生物医学工程新进展

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1、生物医学工程新进展张禄鹏梁志远（首都医科大学生物医学工程学院，北京，100069）摘要：综述了生物医学工程的当前主要进展，包括康复工程、生物信息学、生物电子学和医学影像分析等传统研究。根据各领域的新进展，简述了生物机械、脑电、医疗信息系统和计算机辅助诊断等热点。最后总结了生物医学工程领域面临的主要挑战和未来发展方向。关键词：生物医学工程；康复工程；生物信息学；生物电子学；医学影像分析Abstract:Theresearchfieldsandadvancesofbiomedicalengineerin

2、ghavebeenreviewedinaspectsincludingrehabilitationengineering,bioinformatics,bioelectronics,medicalimage.Topicsofbiomechanics,EEG,medicalinformationsystemandcomputeraideddiagnosisarebrieflyintroduced.Intheend,somechallengesfacedbybiomedicalengineeringso

3、medirectionsforfutureresearcharesummarized.Keyword:biomedicalengineering;rehabilitationengineering;bioinformatics;bioelectronics;medicalimage1.引言生物医学工程学是现代生命科学和医学、工程学相结合而发展起来的边缘学科。由于生物医学工程学是新兴的交叉学科，与其他学科，如材料、信息、电子技术、计算机科学关系密切，因而涉及的领域十分广泛，并在不断发展之中。目前，生物

4、医学工程学的主要分支领域有：生物力学和生物流变学，生物材料和人工器官，生物系统的建模和控制，生物医学信息的检测和处理，医学成像及图像处理等[1]。生物医学工程学涉及面广，结构复杂，需多学科交叉与相互支持，发展相当迅速。生物医学工程学的发展对促进医疗水平的提高，加快医学现代化的步伐有重大作用。其研究成果一般具有较大的社会效益和经济效益。虽然生物医学工程学涉及面广，信息量大，发展迅速，但是，按其最终研究目标，可将其分为生物医学康复工程等几个方面。2.生物机械学在康复工程中的应用生物机械学是机械学发展的一

5、个新领域，它综合应用现代机械学和生物力学、生理学的基础理论和方法，研究生物功能的原理、功能的工程再现，以及生物体与机械环境的相互影响。在生物机械学中。对人—机一体化系统的研究有两个方面的意义[2-4]：首先是在所研究的系统中，人是系统的主体，机械不仅代替了人的体力或者脑力劳动，而且密切为人服务。研究目标是致力于保护人体健康、充分发挥人的潜能、辅助和增强人体功能。其次，对人体功能的研究和理解，也会对机械科学与技术等的研究与发展提供有益的启示。康复工程是一个正在发展的、与许多学科有关的领域。生物机械学的

6、研究与康复工程的关系可以归结为：一方面康复工程的需求和发展促进了生物机械学的发展；另一方面生物机械学的研究又为康复工程的发展提供了支撑。康复工程中的生物机械学研究，特别是运动功能康复装置的核心问题是对人机一体化系统的研究[6]。人与机械装置的完美结合甚至可取得预想不到的效果。2008年北京残疾人奥运会期间，令人瞩目的南非运动员“无腿飞人”奥斯卡·皮斯托留斯跑出了正常人都难以达到的成绩，其原因除了个人意志和能力以外，他所使用的用碳素纤维制成储能式运动假肢起到了很关键的作用。在假肢与人体构成一个人机一体

7、化系统，假肢的形状和参数设计，以及与人体的适配，使个人体能和假肢的性能都得到了充分发挥[5]。在进行康复训练的人—机系统中，可以通过人机之间的相互作用恢复和提高人体的功能。近些年来，国外的一些偏瘫康复研究机构另辟蹊径，尝试将机电设备引入偏瘫康复训练中，相继研制出一些偏瘫康复训练设备——治疗机器人(therapyrobot)，也称脑神经康复机器人(neuro-rehabitlitationrobot)，辅助患者进行肢体康复训练[7]。尽管目前的脑神经康复机器人都能够在定程度上向患者提供简单的训练方案，

8、但是迄今为止，所有研究结果除了能够证实机器人辅助治疗确有一定疗效外，并不能提供更多的有价值的结沈。其根源在于，现有机器人所能提供的训练动作只是简单的曲线或者直线轨迹，首先它与临床训练的要求不符，不能在康复早期给患者以更多的正确运动感觉的刺激；其次遗此动作与日常功能性动作相差甚远．对于患者恢复日常生活能力帮助不大。不仅如此，由于机器人不能根据患者的康复情况做出实时的婀整(辅助或阻尼、支撑或小支撑)，容易让患者完全依赖于机器人完成动作，从而响可能导致瘫肢产生异常运动模式。