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生物医学工程发展方向范文1
【中图分类号】R318.0-4 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）02-0316-02
基金项目：重庆市教委人文社科基金资助项目（10SKS02）
随着近20年来世界范围内高新技术的迅猛发展，职业教育在形式和数量上都有了突飞猛进的增长。基于此，联合国教科文组织（UNESCO）推出最新版本“国际教育标准分类”ISCED1997，虽然将高等职业教育仍定位于ISCED5为“第三级教育第一阶段”，但是作为“不直接通向高等研究资格证书”（not leading directly to an advanced research qualification）获得的教育层次，它将初版中分属两个不同层次的大学专科（原ISCED5）和本科（原ISCED6）以及“所有博士学位以外的研究课程”（原ISCED7中的博士前课程部分）纳入了同一层次之中，从此突破了高等职业教育（尤其是在中国）仅仅局限于专科层次的教育瓶颈，为各类职业教育建立本科乃至硕士层次的教育提供了可能[1]。与普通本科教育并行的“立交桥式”发展之路由此拉开序幕。目前我国由于临床医学、中医学、口腔医学、药学等专业要求学生掌握一定的科学技术知识以达到“能进入一个高精技术要求的专门职业”。医学本科院校在医学主干专业的人才培养定位与水平上均高于医学类高职高专院校。本文将以生物医学工程学的国内外现状为例，来探索职业教育互补于普通医学本科教育的发展之路。
1生物医学工程国内外发展现状
生物医学工程学是理、工、医相结合的边缘学科，是多种工程学科向生物医学领域渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理与方法，从工程学的角度，在不同层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病治病、促进健康提供新技术手段的一门综合性的高技术学科。
1.1 80年代起生物医学工程学步入新起点 50年代是生物医学工程学发展的初期，工程技术与生物医学间的交差、渗透是从临床医学开始的，其中尤以人工器官的出现，可视为现代医学的一个重大特征。在经历了60年代的早期发展和70年代以医学影像技术为代表，所标志的生物医学工程学取得突破性进展的基础上，80年代起，生物医学工程学除继续向临床领域横向扩展外，开始在向纵深方向发展方面出现新的转折。如医学影像技术中的MRI、DSA、ECT、彩色多普勒超声诊断装置、图像文档与通讯系统等；出现了全实验室自动化系统、体外碎石机和除颤器等治疗装置以及微波、射频、激光、超声等各种治疗技术。
1.2 90年代与更多的学科交叉、融合 组织工程：是生物医学工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学，以及临床医学等学科间的不断交叉、渗透与融合，而形成的新的前沿科学。所涉及的组织有软骨、皮肤、胰腺、肝脏、肾脏、膀胱、输尿管、骨髓、神经、骨骼肌、肌键、心瓣膜、血管、肠、等，其中皮肤已有初步产品进入临床应用。我国自90年代初开始了有关的基础研究工作，并列入了国家重点基础研究发展规划（973），成为国家的重点支持项目。生物芯片：在实施人类基因组计划的推动下，DNA微探针阵列的基因芯片是最重要的生物芯片之一。它可以在同一时间内分析大量的基因，实现生物基因信息的大规模检测。微米/纳米技术：是指量度范围分别在0.1？100微米（？m）和0.1？100纳米（nm）内的物质或结构的制造技术。其最终目标是，人们将按自己的意志直接操纵单个原子、分子或原子团（小于10nm）、分子团，制造具有特定功能的产品，包括纳米材料学、纳米电子学、纳米机械学、纳米生物学、纳米显微学等等新的高技术群。我国在大尺寸纳米氧化物材料制备方面，已成功地研制出致密度高、形态复杂、性能优越的纳米陶瓷，从而进入了国际领先行列。日本研制出的“万能医用微型机器人”，可在不损害任何人体器官的情况下，沿着血管或胃肠道行进到发病部位进行检查，医生可指令机器人取组织样品、直接释放药物、清除血栓、切断或接通神经和进行细胞操作等精细手术。家庭保健工程（Home Health Care， HHC）：美国、日本和欧洲等均已将HHC作为重要内容列人21世纪的生物医学发展战略，成为优先资助的领域之一。即将家庭保健管理系统、疾病早期预报、家庭治疗和康复仪器、家庭急救支援系统等技术和产品作为重点开发项目。我国开展HHC的研究与开发以家用治疗产品为最多。通过采用电话传输监护网的方式进行心脏监测和急救，已在我国北京、上海、天津、南京、广州等大城市相继开展起来。
1.3 生物医学工程学传统领域的发展 生物材料：自50年代出现合成高分子材料以来，生物材料取得了很大发展；如今，合成高分子材料，天然高分子材料，医用金属材料，无机生物医学材料，以及由活体材料和非活体材料构成的杂化生物材料，几乎在临床医学各个领域得到广泛的应用，并最终导致了标志着本世纪现代医学重大特征之一的人工器官的出现；在此基础上，90年代生物材料又在向着复合/杂化型、功能型和智能型的方向发展。医学影像技术：在生物医学工程学中，像X射线、超声波、磁共振、放射性核素、红外线等物理源的医学影像技术，对医学的发展起了很大的推动作用，数字化、网络化、综合化已成为目前医学影像技术的总体发展方向。生物医学工程学所涉学科尚有生物力学、医学电子学、人工器官等等。
2国内生物医学工程专业建设情况
生物医学工程专业属工科专业，具有很强的多学科交叉性和前沿性，强调数理科学、电子信息和计算机技术等理工科知识与生物医学知识的有机结合。本专业课程设置除数理化及工程基础课外，主要专业课程有：电路、信号与系统，模拟与数字电子技术，数字信号处理，生物医学传感器与检测技术，微机原理与应用，单片机在医学中的应用，生命系统分析与仿真，生物医学信号处理，生物医学仪器，医学成像技术，医学图像处理，医学超声波，工程生理学，人体解剖学，组织胚胎学，自动控制，计算机与信息系列课程等，并开设多个专业课程设计，做到教学与实验设计并重。目前国内开设生物医学工程专业的学校，一部分是医科院校，一部分是各大综合类院校。排名前十的有浙江大学、四川大学、上海交通大学、东南大学、西安交通大学、天津大学、清华大学、华中科技大学、南方医科大学、大连理工大学。而在香港大学，生物医学工程学由工程学院与医学院合办，学生将学习到有关工程和生命科学的原理，理解不同类型的先进医学工程系统之设计和运作，掌握工程技术在医学领域的应用。
3医学职业教育可以在生物医学工程专业中寻找“立交桥式”发展契机
医学职业教育类院校，应该与本科院校错位发展。以生物医学工程专业为例，应该培养计算机网络技术服务和各类大型医疗设备的操作与维护方面的专业人才；计算机网络技术包括：数字化医学中心，医学图象处理及多媒体在医学中的应用，生物信息的控制及神经网络生物医学信号检测与处理。要求学生深入掌握电子技术，计算机技术，信息处理理论医学与工程相结合的科研能力，解决生物医学领域中的科学研究，医疗仪器研制，产品开发以及大型医疗设备的操作，维修管理等问题，同时也能胜任其他领域的电子技术及计算机技术。学生主要学习生命科学、电子技术、计算机技术和信息科学的基本理论和基本知识，受到电子技术、信号检测与处理、计算机技术在医学中的应用的基本训练，具有生物医学工程领域中的研究和开发的基本能力。
3.1 生物信息技术 实现生物技术和信息技术以及其他学科的有机结合，发展生物信息高通量、高效、快速的提取方法，发展疾病检测的新方法和新技术，发展研究药物与靶标作用的新方法，发展基因组数据、蛋白质组数据和结构基因组数据的计算机处理、分析和可视化方法，解析生物大分子结构和功能之间关系等，提高生物信息处理、分析和利用的水平，为我国生命科学和生物技术的源头创新奠定基础。
3.2 医学图像与医学电子学 医学图像处理和分析、计算机辅助诊断和治疗、医学物理等，以及生物、医学和工程学等领域理论和方法，并通过这些学科的交叉形成了新型学科。
3.3 生物与医学纳米技术 包括纳米生物材料、纳米生物器件研究、纳米生物技术在临床诊疗中的应用、纳米材料与器件的计算模拟。
3.4 生物与医学纳米技术 生物医用材料研究，用于人体、器官的诊断、修复、替换或增进其功能。
3.5 医学信息学及工程 应用系统分析工具这一新技术来研究医学的管理、过程控制、决策和对医学知识科学分析。
4以生物医学工程为例，探讨医学职业教育的前景
生物医学工程专业修业年限为四年或五年。授予学位是工学学士。就业前景良好，由于科学技术的发展，各类大型医疗设备的应用越来越广泛，大型医疗设备的操作、维修及管理人员是各大医院及公司急需的人才。毕业后可从事医学机构中医疗器械的维护、使用、销售和和医疗电子系统的开发与维护，辅助医生观察、诊断、治疗疾病。职称由卫生部组织统一考试评定，颁发临床医学工程技术（初级士、初级师、中级等）证书。
医学职业教育不仅要解决国家发展急需的基层卫生人才的培养问题，更重要的是要引领区域经济向先进领域拓展，提升地方行业水平。建设西部教育高地，需要在技术类专业中大胆创新，走别人没有走过或者没有走出规模的路。其重要意义体现在以下几点：①医学应用技术类专业虽然具有办学成本高、难度大等不利因素，但也具有技术含量高、可直接转化为现实生产力的巨大优势。②医学应用技术类专业走向产业化，对引领区域经济发展、拓展地方行业布局和提升地方行业水平都具有重要的现实意义。③医学应用技术类人才培育专业群的建成，将为地方输出高素质的技能型人才，同时也能提供高水平的就业岗位，有助于拉动地方经济，整体提高地方生产力。④医学应用技术类专业人才的聚集，与提高区域人才质量、推动地方经济发展进程直接相关。斯坦福大学在成立之初不被看好，但坚持将硅谷建设与学校成长联系在一起，最终成为世界名校就是例证[2]。
5结语
在国家拉动内需、教育优先的有利政策指引下，在医学职业教育领域大力发展医学应用技术专业是切实可行的。用教学做一体化培养医学技术专业人才，为地方医学应用技术产业化发展提供智力支撑，其意义也是深远的。创立医学应用技术专业基本原则是按照专业设计，分步骤解决专业基本格局，建设教学做一体化生产性实训基地，逐步提升专业办学水平和内涵质量，最终构建具有影响力的专业群。在全国众多的医学类高职高专院校中同质化办学的现象非常突出，上海医疗仪器高等专科学校涉足生物医学工程领域外，还没有一所学校开设生物医学工程的相关专业[3]。现代医疗活动是建立在庞大的医疗仪器设备的辅助诊断和治疗基础上的，急需医学工程技术的大量人才。只有大力拓展医学相关技术领域的办学，才能真正在传统医学专业之外办出既有生命力又有制高点的医学职业技术教育。
参考文献
[1]Issenberg SB，Mcgaghie WC，Petmsa ER，Gordon DL，Scalse AJ.Features and uses of high―fidelity medical simulations that lcad to effective learning：a BEME systemic review.Medieal Teacher，2005；27：10-28.
生物医学工程发展方向范文2
由于我国起步较晚，目前我国医院中生物医学工程的作用和能力远远落后于发达国家。多数医院设备科（器械科、仪器室等）的功能只是局限于仓库保管、医疗物资的采购、设备的维修等一些被动工作。以下几方面的问题制约了生物医学工程学科在医院的存在和发展。
1历史遗留的体制问题
各家医院的生物医学工程科室名称不一，有的叫设备科、仪器室、医工处等。各家医院该部门的职能也不同，有的只负责采购医疗设备，有的还负责采购冰箱等生活用品；有的负责维修，有的不负责维修；有的隶属于医务处，有的隶属于后勤保障处等。名称和职能各式各样，都是按照各家医院的习惯和流程来工作，最终限制了这个学科的发展。在日常管理中，很多医院只重视医疗设备的采购，忽略了维修和管理，忽视了医院的软硬件结合等问题，使这个部门成了一个纯采购部门。
2人员编制的问题
我国医院最初建立生物医学工程学科时，从事该项工作的人员多是电工、钳工等维修工人。随着医院的发展，后来从事该项工作人员很多都是本科生，但是由于体制的问题很多人因得不到晋升和提高，最终导致人才流失。
3现代化医院中生物医学工程面临的新问题
很多大医院都意识到生物医学工程的重要性，该部门的工作人员也同医生和护士等技术人员一样得到了晋升，但是由于很多大型设备厂商将售后服务（含维修保养等）作为一项重要收入，使生物医学工程又陷入了一个低谷。
改变生物医学工程学科发展的措施
以我院器材处为例探讨改变生物医学工程学科发展的措施。
1改变观念、工作模式、明确职责
现在医疗、护理、医学工程作为现代医院三大部门的观念还没有形成，医疗、护理仍是医院工作的两个重头戏，而器材科、设备科或物资科仅仅是购买物品、发放耗材的机关性质的职能科室，医学工程学科的应有职能几乎得不到体现。为了医院和生物医学工程学科更好的发展必需改变这种传统观念，强化管理意识，参与医院发展工作。我院器材处的改变除了设备的招标组织、论证、采购、安装、验收、档案管理等外，还要做好以下工作[5]：在用设备的质量检查、质量保证和质量评估；医疗设备的安全性能测试、监管和保证；预防性维护、保养和故障维修；医疗设备的医学计量及维修后的计量与性能测试等。（1）医疗设备的计量管理。根据计量管理要求，大多数医疗设备都要进行计量检定、维护（有的甚至是强制执行）。准确可靠的医疗设备可以提高诊断治疗水平，保证医疗质量。因此，我们要求在设备进行安装使用之前必须进行计量检测，医院建立一整套完备的计量管理制度，并由工程技术人员专人负责。（2）安全性能测试。如①插头标准不同：目前国内很多购置的医疗设备都是进口品牌，在采购的过程往往只关注技术和价格，忽略了不同国家的插头标准不同，因此除了在采购时特意提出插头标准的要求外，在到货安装时需要进行核对查看，如不一致需要进行替换。我们将插头标准要求详细列明在招标文件范本中；②安全等级不同：医院在使用医疗器械时，对电击安全有着严格控制的等级要求。在电击安全等级要求较高的情况下，决不能使用防电击安全等级低的医疗设备，这一点也需要生物医学工程人员的把关和负责；③新设备的干扰：新设备进行安装时需要考虑是否对现有设备造成影响，需要医院的生物医学工程人员监督设备厂家的安装工程师进行测试，如果造成影响需要分开使用，否则后果不堪设想。（3）医疗设备的保养。①静态保养：购置情况、价格等资料；②动态保养：设备的使用、消耗，故障等运行情况分析，根据实际情况制定定期维护方案，由被动维修变为主动维修，最终上升为改善维修。（4）新设备功能的临床合理应用。新设备引进时都要对临床使用人员进行培训，但有一些功能由于不常使用，平时操作较少，偶尔使用时不恰当的操作会引发设备故障，这时就需要生物医学工程人员来扮演“临床工程师”的角色[6]。为了更好的完成自己的职能，生物医学工程人员要积极参与设备使用的培训和常用故障的排除。（5）售后服务的协调。售后服务不只是设备损坏的即时修理，还包括日常的保养维护。可以通过让公司的工程师增加回访次数来及时发现设备的问题，积极学习排除故障的方法，使生物医学工程人员掌握处理简单问题的能力，从而方便临床医疗的使用。
2改变现有设备的管理体制，使医疗设备效能最大化
现在很多大型医院的医疗设备固定资产都已达几亿元，但大多医院都是重采购、轻管理，使医院耗重资购买的医疗设备不能发挥最大的效能，使用率下降或闲置损坏。我院针对此项弊端采用了租赁制，有的设备不再归属各个科室，而由医院统一管理，科室根据实际临床需要进行租赁，对科室进行成本核算，这样避免了同一种设备（例如呼吸机、输液泵、注射泵等）在有的科室闲置，有的科室不够用的现象[7]。
3加强人才培养，健全体制，提高学科地位
为了在日常工作中不断地加强人才队伍的建设，我院通过各种培训（器材处内部培训和对临床医疗设备的使用培训）、业务讲座、进修等途径，提高生物医学工程队伍的业务技能。同时，通过调整人才梯队、整合岗位编制、岗位轮换等措施，建立一支高素质、高水平的生物医学工程人员队伍[8-9]。我院器材处现有42人，其中，高级职称3人、中级职称9人、副主任科员及以上17人；设备中心19人、物资中心18人、服务办公室5人，基本能满足我院的需求。为了引起医院高层管理人员对生物医学工程的重视，除在医学工程学术会议等场合要更多地讨论和呼吁外，还要在全国性医院管理会议上进行反映和呼吁，使生物医学工程人员不再是医疗和护理等一线人员的辅助人员，而是可以与之共同构成三足“鼎立”局面的学科。
生物医学工程发展方向范文3
［关键词］生物医学工程;核心课程群;整合优化课程;教学方式改革;教学评价体系
生物医学工程专业是生物学、医学及工程学交叉构成的一门综合学科。［1］随着我国医疗事业的快速发展，医疗器械(设备)的设计、研发、销售以及售后服务等岗位的需求量逐渐增多，该专业毕业生的就业面也在逐步加宽。［2－3］目前，长治医学院(以下简称“我校”)生物医学工程专业共设三个方向，分别是康复器械工程、医疗设备管理维护和医学物理三个方向。这三个专业方向各有侧重，如康复器械工程方向侧重于临床康复器械的开发、设计、维护与管理等;医学物理方向侧重于医用放疗设备的临床应用及维护管理等;医疗设备管理维护方向侧重于医学仪器的研究、设计、维修和维护等。三个方向培养的人才均服务于医学。为让我校生物医学工程专业毕业生在医疗器械行业获得较高的匹配度和认可度［4－5］，学校必须从实际出发，从基础做起，从专业建设上寻求突破，而加强专业建设的基础就需加强课程建设与改革，从教学的源头直接与社会需求对接。我校生物医学工程专业开设的课程包含通识教育课程、学科基础教育课程、专业教育课程、专业选修课及实践教学环节。但在这五部分的课程设置及教学内容上存在一些不足，如:课程独立性较强，课程与课程之间衔接不好;部分课程内容存在重复;教学重理论轻实践等。因此，整合优化本专业的课程结构是教学改革的重点。基于此，本文以我校生物医学工程专业医疗设备管理维护方向为例，结合本专业方向的培养特色、本专业人才需求以及本专业已毕业学生的就业情况，构建核心课程群。
一、核心课程群初构
医疗设备管理维护方向的培养目标是培养既满足临床需要的工程人员，又能够从事医学仪器的研究、设计、制造以及能够从事医疗器械产品的经营、技术服务［3］等工作的人才。根据本专业方向的人才培养目标、企业对本专业学生的基本要求、已毕业学生对本专业课程设置的反馈及就业情况，我校设置了相互衔接，但各有侧重、特色突出的核心课程群。按照本专业方向课程之间的互通性、独立性及综合性，我校将本专业方向课程划分为基础医学课程群、医疗设备课程群及医学信号课程群，每个课程群所包含的课程如图1所示。基础医学课程群是本专业方向学生了解、掌握基础医学的入门课程，学生通过学习医学方面的基本理论，基础知识和基本技能，掌握人体正常功能活动的基本规律、了解生物体的代谢规律及其与各种生命现象之间的联系，为后续医疗仪器在临床上的使用及临床上各类医学信号的分析处理奠定基础。医疗设备课程群是上述三大课程群中的核心，具体包含两方面的内容:一方面介绍影像类仪器(如X线机、超声、MRI、CT等仪器)、检验类仪器(如光谱分析仪、电化学分析仪、色谱分析仪等)及测量与监护类仪器(如心电图机、呼吸机、病房监护系统等)等设备的结构、工作原理、性能、使用方法、故障分析处理以及仪器的设计;另一方面介绍如何购置医疗仪器、购置完成后仪器设备的验收及安装、临床使用过程中设备的维护保养、管理及质量控制。［6］医学信号课程群着重培养学生掌握医疗仪器采集生理信号的原理、过程，以及对采集到的医学生理信号进行分析处理，从而辅助医生完成对疾病的诊断治疗。为打破各核心课程群之间的壁垒，加强核心课程群之间的联系，我校在开设各核心课程群之前，首先开设了生物医学工程导论课程作为本专业方向的学科概论课。一方面，该课程为学生介绍与本专业方向相关的基本理论、本专业方向的发展现状、应用领域及发展方向;另一方面，通过该课程的学习，学生可以了解各个核心课程群在本专业方向中所起的作用及相互之间的联系。
二、核心课程群的教学改革
(一)整合、优化核心课程群的课程本专业方向核心课程群以生物医学工程导论课程为主线，设置了基础医学、医疗设备及医学信号三大课程群。各核心课程群中均设有自身的基础或核心课程，其他课程在此课程上进行延伸或扩展。但是，各课程存在内容多且部分课程内容重复等现象，因此，学校首先需对课程内容进行整合及优化，具体优化策略如下。第一，每个核心课程群的教师团队成立相应教研室，并设立课程群的主要责任人。责任人与承担该核心课程的教师、企业技术人员共同研讨教学内容，对各课程的教学内容进行整合、优化，使其相互交融，又各具特色。如医学信号课程群中信号与系统课程与数字信号处理课程在“离散时间信号与系统的时域分析”“Z变换与离散时间傅里叶变换”等内容上存在重复。因此，根据设置课程的先后学期，数字信号处理课程不再开设重复的内容，而加强突出具有本课程自身特色的教学内容。第二，结合本专业方向的培养目标，培养具备创新精神、实践能力的医工学生，适当调整更新课程群中部分课程的总学时及理论与实验的学时分配比例。［7］如实用传感器课程由原来6/21(理论/实验)学时调整为24(实验);数字信号处理课程由原来总学时54(42/12)调整为32(20/12)。通过总学时调整，学校更加精炼了课程内容，使学生有更多的时间用于探索、发现自身感兴趣的课题。此外，适当增加实验在总学时中的占比，尤其是增加设计或综合性实验所占的学时，可以使学生通过实验的设计、调试等阶段，锻炼并挖掘自身的动手能力及创新思维能力，激发自我主动分析解决实验中遇到的问题;通过实验成果的展示，在一定程度上增强学生的自信心与成就感，激励学生在原有作品的基础上继续扩展或融入更多可实现的设计或功能。
生物医学工程发展方向范文4
通过评阅国内外研究所、高校和企业的最新研究文献，分析生物医学传感器的研究进展，阐述移动医疗中传感器的研究和发展方向。生物医学传感器的不断创新和发展，从种类、精度及应用等各方面均获得高度关注，可总结归纳为电生理类、生化检测类、心肺监测类及运动监测类。移动医疗是现代医疗发展的必然趋势，移动医疗离不开通讯网络、智能终端以及生物医学传感器，其技术进步为移动医疗的迅猛发展奠定了基础。
[关键词]
移动医疗；生物医学传感器；电极；动态血压
随着移动通信技术的飞速发展，移动医疗产业正飞速发展。移动医疗是指通过移动通信技术、智能终端及便携式生物医学传感器技术的集成，提供方便快捷的生化检测、实时生命体征监测等移动远程医疗健康服务。并可集合临床医疗数据，为医务人员、研究人员和患者提供医疗信息服务。生物医学传感器分为电生理类、生化检测类、心肺监测类以及运动监测类。
1可移动与穿戴监测设备
1957年，Holter首先尝试在临床使用无线电遥测技术的心电图仪，并使用磁带记录，这正是现在24h心电图设备的原型[1]。在移动医疗方面，便携式产品成为了开发研究的重点。随着现代微电子和机械加工技术的发展，使得可以制作出家用型的更加紧凑和方便的设备，如生命体征监测腕表，具有动态血压、心率、血氧及呼吸等监测功能[2-7]。可移动穿戴监护系统，包括生物传感器，便携式数据处理、存储器，数据显示单元。生物传感器或电极可以是传统方式佩戴，也可以设计成嵌入衣服或紧贴皮肤。无线通讯技术的发展也使得各单元之间可通过无线蓝牙等技术连接，避免了使用繁杂的连接线。
2电生理类传感器及电极
2.1电生理测量的新型电极
通常测量心电图(electrocardiogram，ECG)、肌电图(electromyography，EMG)及脑电图(electroencephalogram，EEG)等电生理信号均采用电极直接与皮肤接触的方式，如何提高信噪比、稳定性、不刺激皮肤成为研究重点。临床上较常用的是湿式凝胶电极，而干式电极可以保证电极长期运动下的稳定性，其研究有了很大的进展，但干式电极的可靠性还有待进一步研究。电容型电极，可通过衣服采集ECG信号，由硬币大小的非接触式电容式生物电极和低功率放大器组成(940μW)。Prance等[8]使用电容型电极和一个超高阻抗电位传感器，输入电容10pF、输入电阻1015Ω，用来测量人体周围40cm范围内的电场，可以检测到与ECG同步的波形信号。虽然40cm空气间隙的测量效果比10cm空气间隙的噪声大许多，但仍可以获得较好的结果；并可以同时测量呼吸信号，尽管目前呼吸测量结果还不非常稳定，但此种真正意义上的非接触式传感器将成为电生理测量的新方法。易弯曲的干式表面电极，使用时可以不需要电解质凝胶，也不需要对测量表面进行预处理[9]。Gargiulo等[10]发明的导电橡胶电极和高输入阻抗的放大器，使用蓝牙通讯24h不间断的采集心电信号，可应用于塑身和游泳训练中及监护运动员健康，防止运动员猝死。新材料碳纳米管或微米线阵列电极，Ruffini等[11]通过真空铸造的方法研制出直径6μm、长110μm的微米线微阵列电极，这些微米线可以刺破表皮角质层，增加导电性。采用真空铸造的方法比传统的电沉积或光刻、电铸和注塑(德文Lithographie(LI)、Galanoformung(G)、Abformung(A)，LIGA)方法成本更低。
2.2心肺监测可穿戴传感器
鉴于监测心肺功能的重要性，可穿戴是监护设备成为近数十年来的研究目标。其中包括测量反映心肺功能的基本生理指标，如心电、血压及呼吸等。其在小型化、微型化方面具有显著改进。欧盟“第五框架信息科技计划”中的健康计划，提出实现心电和呼吸等生命体征的实时监测。为用户研究开发穿在身上的织物传感器，且不会带来任何不适感。织物传感器采用具有导电性和压敏电阻特性的智能纤维和纱线编织而成。与常规方法相比，该系统具有很高的可靠性和满意度，并且可以长时间的应用于康复训练或者更高强度的环境中。Mitchell等[12]设计了1件T恤，嵌入织物压敏电阻传感器和Zigbee无线发射模块，用于监控呼吸，呼吸信号可实时显示，结合无线生物反馈系统可以用作呼吸训练(治疗呼吸道疾病，如囊性纤维化)。Rantala等[13]设计出用于监测呼吸和潮气量的光学传感器，传感器具有16根光纤，光强会随着呼吸运动引起的光纤弯曲形变而发生变化，通过换算可以代表潮气量。Fletcher等[14]使用光电体积传感器用来探测脉搏振动，结合研制的皮肤电传感器测量手腕处的信号，可用来评估自主神经的活动。在传输方面提出了同时采用两种类型的网络系统，即内部IEEE802.15.4网络系统，用于为多个传感器提供服务；另一个是使用蓝牙网络与手机通讯。关于血流动力学检测，移动血压监护仪(ambulatorybloodpressuremonitor，ABPM)已成为商业化研究成果中最成功的案例之一。虽然这种设备非常方便实用，间隔30min或者更长的时间来测量一组血压值。然而，该仪器测量的血压数据量将<48次。而由于人体每次心跳搏动的差异，一日的血压变化却可能达80000～100000种，ABPM只能采集全部血压数据的0.05%，不能完全满足动态采集的需要。因此，如何测量与心跳同步的血压变化，同时采集心输出量数据，并能结合其他心血管数据，将是非常重要的。通过详细分析血液动力学的响应，可以研究心血管系统在应对各种日常压力时的自主调节能力。Nakagawara[15]基于体积补偿法和心电导纳法，开发了与心跳同步的血压动态监测系统；Ogawa等[16]已将该系统应用于心血管应激反应研究，使用Gregg等[17]的方法分析日常活动中单次心跳的变化，成功分离了主动、被动和混合压力。
2.3生化检测传感器
迄今在移动医疗领域中，人们研制了很多种类的可穿戴生理监测的系统。然而，很少有监测生化参数的传感器。如能准确、便捷的检查生化参数，将为更好的监测个体的健康情况乃至诊断疾病带来可能。Yang等[9]直接将生物传感器印制在内衣上，可以监测微量的化学物质，亚铁氰化物(0～3mmol/L)、过氧化氢(0～25mmol/L)及还原辅酶NADH(0～100mmol/L)。此外，“BIOTEX”的欧盟计划[18]资助开发了一种基于织物的可穿戴生物传感器，用于监测汗水的pH值和Na+含量。该传感器由一个织物泵，一个pH值敏感染料和LED光电探测器组成，其中织物泵由超吸水材料制成，可不断从人体皮肤吸入汗液，LED光电传感器用来检测由汗液内溶质含量改变而导致的pH敏感染料颜色变化。同时，还使用金电极和离子敏感膜制成Na+传感器来监测汗液里Na+含量。在生化检测中，血糖测量对糖尿病患者是非常重要的，但现今的方法大部分都是有创的，需要在手指上针刺取血，采用光化学法或电化学法进行检测。在不需要血液样本方法里，经皮提取分析物质是其中一种值得关注的方法，市场推出的一种血糖检测装置GlucoWatchBiographer即是采用离子渗透法。然而，这种方法也有对皮肤刺激较大之类的缺陷。因此，需求度最高的是开发无创血糖测量仪器，如基于表面等离子体共振等光学技术、光声测量、光学相干断层扫描以及漫反射光谱法等。不同于需要复杂仪器的技术，近期开发的一种采用分光光度测量技术的方法，命名为“脉冲血糖测量”，是基于高速近红外光谱结合多变量分析的方法。虽然这种方法的微型化检测仪器尚未研制出，但完全无创的血糖仪在糖尿病患者的日常监护中有着广泛的需求和前景。
2.4运动监测传感器
在老年医学、康复、运动训练和常规医疗保健领域，运动或步态监视的重要性受到广泛认可。在康复领域，医师必须评估如站起、散步或其他活动的运动特征，直接观察和定量评估的方法最为理想。以往的方法是使用三维运动捕捉系统进行直接观测，但这种方法往往具有一定的局限性，数据处理起来也较复杂，不大适合实际应用。一些可穿戴的设备使用加速度计、陀螺仪等传感器，能够监测运动、步态和姿势；Motoi等[19]通过对矢状平面、步态和步行速度的研究，可监测人们姿势的静态和动态变化。该系统使用加速度计和陀螺仪原理，并将三组微型传感器分别固定在躯干、大腿和小腿上，通过测量相对与重力方向的角度变化分析运动状态。每组传感器上都有Ziggbee无线通讯模块和SD卡，保证实时观测和长时存储。这套系统在定量评价康复计划的效果和日常生活监测方面都有很高的可行性。Lee等[20]研究出运动训练的传感系统，将三轴加速度计和导电织物电极嵌入衬衫中，可同时监测运动以及实时心电图，并建立了基于IEEE802.15.4和Zigbee传感网络。这种类型的传感网络配合传感器的微型化改造，可以实现多种数据采集。
3展望
通过文献评阅、调研国外近年来生物医学传感器的研究进展发现，多功能集成化、无创化及微型化是移动医疗中传感器的发展方向；集成化创新，即将现有的种类的传感器集成在同一可穿戴设备上是发展标志，但集成成为重要课题，既要求并行工作，又不能相互干扰等。无创化主要针对生化检验类传感器，作为日常监测使用人们对无创无痛的要求也越来越高，新技术、新算法的发展为实现这一目标奠定了基础。微型化的要求也是便携性的要求，即随时随地都可以使用监测，对日常生活不产生影响，既要求体积小、重量轻，也不能降低准确性和精度。这些新思路对于我国的科研和产业发展具有借鉴意义。移动医疗的迅速发展，势必将带动便携式、多功能传感器的发展，同时，更多创新性的传感器及传感系统将更大程度的促进移动医疗的发展，从而根本上转变现有的医疗服务模式，以患者为中心，实现随时随地的健康监护和健康管理服务[21]。
参考文献
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生物医学工程发展方向范文5
关键词：诱发脑电；事件相关电位；信号提取；生物医学信号处理
中图分类号：TP391文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)22-139-03
Review of Methods for Extracting Evoked Potential
HUANG Rihui,LI Ting,FU Yan,WANG Zhaodong
(School of Information,Wuyi University,Jiangmen,529020,China)
Abstract：Estimation of Evoked Potential(EP)is one of the pop issues in biomedical signal processing.As the review of extracting evoked potential,the theories of EP estimation using the methods of coherent average,independent component analysis,wavelet transform,time sequence analysis and neural network in application are introduced.The problems in application with the upper five methods are indicated,it provids a theory basis for research.
Keywords：evoked potential;event related potential;signal extract;biomedical signal processing
诱发脑电(Evoked Potential，EP)是指人为地对外周感觉神经、感觉通路与感觉系统有关的任何结构进行施加适当刺激时所引起的脑电位变化，事件相关电位(Event Related Potential，ERP)是一种特殊的诱发脑电信号，两者区别主要在于EP是受感觉刺激(视、听或体感)后神经系统对刺激的直接电生理反应，ERP则是受试者受某一事件刺激后，对该事件所携带的某种信息的反应，涉及到人的高级认知活动。
在实际中,由于诱发脑电总是淹没在较强背景噪声(包括自发脑电、工频干扰、眼电、肌电、心电等) 中,其幅值只有0.2~20 μV，信噪比为0~10 dB，而且脑电信号本身又具有随机性和非平稳性，诱发脑电和自发脑电在频谱上有相当大的重叠区，使得从观测的脑电信号中提取诱发脑电更加困难。目前用于脑电信号提取的主要方法如下文所述。
1 相干平均
目前较多用于提取诱发脑电的方法是相干平均［1］，采用相干平均法进行诱发脑电提取是基于以下3个假设的：
(1) 诱发脑电和噪声为加法性的关系，且相互独立；
(2) 每次刺激后所获得的诱发脑电波形是一致的，即诱发脑电为确定性信号；
(3) 噪声与刺激无关，且是零均值的随机信号。诱发脑电、噪声和记录到的信号表示如下：
由于各次记录下来的诱发脑电信号基本不变，而自发脑电及其他噪声信号却是随机呈现的，故式(2)中的第二项1N∑ni=1ni(n)=0。因此，叠加平均后得到的诱发脑电信号的信噪比提高了N倍。由于各次刺激和响应间的潜伏期有随机性［2］:
其中，ni是随机的潜伏期，在进行记录的信号xi(n)累加时不能简单地以刺激开始时刻作为对齐数据的参考点，而需要对齐各次记录信号后再进行叠加。用原始模板0(n)和xi(n)做互相关，由互相关极大处得到延迟ni，对齐后再做平均，并把平均后的结果作为新的模板。
相关平均可以减少不相关自发脑电、噪声干扰的影响，并可以突出诱发脑电；但这样需要耗费更多的时间来进行实验，而且并不是每次实验都会产生诱发脑电，相干平均后反而会使得诱发脑电更小［3］。
2 独立分量分析
独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)是信号处理领域在20世纪90年代后期发展起来的一种全新的处理方法。ICA的发展是和盲信源分离(Blind Source Separation,BSS)紧密联系的，并在通信、特征提取、生物医学信号处理、语音信号处理、图像处理等方面得到广泛的应用。近年来，ICA逐渐应用于脑电信号处理中，如用ICA进行眼电、肌电、工频干扰等脑电伪迹(artifact)的去除［4］，及单次(或少次)的诱发脑电信号的提取［5］，并比较了使用PCA和ICA进行脑电去噪的效果［6］：
(1) 后者适用于去除更多不同种类的脑电干扰；
(2) 分离分析不需要分开不同类型的干扰；
(3) 同时把EEG和干扰信号分离成独立分量；
(4) 在训练完成后，能同时提取各通道中的无干扰的脑电信号；
(5) 在大部分的情况下，ICA比PCA保留更多有用的脑电信号。
独立分量分析是基于信号高阶统计量的信号处理方法［7］，其基本含义是将多道观测信号按照统计独立的原则通过优化算法分解为若干独立成分，复现出原来的独立信源。前提是各源信号为彼此统计独立的非高斯信号(最多有一个源信号符合高斯分布)。
在以往的多导信号处理中，主分量分析(Principal Component Analysis，PCA)和奇异值分解(Singular Value Decomposition,SVD)是较常用的方法之一，但按PCA或SVD分解出来的各分量，只能保证它们之前各不相关，除非它们都是高斯过程，才可以保证各分量之间相互独立。ICA不仅实现了信号的去相关，而且要求各高阶统计量独立。
ICA的基本原理框图如图1所示［8］，多导观测信号X是由多个等效源S(独立信源)经混合系统A组合而成。ICA的任务是在假定各等效源S独立且S与A均为未知的条件下，求取最优的解混系统B，使得X通过B后得到的Y逼近S。
图1 ICA原理图
独立分量分析实际上是在某一衡量独立性的优化判据最优的意义下寻求其近似解，使Y中各分量尽可能独立；Y与S不但只是近似，而且在排列次序和幅度上都允许不同。较常用的判据如下:互信息极小化，信息极大化，极大似然判据，代价函数极小化等。
由于各种伪迹与脑电信号在时间上是相互独立的，而且观测信号可视为它们与脑电无延迟的线性组合，伪迹等效源的数目一般比头皮上测得的脑电导数要少，所以可以应用ICA来进行脑电去噪，并已经取得了很好的效果［4］。
也有一些研究者把ICA应用于诱发脑电信号的单次提取中［5］，主要是假定诱发脑电和背景脑电EEG为相互独立的信号成分，通过寻找线性变换，在上述优化判据最优的意义下,将观测到的脑电信号分解为尽可能相互独立的成分。在将观察信号分解成相互独立的分量以后,为了达到增强或提取诱发脑电信号的目的，把不相干的分量置零或对其中的某些分量幅值做适当的衰减，然后再用处理后的独立分量重建原始信号。
3 小波变换法
如果信号x(t)∈L2(R),小波变换定义为信号x(t)和小波函数ψa,b(t)的卷积：
小波变换是同时具有时域和频域的良好局部化性质的时频分析方法。小波变换的主要优点在于它具有可变的时-频分析窗口，对于低频信号可用宽的窗口分析，对于高频信号可用窄的窗口分析。这样小波变换可以在所有频率范围内为信号分析提供最优的时-频分辨率。而且，由于小波变换窗口范围能够自动地适应每个尺度的瞬时事件，因此它能够精确地检测到神经信号定事件产生的时间、瞬变程度及其频率随时间变化的情况，所以特别适合于分析脑电信号等非平稳信号［9,10］。
在诱发脑电信号处理方面，主要应用小波变换的多分辩率分析，当尺度a较大时小波视野宽而分析频率低，可以观察信号的概貌；当尺度a较小时小波视野窄而分析频率高，可以观察信号的细节。但不同a值下分析的品质因数(指中心频率与带宽的比值)却保持不变。
如果把小波ψj,k对每一分辨率j所产生的L2子空间用Wj表示，当j∞时WjL2(R),包含整个平方可积的实函数空间。则空间L2可以分解成一系列的子空间Wj之和［9］：
L2=∑j∈ZWj(6)
定义子空间为：
Vj=Wj+1Wj+2…j∈Z(7)
子空间Vj是L2的多分辨率近似，它是由尺度函数φj,k经伸缩和平移产生的。对于子空间Vj会有一个与之相对应的正交子空间Wj:
Vj-1=VjWjj∈Z(8)
假设有一能量有限的离散信号x(n)a0(n),可依照下面的关系式连续对信号进行分解：
aj-1(n)=aj(n)dj(n)(9)
这里aj(n)∈Vj,它表示信号的概貌；而dj(n)∈Wj，它表示每一尺度(j=0,1,…,N)的细节。因此对每一分辨率N>0，信号的分解形式可表示为：
x(n)a0(n)=d1(n)+d2(n)+…+dN(n)+aN(n)(10)
因此每一分辨率分解把该级输入信号分解成一个低频的近似信号和高频的细节信号。
诱发脑电是由刺激引起的观测脑电信号中的变化，它与刺激作用存在锁时关系。尽管诱发脑电淹没在强背景噪声中(含自发脑电及其他干扰信号)，而且部分EEG和EP在频率上重迭，但可根据它们时间位置的不同区别出来。如较常用着实验的P300(事件相关电位的一种),它是在受刺激后约250~400 ms期间脑电产生的正向波峰，频率范围集中在2~8 Hz间,与自发脑电中的θ波(4~8 Hz)和δ(0~4 Hz)在频率上有重叠。
利用小波变换的多分辨率分析后，把与P300有关频带的小波系数保留，然后从保留频带的小波系数中取出在250~400 ms之间的小波系数，用这些小波系数进行诱发脑电信号的重构，从而从强背景噪声中提取出微较的诱发脑电信号。
4 时间序列分析法
由于在诱发脑电中，信号与噪声频谱重叠，一般的滤波方式很难将其分开。有些学者试图通过时间序列分析方法，用AR或者ARMA模型对诱发脑电信号建立数学模型，再通过滤波等方法提取诱发响应信号。
1988年Sprechelsen［11］等的方案中，利用卡尔曼滤波对已知随机信号建立模型，根据前一个估值和最近一个观察数据估计信号的当前值，自动跟随信号统计性质的非平稳性，从而提取出诱发响应信号。
李鲁平［12］等还提出了带外输入的自回归算法和附加信号处理方法两种基于时间序列分析的方法；关力［13］的则提出了维纳滤波在诱发脑电信号处理上的应用。
5 神经网络法
Nishida［14］等1994年提出了用神经网络方法自动提取P300的方案。1999年Fung KSM［15］等提出了一种自适应信号处理与神经网络相结合的方法，文献［16］对这种方法进行了总结。
神经网络可以把专家知识结合进一个数学框架，并通过训练对专家的经验进行学习，而不需要任何对数据和噪声的先验统计假设；但它只能用于提取EP信号的特征，无法提取整个波形，因而丢失了部分重要的信息。
6 结 语
相干平均在实现上较为容易，但相干平均后只反映多次平均的结果，不能反映诱发脑电的逐次变化，而随着实验次数的增多，会使得受试者疲劳或不适，影响实验结果。独立分量分析和小波变换能从单次(或少次)刺激中提取出诱发脑电，但ICA后的各独立分量所对应的物理意义有待进一步研究；如何在减少检测通道数的同时，能有效地分离出各独立分量也是ICA在诱发脑电提取方面有待研究的方向。SVM能很好地区分观测信号中是否存在诱发脑电，但它只能提取特征，不能提取信号，因而丢失了部分信息。如何能有效地在单次(或少次)刺激中提取诱发脑电是这方面研究的发展方向。
参考文献
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作者简介
黄日辉 男，1982年出生，广东台山人，五邑大学在读硕士研究生。研究方向为脑电信号处理。
生物医学工程发展方向范文6
高校校医院是一种为教职员工提供福利型治疗的一种治疗机构。它的经费来源是教育部以高校离、退休人员、在职职工及学生的人数为基础，按照不同标准按年度拨款的。但是由于经费有限，高校医疗经费严重不足。医务人员缺乏培训进修计划。医疗设备基本上是老旧产品，长期使用无钱更换。尤其是承担着检验工作的检验设备更是无法及时更新。这种现状则引发愈来愈多的困难。特别是近年来，随着高校教职工离退休高峰期的临近，有的高校离退人员占全校教职工总数的30%以上，这部分老同志由于多年来积劳成疾，身休状况欠佳，他们需要一种较好的医疗环境。而另外一部分的中青年教师身体则大都处在亚健康状态，突发病和疑难病例呈上升趋势，要具体的诊断出这些年轻老师的身体状况必须借助于检验设备的精密和检验工作人员高超的业务能力。但是，由于经费不足，而高校规模扩大，学生人数成倍增长，学生群体总体上身体较脆弱，有些突发性、传染性疾病在这个群体中流传传播较快，加之时有突发性的事故发生，在这种状态下既使医务人员超负荷的工作，也难及时较好的解决和处置愈来愈突出的医患矛盾。
1.1检验科医务人员业务水平与医学科学发展的矛盾。
高校检验科医务工作人员基本上长期处在满负荷门诊压力之下，仅凭原有知识及经验接诊病人。学校尚未做出一个较为完善的医务人员进修培养计划，有的检验人员从到医院工作一直到离退几十年都没有一次进修学习机会，观念陈旧，知识老化，手段落后。不能面对检验技术的快速发展，对新设备和新的检查手段显然缺乏及时的学习和掌握。检验人员每天面对的病人，只有采取能诊就诊，不能诊就转到社会医院，没有时间和机会开展必要会诊和聘请有关专家作学术交流，以更新现有医务人员的知识结构提高学术水平.
1.2检验科医务人员知识水平与教职员工和学生病情多样性的矛盾
现在的学生几乎都是没有什么严谨的生活规律，经常的熬夜，包夜上网，导致睡眠不足，引起的体质变差，这样就很容易生病。而且出现病情的时候，往往不能很清楚的表述自己的病情。医生对学生询问病情的时候，也是以不知道、不清楚来应付，不能很好的配合医生的治疗，医生问多了，还表现出烦躁和不耐烦的情绪，这样就间接的影响了医生采集病情资料，使医生不能快速的做出诊断，进而进行及时的治疗。此时要确定病情就需要依赖检验科人员利用检验设备方便快速的对病情加以识别和判断，从而帮助医生和学生确诊和治疗。因为医学检验是生命科学与现代分析检验技术相互渗透、相互结合而发展起来的医学技术类学科，它涉及基础医学、临床医学、生物学、化学、物理学及管理学等多学科领域，在现代医学中的地位和影响日趋重要。高等院校可以利用大学优势，为医学检验实践提供了学术、师资和物质上的补充和支持，对培养复合型医学检验人才具有十分重要的作用。
2高校校医院检验科改进措施
高校校医院是我国卫生资源的重要组成部分，长期以来，担负着高校教职学工和家属的医疗、预防、健康保健等工作。但是，在市场经济条件下，高校校医院必须走社会化发展之路没有改革就不会有发展，没有深刻的、深层次的变革就不可能实现跨越式发展。医院应努力建立以市场为导向，以质量为核心的医疗制度，坚持以病人为中心，在适应教职学工和家属医疗服务需求的同时，建立健全完善对付突发性传染性疾病的快速反应机制和防治措施，并与杜会医疗快速反应机制接轨，防治和遏制传染性病源在高校传播和蔓延。并在做到高校自身预防疾病的同时积极为周边居民服务，广泛开拓社会化医疗服务市场，努力加强同本地区和国内大医院的交流合作，与高等教育改革深发展相适应.
2.1提高医务人员业务水平，提高服务环境
医疗改革的宗旨是以人为本，提高全民健康水平，其关键是医务工作者的服务态度和业务水平，医学科学的发展，急需广大医务工作者将自己业务能力和知识结构建立在科学的发展过程中，不断接收新的知识，更新自身的知识结构，对急需的医务工作骨干高校应制定特殊政策予以引进，只有医务人员业务水平提高了，校医院才能走向社会，扩大自身服务渠道。高校可制定医务人员长期学习和培训计划，采取请进来，派出去及举办多种病例讲座和学术报告的形式扩大员工视野，对年轻的医务工作者争取在3-5年内给予一次业务进修培训的机会，高校将医务人员培训列人教师培训计划，使医务工作的业务水平处在不断提高过程中。另外，高校有重点的拨出专项资金，防治建立传染疾病医疗保证体系。积极引导校医院医务人员了解学校有关学科的发展方向，鼓励和支持医务工作者根据医学科学的发展与学校有关学科发展方向相结合，参与医学科学、生物科学及生物医学工程技术等方向的科学项目研究。使有条件的医生与有关科研人员结合，共同攻关，具备条件的校医院不仅可在完成高校教职学工的医疗保证任务的基础上，积极探索社区服务的模式使医院成为国家整个医疗系统中的一部分。
2.2改善软硬件设施，加强人员培训
