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生物医学工程(Bio毗dieazEngineering)学是一门年轻的新学科,从技术角度肴,生物医学工程技术其形成与发展的模式墓本上可归纳为:通过工程技术手段把物理、化学以及技术科学中新的技术、原理、方法应用于研制医疗装!、满足临床诊治的需要,随着科学技术进步、新的物理、化学方法和工程技术不断被应用于医学,医用产品越来越多.在工程学(含电子技术、计算机技术、信.息技术、材料科学)突飞猛进地发展的同时,生命科学也在迅猛发展,近年来迅速兴起的生物技术对给生物医学以极大的推动,将产生分子医学.因此我们对理工学科与生命科学交叉结合而产生的生物医学工程学必须有新的认识.美国学者指出,新的生物医学工程定义是:“生物工程学结合物理学、化学或数学和工程学原理,从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出基本概念,产生从分子水平到器官水平的知识,诱发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法,用于疾病预防、诊断和治疗,病人康复,改菩卫生状况等目的”.因此,我们必须考虑到科学技术的进步给生物医学工程学带来的影响:不仅是工程学与生命科学、医学的交叉结合,也包括所有其他学科和生命科学、医学的交叉结合;不仅是工程技术的相应理论方法与生物医学中人体结构功能的交叉结合,而且要考虑工程技术的相应理论方法与生物技术的交叉结合.因此,我们引用根据美国国立卫生研究院有关名词命名专家组最近对生物医学工程学的定义:焦生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学厚理,从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究;提出墓本概念,产生从分子水平到导官水平的知识,开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、导械和信,’.学方法,用于疾病预防、诊断和治疗,病人康复,改善卫生状况等目的.”
二.生物医学工程学科类型
生物医学工程学是理、工学科和生物医学相结合而发展起来的交叉边缘学科,涉及的领域十分广泛,与其他诸如材料、信息、电子技术、计算机科学关系密切,并在不断发展之中.根据学科具体内容可以分为:因为生物医学工程学科具有其他学科所没有的特点,我国仅设一级学科不设二级学科.
1.信息技术型生物医学工程(InformationTeehno一osyBiomediealEngsneering:IT一明E.)其知识体系的组成特点是以电子技术、计算机技术、信.息处理技术的知识为主线,以生物医学方面相应的领域为交叉、结合对象,对其中的问题进行研究.
2.材料技术型生物医学x程伽aterialTeehnologyBiomedicalEngineering:盯一翎E)其知识体系包含材料科学、生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算机技术、医学和生命科学的墓本知识,主要研究对象是生物材料和人工器官,包含新近发展起来的组织工程.
3.生物技术型生物医学工程(BiologiealTeehnologyBiomedicalEngineering,BT一BME)在生物医学工程发展的同时,由于分子生物学的发展产生了生物技术,使得生物医学工程与生物技术交叉结合.美国实验生理学学会联合会(F^SEB)对未来医学发展的分析是“分子医学将在2020年成为人类健康的基础.分子医学的实践将包括新的预防方法、新的诊断方法和新的治疗方法,新的治疗方法将直接针对造成疾病的分子、细胞或生理缺陷.这些新医学方法的墓础将是精确的和无创的成像及诊断技术,……”,这充分说明了在新的时期,生物医学工程必然和分子水平的诊疗技术交叉结合,也就是说生物医学工程必然和生物技术交叉结合,因此必然会产生生物技术型的生物医学工程.其知识体系包含数学、计算机技术、信.息技术、生物学、分子生物学、遗传学等等.
4.生物医学研究型的生物医学工程(BiologiealMediealstudyBi二。dicalEngineeringBMS一BME)由生物医学工程的定义和它的研究内容知道,我们要为深入研究生命过程的规律,揭示生命的本质.因此这类学科的着眼点和落脚点不在于应用,而在于用目前的一切科学技术的理论、方法、技术以某一生命过程为研究对象.所需的是所有理工科、生物学、医学、哲学知识的交叉融合.
5.医疗器械产业型的生物医学工程伽ediealDevieesBIOfnedicalEngineering:MD一BME)生物医学工程所有的研究的最终目的是以各种不同的产品服务于社会,在各种生物医学工程产品中,医疗器械(含各种医疗仪器、医疗设备和耗材等)产品占有很大比t.要过渡到产品必须有由实验室研究到产业化过度的研究阶段,就会形成产业型的生物医学工程.其知识体系包含电子技术、计算机技术、精密机械、生物医学的基本知识、管理学、市场经营等.以往我国医疗界械产业化的发展较发达国家滞后,就是因为这方面的力t相对薄弱,因此一方面应该在医疗界械的公司强化这方面的建设,另一方面应加强高校、研究所与企业的交叉结合.科研成果的产品化研究在医疗界械行业显得尤为重要。
6.在医院中的生物医学工程-----一临床工程随若科学技术和现代医学的发展,生物医学工程对促进医学科学的发展起到了很重要的作用,尤其是在医院的建设和发展中所起的作用更为重要,所居的地位更为明显.医疗机构为了满足社会的需求,在医疗市场的激烈竞争中求得生存与发展,就必须加快自身的现代化建设,在这一进程中,生物医学工程的分支学科一一临床工程已成为现代化医院不可缺少的组成成份,将起到举足轻重的作用.临床工程师、医生和护士共同构成现代化医院的三大支柱川.临床工程在医院中的发展是一个值得关注问翅.临床工程的定义:前面讲过生物医学工程学是一门新发展起来的交叉性学科,它研究内容非常广泛,从纵向看,生物医学工程学的组成除了研究开发以外还有一个重要的组成部分,就是在医院中应用生物医学工程的所有成果---一临床工程,临床工程则是为了利用现代科学和工程技术知识,将现代的生物医学工程学的新技术和成果安全、可东地应用到临床,以提高医疗水平为目的的一个生物医学工程的学科分支.那么,什么是临床工程呢?目前,一般认为在医院中医疗设备的维修管理就是临床工程,我们认为,在医院中所有为了提高医院医疗水平而应用现代工程技术的工作都应该属于临床工程的范畴.在医院临床工程墓本上由五大部分组成:一是以医疗设备的全程技术管理为主,解决医院装备现代化中技术、设备、质t保证和经济管理方面的问题,包含了医院中的设备工程和设备管理工程;二是医疗信息的现代化管理-一Hls(HospitalInfor.tionsystem)系统:使用计算机和通讯设备采集、存储、处理、传翰和翰出门诊、住院息者医护和管理信息,包括临床辅助科室的信息,形成网络系统,实现信息共享,提商医院工作质t和效益;三是和影像存档和通讯--一P^cS(Pict盯e^r。hi,ing.eo二unie。tson:system,):是医院用于管理医疗设备如CT,MR等产生的医学图像的信息系统;四是远程医疗网络系统等:远程医疗就是利用电子通讯网络以电子信号来传递有关医学诊断、治疗、护理、咨询及教育等的信息及数据,其即可以为偏远地区的息者提供医疗服务,也可以作为医生之间进行交流的有效工具;五是参与临床的诊断与治疗一线工作的工程技术:例如放射治疗计划的制定、虚拟手术、理疗和康复等等.临床工程与生物医学工程研究开发是两个紧密相连的必要环节,又具有各自的发展规律.因此,我们既要重视前者的发展,也要重视后者的发展,在医院中更应将后者放在发展的重要的地位.
三.国内外生物医学工程教育棍况
科学与学科有非常密切的关系.科学自身的规律决定学科的规律,科学发展决定学科的建设和发展,当然,学科的建设反过来形响科学的发展.随若人们对健康的关心程度的增加,医学上疾病分析、诊断、治疗和康复等方面的仪器设备逐年增多.因此,在教学科研单位需要有研究人的生命的物理原理、控制过程和研究新的检测、监测生理、生化物理指标的原理、方法、仪器设备;在工业部门,需有设计、制造适于医护人员操作和人事科医学要求的仪器设备的工程师.在医院里,需有掌握医学设备的均t和维修以及培训使用这些设备的人员的工程师;这就要求有一个系统地培养生物医学工程师的教育计划.生物医学工程师要用工程学的方法来解决生命科学上的难题,因此,要求有一些涉及生命科学和工程学的交叉训练,使得学生既要性得工程原理,又要了解如何应用知识来解决生物学和医学上的问题.二十世纪50年代,随着生物医学工程科学研究的发展,产生了生物医学工程学科.由于科学研究的需要,在国外生物医学工程学科发展的最初阶段,是趋向于培养博士水平的高级人员.后来由于注意到实际应用,产生了硕士和学士水平的教学计划.
1.国外高校生物医学工程专业的情况
目前发达国家的很多大学都设有生物医学工程系,仅美国就可在Inter网上查到近百所大学生物医学工程系的主页.《共国新闻》及《世界报道》两媒体2002年联合公布的生物工程/生物医学工程领域最佳研究生院的排名(根据设施、人员、研究成果引用系数等)前十名的学校。.设有叫S方向与BT的较多.以研究生教育为主,本科为附在我国,涉及生物医学工程专业最早的是中专教育、大专教育(1,60年成立的北京商学院就有医疗器械系),真正的生物医学工程学科开始于70年代未,19,8年国家科委成立了生物医学工程学科专业组.从此生物医学工程作为一门独立的学科在我国很快地发展起来.经二十多年的发展,目前全国己有近几十所高校建立有该专业,这些高校均系国内工科、理科、医学的著名院校.我国生物医学工程学科的墓本情况见表2从以上可以看出我国的生物医学工程专业发展非常迅速,据不完全统计,52个院校设有生物医学工程专业,其中有37个理工或综合大学,15个医科院校.
2.我国离校生物医学工程专业的情况分析
(1).我国生物医学工程专业与国外生物医学工程专业的共同点①学科发展迅速国内外高校生物医学工程专业发展十分迅速,国外从20世纪60年代起步,70年代、80年代迅速发展•国郎20世纪’0年代末,8。年代初仅有几所高校建立生物医学工程专业,短短二十年就发展到50个院校建立该专业.②从比较知名的重点院校开始形成辐射美国约翰霍普金斯大学、加利福尼亚大学、麻省理工学院、宾西法尼亚大学、华盛顿大学、密歇根大学等都是较早建立生物医学工程专业的.我国清华大学、浙江大学、西安交通大学、上海交通大学、东南大学、中国科技大学等都是我国著名的科研水平很高的大学,也是我国首批建立生物医学工程专业的高校.③生物医学工程专业的学科以研究生教育为主在国外,很多大学招收研究生的数t超过本科生的数t,研究生的来源更强调从理工科或生物医学专业中选拔.在我国50多个生物医学工程专业中有17个博士学科(14个也收本科,3个仅招收硕士、博士),6个博士后流动站,5个长江学者学科,11个招收本科、硕士,8个院校仅招收硕士,U个院校招收本科、2个招收大专.这充分说明生物医学工程专业教学和科研相比,生物医学工程科研占的比重更大.
3.我国高校生物医学工程专业与国外的不同点(差距)
近年来我国生物医学工程教育发展很快,如前所述建立本科教学的至少有35所院校,通过分析不难发现:①学科模式(研究方向)设!较少所有开设生物医学工程本科专业的学校都是以电子、信.息、计算机应用与医学结合为目标,只有个别学校在培养目标中增加生物材料和人工器官方面的内容.本科教育的专业设!面比较集中在IT一明E,没有川S一SME,各院校的研究生培养(科研方向)基本以生物医学信号的检测处理、医学成像、医学图象处理、医学仪器研究为主,部分涉及到分子电子学、分子光子学、生物力学、生物医学材料、人工器官、组织工程等方向,只有少数大学比较集中在纳米材料、生物医学材料及人工器官、生物医学图像处理.研究生培养的专业面比本科生的专面相对宽广.与生物医学工程专业搜盖面相比显得专业面过于窄.而国外的专业设t显然比我们有优势.从表1中可以看出有很多“生物移植、心血管电生理、脊健损伤研究、功能生物技术、心肺动脉、临床整形外科研究、临床整形外科研究、细胞影像、疼痛神经生理、分子及细胞生物、重组蛋白质表达、药物传输、.生物界面现象、生物热传递、麻挤研究、听觉研究、神经肌肉研究、神经系统分析、视觉研究”一的研究方向,在我国,这些研究方向都被认为是生物医学的研究内容,而不是生物医学工程的研究内容.②以科研带动学科的特点不如国外突出我国本科教育有进一步扩大的趋势,有些没有科研方向的学校纷纷设立生物医学工程专业③没有重视传统中医工程研究④生物医学交叉结合的程度我们不如国外,我们的叫E没有研究生命系统的就是个证明.
4.就业问题
生物医学工程师的就业前景是广阔的,主要就业单位是研究机构、公司和医院.研究机构可以是研究所或大学里的研究中心,他们从事设计和研制医院里所铸的很专门的新设备,也有一部分作为外科或生理研究组的成员参与复杂电子系统的选择使用,也可以研制新设备公司,可以是仪导及制药公司,他们参与新的医疗仪器以及医学及生物学研究用的仪器的研制和生产.他们能够决定一种新的设计是否有藉要,有梢路,能否满足各种要求并符合政府的法律规定,他们也可做为公司产品的推销及售后服务工作.在医院里,他们从事自动化、研制实验室用计算机,病人一一计算机的接口以及有关计算机软件.他们也可以在某一科室〔例如:内科、外科和临床实验室工作),也可以在医院里直接经管生物医学工程部门的工作.他们是医院中工程情报的主要提供者,负贵所有仪器的使用、维修和采购的任务,研究分析和处理数据的方法.生物医学工程师亦参与许多国家研究计划,如在空间计划中设计遥测装I,生命维持系统,人一一机接口设备以及参与空问医学.他们也参与国防计划,环境研究,也可做为环境开发及污染、医院自动化方面的顾问等.
5.生物医学工程专业的继续教育
生物医学工程专业的高等教育与国外相比起步较晚,但经过近20年的发展,现已形成较完菩的学科体系,开设了大专、本科、硕士和博士研究生教育层次.而我国生物医学工程专业继续教育发展较慢,在国家成人教育专业目录中还没有该专业.我校1,%年首次在全军开展了生物医学工程专业专科升本科的函授教育,现已招收7届学员,深受全军各医疗单位技术人员的欢迎,目前地方许多医院有关技术人员也来信询问要求学习.我们认为在新形势下,生物医学工程专业继续教育有着广泛的前景和开展空间.主要原因是:
(1).随着科学技术和现代医学的发展,医院各种诊疗技术和设备越来越多,高新技术和自动化程度越来越高,如果没有生物医学工程专业技术人员的有效参与,现代化医院不可能有现代化的管理和诊疗水平.
(2).从医院实际看.医院医学工程科、信息科、放射科、放疗科、超声科和理疗科的临床工程技术人员是生物医学工程专业专业本科毕业的为数不多,大都是本专业或相关专业大专毕业,知识结构和实际水平很难适应未来的发展需要,必然有一个知识更新、技术提高的问题.
(3).以现代科学技术为核心的、建立在知识和信息的生产、存储、使用和消费之上的经济称为知识经济时代,知识经济时代的到来对现代化医院的科技水平、人才综合素质和创新能力有了更高的标准.开展生物医学工程专业继续教育,必须满足实际,若眼未来,在教育观念、人才培养目标、教学内容和教学方法等方面进行大胆探索.
6.在医学院校内开设生物医学工程专业的特点
生物医学工程专业是一门工程科学,它要求有深厚工程墓础知识,学生的大部分时问都是在学习工程知识,因此,很容易认为在工科院校开设此专业有优势,在医学院校开设这个专业有很大困难.经过几年的实践,我们认为在医学院校办生物医学工程专业.开始时要建立起一整套的工程葵础课教研室和实验室,,这样需要的经费、人员较多,起步比较困难,但只要具备了墓本条件,会有很多优势.
(1).生物医学工程是工程科学对医学的渗透,在医学院校中开设了本专业以后,工程人员和医务人员思想上的沟通就比较方便,较能做到互相理解,这样就便于合作.
关键词 生物医学工程;实践实训基地;双师型教学团队
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2016)20-0087-03
Abstract Weifang Medical University began biomedical engineering specialty recruitment in 2012,This paper analyzed the causes of common problems we may meet with in the fostering of biomedical engineering education, and then put forward the countermeasures to solve these problems, in order to improve the quality of biomedical engineering education, including primarily increasing publicity, streng-thening the construction of curriculum system, optimizing the allo-cation of the curriculum, double-qualified teachers, and ultimately could be better for promoting our school’s characteristic school con-struction and cultivate more talents for our society.
Key words biomedical engineering; practice training bases; double-qualified teachers
1 前言
潍坊医学院生物医学工程专业自2012年开始招生,至今已有4个年头,在借鉴国内其他院校本专业人才培养经验基础上,在学校专业委员会指导下,经反复论证,已修订了完整的生物医学工程培养方案(2014版)。由于目前尚无毕业生,培养方案中的很多方面依然在不断探索中。近期,潍坊医学院正在不断推进特色名校建设,生物医学工程专业应该以此为契机,结合学校资源优势,对培养方案进一步完善,逐步形成具有学校特色的生物医学工程培养模式,同时以适应特色名校建设发展的需要。
本文在前期大量调研基础上,对各高校专业培养方案进行认真分析和比较,结合生物医学工程专业社会现状,归纳总结出生物医学工程专业建设过程中存在的几个共性问题。最后,结合生物医学工程专业特点、时代背景、社会需求及潍坊医学院实际,提出几点建议,以期更好地服务于生物医学工程专业培养模式改革。
2 生物医学工程专业建设存在的共性问题
社会认知模糊 生物医学工程专业尽管在国外从20世纪50年代就已经开始发展,但在国内自20世纪70年代起才慢慢发展起来,与其他专业相比相对起步较晚。即便现在,社会对此专业依然普遍存在认识模糊、理解不深的现象。如学生报考志愿、用人单位招聘时,经常将生物医学工程专业与生物技术、生物工程或临床相关专业混淆[1],对学校招生、学生就业造成很大影响。
课程体系差异较大 到目前为止,据不完全统计,国内开设生物医学工程专业的学校已达127所,其中综合类和单科理工类占96所,单科医学类院校为31所。学校层次包括高等专科学校、普通高等院校、国家重点院校不等。综合分析发现,存在的主要问题是各高校课程设置大多依托本校现有的资源和师资,灵活性和随意性较大,很难做到从专业长期发展、时代需求角度出发[2-4]。具体情况说明见表1。这种现象不仅在国内院校存在,本专业世界排名前五的国外院校也有不同程度的体现,见表2。
课程学时分配不统一(课时) 对不同院校课程设置比较分析发现,各高校课程设置除在课程体系方面存在较大差异外,课程学时分配也有较大不同。结合王能河[5]等人的研究结果,举例如表3所示。
复合型师资力量缺乏 生物医学工程专业培养学生具有利用工程技术的手段和方法解决医学相关问题的能力,集中反映在生物医学信号检测和处理、医学成像仪器、生物医学新材料、康复工程、生物系统建模与仿真、远程医疗等相关领域。工程技术本身对知识储备、综合素质、工程经验的较高要求,加上新技术、新方法的不断更新,对生物医学工程教师授课提出较高的要求。而分析发现,目前各高校授课教师大部分缺少工程背景和工程实践经历,虽然在单科领域具有很深的造诣,但是对知识的综合应用能力比较薄弱,因此,授课过程中往往仅停留在对原理和技术讲授的层面,很难从工程原理和技术的角度建立与解决实际问题的联系。又由于一些新技术往往最先在企业推广,而授课教师若无参与企业工程研发等经历,就很难及时掌握这些新技术,授课知识陈旧,所授技术甚至早已被淘汰。除此以外,授课教师若无一定的工程背景,在指导学生实验实训环节,往往会停留在对所学理论的验证实验层面,很难设计和指导学生开展综合设计实验,严重影响学生的创新能力培养。
3 生物医学工程专业建设改革的几点建议
通过上面对生物医学工程专业存在的共性问题进行分析,笔者认为,潍坊医学院生物医学工程专业培养模式改革应该注意以下几个方面。
广泛宣传,提高认识 尽管我国生物医学工程专业存在起步较晚的客观事实,但造成目前该专业社会认知度模糊的主要原因可归结为以下几方面。
1)与其他专业相比,生物医学工程专业招生规模较小,大部分学校每学年只招收1~2个自然班,全国目前开设生物医学工程专业的院校共计127所[2]。每年生物医学工程毕业生除去继续深造,选择就业的不到5000人,他们毕业后又分布到全国各地,因此,人们接触该专业的人相对较少。
2)生物医学工程本身是一个交叉学科,加之各学校培养目标不同,即便都是生物医学工程专业,不同院校的学生毕业后从事的工作差异很大,人们往往会根据自己接触的生物医学工程人员从事的职业,简单地对生物医学工程进行评价,造成认识偏颇。针对以上两方面原因,建议学校和社会共同担负起宣传的责任。
首先,学校在招生前应充分做好专业介绍宣传工作,使学生在报考志愿前对该专业课程设置、培养目标、社会需求有一定的把握,学生根据自己的兴趣选择报考。这样一则可以避免入错行的尴尬,二则学生根据自己的兴趣报考入学后学习积极性高。
其次,入学后学校应尽早安排专业教师对学生进行更加详细的专业介绍,应结合本校生物医学工程培养方案,让学生对四年学业有一个宏观的把握,对部分课程设置进行简单说明,主要从课程设置的意义、该课程与后续课程的联系等角度展开。如此有利于学生从入学就开始对自己的学业建立很好的学习规划,也不至于因课程设置问题造成误解,避免后续学习对某些课程不重视的现象发生。
再次,通过学前教育,专业教师应建立学生学习本专业的自信心,增加学生自身对本专业的认知和认同感,消除学生因专业本身边缘学科的特点而产生被边缘化的想法,提高他们后期学习的积极性。
最后,社会和学校应共同承担起对外宣传的责任,提高用工单位对该专业的认知度,为学生就业提供保障。
加强课程体系建设 生物医学工程学最初是期望基于工程技术的手段,即利用工程学原理和方法,探索、发现和解决医学领域的问题,进而又发展到生物学的研究领域,所以它是医学、生物学与工程学乃至材料学相交叉的系统工程学科,学科呈现知识面广、创新性与实践性强等特点。
基于上述特点,生物医学工程课程设置要把握以下几个方面。
1)要想用工程的手段解决医学相关领域问题,必然要求学生具有一定的医学和生物学背景,同时具有扎实的工程基础,因此,课程设置必须要涵盖医学、生物学和工程学多个方面,通过课程学习使学生掌握丰富的基础知识和基本技能。
2)课程设置应体现专业覆盖知识面广的特点,但绝不是各课程的简单拼凑和堆叠,所设置的课程之间既应注意相互联系,又要有侧重。
3)由于生物医学工程所研究领域新技术、新成果、新材料、新理念和新发现的不断涌入,课程设置还应充分考虑对知识的补充和教材的更新,体现专业本身的“创新性”。
4)课程设置要充分依托学校资源优势和师资力量以突出专业特色,但核心专业课开设必须遵循适应时展和社会需求的原则,决不能因学校师资和资源问题办成纯工学或纯医学专业。同时,核心专业课设置还必须做到与培养方案中的培养目标保持一致,而所有课程设置均需在培养方案的指导下完成。
⑤生物医学工程专业对工程能力的较高要求又决定了开设课程必须具备实践性强的特点,因此,课程设置时应重视实践、实训环节所占的比重。
综合看,课程设置总体原则把握可参考清华大学“厚基础、宽口径、强实践”的培养模式,即既重视专业基础课的学习,又鼓励不同院校专业课,同时注意加强实训实践环节。
优化课程设置分配 根据国家级特色专业建设质量工程评估体系的要求,和四年制本科生物医学工程专业人才培养的实际需要,建议潍坊医学院课程总学时应控制在2600~2800。结合学校教学型院校的特点,建议把理论与实践课程的学时比例控制在1:0.35左右,其中专业课控制在1:0.45左右。
打造双师型教学团队 师资队伍建设是保证人才培养质量的基础,要培养应用型的工程人才,首先要求教师自身是工程型人才[6-7]。生物医学工程专业教师自己进行职业规划时,必须做到同时具有扎实的生物医学工程理论功底和丰富的工程实践经验。学校应通过鼓励生物医学工程专业教师定期到企业进修学习,参与企业技术研发,探索生物医学工程专业校企联合培养模式,积极拓宽实践实训基地等途径,提升教师的工程实践能力[8-9]。如此有利于:
1)将新的技术和方法带到教学中更新知识结构,开拓学生视野;
2)通过解决工程实际问题的经历,将理论知识与实际问题建立联系,解决理论授课枯燥难懂的尴尬;
3)将实际问题引入教学,鼓励学生思考,有利于推动学校PBL等一系列教学方法的改革;
4)指导学生开展综合实验,提高学生的实践动手能力和创新能力;
5)深度参与企业研发,提高学校科研水平。
最后,学校应该针对生物医学工程专业特点,给予专业教师必要的政策扶持与保障。
4 结语
生物医学工程专业是一个新兴产业、朝阳产业,生物医学工程的专业教育有利于为国家培养一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,推动国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略。因此,“十二五”规划中国家对生物医学工程涉及相关领域给予大力支持。潍坊医学院应紧抓时代机遇,认真分析其他院校办学过程中存在的问题,借鉴其办学成功经验,同时结合学校实际,深化改革,打造具有自身特色的生物医学工程品牌专业。
参考文献
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1生物医学工程专业内容特色概述
生物医学工程是一门新兴的边缘学科,它综合了工程学、生物学和医学的理论和方法,在各层次上研究人体系统的状态变化,并运用工程技术手段去控制这类变化。其学习内容包括以下几个方面。
1.1医学影像技术
即通过X射线、超声、放射性核素、磁共振、红外线等手段及相应设备进行成像的技术,现还有正在兴起的阻抗成像技术等。
1.2医用电子仪器装备
分为诊断仪器和治疗仪器两大类。诊断仪器主要是用以采集、分析和处理人体生理信号,现在使用较多的是心脑电、肌电图仪和多参数的监护仪等,而通过体液来了解人体内生物化学反应过程的生物化学检验仪器也已逐步完善并走向微量化和自动化。治疗仪器设备则是采用X射线、γ射线、放射性核素、超声、微波和红外线等仪器设备,如X射线深部治疗机、体外碎石机、人工呼吸机等。手术设备如γ刀、激光刀、呼吸麻醉机、监护仪、X射线电视等。现代化医疗技术中还将设备功能更加多样化、复杂化。
1.3生物力学
主要是研究生物组织和器官的力学特性,人体力学特性和其功能的关系。其中包括生物流变学(血液流变学)、软组织和骨骼力学、循环系统动力学和呼吸系统动力学等。
1.4生物材料
即人工器官、组织工程所需要的物质与材料,其大多数是需要植入人体,需要具备耐腐蚀、化学稳定性,需要具有与机体组织的相容性、血液相容性、无毒性。作为材料,根据所需还应满足各种器官对材料的各项要求,包括强度、硬度、韧性、耐磨性、挠度及表面特性等各种物理、机械等性能。需要掌握的知识包括金属、非金属及复合材料、高分子材料的合成工艺条件和表征、成型制备、性能等。
1.5生物效应与生物控制
生物效应是指在医疗诊断和治疗中,光、声、电磁辐射和核辐射等能量在机体内的分布、变化等作用。而生物控制则是机体自身的调节控制现象。采用生物、化学的方法对这些情况加以认识。其他还有介入式诊断、治疗等。生物医学工程最为竞争激烈的领域在医学成像技术上,其中以图像处理、阻抗成像、磁共振成像、三维成像技术以及图像存档和通信系统为主。而对医学信号的处理分析,包括心脑电、五官、语言、心音呼吸等信号和图形的处理与分析,以及神经网络的研究处理也是目前世界各国研究与学习的热点。作为生物医学工程专业的本科学生,将从业于该领域的研究、设备研发及制造、使用、维修养护等。所具备的知识体系是从物理化学基础、工程学到医学,十分广泛,仅四年内进行如此庞大的知识学习,学生将会呈现基础知识欠缺而专业知识也不深入的问题。为此,我们就医科大学、理工科大学、综合性大学各自特点进行了调研与分析,在此基础上,提出了生物医学工程本科学习建立特色课程体系的见解。
2生物医学工程专业人才的培养特色的研讨
我国生物医学工程本科专业分别在医科类大学、综合大学与理工科类大学中均有设置。由于生物医学工程具有典型交叉特性,该专业的毕业生的就业方向有运用医学影像学技术、医学信息学技术等在医院进行疾病诊断及治疗,有运用基础数学、物理、化学知识进行理论创新与实践,更多的是运用工程技术进行医疗器械、设备装备的研发、制造与维护管理等。由于生物医学工程庞大的知识体系,无法由某一个从业人员掌握,需要各方向的协作与合作,由此认为,设置于医科类大学、综合大学与理工科类大学的生物医学工程专业应有各自的特色。
2.1医科类大学生物医学工程专业人才的培养特色
2.1.1人才培养目标
作为医科大学,其专业人才培养具有鲜明的医学特色与优势。医科类大学生物医学工程相关专业的人才,其就业方向更多应以进入医院从事常规放射学、CT、核磁共振、DSA等的操作及计算机操作,运用各种影像、信息等诊断技术进行疾病诊断或治疗,所以其培养的人才首先应学习并具备医学的专业知识,然后才是具备基于医学专业领域需要的现代医疗仪器的研发与使用、管理能力的知识体系的学习,成为拥有工学知识及应用能力的医学应用型、复合型高级人才,毕业后所从事的仍是医药卫生领域工作,在医院设备使用、维护、管理方面起重要作用。因此其课程的设置应该与工科类生物医学工程侧重点不同。如在一般医科大学中都设有生物医学工程专业,以及与此相关的医学影像学专业、医学信息学专业等,其培养目标就应以“培养具有基础医学、临床医学和现代医学生物医学工程(如影像学、信息学等)的基本理论知识及能力,能在医疗卫生单位从事医学诊断、治疗(或信息管理等)和医学成像(或医学信息等)技术等方面工作的医学高级专门人才”为主。相应的培养要求应在于“学习基础医学、临床医学、医学影像(或信息学、医学超声学等)的基本理论知识,受到常规放射学、CT、核磁共振、DSA、核医学影像学、信息学、医学超声等操作技能的基本训练,具有常见病的影像诊断、超声治疗和介入放射学操作基本能力,基本的仪器(装备)维修保养能力”上。
2.1.2课程设置
基于医科大学的特色,其主干课程应注重基础医学、临床医学,同时开设基于医学特色的工学、工程学课程。具体如基础类的基础数学类、物理类、化学类、计算机类,如高等数学、普通物理学、有机化学、生物化学、微机原理及应用等课程,基础和临床医学类课程,如人体解剖学、生理学、诊断学、内科学、外科学、儿科学、妇产科学、药学、中医学、中药学、卫生管理等课程,然后按照各高校侧重设置传统生物医学工程的工学类、工程类课程,如模拟电子、数字电子技术、传感器、数字信号处理、医学图像处理、医用仪器原理、医学影像仪器、检验分析仪器、临床工程学、人体形态学等,部分专业可设置如力学类、机械工程类、有机材料或金属材料类课程。虽然是同一生物医学工程专业,但需要按照本校特色来设置课程,切忌大而全无特色,或各高校均设置同样课程。这是违背了生物医学工程高度交叉学科的学科特色的。
2.2综合性大学工科以及理工科大学生物医学工程专业人才的培养特色
2.2.1人才培养目标
现今综合性大学工科以及理工科大学基本上都设有生物医学工程专业,如北京大学工学院、浙江大学生物医学工程与仪器科学学院、东南大学生物科学与医学工程学院,四川大学高分子科学与工程学院等,各具特色。以东南大学生物科学与医学工程学院为例,其前身是生物科学与医学工程系,创建于1984年。学院的科学研究及学生培养方向就是强调生命科学与电子信息科学学科的交叉与渗透,应用电子信息科学理论与方法解决生物医学领域中的科学问题,发展现代生命科学技术。其人才培养目标在于“培养掌握生物医学工程专业知识,掌握分析与健康相关的生物医学工程问题的方法,并具备综合应用所学知识和方法解决实际工程问题的能力,具备健全人格和远大理想的工医结合复合型优秀人才”。即更加注重于培养工程与医学相结合的复合型人才,这些专业人才的从事的工作更多是在用于医学诊断、治疗的仪器设备的设计、研发及制造、维护等上面。而四川大学的生物医学工程专业的培养目标,按照其特色制定为“以工程为主,以从事生物医学工程教学科研的相关学科为依据,培养从事生物力学、生物材料、人工器官等相关方面的研究、开发、生产的高级专门人才。”,偏向于材料工程学。由此可知,在综合性大学工科以及理工科大学中,生物医学工程专业应更注重工学、工程学内容,其培养目标就应以“培养具有现代医学生物医学工程(如机械、电子、材料、计算机在医学中应用等)的基本理论知识及能力,能在医疗设备相关企事业单位从事设备(或装备)设计研发、制造、维修维护、管理等方面工作的高级复合型专门人才”为主。相应的培养要求应更多的学习工学的基本理论知识,受到常规医疗装备、设备等设计、研发、操作、维护维修、管理技能的基本训练并具有相应能力”上。
2.1.2课程设置
基于工科特色,其主干课程应注重工科基础理论的学习,了解医学基础知识,同时学习机械、电子、材料、计算机应用于医学中而派生的专业课程。如将特色定在医疗设备制造等方向上的生物医学工程专业,其基础类课程更加强了基础数学、物理的学习,设置了较多学分的高等数学、线性代数、概率论与数理统计、大学物理及实验等,医学类课程设置了基础医学与实验,涵盖人体解剖学知识,专业基础课和专业课设置了生物医学数学基础、电路及模拟电子技术及实验、数字电路与逻辑设计及实验、微机原理与接口技术及实验、VisualC++程序设计及实验、信号与系统、EDA技术、计算机硬件控制基础、单片机原理及应用、医学成像原理、医学影像系统、生理信号检测、生理信号处理、医学图像处理、医学仪器设计与实现、医学传感器、医学光学、医学超声、医学材料等,同样,课程设置也应按照本校特色加以取舍。
从17世纪列文虎克(Leewenhock)用自己研制的光学显微镜发现微生物开始,医学的每一次重大进展都留下了工程技术的痕迹。200多年前Galvani和Volta两位科学家在电生理方面的先驱性研究,常为追溯生物医学工程的发展时提起。现代生物医学工程孕育于19世纪,其作为一门独立学科的发展历史还不过数十年时间。1985年X射线发现后,X光机很快进入医学临床,开创了医学图像学。以后航天技术、微电子技术、计算机等高技术的飞速发展,为人类研究和改善生命运动过程开辟了新的前景,工程技术与医学更加广泛深入地渗透结合,于是逐步形成了多学科与生物医学交叉融合的生物医学工程学科。生物医学工程在20世纪50年代形成学科领域,60年代崛起发展。1953年,德国在ILMENAU大学建立了第一个生物医学工程系。1964年,世界性的生物医学工程联合会(theInternationalFederalofMedicalandBiologicalengineering,IFMBE)成立,到1991年已举办九届世界生物医学工程大会。1979年,美国物理学家科马克(A.M.Cormack)和英国的电气工程师亨斯菲尔德(G.N.Hounsfield)发明了用电子计算机将X射线穿透人体形成重叠影像展开技术,无创伤地取得人体横断面图像,创造了X射线CT,因而获得诺贝尔生理学与医学奖,更成为工程技术与医学交叉融合而对医学进步产生巨大推动作用的标志。自20世纪60年代以来,美国许多著名大学都开始了生物医学工程高层次人才的培养,代表了全世界生物医学教学和研究的前沿。美国生物医学工程从基础教育到研究生培养,从理论教学到行业训练乃至职业培训,都有一套较为完善的制度,从而在生物医学工程领域长盛不衰。我国的生物医学工程学科是1978年由国家科委正式确立的,1980年成立了中国生物医学工程学会,1986年正式加入世界生物医学工程联合会IFMBE。截止2003年,我国已有48所综合或理工科大学、18所独立医科大学设立了生物医学工程专业,培养从本科到博士各层次专业人才,另有9所专科院校开设了医疗器械专科教育。
2国外医学工程学科的发展方向
在国外,医学工程专业已经深入到医学的各个领域,发挥着重要的作用。主要体现在医疗设备研发、医疗设备管理、医疗设备维护以及医疗设备的质量控制方面。
2.1医疗设备研发
各种医疗设备的研发均源于医学临床实践,国外的医学生经过4年的理工科大学学习,其医生均为生物医学工程和临床医学的双学士。因此,国外医疗设备的研发速度和思路远大于国内,许多最新的医疗设备发明均源于国外临床实践[2]。
2.2医疗设备管理
医疗设备管理主要是通过科学化管理更大效能地发挥医疗设备的作用,为医疗机构创造更大的效益。其中包括医疗设备的采购、医疗设备的监控及医疗设备的效率评价等。
2.3医疗设备维护
医疗设备使用过程当中维护、保养异常重要,因此医疗设备的维护是医学工程专业在国外医疗机构的主要职能之一。
2.4医疗设备的质量控制
医疗设备若保证其诊断治疗质量则必须进行定期的质量控制,包括计量检测、周期检验、强制检验和维修后计量修正等,确保医疗设备的性能和准确性[3]。
3国内医学工程发展情况
国内医学工程专业起始于20世纪80年代,军队主要有第一军医大学生物医学工程系(现更名为南方医科大学生物工程学院),每年全国招生40人左右,主要方向是:放射医学专业和医学影像专业,突出的成就是研制出了我国第一台X刀放射治疗系统。第四军医大学生物医学工程系每年全国招生20余人,主要方向是:电子工程与计算机智能化,突出成就是全国第一次研制人体阻抗断层成像。地方大学开设生物医学工程专业的主要有浙江大学、清华大学、四川大学、天津大学及成都电子科技大学等[4]。地方大学培养生物医学工程专业与部队有差别,军队主要是以医科大学为基础,毕业生的医学理论基础较好,但是理工科稍微欠缺;地方大学主要是理工科为基础,基础医学有所欠缺。因此,之后北京大学、四川大学开设生物医学工程专业时则结合了双方的优势,取得了很好的效果。医学工程专业的人员不深入临床是无法获得创新灵感的[5]。就生物医学工程专业人才分布流向而言,主要是去往大型国外医疗设备公司做销售、售后服务;去往国内医疗设备公司做研发、销售;去往各类医院的设备科、信息科、网络中心等。
4医学工程专业在医院的发展
医学工程专业是医院发展的主流方向,医学工程在医院虽然属于辅助科室,但对于医院的发展实属不可或缺,其主要工作是设备管理、设备维护、质量保证和设备计量。
4.1医疗设备管理
医院的医疗设备管理工作非常重要,医院的核心竞争力是医院的先进的医疗设备。如何最大限度地发挥医疗设备的作用和医疗设备的全生命周期管理是医疗设备管理的主要目标[6]。(1)设备的购置论证。以购置何种医疗设备最有利于医院的学科建设和发展为目的,每采购一种医疗设备均需进行严格的购置论证。(2)设备的购置管理。设备的购置需要调研、论证及招标等多个环节,购置管理需要采用科学化的方法优化流程、提高效率及避免商业腐败。(3)设备的档案管理。医疗设备使用和后期的管理必须进行科学化的医疗设备档案管理,目前网络化、电子化档案管理是发展的趋势[7]。(4)设备的发放储存。设备和耗材的发放和储存是物流管理的范畴之一,如何降低库存减少资金积压、提高储存的质量等需要进行科学、精心的研究[8]。(5)设备的使用监督。医疗设备能否有效使用需要监督和管理,提高设备的使用效率,加强设备的使用监督是医疗设备管理中的重要环节。(6)设备的报废回收。设备使用一定的时间需要报废,何种设备符合报废的标准、报废的设备如何处置等是医学工程人员的重要研究范畴。(7)设备的效益评估。何种医疗设备可以继续购置、何种医疗设备购置后会亏损等是对医疗设备的效益评估,同时也是医院领导对医疗设备采购决策的主要依据。(8)设备的租赁管理。有些医疗设备没有必要每个临床科室都去购买,设备租赁是提高设备的利用率的好办法。做好医院内设备的租赁管理,合理高效地调整设备是医学工程科室的重要管理范畴。4.1.1医疗设备管理目标和原则(1)医疗设备管理目标:设备检查收益是医院最大的利润增长点,应围绕新技术、新设备开展医院的新业务,设备管理的目标就是使得设备在医院收益中发挥最大的作用。(2)医疗设备管理原则:科学化管理,科学化决策,以经济效益为中心对设备进行科学化评估和决策,避免设备的闲置、浪费、重复性购置,把设备的效益发挥最大化。4.1.2医疗设备管理中存在的问题及对策(1)现阶段医院在设备管理方面存在以下主要问题:①设备采购盲目,事先的评估不足或者评估误差大;②采购的设备其发挥效能低下,无预先的盈亏控制体系,无法发挥设备的效能;③设备管理混乱,使用率、开机率不足,无法有效调动临床使用科室的积极性;④设备的监控体系缺乏,无法对具体设备的效益做出定量评估,致使再次采购缺乏依据。(2)针对以上存在的问题可以采取以下的一些对策:①医学工程科应该承担起自己的职能,配合院领导做好设备购置的科学决策;②设备管理是科学,决策的原则是效益,围绕效益做好医院的设备统筹;③设备管理包括设备的购置、监督、报废、评估,是医疗设备“全生命周期”的科学管理,是医学工程学科研究的主要方向;④因地制宜发挥医疗设备的最大效能。
4.2医疗设备维护
设备维护是延长设备使用寿命、提高设备使用率和效率的关键[9]。现在的设备维护不同于过去,设备维护主要应做好以下工作:①设备维护从过去的简单修补到设备的效益保证转变,能发挥设备的最大效益是核心;②设备维护从简单的元件维护,到整机的保障,着重强调时间和经济效益的比例;③设备维护从简单设备的维修到复杂大型设备的工作保障;④设备安全维护的出发点和立足点是医院的经济效益和社会效益;⑤医疗设备维护应该从以往的集中统一维护逐步过渡到专人保养维护,提高设备的使用率,将设备的故障隐患消灭在萌芽状态之中;⑥医疗设备维护应该从以往的等待设备随机故障发生后的紧急随机维修逐步发展到对设备预防性维护保养,充分发挥设备的效能。
4.3医疗设备质量保证
医疗设备的质量保证是发挥医疗设备作用的前提,医疗设备的精度和准确度直接关系到诊断和治疗的结果。因此,对医疗设备的质量控制是医疗设备管理的重中之重。国外的大型医疗设备有严格的治疗控制流程和管理人员。医疗设备的保证已经逐步成为医学工程学科的一个重要分支。医院的大型医疗设备必须进行定期的周期检验和质量监控。为此,医疗设备质量控制工程师应运而生,成为医疗设备发挥作用的“保护神”[10]。
4.4医疗设备计量
医疗设备计量是保证医疗设备诊断治疗准确的前提。设备计量包括:设备使用前的计量检定;设备维修后的计量检定[3]。设备的检定类型:国家强制计量检定(强检);周期性计量检定(周检)。《计量法》是医疗设备计量工作的依据。军队计量体系规定军区总医院建立三级计量站,为医院医疗设备进行计量的强检和周检。医疗设备计量是医学工程科的重要职责。
5结语
根据《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》有关要求,为贯彻落实《生物产业发展“*”规划》,促进我国生物产业持续、快速、健康发展,保障广大人民群众身体健康,国家发展改革委决定于20*-20*年组织实施生物医学工程高技术产业化专项。现将有关事项通知如下:
一、专项的主要内容
生物医学工程是指综合应用生命科学和工程科学的原理与方法,系统研究人体的结构、功能及生命现象,研发用于防病、治病的材料、植入器械、人工器官以及生物医学信号检测、图像显示和疾病诊治装置的总称。专项根据我国生物医学工程产业的技术发展基础和特点,重点支持具有我国自主知识产权和国内外重大市场前景的生物医学工程产品产业化项目,以及产业化相关技术开发及产业化重大技术支撑条件建设。专项支持的重点领域为:
(一)新型医用植入器械及人工器官的产业化,包括:表面生物活化改性的人工关节;表面抗凝血、抗组织增生改性的血管支架、人工机械心瓣膜及其他介入治疗器件;人工肾、人工肝等体外循环人工器官等。
(二)组织工程产品产业化,包括:组织工程骨、肌腱、血管、皮肤、角膜等组织工程产品。
(三)数字化医学影像诊断设备和系统的产业化,包括:计算机断层扫描系统(CT)、磁共振系统(MRI)、数字化X射线机、彩色超声影像系统等。
(四)微创诊疗设备和新型肿瘤治疗装置的产业化,包括:新一代多品种内窥镜、微型摄像及介入手术装置、肿瘤物理治疗设备等。
二、专项实施目标
通过实施专项,加快生物医学工程高技术成果的产业化,形成一批生物医学工程新产品,扭转高端产品依赖进口局面,满足广大人民群众医疗需要。培育和壮大生物医学工程产业,扶持自有品牌,加速产业结构调整,提高中高档产品比例,提高产业整体水平,提升产业在国际分工中的地位。培育具有较强国际竞争力的大型企业和企业集团,促进产业集聚式发展。引导、推动产业持续、快速发展,做大产业规模,促使我国生物医学工程产业在2010年达到1000亿元以上的规模。
三、专项实施的原则
为确保专项实施能够取得应有的效果,在专项的组织实施过程中,重点把握以下原则:
(一)以市场为导向。面向提高广大人民群众医疗健康水平的重大需求,推进新型生物医学工程产品、特别是已经具备一定技术基础产品的产业化进程。
(二)鼓励自主创新。着重推动具有我国自主知识产权和自有品牌产品的产业化;加速发展我国具有技术基础和优势的产业领域。
(三)促进产学研联合。重点支持合作关系清晰、合作实体明确、合作任务落实的产学研合作项目。
(四)培育龙头企业,促进产业集聚。重点扶持具有潜在国际竞争力的大型企业和企业集团,促进项目向国家生物产业基地集聚。
四、具体要求和进度安排
(一)专项项目应按照我委颁布的《国家高技术产业发展项目管理暂行办法》(国家发展改革委令第43号),开展项目组织、资金申请报告编制和申报工作。
(二)主管部门要严格审查项目的产业化基础和申报单位的建设条件。申报单位(包括技术依托单位)应是行业或区域有实力、影响力的大企业,应具备较强的技术开发、经营管理、资金筹集等方面的能力。
(三)项目需要提供有关部门出具的医疗器械或相关生产许可文件。项目应是近3年取得注册证书的新产品,并在全国具有比较优势。
(四)项目主管部门应对资金申请报告及相关附件(如银行贷款承诺、自有资金证明、生产许可文件等)进行认真核实,并负责对其真实性予以确认。