國(guó)科協(xié)創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院研究員，博士，主要研究方向是科技史、科技政策和科技傳播。

20世紀(jì)的新技術(shù)革命把“生命”與“工程”緊緊地聯(lián)系在了一起，促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的誕生。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展不僅取決于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的創(chuàng)新，而且依賴于技術(shù)工程裝備的重大突破。從第一臺(tái)X射線儀出現(xiàn)到X射線CT（X-CT）、核磁共振CT（NMR-CT）、正電子CT（PET）、超聲CT（U-CT）等影像技術(shù)的發(fā)展，從首架光學(xué)顯微鏡到硬管式內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡、電子內(nèi)窺鏡等醫(yī)用光學(xué)技術(shù)的推廣，從早期心電描記器到自動(dòng)生化分析儀、血液細(xì)胞分析儀、心臟監(jiān)護(hù)自動(dòng)分析儀等各種電子醫(yī)療裝置的應(yīng)用，以及人工器官制造和心導(dǎo)管造影術(shù)、血管支架等介入技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)的新技術(shù)革命把“生命”與“工程”緊緊地聯(lián)系在了一起，促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的誕生，從一個(gè)側(cè)面展現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)波瀾起伏的創(chuàng)新發(fā)展歷程。

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)設(shè)備不斷革新突破

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)工程各分支學(xué)科研究中不可或缺的重要手段。20世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展直接促進(jìn)了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)的建立和發(fā)展，形成了X-CT、NMR-CT、放射性核素CT（R-CT）、U-CT等“四大”當(dāng)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備，為各種疾病診斷提供了器官、組織、細(xì)胞甚至分子水平的圖像。

X射線的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著放射醫(yī)學(xué)的正式誕生，開(kāi)啟了醫(yī)學(xué)影像嶄新時(shí)代。1895年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴（Conrad Roentgen）發(fā)現(xiàn)X射線。幾個(gè)月后的1896年，德國(guó)工程師雷諾茲（Russell Reynolds）制成了人類歷史上第一臺(tái)X射線儀，使人類得以在沒(méi)切口的情況下觀看到人體內(nèi)部情況。這臺(tái)X射線儀在2009年被英國(guó)公眾評(píng)為“改變了未來(lái)”的最為重要的發(fā)明。X射線儀在醫(yī)療上的最初應(yīng)用主要是骨折、尿道結(jié)石、異物等方面的診斷。但是，X射線存在穿透體內(nèi)器官而得不到顯影的問(wèn)題。1898年，美國(guó)人創(chuàng)造了鉍鹽胃腸道造影技術(shù)，后來(lái)改為鋇鹽。20世紀(jì)20年代，美國(guó)人又發(fā)明了碘化物支氣管和脊髓造影技術(shù)，30年代初則發(fā)明了大腦造影技術(shù)，使顯影技術(shù)得到較快的發(fā)展。從此，X射線成為許多疾病，特別是體內(nèi)各種器官的腫瘤不可缺少的診斷手段。

X射線透視攝影產(chǎn)生的影像重疊問(wèn)題催生了具有劃時(shí)代意義的X-CT。X-CT又稱X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影，基本原理有兩個(gè)：一個(gè)是X射線能使人體的組織、器官產(chǎn)生不同的衰減射線投影的物理學(xué)原理；另一個(gè)則是任何物體均可以通過(guò)其無(wú)數(shù)投影的集合重建圖像的數(shù)學(xué)原理。CT的物理學(xué)原理并不復(fù)雜，而圖像重建數(shù)學(xué)原理的應(yīng)用卻相當(dāng)復(fù)雜，必須經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理。1963年，美國(guó)物理學(xué)家科馬克（Allan M.Cormack）發(fā)現(xiàn)人體不同組織對(duì)X射線的透過(guò)率有所不同，70年代初提出從不同角度進(jìn)行X射線照射可測(cè)定人體組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1967年，英國(guó)電子工程師豪恩斯菲爾德（Godfrey Hounsfield）制作了一臺(tái)能加強(qiáng)X射線放射源的簡(jiǎn)單掃描裝置。1971年，豪恩斯菲爾德在倫敦郊外一家醫(yī)院安裝了這種裝置，并進(jìn)行了頭部檢查。1972年英國(guó)EMI公司研制出第一臺(tái)用于腦部的X-CT，其后迅速發(fā)展成為用于全身檢查的X-CT。X-CT分辨率可達(dá)1毫米，能對(duì)腫瘤早期診斷、顱腦外傷、腦出血等做出正確定位，產(chǎn)生了驚人的治療效果?？岂R克和豪恩斯菲爾德因此榮獲了1979年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。計(jì)算機(jī)斷層攝影的出現(xiàn)，使醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)生了革命性的變化，代表著20世紀(jì)影像技術(shù)設(shè)備發(fā)展的最高成就。

X-CT出現(xiàn)后僅一年，影像設(shè)備與技術(shù)就再次發(fā)生了新的革命性突破。1973年，美國(guó)化學(xué)家勞特布爾（Paul Lauterbur）提出核磁共振成像（NMR）的思想方法。英國(guó)科學(xué)家曼斯菲爾德（Peter Mansfield）又進(jìn)一步驗(yàn)證和改進(jìn)了這種方法。在此二人成果的基礎(chǔ)上，1978年EMI公司研制出第一臺(tái)NMR-CT。1980年，第一臺(tái)可以用于臨床的全身NMR在美國(guó)福納（Fonar）公司誕生。1984年，第一臺(tái)醫(yī)用NMR-CT獲得美國(guó)FDA認(rèn)證。此后，NMR-CT迅速走向市場(chǎng)。此時(shí)，美蘇核危機(jī)愈演愈烈。美國(guó)放射學(xué)會(huì)建議將NMR改為MRI以緩解公眾特別是患者對(duì)“N”（核醫(yī)學(xué)）的擔(dān)心，因此，NMR-CT變成了MRI，磁共振成像的術(shù)語(yǔ)沿用至今。勞特布爾和曼斯菲爾德因?qū)Υ殴舱癯上窦夹g(shù)做出的杰出貢獻(xiàn)獲得2003年諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。MRI-CT可以顯示體內(nèi)不同化學(xué)環(huán)境和代謝過(guò)程的清晰圖像，能發(fā)現(xiàn)人體生理和生化過(guò)程的早期變化，改變了過(guò)去依靠病理解剖了解病變的傳統(tǒng)方法，同樣具有劃時(shí)代的意義。

生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)裝備大事記

1806年

德國(guó)醫(yī)生波茲尼提出內(nèi)窺鏡概念，并設(shè)計(jì)制造了第一個(gè)以蠟燭為光源、用于觀察膀胱與直腸內(nèi)部的導(dǎo)光器。

1816年

法國(guó)醫(yī)生雷奈克發(fā)明了聽(tīng)診器，把直接聽(tīng)診改變?yōu)殚g接聽(tīng)診。

1896年

德國(guó)工程師雷諾茲制成了人類歷史上第一臺(tái)X射線儀，使人類得以在沒(méi)切口的情況下觀看人體內(nèi)部情況。

1903年

荷蘭心理學(xué)家艾因特霍芬研制成功了第一臺(tái)心電圖機(jī)。

原子物理學(xué)、同位素技術(shù)、超聲技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使影像技術(shù)設(shè)備再次邁向新臺(tái)階。1951年，美國(guó)科學(xué)家凱森（Benedict Cassen）發(fā)明同位素掃描儀并應(yīng)用于肝臟和甲狀腺核素檢查，核素顯像就此加入到了影像學(xué)的行列。1957年，美國(guó)科學(xué)家安格（Hal O. Anger）發(fā)明了第一臺(tái)γ照相機(jī)，使核醫(yī)學(xué)檢查技術(shù)將動(dòng)態(tài)功能和圖像結(jié)合起來(lái)。1972年，美國(guó)內(nèi)科醫(yī)師庫(kù)赫（David Kuhl）應(yīng)用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖，為正電子CT（PET）和單光子CT（SPECT）的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)，庫(kù)赫也因此被稱為“發(fā)射斷層之父”。1973年，美國(guó)華盛頓大學(xué)的費(fèi)爾普斯（Michael E. Phelps）、霍夫曼（Edward J.Hoffman）等人研制成功第一臺(tái)原型PET掃描機(jī)。1977年，首臺(tái)全身PET掃描機(jī)正式推出。PET的出現(xiàn)使人們能在分子水平上了解腦的功能。20世紀(jì)80年代PET技術(shù)日漸成熟，90年代PET已成為發(fā)達(dá)國(guó)家影像學(xué)診斷的重要工具。PET技術(shù)由于本身分辨率低的原因，與傳統(tǒng)影像學(xué)相比，還不能揭示準(zhǔn)確的解剖結(jié)構(gòu)，在一定程度上限制了它的發(fā)展。1998年，第一臺(tái)專用PET-CT原型機(jī)安裝在美國(guó)匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心，完成了真正意義上的功能與解剖影像的統(tǒng)一，使影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展向前邁出了具有歷史意義的決定性的一步。1979年，庫(kù)赫等人研制成功了第一臺(tái)SPECT。1991年，美國(guó)舊金山大學(xué)的長(zhǎng)谷川（Bruce H.Hasegawa）和朗（Thomas F. Lang）等將一臺(tái)SPECT儀和一臺(tái)CT串聯(lián)在一起，并獲得很好的效果。1998年，美國(guó)通用電氣公司基于這一設(shè)計(jì)的SPECT/CT推向市場(chǎng)，獲得巨大的商業(yè)成功。2004年，德國(guó)西門子公司在第51屆美國(guó)核醫(yī)學(xué)年會(huì)上提出了一種新的融合影像技術(shù)概念，首次將SPECT的功能影像與多層診斷CT的豐富解剖細(xì)節(jié)進(jìn)行了充分的結(jié)合，使SPECT技術(shù)得以繼續(xù)向前發(fā)展。

此外，自1942年奧地利科學(xué)家達(dá)西克（Karl T. Dussik）首次進(jìn)行超聲波穿透顱腦的實(shí)驗(yàn)后，醫(yī)用超聲成像技術(shù)也得到迅速發(fā)展。X-CT問(wèn)世后，1974年美國(guó)科學(xué)家格林利夫（James F.Greenleaf）首次報(bào)告了U-CT實(shí)驗(yàn)，開(kāi)啟了超聲CT技術(shù)的發(fā)展。

1929年

德國(guó)醫(yī)學(xué)家貝格爾發(fā)明了腦電描記器。

1932年

美國(guó)胸科醫(yī)生海曼設(shè)計(jì)制作出第一臺(tái)發(fā)條驅(qū)動(dòng)的人工心臟起搏器。

1943年

荷蘭醫(yī)生科爾夫研制出世界上第一臺(tái)轉(zhuǎn)鼓式人工腎，是第一個(gè)把人工腎帶進(jìn)臨床應(yīng)用的人。

1953年

庫(kù)爾特公司推出第一代只能計(jì)數(shù)紅白細(xì)胞的血液細(xì)胞分析儀。

1957年

德國(guó)希爾維茨等人研制出世界上第一個(gè)光導(dǎo)纖維內(nèi)鏡原型，拉開(kāi)纖維內(nèi)窺鏡發(fā)展的帷幕。

美國(guó)泰克爾康公司根據(jù)斯凱格斯教授的設(shè)計(jì)方案制造出第一臺(tái)全自動(dòng)生化儀。

醫(yī)用光學(xué)技術(shù)設(shè)備豐富檢查手段

自17世紀(jì)荷蘭人列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）發(fā)明了真正意義上的顯微鏡后，光學(xué)技術(shù)與設(shè)備就給現(xiàn)代醫(yī)學(xué)注入了新的生命力。借助顯微鏡，人們看到了人體微觀層次的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其變化；借助內(nèi)窺鏡，人們看到X射線不能顯示的病變。

顯微鏡是人類進(jìn)入原子時(shí)代的標(biāo)志，是醫(yī)學(xué)觀察、臨床檢驗(yàn)的重要工具。顯微鏡大致可分光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡兩大類。光學(xué)顯微鏡主要用于臨床檢驗(yàn)。17世紀(jì)列文虎克首次使用顯微鏡就發(fā)現(xiàn)了微生物、紅細(xì)胞和一些原生動(dòng)物。英國(guó)顯微鏡之父胡克（Robert Hooke）改進(jìn)了列文虎克的顯微鏡，并于1665年出版了《顯微鏡》一書(shū)，首次提出細(xì)胞一詞的概念。德國(guó)人蔡司（Carl Zeiss）在1861年首次設(shè)計(jì)出復(fù)合式顯微鏡。1911年，德國(guó)人黑姆斯泰特（Oskar Heimstadt）發(fā)明了第一臺(tái)熒光顯微鏡，成為生物醫(yī)學(xué)研究的重要工具。1929年，德國(guó)藥物學(xué)家埃林格爾（Philipp Ellinger）和解剖學(xué)家希爾特（August Hirt）發(fā)明了落射熒光顯微鏡。為了突破光學(xué)顯微鏡的局限性，人們把目光投向在真空中高速運(yùn)動(dòng)的電子上。1931年，德國(guó)人魯斯卡（Ernst Ruska）等人研制出第一臺(tái)透視電子顯微鏡。此后，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，顯微鏡的分辨率大大提高。1952年，英國(guó)工程師奧特利（Charles Oatley）制造出了第一臺(tái)掃描電子顯微鏡（SEM）。1983年，IBM公司蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的德國(guó)物理學(xué)家賓尼希（Gerd Binnig）和瑞士物理學(xué)家羅雷爾（Heinrich Rohrer）發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM）。STM顛覆了傳統(tǒng)顯微鏡的概念，不使用鏡頭而用一根探針，利用“隧道效應(yīng)”，通過(guò)測(cè)量電流而知道物體表面的形狀，分辨率可以達(dá)到單個(gè)原子的級(jí)別。因?yàn)檫@項(xiàng)奇妙的發(fā)明，賓尼希和羅雷爾獲得了1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。電子顯微鏡的發(fā)明者魯斯卡在同一年與他們共享了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。電子顯微鏡在細(xì)胞生物學(xué)中的應(yīng)用奠定了現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)，被廣泛用于病毒、細(xì)菌、真菌等表面及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察，是20世紀(jì)最為重要的發(fā)明之一。

內(nèi)窺鏡是醫(yī)學(xué)檢查、診斷和治療的重要檢測(cè)儀器，因其直觀性，具有獨(dú)一無(wú)二的價(jià)值。其發(fā)展歷程分為硬管式內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡、電子內(nèi)窺鏡等三個(gè)階段。1806年，德國(guó)醫(yī)生波茲尼（Phillip Bozzini）提出內(nèi)窺鏡的概念，并設(shè)計(jì)制造了一種以蠟燭為光源的、用于觀察膀胱與直腸內(nèi)部的導(dǎo)光器，被譽(yù)為內(nèi)窺鏡發(fā)明第一人。盡管波茲尼在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有將這種器械用于人體，但還是因?yàn)檫@種“好奇心”受到醫(yī)院的處罰。1835年，法國(guó)外科醫(yī)生德索爾莫（Antonin J. Desormeaux）以煤油燈為光源將這種導(dǎo)光器用于膀胱檢查，并于1868年在自己文章中正式使用“內(nèi)窺鏡”一詞。白熾燈發(fā)明后不久，1879年德國(guó)泌尿外科醫(yī)生尼采（Maximilian Nitze）就制成了第一個(gè)含光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡，即膀胱鏡。1881年，波蘭醫(yī)生米庫(kù)利奇（Jan Mikulicz-Radecki）等人采用尼采的硬管光學(xué)系統(tǒng)成功研制出第一個(gè)適用于臨床的胃鏡。1897年，德國(guó)科學(xué)家基利安（Gustav Killian）研制并成功使用了第一個(gè)支氣管鏡。1901年，德國(guó)外科醫(yī)生克林（Georg Kelling）為觀察氣腹對(duì)狗腹腔內(nèi)器官的影響制作出第一個(gè)腹胸腔鏡。光導(dǎo)纖維的發(fā)明與應(yīng)用，使內(nèi)窺鏡有了歷史性的變革，進(jìn)入了具有現(xiàn)代意義上的纖維內(nèi)窺鏡發(fā)展階段。1957年，德國(guó)胃腸病學(xué)家希爾維茨（Basil Hirschowitz）等人研制出世界上第一個(gè)用于胃、十二指腸檢查的光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡原型，拉開(kāi)纖維內(nèi)窺鏡發(fā)展的帷幕。從20世紀(jì)60年代到80年代的20年里，各種纖維內(nèi)窺鏡不但完全取代了硬管式內(nèi)窺鏡，而且還可以進(jìn)行手術(shù)治療。1987年，法國(guó)醫(yī)生莫雷茵（Philippe Mouret）在一位婦女身上完成了世界上第一例電視腹腔鏡膽囊切除術(shù)，從而在世界范圍掀起了一場(chǎng)腹腔鏡外科的革命。1983年，美國(guó)偉倫（Welch Allyn）公司研制并應(yīng)用微型圖像傳感器代替了內(nèi)窺鏡的光導(dǎo)纖維導(dǎo)像術(shù)，宣告了電子內(nèi)窺鏡的誕生，促成內(nèi)窺鏡發(fā)展史上又一次歷史性的突破。電子內(nèi)窺鏡主要由內(nèi)窺鏡、電視信息系統(tǒng)中心和電視監(jiān)視器三個(gè)部分組成，比普通光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡的圖像清晰，色澤逼真，分辨率更高，而且可供多人同時(shí)觀看。目前，內(nèi)窺鏡技術(shù)正從最初觀察診斷階段逐漸進(jìn)入治療手術(shù)階段。此外，激光技術(shù)和紅外線技術(shù)也被廣泛用于醫(yī)學(xué)治療。

1960年

第一個(gè)專用心電圖波形自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)建立起來(lái)。

1972年

英國(guó)EMI公司研制出第一臺(tái)用于腦部的X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影X-CT。

1973年

美國(guó)華盛頓大學(xué)的費(fèi)爾普斯、霍夫曼等人研制出第一臺(tái)原型PET掃描機(jī)。

1974年

美國(guó)科學(xué)家格林利夫首次報(bào)告了U-CT實(shí)驗(yàn)，開(kāi)啟了超聲CT技術(shù)的發(fā)展。

1976年

美國(guó)肖特利夫等人完成了世界上第一個(gè)用于血液感染病的診斷、治療和咨詢服務(wù)的醫(yī)療專家系統(tǒng)。

醫(yī)用電子技術(shù)設(shè)備必不可少

20世紀(jì)電子技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各個(gè)方面，并逐步形成了醫(yī)學(xué)電子學(xué)這門技術(shù)學(xué)科。電子醫(yī)療裝置已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診療的必要手段。

最早發(fā)明的電子診斷儀要首推荷蘭心理學(xué)家艾因特霍芬（Willem Einthoven）發(fā)明的心電描記器。心臟病的診斷在近代以前主要靠耳朵靠近患者的胸廓診察心肺聲音。1816年法國(guó)醫(yī)生雷奈克（René Laennec）發(fā)明了聽(tīng)診器，才把直接聽(tīng)診改變?yōu)殚g接聽(tīng)診。1903年，艾因特霍芬通過(guò)不斷改進(jìn)前人的弦線電流計(jì)，成功記錄了心臟跳動(dòng)時(shí)心電變化的狀況，所得到的心電圖也被很快用于心率、傳導(dǎo)和冠狀動(dòng)脈硬化等情況的診斷。從此，心電圖的臨床意義得到公認(rèn)。隨后，1920年可移動(dòng)的手推車式心電計(jì)面世，1928年攜帶式心電圖機(jī)面世。艾因特霍芬因在心電圖上的杰出貢獻(xiàn)及在心電理論上的卓越建樹(shù)榮獲了1924年諾貝爾獎(jiǎng)生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1960年，第一個(gè)專用心電圖波形自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)建立起來(lái)。1978年，美國(guó)公司首次推出數(shù)字化12導(dǎo)聯(lián)同步心電圖機(jī)，開(kāi)創(chuàng)了心電圖記錄、分析與診斷、保存與管理的新紀(jì)元，心電圖機(jī)就此進(jìn)入數(shù)字化發(fā)展新時(shí)代。

腦電圖為腦病診斷學(xué)與神經(jīng)生理學(xué)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。1929年，德國(guó)醫(yī)學(xué)家貝格爾（Hans Berger）發(fā)明了腦電圖機(jī)。人們最初是從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了腦的電活動(dòng)現(xiàn)象。1875年，英國(guó)外科醫(yī)師卡頓（Richard Caton）對(duì)兔、犬等動(dòng)物暴露的大腦皮層進(jìn)行了電流直接，以檢測(cè)腦內(nèi)電流活動(dòng)情況。1903年，德國(guó)醫(yī)學(xué)家貝格爾受這些成就的啟發(fā)，利用艾因特霍芬的弦線電流計(jì)，開(kāi)始了動(dòng)物腦電流記錄實(shí)驗(yàn)。1924年，貝格爾首次對(duì)人的腦電圖進(jìn)行了測(cè)量和描述。1929年，他發(fā)明了腦電描記器，詳細(xì)記錄腦電活動(dòng)的情況，并為癲癇、腦腫瘤、腦損傷定位提供了檢查方法，并發(fā)表《關(guān)于人的腦電圖》的研究論文。經(jīng)過(guò)腦電描記技術(shù)和記錄裝置的不斷改進(jìn)，腦電圖與X射線檢查、心電圖檢查一樣成為癲癇、腦腫瘤及其他神經(jīng)疾病診斷的有力手段。

隨著控制論、自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，各種醫(yī)用自動(dòng)分析儀器應(yīng)運(yùn)而生。世界上第一臺(tái)自動(dòng)生化儀是1957年美國(guó)泰克尼康（Technicon）公司根據(jù)斯凱格斯（Leonard Skeggs）教授的設(shè)計(jì)方案制造的，主要用于生化分析中的分享、取樣、識(shí)別樣品、加入試劑、攪拌混合、測(cè)定、顯示記錄等過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)了全部自動(dòng)化。此后，該類儀器發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了單通道、雙通道、多通道儀器，成為20世紀(jì)50年代到70年代末世界市場(chǎng)上銷售量最大的儀器。80年代，泰克爾康公司為克服樣品之間和試劑之間的交叉污染，又發(fā)明了任選式測(cè)定方式的儀器。90年代后，自動(dòng)生化分析技術(shù)在準(zhǔn)確性、精密度、高效率、低消耗和參與實(shí)驗(yàn)室管理等方面有了不同程度的發(fā)展。

20世紀(jì)40年代末，血細(xì)胞分析主要采用光電法和電容法，主要是根據(jù)細(xì)胞稀釋液對(duì)光吸收程度的不同或血細(xì)胞通過(guò)電極時(shí)電容改變不同而進(jìn)行計(jì)數(shù)的，但儀器靈敏度低和易受干擾等缺點(diǎn)使其在推廣應(yīng)用上大大受限。50年代初，美國(guó)人庫(kù)爾特（Wallace H. Coulter）提出利用通過(guò)小孔的顆粒會(huì)引起電路中電阻變化來(lái)實(shí)現(xiàn)血細(xì)胞計(jì)數(shù)自動(dòng)化的設(shè)想，開(kāi)辟了血細(xì)胞分析的新紀(jì)元。直到今天，全世界正在使用的血細(xì)胞分析儀，絕大部分仍然是根據(jù)這一原理制造的。1953年，庫(kù)爾特公司推出第一代只能計(jì)數(shù)紅白細(xì)胞的血液細(xì)胞分析儀。60年代，以庫(kù)爾特原理為基礎(chǔ)的各種類型血液分析儀得到廣泛應(yīng)用，并逐步替代了傳統(tǒng)的顯微鏡常規(guī)操作。1976年，分離式與流動(dòng)式血細(xì)胞計(jì)數(shù)儀的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了白細(xì)胞、紅細(xì)胞和血小板計(jì)數(shù)全自動(dòng)化。80年代初，雙通道儀器的推出，實(shí)現(xiàn)了血液細(xì)胞分析的全自動(dòng)化。90年代后，血細(xì)胞分群技術(shù)獲得長(zhǎng)足進(jìn)步，許多血細(xì)胞分析儀都在不斷增加新的參數(shù)，以滿足臨床診療方面的需求。

心臟監(jiān)護(hù)自動(dòng)分析可追溯至1962年北美洲建立了第一批冠心病監(jiān)護(hù)病房（CCU），這是近30年發(fā)展起來(lái)的醫(yī)療常用電子設(shè)備。心臟監(jiān)護(hù)自動(dòng)分析儀主要采用微計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)心電信息進(jìn)行采集、分析、處理、實(shí)時(shí)記錄、記憶、存儲(chǔ)等。目前，心臟監(jiān)護(hù)儀正朝著便攜式、多通道、數(shù)字智能型、網(wǎng)絡(luò)共享型等方向發(fā)展。

此外，醫(yī)學(xué)電子設(shè)備還包含著一些輔助診斷和醫(yī)院管理中的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代中后期，國(guó)外基于人工智能原理出現(xiàn)了一些專家知識(shí)庫(kù)咨詢系統(tǒng)，提出醫(yī)學(xué)決策思維的結(jié)構(gòu)模式來(lái)模擬醫(yī)生的推理，曾經(jīng)風(fēng)行一時(shí)。例如，1976年美國(guó)肖特利夫（Edward H.Shortliffe）等人完成的世界上第一個(gè)用于血液感染病的診斷、治療和咨詢服務(wù)的醫(yī)療專家系統(tǒng)（MYCIN）；1979年中國(guó)涂序彥、郭榮江等完成的世界上第一個(gè)中醫(yī)專家系統(tǒng)“中醫(yī)關(guān)幼波肝炎診斷治療程序”。計(jì)算機(jī)醫(yī)院管理系統(tǒng)的范圍大小不一，正從患者預(yù)約或疾病診斷的單一系統(tǒng)發(fā)展到醫(yī)院全面信息管理的復(fù)雜系統(tǒng)。

1978年

EMI公司研制出第一臺(tái)NMR-CT，成功地獲得了第一張人體頭部的 NMR斷層圖像。

1979年

美國(guó)內(nèi)科醫(yī)師庫(kù)赫等人研制成功了第一臺(tái)SPECT。

1983年

德國(guó)物理學(xué)家賓尼希和瑞士物理學(xué)家羅雷爾發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM）。

1986年

瑞士醫(yī)生西格瓦特進(jìn)行了第一例冠狀動(dòng)脈支架置入術(shù)，介入心臟病學(xué)進(jìn)入金屬支架時(shí)代。

1998年

第一臺(tái)專用PET-CT原型機(jī)安裝在美國(guó)匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心。

人工器官與介入治療技術(shù)設(shè)備日新月異

人工器官與介入治療技術(shù)設(shè)備是20世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的又一重要標(biāo)志。

人工腎又稱血液透析機(jī)，主要用于治療腎功能衰竭和尿毒癥患者。19世紀(jì)中葉，英國(guó)化學(xué)家格雷姆（Thomas Graham）發(fā)現(xiàn)了“透析”現(xiàn)象。1912年，美國(guó)生物化學(xué)家埃布爾（John J.Abel）通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了火棉膠膜具有半透膜的功能，并設(shè)計(jì)出被稱為“人工腎”的一個(gè)簡(jiǎn)單透析器。1943年，荷蘭醫(yī)生科爾夫（Willem J. Kolff）第一個(gè)把人工腎帶進(jìn)臨床應(yīng)用，用塞璐芬膜代替火棉膠，研制出世界上第一臺(tái)轉(zhuǎn)鼓式人工腎。此后，隨著高分子材料的不斷改進(jìn)，人工腎朝著多功能、小型化方向發(fā)展。1960年，挪威人希爾（Fredrik Kiil）研制出Kill型平板透析器，大大促進(jìn)了血液透析儀的發(fā)展及普及。1967年，美國(guó)的里普斯（Ben J. Lipps）發(fā)明了全世界第一個(gè)空心纖維透析器，因體積小、透析效率高、脫水能力強(qiáng)，沿用至今。

心臟起搏器可以說(shuō)是人類歷史上偉大的發(fā)現(xiàn)，在人類的科學(xué)技術(shù)發(fā)明中占有重要的地位。1791年，意大利科學(xué)家加爾瓦尼（Luigi Galvani）發(fā)表了對(duì)蛙肌肉和蛙心臟電刺激現(xiàn)象的研究結(jié)果。1804年，他的侄子阿爾迪尼（Giovanni Aldini）通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，提出電刺激可以減輕或緩解心源性暈厥。1862年，英國(guó)醫(yī)生沃爾什（Walter H.Walshe）報(bào)道了電刺激治療心臟驟停的案例。1928年，澳大利亞麻醉醫(yī)生立德威爾（Mark C. Lidwill）與物理學(xué)家布特（Edgar H. Boot）合作設(shè)計(jì)了起搏器最初的雛形。1932年，美國(guó)胸科醫(yī)生海曼（Albert Hyman）設(shè)計(jì)制作出人類第一臺(tái)質(zhì)量達(dá)7.2千克由發(fā)條驅(qū)動(dòng)的電脈沖發(fā)生器。海曼將其稱為“人工心臟起搏器”，這一術(shù)語(yǔ)一直沿用至今。1951年，加拿大醫(yī)生卡拉漢（John Callaghan）用心導(dǎo)管成功地進(jìn)行了體外右心房起搏。1952年，美國(guó)哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)生佐爾（Paul Zoll）首次在人體胸壁的表面施行電脈沖刺激心臟，成功地為一位心臟停搏患者進(jìn)行了心臟復(fù)蘇。臨時(shí)性心臟起搏器技術(shù)逐漸成為緩慢心律失常的一種常規(guī)治療方法，佐爾也因此被稱為“心臟起搏之父”。1958年，瑞典斯德哥爾摩的卡羅林斯卡醫(yī)院植入了世界首例全埋藏式人工心臟起搏器。1960年，美國(guó)醫(yī)生李拉海（Clarence W. Lillehei）完成了美國(guó)歷史上第一臺(tái)人工心臟起搏器的植入術(shù)。至今，心臟起搏技術(shù)還在迅猛發(fā)展，每年都有很多新的功能、新的技術(shù)問(wèn)世。

介入治療技術(shù)是利用醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和特制的精密器械，協(xié)助對(duì)人體系統(tǒng)疾病進(jìn)行診斷和治療的一種方法。1844年，法國(guó)生理學(xué)家貝爾納（Claude Bernard）首次嘗試從頸動(dòng)脈將導(dǎo)管插入動(dòng)物心臟進(jìn)行血壓測(cè)量。1929年，德國(guó)醫(yī)生福斯曼（Werner Forssmann）在自己身上進(jìn)行了導(dǎo)管插入實(shí)驗(yàn)，開(kāi)創(chuàng)了心導(dǎo)管造影術(shù)。1941年，美國(guó)的心臟科醫(yī)生庫(kù)南德（André F. Cournand）和理查茲（Dickinson W. Richards）利用心導(dǎo)管對(duì)右心及肺動(dòng)脈壓和心輸出量檢查測(cè)定，用以診斷先天性和風(fēng)濕性心臟病。1953年，美國(guó)放射學(xué)家賽爾丁格（Sven I.Seldinger）首創(chuàng)經(jīng)皮穿刺導(dǎo)管技術(shù)，結(jié)束了血管造影需要外科醫(yī)師協(xié)助的歷史。1964年，美國(guó)放射科醫(yī)師多特（Charles T. Dotter）研制了一種新型導(dǎo)管，進(jìn)行經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)，治療因動(dòng)脈粥樣硬化引起的心血管狹窄。1974年，德國(guó)心血管醫(yī)生格林特茨格（Andreas Gruentzig）在瑞士蘇黎世大學(xué)醫(yī)院研制出圓柱形可膨脹的雙球囊導(dǎo)管，用來(lái)治療外周動(dòng)脈狹窄、腎動(dòng)脈狹窄、冠狀動(dòng)脈狹窄等疾病。1977年，格林特茨格用一根球囊導(dǎo)管為一位心絞痛患者完成世界上第一臺(tái)冠脈球囊擴(kuò)張術(shù)。1986年，瑞士醫(yī)生西格瓦特（Ulrich Sigwart）首次在冠狀動(dòng)脈內(nèi)置入金屬支架，開(kāi)啟了血管介入治療的歷史。2002年，第一個(gè)藥物涂層支架（Cypher）的出現(xiàn)，解決了置入支架術(shù)的又一個(gè)難題。

生物醫(yī)學(xué)工程重大技術(shù)裝備的不斷創(chuàng)新，大大突破了技術(shù)的范疇，逐步形成了一門獨(dú)立的學(xué)科。20世紀(jì)，美國(guó)、日本和西歐一些國(guó)家先后成立了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)組織，1965年國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程聯(lián)合會(huì)（IFMBE）正式成立。1979年，中國(guó)成立了以黃家駟為組長(zhǎng)的中國(guó)國(guó)家科委生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科組。1980年，中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)正式成立。當(dāng)前，新一輪科技的革命性進(jìn)展及其交叉融合，使生物醫(yī)學(xué)技術(shù)裝備呈現(xiàn)出創(chuàng)新突破和加速演進(jìn)的蓬勃發(fā)展局面，但在一定程度上弱化了醫(yī)生的主體地位，導(dǎo)致醫(yī)學(xué)人文精神缺失，引發(fā)社會(huì)對(duì)現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的倫理困惑。