生物醫學工程學科發展的思考范文

本站小編為你精心準備了生物醫學工程學科發展的思考參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

生物醫學工程學是融合理工科學和生物醫學的理論和方法逐步成長起來的邊緣性學科，其基本任務是運用理工科原理和工程技術方法，研究和解決醫學和生物學中的相關問題。作為一門獨立學科發展的歷史尚不足50年，隨著現代科學技術的進步，生物醫學工程學科得到了長足的發展。它在保障人類健康和推進疾病的預防、診斷、治療、康復等技術進步所起的作用日益增強，已經成為當前醫療衛生健康發展的重要基礎和有力技術支撐。20世紀60年代，美國一些著名大學先后開啟了生物醫學工程學科的建設，相繼啟動了生物醫學工程專業人才的培養。美國的生物醫學工程教育特點是在技術產業化需求驅動建立起來的具有其自身特性，且反映了生物醫學工程學科建設與發展的前沿特征。各個學校的本科教育課程雖然具有自己的特色，但在課程設置上大致可以分為科學基礎課程、專業核心課程、關注領域課程、設計課程、人文與社會科學課程、專業選修課程及其他選修課程等六類。

不同學校本科課程的主要差異體現在專業選修課程及其他選修課程的設置上，各個學校根據自身的生物醫學工程領域的研究方向和研究水平特點開設一些相應的選修課程，并培養學生在相應方向上的研究探索實踐能力。這是美國生物醫學工程本科教育的基本特點。我國生物醫學工程專業教育起步于20世紀80年代，主要發源于著名工科院校的信息技術類專業和力學專業，進而逐漸形成的生物醫學工程專業教育，后來，一些醫學院校在醫學物理和醫用計算機技術的基礎上相繼開展了生物醫學工程專業教育，于是在我國基本上形成了這樣兩種類型的生物醫學工程學科。上述兩類院校的生物醫學工程學科建設發展模式各具側重，遵循了共同的學科基礎，在培養生物醫學工程專業人才的應用層面上有顯著特點。相對來說，工科院校的生物醫學工程培養模式注重工程技術的開發和功能拓展，醫科院校則注重醫學與工程結合、工程技術在醫學中的綜合應用。

1中國生物醫學工程學科發展思路

生物醫學工程是一種交叉學科，交叉的學科基礎及其融合的緊密程度決定了生物醫學工程學科的發展水平，交叉的學科發展推動著生物醫學工程學科的發展，并且使得生物醫學工程學科研究領域變得十分廣泛，而且處在不斷發展之中。

1、1學科發展軌跡在中國，基于電子信息工程發展而來的生物醫學工程學科，主要包括生物醫學儀器、生物醫學信號檢測與處理、生物醫學信息計算分析、生物醫學成像及圖像處理分析、生物醫學系統建模與仿真、臨床治療與康復的工程優化方法、手術規劃圖像仿真以及圖像導引手術及放療優化等；有基于力學發展而來的生物醫學工程學科，主要包括生物流體力學、生物固體力學、運動生物力學、計算生物力學和微觀尺度的細胞生物力學等；基于化學材料工程發展而來的生物醫學工程學科，主要包括生物材料學、組織工程與人工器官、物理因子的生物化學效應等。

1、2學科發展特點作為交叉學科的生物醫學工程學科，其發展的關鍵在于交叉學科間的交叉融合。構建一種良好的交叉結構，對推動交叉學科的發展具有至關重要的作用。約翰霍普金斯大學對于生物醫學工程這樣的交叉學科的描述有一個形象的說法：交叉學科如同在不同學科之間建立起連接橋梁，如果在河兩岸沒有堅實的基礎，橋是無法建立好的，對于生物醫學工程這樣一座建立在兩個不同學科之間的橋來說，它的發展要求具有堅實的交叉學科基礎和交叉學科緊密融合深度。那么在生物醫學工程學科構建良好的交叉結構，需要選取具有理論支撐和技術支撐的主干學科進行交叉，凝練學科方向，不能大而全，過于寬泛。目前，醫學儀器和醫學成像技術具有良好的應用和發展前景，應該成為生物醫學工程學科的重點發展方向。醫學儀器和醫學成像設備能有力推動醫療產業的發展。醫療儀器和醫學成像設備是現代醫療器械產業中的主流產品，在產業發展中起著主導和引領作用。其發展水平已成為一個國家綜合經濟技術實力與水平的重要標志之一。產業化驅動也是學科發展的一種動力，也為學生未來職業發展奠定良好的基礎。基于醫療衛生健康事業的需求和生命科學發展的大趨勢，生物醫學工程學科應大力促進醫學儀器和醫學成像方法的學科建設，從而提升整個學科的發展水平。生物醫學工程學科的建設離不開一流的學術研究和學術成果的應用。一流的學術研究不但能提升學科的發展水平，而且能開拓學科縱深發展，產生良好的經濟效益和社會效益，進而增強學科服務社會發展的能力。學術研究的前瞻性和創新性將確保學科建設的發展動力和趨勢以及學科發展的活力。交叉學科往往具有不同程度的可替代性。可替代性程度越高，交叉學科存在的必要性就越小。如何減小生物醫學工程學科可替代性的程度是需要深入思考的，是需要提升學科的特異性的。生物醫學工程學的學術研究主要包括應用理論研究和理論應用研究，應用理論研究主要涉及生物醫學工程領域所需要解決的科學問題，開展新理論、新方法的研究。理論應用研究主要涉及生物醫學工程領域所需要解決的科學和技術問題，借助理工科的相關理論和方法開展應用基礎研究和應用研究。應用理論研究是理論驅動型的學術研究，理論應用研究是應用驅動型的學術研究。理論驅動型和應用驅動型是生物醫學工程學科學術研究的兩種主要模式。理工科大學具有良好的理論創新基礎和強大的交叉的學科背景，開展理論驅動型研究具有自身優勢。醫學院校具有豐富的醫學資源，面臨著大量需要應用理工知識解決的醫學問題，開展應用驅動型研究，將很好地實現與醫學的應用融合，具有較好的臨床應用價值，有力推進醫學的進步與發展。各自的學術優勢將有利于生物醫學工程學科特色發展，從而增強其不可替代的程度，實現學科可持續創新發展。

1、3學科體系作為一級學科的生物醫學工程，包含學科的理論體系和技術體系，且該體系離不開所交叉的學科的理論體系和技術體系的支撐，此外生物醫學工程學科理論體系和技術體系既要有學科自身的特色，又要具有可持續發展和一定程度上的不可替代性，這樣學科才會有旺盛的生命力。要面向醫療衛生、生物科學所涉及的重大、重要技術理論問題及基礎應用開展學術研究。實現良好的學術研究定位，形成自己的理論體系和技術體系。

2大數據時代的生物醫學工程學科發展

守正創新是生物醫學工程學科發展的必由之路，人類已進入大數據時代，所謂大數據（bigdata），或稱海量數據，是指由于數據容量太龐大和數據來源過于復雜，無法在一定時間內用常規工具軟件對其內容進行獲取、管理、存儲、檢索、共享、傳輸、挖掘和分析處理的數據集。大數據具有“4V”特征：①數據容量（volume）大；②數據種類（variety）多，常常具有不同的數據類型和數據來源；③動態變化（velocity）快，如各種動態數據，非平穩數據，時效性要求高；④科學價值（value）大，盡管目前利用率低，卻常常蘊藏著新知識和重要特征價值或具有重要預測價值。大數據是需要新的分析處理模式才能挖掘分析出其蘊藏的重要特征信息［6］。人體生老病死的生命過程就是一個不斷涌現的生物醫學大數據發生源，這種源源不斷的生物醫學大數據的檢測、處理與分析，將給生物醫學工程學科的建設與發展帶來新的機遇和挑戰。模式識別、人工智能、數據挖掘和機器學習的發展將帶動大數據處理技術的進步。

生物醫學大數據廣泛涉及人類醫療衛生健康相關的各個領域：臨床醫療、基礎醫學、公共衛生、醫藥研發、臨床工程、心里、行為與情緒、人類遺傳學與組學、基因和蛋白質組學、遠程醫療、健康網絡信息等，可謂包羅萬象，紛繁復雜。生物醫學大數據中蘊藏了種種有科學價值的信息，研究有效的大數據挖掘的新理論、新技術和新方法，對生物醫學大數據進行關聯和融合計算分析，充分挖掘生物醫學大數據中的信息關聯和特征關聯和數據空間映射關聯，既能為疾病的預防、發生發展、診斷和治療康復提供系統化的全新的認識，有利于深入疾病機理研究分析，開展個性化診療。還可以通過整合系統生物學與臨床數據，更準確地預測個體患病風險和預后，有針對性地實施預防和治療。生物醫學工程學科所面臨的生物醫學大數據主要包括多模態醫學影像數據、多種類醫學信號數據以及基因和蛋白質組學的生物信息數據。生物醫學大數據在生物醫學工程學科領域內有著廣泛深遠的應用前景，從三個方面應用將推動生物醫學工程學科的發展。

（1）開展多模態影像大數據計算分析。醫學影像學科的發展從早期看得到，到看得清，目前的看得準，未來的趨勢是看得早。只有看得準和看得早才有利于臨床早期干預，提高治療預期。醫學影像大數據計算分析在影像診斷、手術計劃、圖像導引、遠程醫療和病程跟蹤將發揮越來越大的作用。建立新的醫學影像大數據計算分析模型和數值計算方法，挖掘多模態影像數據的特征數據和特征關聯，將會提供強有力的影像診斷分析手段，極大地推動影像技術的發展，具有重要的臨床應用價值和科學價值。

（2）開展多種類醫學信號大數據計算分析。醫學信號大多直接產生于生理和病理過程中的信號，能在不同層面上表達生理和病理相關機制特征。融合多種醫學信號的大數據計算分析，能對生理病理過程進行更好更全面的闡釋，不僅能深入了解生理病理的狀態特征和過程特征，而且能實現個體健康監測和管理。可以很好地開展回顧性研究和前瞻性研究，推進系統化的醫學應用研究。實現強大的多種醫學信號數據的特征挖掘及特征關聯計算分析。大數據挖掘能夠增加準確度和發現弱關聯的能力，能更好地認識生理病理現象和本質。

（3）開展基因和蛋白質組學的生物信息大數據計算分析。基因組學、蛋白質組學、系統生物學和比較基因組學的不斷發展涌現了海量的需要計算分析的生物信息數據，已進入計算系統生物學的時代。開展生物信息大數據計算分析，可以拓展組學研究及不同組學間的關聯研究。從環境交互、個體生活方式、心里行為等暴露組學，至細胞分子水平上的基因組學、表觀組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、基因蛋白質調控網絡，再到人類健康和疾病狀態的表型組學等不同層面不同方向上實現大規模的關聯計算分析，可以全面闡述生命過程機制，挖掘生命過程特征及關聯特征。

3結論

醫學和生命科學的不斷進步與發展，需要生物醫學工程學科的深度介入和支撐。開展理論驅動型和應用驅動型生物醫學工程學科學研究，將更好地促進生物醫學工程學科發展，增強生物醫學工程學科的生命力。發揮工程優勢，加強醫工結合，支撐醫學發展，將增強生物醫學工程學科的科學價值和醫學價值，更好地開展生物醫學工程技術向更深層的臨床醫學基礎醫學實踐服務，進一步推動臨床醫學診療及康復水平的提高。生物醫學大數據時代的到來，迫切需要生物醫學工程學科的特色發展。在大數據時代生物醫學工程學科的科學研究方式將從假設驅動轉變為數據驅動，將有利于醫學和生命科學的數據特征關聯研究。

作者：李海云 景斌 于紅玉 單位：首都醫科大學生物醫學工程學院