生物力学与医学工程范例(3篇)

生物力学与医学工程范文

关键词：生物医学工程；学科发展；学科建设

电子学、光电子学、计算机技术、物理学、化学、精密仪器制造等科学技术的高速发展，对现代医学产生了极大的促进作用，生物医学工程就是在这些技术背景下产生的新型医学分支学科。生物医学工程利用现代工程技术来对人体进行研究，分析疾病的机理，从而制定有效的治疗措施，极大提高了现代医学的治疗水平。但是，我国在建设和发展生物医学工程学科的过程中，也遇到了一些问题，必须对这些问题加以解决，才能够促进生物医学工程学科的发展。

1生物医学工程的发展历程

生物医学工程的历史可以追溯到20世纪50年代，起源于美国。这一学科一经产生，就迅速受到世界各国的重视。1965年，国际医学和生物工程联合会建立，后来改名为国际生物医学工程协会[1]。生物医学工程之所以受到世界各国的重视，是因为具有广阔的应用前景，能够产生极大的经济效益与社会效益。生物医学工程将现代科学的技术成果与医学联系起来，极大地提高了人体对疾病的预防水平和治疗水平。欧美等地区的先进国家，在20世纪70年代初就已经成立了针对这一学科的研究部门，负责生物医学工程学科的发展与建设。而我国的生物医学工程起步相对较晚，而且应用范围比较窄，仅限于医院设备保管和维修、医疗物资采购等方面，生物医学工程学科的建设还有很大的提升空间。

2我国生物医学工程存在的问题

我国在生物医学工程的学科建设方面起步比较晚，应用也处于初级水平。导致这种局面的原因主要来自于以下2个方面。首先，历史遗留的体制问题。我国的各级医院，负责生物医学工程的科室没有统一的名称，也没有明确的职责范围，各级医院都是根据自己的理解，设定有关部门的名称、职责范围、人员编制、归属单位等情况，具有很大的随意性。有些医院的生物医学工程部门只负责医疗设备和物资的采购，对医疗设备进行维修，而另一些医院的类似部门，不仅要负责医疗设备和物资的采购，还要负责生活用品的采购；有些医院的生物医学工程部门由医务处来管理，而另一些医院却将其列为后勤保障处的管理范围。这种学科建设上的混乱，极大程度地妨碍了生物医学工程的发展，导致人们对其产生了偏见，没有意识到生物医学工程的重要意义。其次，人员编制问题。我国很多医院在设立生物医学工程的相关部门时，为了方便医疗设备的维修，聘用了一些电工、钳工等专业维修人员。然而随着现代医疗技术的发展，医疗设备越来越精密，这些维修人员的水平已经远远不能满足生物医学工程的需要。如果医院不能够加强对员工的培养，建立起一支理论知识扎实、实践能力强、能够规范应用现代医疗技术的人才队伍，就会导致人员冗余，许多专业能力不足的人占据岗位，真正的人才难以被引进，不能对生物医学工程的发展起到促进作用。

3我国生物医学工程的发展策略

3.1明确生物医学工程的职责范围

在一些生物医学工程发达的国家，医疗、护理、医学工程已经成为了医院发展的3个主要方面，这3大部门共同构成了现代医学的技术体系[2]。而在我国，医学工程的地位远远没有达到与医疗和护理平齐的地步，应用范围还比较狭窄，医学工程的作用还没有得到充分发挥。为了改变这种现状，我国的医院必须调整观念，强化对生物医学工程的建设和管理，明确地划分医学工程部门的工作范围，不仅要负责医疗设备的采购、安装、维修保养，还要做好下列工作。首先，医疗设备的安全性能调试。比如，目前我国医院所运用的先进医疗设备大多数依靠国外进口。但是，医院在引进设备的时候，往往只关注设备的技术水平和价格高低，忽视了医疗设备的插头问题。由于国内外医疗设备的插头标准不同，所以忽视插头问题，很容易导致花费大量资金引入的先进医疗设备无法在国内应用。另外，还有医疗设备的安全等级控制、设备之间的相互干扰问题，这些都是医学工程部门的工作内容。其次，医疗设备的保养。医疗设备的保养包括静态保养和东泰保养两个方面。静态保养就是建立医疗设备的维护保养制度，对设备的存放环境进行整顿；而动态保养则是根据设备的使用、消耗、故障情况实时进行的保养，比如检查设备的运行状况，及时进行故障诊断和维修，更换损害严重的部件等等。

3.2完善医疗设备的管理制度

在我国很多大型医院，都具备各种先进医疗设备，其固定资产的总额甚至能达到几百万、几千万。但是，这些医院当中，都存在一个共同的问题：只重视医疗设备的采购，而忽视了医疗设备的管理，医疗设备的管理制度不够完善，难以发挥医疗设备的最大性能，导致医疗设备闲置或者损坏。对此，我国的医院应当积极完善医疗设备的管理制度，以便能够最大程度发挥医疗设备的性能。比如说，将医院所有的医疗设备集中起来进行管理，而不是将医疗设备分属于各个科室，在各个科室需要使用设备的时候进行租赁。通过这种方式，就能够有效避免医疗设备的闲置状况，而且方便了医疗设备的统一维修与保养。

3.3加强专业人才培养力度

生物医学工程具有极高的科技含量，与众多高新科学技术成果都具有密切的联系。所以生物医学工程的从业人员也要具备相当高的科学素质，在具备应有的医学理论知识的同时，也要能够对各种先进医疗设备进行正确、规范地操作，制定针对患者身体健康状况的分析报告[3]。为了满足生物医学工程的发展需求，医院必须加强人才队伍的建设，着力培养生物医学工程的专业人才。医院要与各大高校进行合作，建立人才的引进机制，同时加强对内部员工的培养，制定激励制度来提高员工的学习热情。

生物力学与医学工程范文篇2

美国生物医学工程本科教育注重学生生物医学以及相关的工程学背景双方向的培养，使学生不仅在生物医学工程、生物医学科学及其相关领域内可以继续深造，同时能为在医学、管理和法律等方面继续谋求发展打下坚实基础[2]。通过分析约翰霍普金斯和凯斯西部保留地2个美国具有代表性的大学的学生毕业情况，发现在过去几年里约有2/3生物医学工程本科毕业生选择继续深造，研究方向涉及医学、生物学和工程学在内的各个领域。美国生物医学工程本科教育的培养目标集中在如何提高学生运用数学、物理学、工程学的原理去解决医学问题的能力，培养学生在相关研究领域的学习兴趣，筑牢学生在职业中的实践基础抑或拓展其未来继续深造的可能性，加强学生对职业操守与伦理责任的认识。我国生物医学工程本科教育的培养目标相比美国较具体，主要是以适应岗位需求导向为教育思路，注重培养学生的专业性，毕业生所从事的研究及工作领域相比之下较为局限，缺乏为毕业生后续发展奠基和能力塑造的前瞻性。中美生物医学工程本科教育培养目标出现如此的差异化，主要因为两国在生物医学工程领域发展的阶段、程度及背景上存在差距，这重点反映在教育理念上的不同：美国更加注重本科通识性教育和职业素质的培养，特别是学生可持续发展能力和产业服务技能的培养；中国仍然是以专业化的教育为主，更加注重培养学生在具体专业领域内从事具体工作的技能。

2师资队伍之比较

在美国高校的生物医学工程专业，不仅有负责课程性教学、专业化指导以及自身科研的本系导师，还拥有大量外系以及与研究所联合的教师。以霍普金斯大学为例，它的生物医学工程专业拥有100多名教师，但其本系的教师只有42名，其他均为外系教师，这些教师主要来自于药学院和工程学院。其学科背景更是丰富，涉及到电子学、材料学、数学及统计学、机械、化工等诸多方面，这种充分利用学科间的优势进行教学的模式，不仅丰富了生物医学工程专业，更为共同促进学科发展发挥了强大的推动作用[3]。随着近些年的发展，我国各高校的生物医学工程专业的师资水平有了显著提升。但与美国相比，在联合培养方面还有一定的欠缺，在与其他专业相关领域专家教授的联系方面做的还不够，各高校间的交流程度有待提升。

3课程设置之比较

美国高校的本科课程突出通识化、职业化，学制采用四年制，课程主要分为5个方面：（1）科学基本知识；（2）工程类核心课程；（3）生物医学类核心课程；（4）人文与社会科学；（5）工程类选修课程。其中工程类核心课程类似于国内的专业基础课，而工程类选修课类似于专业课[4]。在4a本科教育中，第1a主要进行通才教育，学习基础知识；第2a学生可根据个人兴趣及就业取向选择主修专业，学校安排相关专业领域的教师帮助选修工程课程并进行科研实践研究指导；最后2a学生则主要进行某一传统工程领域及其生物应用方面的学习。美国生物医学工程本科教育以能力为导向，特别关注于知识背景领域的宽度以及课程与职业发展的密切性，重视人文、社会科学等方面的教育，为今后学生在职业选择上创造了广泛有利的发展条件。我国生物医学工程本科的课程设置则主要集中于影像设备和医学电子工程学这种更为专业化的课程上，基本上没有高校针对生物医学工程自身产业化的过程及其背景等相关知识进行认知性教育。相对于专业教育，在学生职业素养和人文素质方面的培养稍显不足。学生本人对专业课程的自主选择度不高，能够选择的专业课程有一定的局限性。由此可见，我国的生物医学工程本科教育课程设置更加突出技术性和专业性，学科之间的跨度不够，学科交叉性不足，很难实现学科间的共同促进和发展，导致能够帮助学生在未来的职业选择和发展中跨领域发展的可能性降低。各高校在教学科研方面的特长开展，联系实际不够紧密，过分强调专业型技术人才培养，一定程度上与当前知识快速更新的时代脱节。

4实验实践能力之比较

美国高校非常重视学生实验实践能力的培养。生物医学工程专业最早在美国发展，积累下了丰厚的科研基础力量，并且大多高校具备条件优越的实验室，且实验室资源十分充足，为学生科研实践能力的提升提供了优越的条件。例如，哥伦比亚大学和莱斯大学在生物医学工程本科教育中，实验室课程占很大比例；杜克大学重视培养该专业的学生在实验中解决实际问题的能力；弗吉尼亚大学生物医学工程专业的实验课程平均每周超过3h。由于我国生物医学工程专业发展时间相对较晚，目前各高校的专业实验室资源有限，并且对本科生不完全开放，实验条件相对落后，因而在课程设置中实验课比重相对较少。另外，在实践实验能力培养方面相比之下重视程度不高，设置的实验课多半是验证性实验等，缺乏创新性，不能充分调动学生的积极性，也不能发挥学生的主观能动性，因此学生的动手能力得不到充分有效的锻炼。据统计，我国许多高校本科生的实验课时不到总课时的1/6，较美国高校水平差距较大。

5对我国生物医学工程专业本科人才培养发展模式的启示

通过比较中美两国生物医学工程专业本科人才培养模式，发现了我国在该专业本科教育领域存在的不足。针对如何更好地开展生物医学工程本科人才培养，更好地发展我国生物医学工程教育，总结了以下感受与启示。（1）结合我国生物医学工程的发展趋势，确立适合我国生物医学工程发展现状的人才培养目标。目前，我国生物医学工程专业还处于发展的初期阶段，但伴随我国经济的持续发展、技术领域的更新进步，该专业将会进入到一个快速发展的时期。因此，我国生物医学工程本科教育应适当借鉴美国高校的培养模式，更加注重为研究生培养打下坚实基础，而本科阶段主要集中在理工基础知识的掌握以及生物学与医学背景的了解上，从而为学生下一阶段在某个研究领域的继续深造创造有利条件[5]。同时，我国生物医学工程本科教育还要注意与产业发展相结合，致力于培养既能推动科研发展又能满足产业化需求的高素质复合型人才，为该专业下阶段的跨越式发展进行力量储备。（2）根据学科发展的规律及特点，逐步实现我国高校师资队伍的有机整合。生物医学工程专业属于交叉学科，是理、工、医等多学科的交织融合。美国生物医学工程本科教育的教师很多都是各学科分支的领军人物，将他们整合在一起组成师资队伍顺应了学科发展规律，发展势头必然明显。随着我国生物医学工程专业的发展，目前国内也有一大批该领域的专家学者，他们在各自的研究领域都有着不菲的成绩，掌握着丰富的理论知识与科技前沿技术，对临床需求有着深刻的认识与理解。因此，各高校在师资队伍建设方面应当充分考虑生物医学工程专业的发展规律，真正理解交叉学科的内涵，一方面通过高校联合优势，集中解决各个分支专业的教学问题；另一方面，尽可能将该领域的专家融入到教育队伍当中，高效整合师资队伍，使其充分体现医工融合的特点，从而为学生提供优质的教学资源，使其真正领会医工结合的真谛与内涵，那么优秀的生物医学工程人才必将源源不断地被挖掘、培养出来。（3）筑牢学生人文素养基础，强化学生实践能力，课程体系设置应基于产业市场需求和科研发展。美国生物医学工程的本科课程尤其以专业课程设置突出其学科本身涉及面广的特点，同时注重学生人文素质的综合培养以及实验实践能力的有效锻炼，具有相当的灵活性，并且能够结合科研优势突显重点。我国开设生物医学工程的各高校应该充分借鉴学习这些经验做法，并结合各高校的实际情况，贴合自身的科研方向与优势，有针对性地指导学生进行科研实践，提升学生的实验实践能力。同时，要强化研究与产业的双方面发展，将市场需求纳入课程设置的考虑因素，并且融合学生自身的兴趣及未来就业形势等相关方面，灵活创新地设计课程，争取培养出具有特点鲜明的、发展方向广泛的、综合素质与竞争力强大的医工人才。

6结语

生物力学与医学工程范文

关键词：生物医学传感器；生物医学信号检测技术；生物医学工程；教学改革

作者简介：谢勤岚（1968-），男，湖北武汉人，中南民族大学生物医学工程学院，教授；李正义（1982-），男，湖北荆门人，中南民族大学生物医学工程学院，讲师。（湖北武汉430074）

基金项目：本文系湖北省教学研究项目“生物医学工程专业创新人才培养的课程体系改革研究与实践”（项目编号：JYS11003）的研究成果。

中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1007-0079（2014）03-0096-02

生物医学工程学是一门理工医相结合的交叉学科，它是应用工程技术的理论和方法，研究解决医学防病治病，保障人民健康的一门新兴的边缘科学。[1]“生物医学传感器与检测技术”课程是该专业人才培养体系中的核心课程。它既是一门知识面较宽的综合性理论课，也是一门实践性较强的技术课程。该课程主要讲授生物医学传感器的特性、原理，信号处理与接口电路，传感器在人体生理信号检测中的应用等内容。[2-4]要求学生理解和掌握生物医学传感器的换能原理、感测技术、主要技术指标，生物医学检测技术的原理、基本电路，生物医学传感器与检测技术的基本应用等。

近年来，随着电子技术、微机电技术、新材料和制造技术、信息处理技术的快速发展，各种新型生物医学传感器和生物医学信号检测技术不断涌现，传统的教学内容和教学方法已经不能满足人才培养的要求。为此依据“加强医工结合，注重工程实践教学，培养医疗仪器工程设计能力”的指导思想，对本课程教学内容和教学方法进行了若干改革探索。

一、改革课程体系和教学内容

长期以来，由于缺少相关的专业课程教材，“生物医学传感器与检测技术”课程的教材基本上是使用电子信息类、检测技术与仪表类、自动化类专业的传感器与检测技术教材，[5-7]教学内容也是对这些教材的教学内容进行相应的增删后形成的。这些内容主要讲授各种传统物理类传感器原理和测量电路，缺少与生物医学工程专业相关的有针对性的教学内容。根据生物医学专业的特点，结合近年来出版的几本相关教材，[2-4]对该课程的教学要求、教学内容进行了调整，将该课程内容划分成4个模块组织教学。

1.概述和传感器特性模块

概述和传感器特性模块对医用传感器的作用、分类、要求、发展等内容进行了概述性的介绍。针对生物医学信号的特点，介绍了传感器的基本特性，包括静态特性、动态特性、动态特性分析、传感器的误差、数据处理方法等重要内容。

2.传感器原理模块

传感器原理模块除了讲授应变式、压电式、磁电式、热电式和光电式等经典的物理类传感器的基本原理外，还增加了三类重要的传感器内容：化学传感器、医用电极和生物传感器。化学传感器和生物传感器融合了化学、生物学、医学、物理学和信息学等相关学科，已经发展成为生物医学传感器中两个活跃的研究领域。医用电极在医疗仪器和生物医学科学研究中得到了广泛的应用。生物传感器除了讲授生物传感器的基本概念和类型、生物敏感材料的固定化等基本内容外，主要讲授了若干应用广泛的生物传感器，另外还介绍了一部分新型的生物传感器，以及生物传感器近年来最新的研究成果。[2]

3.检测技术基础模块

检测技术基础模块讲授基本的测量与处理电路，包括传感器接口电路、信号放大电路、信号选择电路、信号运算电路、信号调理电路、信号变换电路、驱动电路等。另外，增加了测量方法、测量系统结构等内容。

4.传感器和检测技术应用模块

应用模块增加了生物医学信号的特点、生物医学测量系统的基本构成、生物医学测量中干扰和噪声的产生与抑制、人体生理信号检测的基本要求等教学内容。重点放在生物医学传感器在人体生理信号检测中的应用等内容上，如心音传感器和脉搏传感器、多普勒频移血流计、生物电放大基础，以及心电图测量、脑电图与肌电图测量、血压的测量、血氧饱和度和心输出量的无创伤测量方法等重要内容。而超声波成像系统和X-CT断层扫描系统原理、电刺激和心脏起搏等内容则可以考虑在后续课程中学习。

以上四个模块的教学内容和教学时间大致如表1所示。根据专业人才培养方案和教学实际，可以由一门课在一个学期完成，也可以分成2～3门课程在2个学期完成。目前按前一种方案组织教学。

新的教学内容具有如下特点：第一，注重基本理论与临床应用相结合。对每类传感器都介绍若干临床应用或医疗仪器部件作为实例，使学生对传感器的应用有全面的了解和认识。第二，注重培养学生分析实际问题的能力。针对不同的被测对象，不仅介绍选择什么类型的传感器，还介绍如何选择信号处理与接口电路，提高了学生对传感器和检测电路的正确选择能力。第三，注重培养学生的临床应用和工程设计能力。

二、改革教学模式和教学方法

相对于教学内容的改革，“生物医学传感器与检测技术”课程教学模式的改革有更重要的意义。因为除了数据处理等理论内容之外，该课程的大部分内容都是工程应用型的内容，学生理解这些内容相对容易，也容易自学没有讲授的内容。但由于内容繁杂，学生如何在短时间内掌握这些内容，并能熟练使用所学内容进行医疗仪器设计，则是仍然没有解决的问题。

1.采用“从系统到单元，以检测对象为中心”的教学模式

传统的课程教学模式对于“生物医学传感器与检测技术”这样的课程来说，确有不合适之处。学生学习完整个课程之后，不能建立传感器、检测电路、检测方法与医疗仪器之间的内在联系，更不用说用这些知识来设计医疗仪器的单元或模块。因为教学是以分散的元件或电路作为授课内容的，学生没有从系统的观点来学习和掌握这些基本内容，因而学习的知识是零散杂乱的。为此笔者在教学中提出了“从系统到单元，以检测对象为中心”的教学模式。

以血压测量为例。以某种无创血压模块为授课对象，在课堂上教师主要讲授血压测量模块的原理、电路框图、压力传感方式等系统级内容，要求学生将系统进行分解，直至每个单元和元器件。学生通过分解、分析，不仅了解了测量原理，还掌握了压力传感器、放大电路、接口电路、显示电路等主要内容。另外，学生通过思考、分析、比较，还可以进一步提出了若干改进措施。相对于传统的教学模式，这种教学模式有明显的效果。

2.结合使用多媒体教学与板书形式等多种授课形式

多媒体教学是一种现代教学方式，具有形象直观、信息量大等优势，但传统的板书教学方式有其固有的优点。两种教学方法的有机结合，可以很好地调动学生的学习积极性，集中学生的学习注意力，提高教学效果。采用多媒体教学和传统板书教学手段相结合的方式，例如对于传感器的外形、结构及生物医学应用等，通常采用多媒体的图片和动画展示，增加学生的感性认识；而对于传感器的测量原理、基本测量电路、设计公式的推导，往往采用传统板书的方式，有助于学生更好地理解和掌握。

3.加强实践教学

“生物医学传感器与检测技术”课程教学对实验和实践环节的要求较高。学生需要通过验证性实验教学来掌握传感器的原理和性能、测量电路的原理等基本知识；通过综合性和设计性实验教学来掌握传感器的使用方法、测量电路的设计和调试等基本工程技能。在教学过程中，根据课程教学内容和教学进度，穿插安排实验教学，保证每一个理论知识点都可以通过相应的实践教学来达到从理论知识到应用能力的转化。

在基础实验的基础上，增加了综合性、设计性实验等自主性实验内容。通过实践，学生锻炼了分析和解决问题的能力，提高了综合和总结的能力，加深了对所学理论知识的掌握程度。

此外，在课程设计教学中，还结合传感检测技术应用与医疗仪器设计的相关知识和能力要求，提出课程设计题目。学生通过自主设计，选择不同的传感器和测量电路来实现要求的任务，可以进一步提高学生提出问题、解决问题的能力，并进一步锻炼其工程设计能力。

三、结束语

对“生物医学传感器与检测技术”课程的教学内容和教学方法进行了若干改革，取得了一些有益的教学成果。补充教学内容拓宽了课程教学内容，分块调整教学内容完善了课程体系，使其更适合于生物医学工程专业的人才培养目标。“从系统到单元，以检测对象为中心”的教学模式、实验和课程设计相结合的教学方法提高了学生的专业感知度，锻炼了学生的医疗仪器工程设计能力。近3年的教学实践证明，这些改革提高了教学效果，有较好的推广价值。

参考文献：

[1][美]JohnD.Enderle，SusanM.Blanchard，JosephD.Bronzino.生物医学工程学概论（第2版）[M].封洲燕，译.北京：机械工业出版社，2010.

[2]王平，刘清君.生物医学传感与检测[M].浙江：浙江大学出版社，2002.

[3]陈安宇.医用传感器（第二版）[M].北京：科学出版社，2008.

[4]杨玉星.生物医学传感器与检测技术[M].北京：化学工业出版社，2009.

[5]陈杰，黄鸿.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，

2002.