醫學(xué)工程與生物工程在現代醫學(xué)研究中的發(fā)展

生物醫學(xué)工程在國際上做為一個(gè)學(xué)科出現，始于20世紀50年代，特別是隨著(zhù)宇 航技術(shù)的進(jìn)步 、人類(lèi)實(shí)現了登月計劃以來(lái)，生物醫學(xué)工程有了快速的 發(fā)展 。在我 國，生物醫學(xué)工程做為一 個(gè)專(zhuān)門(mén)學(xué)科起步于20世紀70年代，中國醫學(xué)科學(xué)院、中國協(xié)和醫科大學(xué)原院校長(cháng)、我國著(zhù)名 的醫學(xué)家黃家駟院士是我國生物醫學(xué)工程學(xué) 科追早的倡導者。1977年中國協(xié)和醫科大學(xué)生物心肺復蘇模擬人醫學(xué)工程專(zhuān)業(yè)的創(chuàng )建、1980年中 國生物醫學(xué)工程學(xué)會(huì )的成立，有力地推進(jìn)了我國生物醫學(xué)工 程的 發(fā)展 。目前，我國許多高�？蒲袉挝痪�設有生物醫學(xué)工程機構，從事著(zhù)生物醫學(xué)的科研 教學(xué)工作 ，在我國生物醫學(xué)工程科學(xué)事業(yè)的 發(fā)展 中發(fā)揮著(zhù)重要作用。
　　 顯微鏡的發(fā)明心肺復蘇模擬人“解剖”一詞由希臘語(yǔ)“Anatomia”轉譯而來(lái)，其意思是用 刀剖割，肉眼觀(guān)察 研究 人體結構。17世紀Lee Wenhock發(fā)明了光學(xué)顯微鏡，推動(dòng)了 解剖學(xué)向 微觀(guān)層次 發(fā)展 ，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進(jìn) 一步觀(guān)察 研究 其細胞 形態(tài)結構的變化。隨著(zhù)光學(xué)顯微鏡的出現，醫學(xué)領(lǐng)域相繼誕 生了細胞學(xué)、組織學(xué)、細胞病理 學(xué)，從而將醫學(xué) 研究 提高到細胞形態(tài)學(xué)水平。
　　 普通光學(xué)顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞 的超微細結構 、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡， 使人們能觀(guān)察到納米(nm )級的微小個(gè)體， 研究心肺復蘇模型細胞的超微結構。光學(xué)顯微鏡和電 子顯微鏡的發(fā)明都是醫學(xué)工程 的成果，它們對推動(dòng)醫學(xué)的 發(fā)展 起了重要作用。
　　 影像學(xué)診斷飛躍進(jìn)步　影像學(xué)診斷是20世紀醫學(xué)診斷追重要 發(fā)展 追快的領(lǐng)域之一。50年代X光透視和攝片是臨床追常用的影像學(xué)診斷方法，而今天由于X線(xiàn)CT技 術(shù)的出現 和應用，使影像學(xué)診斷水平發(fā)生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT),即是利用計算機技術(shù)處理人體組織器官的切面顯像。X線(xiàn)CT 片提供給醫生的信息量，遠遠大于普通X線(xiàn)照片觀(guān)察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經(jīng)問(wèn)世，能快速掃描和重建圖像，在臨床應用中取代了急救訓練模型多數傳統的CT， 提高了診斷準確率［1］。醫學(xué) 工程 研究 利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonance)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI)，它不僅心肺復蘇模擬人可分辨病理解剖結構形態(tài)的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾病在早期價(jià)段的改變，有利于臨床早期診斷�？梢哉J為MRI工程的進(jìn)步，促進(jìn)了醫學(xué)診斷學(xué) 向功能與形態(tài)相結合的方向 發(fā)展 ，向超快速成像、準實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)MRI、MRA、FM RI、MRS發(fā)展。 根據核醫學(xué)示蹤，利用正電子發(fā)射核素(18F，11C，13N)的原理，創(chuàng )造 的正電子發(fā)射體層攝影(PET)，是目前追的影像診斷技術(shù)。美國新聞媒體把PET列為十大 醫學(xué)生物技術(shù)的榜首。PET問(wèn)世不過(guò)30年歷史，但它已顯示出對腫瘤學(xué)、心臟病學(xué)、神經(jīng)病 學(xué)、器官移植，新藥開(kāi)發(fā)等 研究 領(lǐng)域的重要價(jià)值［2］。影像學(xué)診斷水平的不斷提高 ，與20世紀生物醫學(xué)工程技術(shù)的 發(fā)展 密切相關(guān)。
　　 介入醫學(xué)問(wèn)世　介入醫學(xué)是一種微創(chuàng )傷的診療技術(shù)。Dotter和Judkin(1964 年)是追早使用介入技術(shù)治療疾病的創(chuàng )始人，他們用導管對下肢動(dòng)脈阻塞性病變進(jìn)行擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過(guò)介入心肺復蘇模擬人放射學(xué)(Interventional Radiology)，這是醫 學(xué)文獻出現“介入”一詞的追早記載。1977年 Gruenzing成功地進(jìn)行了首例冠狀動(dòng)脈球囊擴 張術(shù)獲得成功以后，介入性診療技術(shù)由于其創(chuàng )傷小、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎 。20世紀80年代隨著(zhù)維修電工實(shí)訓裝置生物醫學(xué)工程的發(fā)展，高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術(shù)以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術(shù)用的各種導管相 繼問(wèn)世，使介入性診療技術(shù)發(fā)生了飛速進(jìn)步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、 非血管管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高，患者可減免許多大手術(shù)之苦。有人把介入診療技術(shù)視 為與藥物診療、手術(shù)診療并列的臨床三大診療技術(shù)之一，也有人把介入診療技術(shù)稱(chēng)之為20世 紀發(fā)展起來(lái)的心肺復蘇模型臨床醫學(xué)新領(lǐng)域--介入醫學(xué)［3，4］。
　　 人工器官的急救訓練模型應用當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時(shí)，維修電工實(shí)訓考核裝置現代臨床醫療技術(shù)有可能使用一種人工制造的裝置來(lái)替代病損器官或補償其生理功能，人們稱(chēng)這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風(fēng)濕性心臟瓣膜病的治療，除了應 用抗風(fēng)濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環(huán)技術(shù)，在心臟停跳狀態(tài)下切開(kāi)心臟，進(jìn)行更換人 工瓣膜或進(jìn)行房、室間隔缺損的修補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣的水平，主要是由于人工心肺機的問(wèn)世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材料、新技術(shù)的結果［5］。
　　 腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術(shù)已挽救了大量腎病晚期患者的生 命，腎病治療學(xué)也因此有了很大進(jìn)步。
　　 現代生物醫學(xué)工程中人工器官的 發(fā)展 也非常迅速，除上述人工器官外，人工關(guān)節、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千萬(wàn)萬(wàn)的患者恢復了健康。 可以說(shuō)，心肺復蘇模擬人人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。
　　 此外，放射醫學(xué)、超聲醫學(xué)、激光醫學(xué)、核醫學(xué)、醫用電子技術(shù)、計算機遠程醫療技術(shù)等先 進(jìn)的醫療技術(shù)和儀器設備都是現代醫學(xué)工程 研究 開(kāi)發(fā)的成果，綜上可見(jiàn)，20世紀生物醫學(xué)工 程的 發(fā)展 ，顯著(zhù)提高了醫學(xué)診斷和治療水平，有力地推動(dòng)著(zhù)醫學(xué)科學(xué)的進(jìn)步。
　　 21世紀生物醫學(xué)工程展望　縱觀(guān)醫學(xué)新技術(shù)誕生和 發(fā)展 的 歷史，從倫琴發(fā)現X線(xiàn)到今天X射線(xiàn)診療技術(shù)的 發(fā)展 ，從朗茲萬(wàn)發(fā)現超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用，從布洛赫和伯塞爾發(fā)現核磁共振到今天MRI的問(wèn)世，從赫斯費爾德發(fā)明CT到今天C T成像系統的應用，都是以物理學(xué)工程技術(shù)為基礎、醫學(xué)需求為前提 發(fā)展 起來(lái)的醫學(xué)新技術(shù) 。循著(zhù)20世紀醫學(xué) 發(fā)展 的軌跡，我們有理由預測心肺復蘇模擬人21世紀新的醫學(xué)診療技術(shù)可能在以下10個(gè)方 面有重大突破和創(chuàng )新：
　　 (1)各種診療儀器、實(shí)驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫療信 息網(wǎng)絡(luò )化，診療用機器人將被廣泛應用。［6］
　　 (2)介入性微創(chuàng )，無(wú)創(chuàng )診療技術(shù)在臨床醫療中占有越來(lái)越重要的地位。激光技術(shù)，納米技術(shù) 和植入型超微機器人將在醫療各領(lǐng)域里發(fā)揮重要作用。
　　 (3)醫療實(shí)踐發(fā)現心肺復蘇模型單一形態(tài)影像診查儀器不能滿(mǎn)足疾病早期診斷的需要。隨著(zhù)PET的問(wèn)世和應 用，形態(tài)和功能相結合的新型檢測系統將有大 發(fā)展 。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診 查系統將在21世紀問(wèn)世。
　　 (4)生物材料和組織工程將有較大 發(fā)展 ，生物機械結合型、生物型人工器官將有新突破，人 工器官將在臨床醫療中廣泛應用。
　　 (5)材料和藥物相結合的新型給藥技術(shù)和裝置將有很大 發(fā)展 ，植入型藥物長(cháng)效緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長(cháng)可降解材料，可逆抗生育絕育材料、生物止血材料將有 新突破。
　　 (6)未來(lái)醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此，用于社區、家庭、個(gè)人醫療保健診療儀器，心肺復蘇模擬人康復保健裝置，以及微型健康自我監測醫療器械和用品將有廣泛需求和應 用。