生物医学工程和生物技术
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生物医学工程和生物技术范文第1篇
【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。
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生物医学工程和生物技术范文第2篇
科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新
仪器设备 ，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。
生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇
航技术的进步 、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我
国，生物医学工程做为一 个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中
国协和医科大学原院校长、我国著名 的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学
科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物 医学工程专业的创建、1980年中
国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工 程的发展。目前，我
国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研 教学工作
，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。
显微镜的发明 “解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用
刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪Lee Wenhock发明了光学显微镜，推动了
解剖学向 微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进
一步观察研究其细胞 形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞
生了细胞学、组织学、细胞病理 学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。
普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞
的超微细结构 、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，
使人们能观察到纳米(nm )级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电
子显微镜的发明都是医学工程研究 的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用
。
影像学诊断飞跃进步 影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域
之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技
术的出现 和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水
平。即计算机体断层 摄影(computed tomography CT)，即是利用计算机技术处理人
体组织器官的切面显像。X线CT 片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观
察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已经问世，能快速扫描
和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT， 提高了诊断准确率［1］。医学
工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc
e)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI)，它不仅 可分辨病理解剖
结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾 病在
早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊
断学 向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FM
RI、MRS发展。 根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，
创造 的正电子发射体层摄影(PET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体
把PET列为十大 医学生物技术的榜首。PET问世不过30年历史，但它已显示出对肿
瘤学、心脏病学、神经病 学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。
影像学诊断水平的不断提高 ，与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。
介入医学问世 介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964 年
)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行
扩张治 疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(Interventional Ra
diology)，这是医 学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年 Gruenzing成功
地进行了首例冠状动脉球囊扩 张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小
、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎 。20世纪80年代随着生物医学工程的发
展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造 影(DSA)、射频消融技术以及转贴于
高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相 继问世，使介入性
诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、 非血管
管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高
，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视 为与药物诊疗、手术诊疗
并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世 纪发展起来的
临床医学新领域--介入医学［3，4］。
人工器官的应用 当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医
疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们
称这种装置 为人工器官(artificial organ)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏
瓣膜病的治疗，除了应 用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难
修复改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技
术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人 工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修
补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科 之所以能达到今天这样
的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工 血管等新材
料、新技术的结果［5］。
肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良，而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病
晚期患者的生 命，肾病治疗学也因此有了很大进步。
现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速，除上述人工器官外，人工关
节、人工心脏 起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用，使千千
万万的患者恢复了健康。 可以说，人体各种器官除大脑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，放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程
医疗技术等先 进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果，综上
可见，20世纪生物医学工 程的发展，显著提高了医学诊断和治疗水平，有力地推
动着医学科学的进步。
21世纪生物医学工程展望 纵观医学新技术诞生和发展的 历史，从伦琴发现
X线到今天X射线诊疗技术的发展，从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的 广泛应用
，从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世，从赫斯费尔德发明CT到今天
C T成像系统的应用，都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的
医学新技术 。循着20世纪医学发展的轨迹，我们有理由预测21世纪新的医学诊疗
技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新：
(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，
诊疗用机器人将被广泛应用。［6］
(2)介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技
术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。
(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着
PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂
型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。
(4)生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将
有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。
(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效
缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育
材料、生物止血材料将有 新突破。
(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此，用于社区、
家庭、个人医 疗保健诊疗仪器，康复保健装置，以及微型健康自我监测医疗器械
和用品将有广泛需求和应 用。
(7)除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防
治诊疗技术和 相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、
心理安抚、生物反馈型诊 疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。
(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救
系统是未来生 物医学工程的重要课题。
(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代，有关分子生物学的诊疗新技术将快
速发展，遗传 、疾病基因诊疗技术，生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪
白芯片和诊疗系统将被 广泛应用。
(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康，研究和开发劳动保护、家庭保
健、个人防护 用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。
1997年我国了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到2
000年，基本实 现人人享有初级卫生保健”，到2010年国民健康的主要指标在经济
发达地区达到或接近世界 中等发达国家水平，在欠发达地区达到发展中国家的先
进水平。1999年国家科技部召开了“ 发展生物医学工程技术战略研讨会”，国家
工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研 究等，对推动生物医学工程产业
发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与 疾病做斗争，在医学
诊疗技术上取得了重大成就；但面向21世纪的巨大挑战，我们要动员起 来，调整
政策，制定规划，改革医学研究教学的旧模式，发挥现代科学多学科交叉合作的优
势，创建全新的生物医学，为人民造福。
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生物医学工程和生物技术范文第3篇
关键词：工科院校；生物医学工程专业；生物实践教学；教学改革
生物医学工程（BiologyMedicalEngineering，BMI）是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的，其主要是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示生命现象，为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科，多学科的高度综合交叉是生物医学工程的特点[1]。自上世纪70年代末以来，国内许多医学院校、综合性大学、理工科大学及相关科研机构都设立了生物医学工程专业，涵盖了生物信息、医疗仪器、生物材料、生物工程等多个专业方向，课程设置主要包括工程类课程和医学类课程，旨在培养具有各方面能力的复合型人才[2]。在生物医学工程专业的培养体系中，实践教学是培养大学生的创新意识、创新思维和创新精神、提高整体教学质量的根本保证和有效途径[3]。南京邮电大学生物医学工程专业是在学校原来的信号与信息处理等优势学科的支撑下发展起来的，因此在医学信号处理、医学图像处理、生物传感和生物信息学等领域积累了雄厚的师资和科研力量，上述领域的实践教学体系完善、教学平备。比较而言，学校在生物医学领域的教学和科研上相对薄弱，特别是在生物医学方面的实践教学有明显的不足，存在着师资力量缺乏、教学平台薄弱、课时有限等问题。针对上述问题，我们从师资队伍建设、资源优化配置、教学内容改革和教学方式更新等方面入手，对生物医学工程专业的生物学实践教学提出一系列改革措施，取得一定的效果。
一、生物学实践教学存在的问题
南京邮电大学是传统的工科院校，信息学科是学校的办学特色。在工学为主体，以及“大信息”的背景下，学校的通信、电子、图像和计算机等学科的科研氛围浓厚、师资力量较强，相关课程的教学体系成熟、教学特点鲜明。上述相关学科的实践教学已经构建了包括课内实验、专题实验、综合训练和生产实习一系列完善的实践教学体系结构。但随着我国生物医学工程学科建设工作的开展，以及生物医学领域研究和应用的快速发展，迫切的需要将更多的生物医学知识融入到工程学知识中。为了扩展生物医学工程专业学生在生物医学领域的知识，激发学生的学习兴趣，在生物学教学方面，我校目前开设了几门生物学领域的课程，包括现代生物学、定量生理学和解剖生理学等。由于学校在生物医学相关学科的科研和教学缺乏基础，因此这些课程的师资力量较为缺乏，实验教学平台也比较薄弱。此外，生物医学课程多属于理论加上实验的课程，要求课时较多。以解剖与生理为例，理论课要讲51个学时，实验课也需要51个学时[4，5]。但我校生物医学工程专业大纲，对解剖与生理课程只设置了36个学时的理论课以及4个学时的实验课。因此，在这些课程的理论课教学上，需要大幅的调整以适应本专业学生的培养要求[4，5]。在实验教学上，由于课时的限制，大多为演示实验或参观，学生缺乏动手实践机会[6]。笔者在调研学生对解剖与生理课程兴趣、期望和要求时，有68.1%的同学表示对这门课程感兴趣或非常感兴趣，并且有30%的同学希望能有动手实践的机会（表2）。但我校目前现有的师资力量、实验教学平台和课时设置都不能满足学生的这一要求，因此，必须采取有效的改进措施提高教学平水，满足学生的学习要求。
二、生物医学实验教学改进办法
1.培养专任教师队伍。为了提高我校生物医学领域的教学和科研水平，近几年来，已引进多个生物医学相关专业的博士和高级人才，构建了一个高学历的教师队伍。教师的专业和研究方向包括了分子生物学、蛋白质工程以及纳米材料毒理等，这些教师的专业背景和知识体系完全满足了现有的生物课程教学和实验教学的需要。
2.完善实验教学条件。为了提高实验教学水平，同时为了满足学校科研项目发展的需要，我校已于近几年建设完成了生物医学实验室。实验室的建设目标是建立一个以生物技术为核心，结合医学诊断以及生物信息处理的多层次性和综合性实验基地，使学生系统化地学习和掌握全面的生命科学综合实验技能，以培养生物医学工程领域创新性人才，同时为生物医学工程专业的师生提供一个高水平的细胞、分子生物学实验研究平台，以加强不同学科间的合作交流，做出一流的科研工作。目前已建立了分子生物学、细胞生物学操作平台和蛋白结构测试和信息处理的表征平台。在此平台上，我们为学生设立了核酸分离和检测，核黄素、丙二醛和超氧化物歧化酶等生化指标测定等一系列的实验。让学生走进实验室，观看并亲自动手操作，极大激发了学生的对生物学课程的学习兴趣。
3.改革实验教学内容和方法。除了加强教师队伍和实验平台的建设，我们还通过多种教学方法和途径改革实验教学内容。针对生物类课程实验课时不足的问题，许多教师针对生物领域的热点方向开设了一系列的开放实验项目，通过开放性实验，让学生走进实验室和动物房，让学生跟着老师学习一些基本的生物学实验以及动物实验的操作技能和方法[7-9]。在教学中，教师积极鼓励对生物医学相关实验有兴趣并且有能力的本科生申报创新项目，鼓励教师和学生并将毕业设计与创新项目相结合，以教师的科研项目为载体，让学生在实践中创新[10]。实践以学生为主体，让学生独立查阅中外文献，了解项目最新的国内外研究进展，设计实验方案，学习各种新的实验技术，掌握科学研究方法，这不仅有利于学生自主学习、解决问题的能力，培养创新思维，同时还加深例如学生对各种专业课程的理解以及对生物工程专业的认识。实践证明，上述教学方法激发了学生的学习兴趣，提高了学生的动手能力和操作能力，并培养了学生的团队精神，取得了良好的教学效果。同时学校还积极与南京大学、南京中医药大学、江苏省中医院等单位建立合作关系，带领学生参观实验室，让学生对生物医学各领域的实验室构成、具体运作有更直观的认识。通过在大学和医院等实习基地的参观和关系，让学生充分认识到生物医学工程专业的学习目的和专业知识的应用价值。生物医学工程专业作为一门为生物学和医学服务的交叉学科，生物学实验课对生物医学知识的学习和理解掌握领域非常重要。针对我校生物医学工程专业的生物学实验教学中存在的问题，我们开展一系列的教学改革与实践，取得了很好的效果。极大地激发了学生的学习兴趣，调动了学生的参与热情，提高学生的实践能力，并且为学生今后的工作和科研奠定了坚实的基础。希望能在此基础上，继续完善现有的生物学实验教学体系和教学方法，从而更好地促进生物学实验课程建设和发展。
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生物医学工程和生物技术范文第4篇
理工类院校生物医学工程专业的教育，主要体现于理学、工学及二者有机结合的特色和优势，如理工类院校在数学、生物、材料、机械、电子、计算机、自动控制、组织工程等学科，具有坚实的教学基础、丰富的教学经验、良好的教学资源与条件。研究和解决生命科学及医学中的重要问题，是生物医学工程学科教育与发展的宗旨，因此，利用理工科院校的教学资源优势，培养能利用工程学手段，解决人类生命及健康问题的研究和应用型人才，是理工科院校生物医学工程专业教育的重要目标。因教学资源与条件的不同，理工科院校与医科院校、综合性大学的人才培养目标亦相异。理工科院校侧重于培养学生具备扎实的基础知识，包括数学、物理、电子、机械、生物等学科；熟悉医学电子仪器、生物医学信息、计算机、生物材料等相关学科专业知识；善于利用工程学方法与手段，解决专业相关领域的问题。培养目标具有准确的定位与时代性，即一方面能充分利用理工科院校的优势，体现其在工程学科方面的特色，另一方面，根据学科的交叉性与涉及领域的广泛性，密切跟踪学科的发展与社会需求变化，从而培养高素质的复合型高级专业科技人才。
根据教学与科研条件、研究方向的不同，国内理工类院校关于生物医学工程专业人才的培养目标既具有上述共性，又各有侧重与特色。如清华大学提出旨在培养能将现代电子、信息技术、物理、化学、数学和其它工程学原理，应用于研究生命科学的基本问题，能利用工程技术方法解决疾病预防、诊治及改善健康、提高生活质量等的高级专业人才；浙江大学则明确培养具有生命科学、电子技术、计算机技术及信息科学等理论知识、医学知识和工程技术紧密结合的科学研究和技术开发能力，能在生物医学电子、医疗仪器、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发、教学及管理的高层次创新型人才；东南大学强调以电子、信息技术生物学、化学和材料学为知识基础，使学生具备开展与人类健康相关的科学研究及应用开发能力，重点培养学生的研究能力和创新能力，培养具备宽阔视野、思维活跃的精英人才和领军人才；上海交通大学依托其强大且基础雄厚的工科和医学背景，重点培养在生物、医学和工程技术领域中具有开展交叉研究能力的有创新精神的，能应用物理、化学、材料、电子信息和工程等领域的技术解决生命科学问题的创新型交叉学科人才。华中科技大学生物医学工程专业培养具备生命科学与光、电、计算机等信息科学有关的基础理论知识，以及医学与工程技术相结合的科学研究能力，能在医疗器械、电子技术、计算机技术、信息等产业部门从事研究、开发、教学及管理的高级工程技术人才。
华南理工大学生物医学工程专业，始于从硕士研究生人才的培养，我校于1993年获生物力学硕士学位授予权，1998年，将生物力学硕士点(生物科学与工程学院)与生物电子学硕士点(电子与信息学院)整合为生物医学工程一级学科专业硕士学位授权点，并开始正式招收硕士生，2002年招收生物医学工程专业本科生，2004成立生物医学工程系，2006年获生物医学工程一级学科博士点。根据我校生物、电子、材料等学科在科研教学方面的多年积累的与优势，结合广东省生物医学工程产业的发展与需求，将生物医学工程专业本科培养目标，按要求掌握的知识与具体的能力确定为：
目标1(扎实的基础知识)：培养掌握扎实的专业基本原理、方法和手段等方面的基础知识，包括生物医学、电子技术、信息科学、计算机技术、生物材料、生物信息等相关学科基本知识、基本理论和基本技能的复合型高级科技人才。
目标2(解决问题能力)：培养学生能够创造性地利用生物医学与工程技术相结合的研究开发能力，以服务于国内外生物医学工程产业快速发展的需求。
目标3(团队合作与领导能力)：培养学生在团队中的沟通和合作能力，学会按分工要求在团队中从事具体工作，完成指定任务，进行组织协调，进而能够具备生物医学工程领域的领导能力。
目标4(工程系统认知能力)：让学生认识生物医学工程的多学科交叉特性，从系统的角度认识与领会生物医学工程学科的核心与特点。要求从工程系统的角度，运用多种工程技术手段与方法，寻求解决实际问题的方案。
目标5（专业的社会影响评价能力）：培养学生正确理解生物医学工程对人们日常生活、人类健康所产生的重要影响。
目标6（全球意识能力）：培养学生能够在全球化的环境里保持清晰意识，积极跟踪新理论方法、技术的发展，在全球化的背景下认识与把握生物医学工程学科的现状与发展。
目标7（终身学习能力）：生物医学工程毕业生在职业生涯中，需要根据学科、行业发展与岗位要求，不断更新知识，提升自己的综合素质，并具备终身学习的能力。
综观理工科院校生物医学工程专业本科生的培养目标，既反映了各校的学科优势、特色与定位，又具明显的共性，即强调学科的交叉复合特性，培养能将工程技术和医学、生物等基础理论相结合，解决人类生命健康中的问题、提高生活质量的综合性人才，尤其注重学生的实践能力与创新能力。
理工类院校的生物医学工程专业培养特色
在专业特色建设方面，各高校依托各自的学科建设与教学资源优势，逐渐形成自己的办学特色。如清华大学持之以恒地进行教学建设与改革，形成了"注重质量，强调实践，紧密结合科研"的教学特色，清华大学生物医学工程学科2001年被评为全国重点学科，2006年被评为国家重点一级学科；浙江大学则强调系统掌握计算机技术、信息处理技术、电子技术、仪器技术和生命科学相关的基础理论知识具有多学科交叉应用能力和国际竞争力的复合型人才培养，为国家级生物医学工程特色专业建设点；东南大学从1988年开始与南京医科大学合作，进行7年制工医双学位人才培养，2000年开始进行生物医学工程专业（七年制）本硕连读人才培养。2007年建立医工结合生物医学工程长学制创新人才培养国家人才培养模式创新实验区，2008年成为生物医学工程国家特色专业建设点，形成了工医复合型人才培养的特色，并形成了生物医学电子学和现代生物技术两个重要的特色方向；上海交通大学则充分利用附属医院的临床资源，建立与基础课程相适应的实践教学体系，强化学生实践训练，培养动手操作与创新研发能力，大力推进医工(理)交叉学科人才培养，积极推进国际合作与交流；华中科技大学华中科技大学自1997年起系统地开展了生物医学光子学特色方向本科教学体系建设的探索与实践。基于生物医学工程学科的特点，借鉴国内外最新教学成果,建立了一套具有生物医学光子学特色方向的本科教学体系。2011年开始招收“医疗器械”卓越工程师实验班，按照全新的教育大纲和创新的实验模式培养面向医疗器械产业发展需要的高端领军型人才。
华南理工大学生物医学工程专业经过近10年的本科教育实践，以电子技术为基础，以生物医学电子仪器与生物医学信息为主，兼顾生物医学材料、分子生物学及生物信息学，基本形成了多学科方向交叉的知识体系。尤其注重学生基础知识、实践能力和创新能力的培养，根据广东地区生物医学工程产业的优势与市场需求，着力培养具有生物医学工程专业基本素养、基础扎实、专业知识面广的复合型高级技术和专业管理人才。近年来，积极与广东省生物医学工程领域领军企业、医疗、科研机构开展联合培养人才的改革，如自2009年开始，华南理工大学与深圳华大基因研究院共同成立了华南理工大学-深圳华大基因研究院，并开设基因组科学创新班，生物医学工程专业部分优秀学生从大学三年级开始，即有机会进入深圳华大基因研究院从事生命学科的学习与科学研究；2011年，华南理工大学携手中国科学院广州生物医药与健康研究院，共建“华南干细胞与再生医学英才班”，实行“2.5+1.5”的培养模式，“英才班”将根据学生所属专业本科培养计划和干细胞与再生医学的专业培养要求，为学生制订个性化的培养方案，将专业理论知识与实践、学习和科学研究相结合。此外，生物医学工程专业与深圳迈瑞电子有限公司、汕头超声仪器研究所、广州总院、南方医院、广东省人民医院、中山大学附属肿瘤医院和广州医学院附属肿瘤医院等单位建立了密切的联系，为学生的实践、实习提供优越的资源和条件，同时，为学生的就业不断开拓新的渠道；从大学二年级开始，学生即有机会加入“学生研究计划SRP(StudentResearchProject)”，参与老师指导的科研实践，进入实验室与研究生共同学习研究。学习、研究期间，取得优异成绩或成果的学生，推荐参加“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛。华南理工大学生物医学工程专业，近年来进行各种新的人才培养模式的有益探索与实践，进一步扩宽学生的知识面，显著提高学生的实践能力，激发学生学习热情，培养学生的创新能力。
生物医学工程专业人才培养模式
我国高等工程教育强化主动服务国家战略需求、主动服务行业企业需求的意识，确立以德为先、能力为重、全面发展的人才培养观念，创新高校与行业企业联合培养人才的机制，改革工程教育人才培养模式，提升学生的工程实践能力、创新能力和国际竞争力。主要体现于四个方面：(1)工程教育服务国家发展战略；(2)加强与工业界的密切合作；(2)重视学生综合素质和社会责任感的培养；(4)注重工程人才培养国际化。近年来，各高校都在进行专业人才培养模式的改革、探索和实践，主要包括(1)重基础、宽口径、强能力、高素质的大类培养模式。如上海交通大学实行按院系招生、学生入校两年后再分专业的培养模式，从而有利于学生根据个性、特长选择专业，增强学生的竞争意识，有利于资源的优化整合；中国科技大学秉承“基础与创新并重”的办学理念，实行重基础、“轻”专业，注重基础“宽、厚、实”，专业“精、新、活”的宽口径个性化培养模式。浙江大学提出“以人为本、整合培养、求实创新、追求卓越”的教育理念，确立的人才培养模式是以3M(多规格、多通道、模块化)和“宽、专、交”为特征的KAQ(知识、能力、素质)并重，将本科专业分成若干学科大类，实行前期按大类培养，实施通识教育，后期实行宽口径专业教育的新模式。华南理工大学的培养模式与浙江大学既具相似性，又各有侧重。华南理工大学以注重精英人才与个性化人才的创新能力培养为特色，如按大类分电子、机械、化工、材料、经贸等各大类专业精英班，“基因组科学创新班”和"华南干细胞与再生医学英才班"等。
(2)注重创新与实践能力培养，如卓越人才培养、产学研相结合人才培养、交叉复合型人才培养。近几年，各高校均十分注重学生的创新能力和实践能力的培养，通过卓越人才计划旨在提高学生的科研能力与解决实际问题的能力。卓越工程师教育培养计划的遵循“行业指导、校企合作、分类实施、形式多样”的原则，其特点包括：行业企业深度参与培养过程；学校按通用标准和行业标准培养工程人才；强化培养学生的工程能力和创新能力。其中，首批“卓越工程师教育培养计划”高校包括清华大学、浙江大学、上海交通大学、华中科技大学、东南大学和华南理工大学等61所高校，第二批共有133所年高校加入“卓越工程师教育培养计划”。
(3)国际化人才培养，通过与国外知名高校建立人才培养合作项目，进行联合培养。如教育部中国教育国际交流协会(CEAIE),中教国际教育交流中心(CCIEE)和美国州立大学与学院协会(AASCU)共同合作的“1+2+1中美人才培养计划”，积极推动中美高校学分学历互认，促进中美高校师生双向交流、共同制定大学本科专业教学计划等。此外，近年来，各校纷纷与欧美、澳洲著名大学建立了各种灵活的本科人才联合培养机制，推进教师双向交流，专业课程实行双语教学或全英教学等。
(4)个性化人才培养，华南理工大学生物医学工程专业培养学生过程中，根据学生知识结构与特长，注重个性化培养，如，一方面鼓励生物医学工程专业学生修读“双学位”，另一方面，也接受其它专业学生修读生物医学工程专业“双学位”；通过“学生研究计划(SRP)”，“百步梯攀登计划”、“挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛和创业计划大赛”等，培养学生的创新、创业、科研能力。
课程建设
生物医学工程专业教学指导委员会，为生物医学工程学科人才培养的规范化提供重要的指导性意见。根据生物医学工程学科的发展趋势与社会需求、以及各高校的教学和科研优势，理工科院校设置的生物医学工程专业本科的课程体系，既存在共性，又各具特色。其中，理论教学部分，主要包括公共基础课、学科基础课和专业领域课，实践部分，包括实验课程、课程设计、认识实习、工程实习、生产实习和毕业实习等。各理工院校生物医学工程专业本科培养计划中的公共基础课颇为相似，主要有政治类课程、大学英语、大学物理、大学化学、数学(微积分、线性代数、概率论与数理统计)、工程制图、大学体育，以及人文、社会和技术类通识教育课程；学科基础课程，大多数高校以生物医学电子与信息为主，包括电路、数字电子技术、模拟电子技术、信号与系统、数字信号处理等主干课程，并设置解剖生理学、临床医学概论、普通生物学、生物化学与分子生物学等重要基础课程；各校的生物医学工程专业本科课程的差别，主要体现在专业领域课，同时也最能体现其专业特色。一般以其优势学科方向开设不同的专业必修或选修课程，如浙江大学按数字医学信息、生物传感器与医学仪器、定量与系统生理学三个方向设置专业课程，东南大学则分生物传感与生物电子学、生物信息学、生物医学材料与纳米技术、医学信息工程等四个方向，上海交通大学包括生物医疗仪器、神经科学与神经工程、医学成像与图像处理、生物材料与纳米生物医学等几个方向课程；清华大学按学科方向分为医疗仪器、神经工程、医学影像和微纳医学等四个主要方向，分别设置不同的专业课程。
华中科技大学则包括按生物医学光子学、医学影像学、生物信息学、纳米生物材料和组织工程等方向的专业课程；华南理工大学生物医学工程专业的本科课程，主要涵盖了医学电子仪器、医学影像、医学信息、生物力学和生物医学材料等五个方向，分别开设了医学传感器、医疗仪器设计、生物医学测量、医学超声学、生物医学信号处理、医学成像技术、医学图像处理、医院信息系统、远程医疗、生理系统仿真建模、生物力学、生物医学材料等重要课程。
实践环节主要包括综合实验、课程设计、临床实习、金工实习、电子工艺实习和毕业实习等。其中综实验包括工程生理学、生物医学工程、医学仪器与信息工程3门综合实验课程，设置了数字电路、微机原理与应用、医学仪器等3门课程设计。由于广东省医学资源和生物医学工程产业具有较强的特色和优势，尤其在医疗仪器行业拥有一批实力雄厚的企业，华南理工大学充分利用这种地域的产业优势，知名企业联合建立了本科实习基地，和具优越医疗资源的医院建立了良好合作关系，为本科生的临床实习与毕业实习提供强有力的支持。此外，华南理工大学积极鼓励学生参与“暑期实习计划”，即由老师或学生自行联系实习单位，经院系和老师推荐，学生有机会在暑期到相关高校或科研院所实验室、企事业单位实习。
在双语课程、全英语课程、新型课程和特色课程方面，华南理工大学生物医学工程专业也正在积极进行建设，如《医学图像处理》和《医院信息系统》已经实行双语教学，正在为全英文授课做准备；不定期地邀请国内外有影响的专家和企业负责人进行专题讲座或创业教育；为新生开设《生物医学工程概论》课程，计划进一步开展新生研讨课、系列专题研讨课。
总结
生物医学工程学科具有鲜明的交叉与复合特性，它对解决人类生命与健康中的问题具有十分重要的作用，生物医学工程学科与相关产业发展亦极为迅速，如何培养适应学科发展需求和符合社会需要的专业人才，是各高校生物医学专业面临的重要问题。理工科院校在电子、计算机、信息、生物、材料、制造等学科具有一定的优势，充分利用理工科的资源优势，培养研究与应用兼顾的高级专业人才，亦是理工科院校本科教学的重要目标。
华南理工大学生物医学工程本科专业，经过近十年的教学实践，逐渐形成以生物医学电子、医学信息工程、生物力学为主导的培养体系，十分注重学生的实验能力和创新能力的培养，并充分利用广东省的医学资源和生物医学工程产业的地域优势，努力培养适应社会需求的专业人才。近年来，华南理工大学生物医学材料方向发展迅速，先后成立了国家人体组织工程重建工程中心、特种功能材料教育部重点实验室、广东省生物医学工程实验室，在生物医学材料方面取得了一系列成果。为此，华南理工大学正在为利用生物医学材料方面的优势，加强生物医学材料方向的本科专业人才的培养，积极地进行探索。
生物医学工程和生物技术范文第5篇
关键词：3D打印；生物医学工程；发展现状
前言
三维打印（Three Dimension Printing，简称3DP）属于一种快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术，它由计算机辅助设计（CAD）数据通过成型设备以材料逐层堆积的方式实现实体成型。“三维打印”在技术界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分层制造”等[1]。三维打印起源可追溯于上世纪八十年代，1984年查尔斯・赫尔发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术，并于1986年成立了3D Systems公司，开发了第一台商用立体光敏3D打印机，1988年，斯科特・克伦普发明了熔融沉积成型技术（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，随后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先进的两家3D打印公司。我国清华大学颜永年教授于1988开始研究3D打印成型技术，华中科技大学王运赣教授以及西安交通大学卢秉恒院士等，纷纷于上世纪90年代起就开始涉足3D打印成型技术的研究。
1998年，清华大学的颜永年教授又将3D打印成型技术引入生命科学领域，提出生物制造工程学科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印设备，为制造科学提出了一个新的发展方向--生物制造。生物制造的一个重要手段即是生物3D打印。生物三维打印是以活细胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）为基本成形单元，设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构，是制造科学与生物医学交叉融合的新兴学科，它是目前3D打印技术研究的最前沿领域，也是3D打印技术中最具活力和发展前景的方向[2，3]。
1 3D打印技术的分类
目前比较典型的3D打印快速成形技术主要分为三种[4]：
1.1 粉末粘结3D打印光固化材料3D打印与熔融材料3D打印
粉末粘结3D打印是目前应用最为广泛的3D打印技术，其工艺过程如下：首先，在工作平台上均匀铺洒单位厚度的粉末材料；其次，依据实体模型离散层面的数字信息将粘结剂喷射到粉末材料上，使粉末材料粘结，形成单位实体截面层；再次，将工作台下降一个单位层厚；最后，重复第一步至第三步，逐层堆砌，形成三维打印产品。其存在缺点是，通过粉末粘连成形的零件精度和强度偏低，一般需要后续工艺提高其强度，但后续处理工艺会导致零件体积收缩，变形严重。
1.2 光固化3D打印（光敏三维打印）
该技术使用液态光敏树脂作为原料制作零件模型，光敏材料三维打印成形基于喷射成形技术和光固化成形技术，喷头沿X方向往复运动，根据零件的截面形状，选择性喷射光固化实体材料和光固化支撑材料形成截面轮廓，在紫外光照射下光固化材料边打印边固化，层层堆积至制件成形完毕。但其应用于骨骼类产品打印的主要缺点是，当前具有生物活性的骨骼类材料如羟基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需与光敏材料混合使用，因此影响产品的生物活性在打印后将受到很大影响。
1.3 熔融材料3D打印成形
熔融材料三维打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）专利技术，分别加热两种丝状热塑性材料至熔融态，根据零件截面形状，选择性涂覆实体材料和支撑材料形成截面轮廓，并迅速冷却固化，层层堆积至制件成形完毕，其原理与光敏材料3D打印成形类似 [16]。目前熔融材料三维打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有机盐配置而成的骨水泥，不需要额外添加紫外光照射固化所需的光敏介质，有利于保证材料后续的生物相容性和生物活性。但由于挤压式喷头的喷嘴处压力大，容易造成阻塞现象，因此对喷嘴和材料浆料的粒径要求较高。
除三维打印外，应用比较广泛的商业化快速成形工艺还包括立体光刻成形（SLA）、选择性激光烧结成形（SLS）堆叠、实体制造（LOM）、熔融堆积成形（FDM）等，但这些工艺大多需要配备价格昂贵的激光辅助系统，且成型工艺实质上还是类似于上述三种材料叠加-固化技术。因此，三维打印技术被认为是最具生命力的快速成形技术，发展潜力巨大，在医学中的应用前景广阔，其推广应用将对传统的医疗产品生产模式带来颠覆性的影响。
2 三维仿生重构建模技术的发展
基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要研究内容之一。3D打印生物构件的实现首先需要在计算机环境下有效重构和建模，生成可用于驱动打印喷头的指令数据进而操控成型设备实现产品成型。随着医学影像技术的发展，人体组织的二维断层图像数据可以方便地获取以进行医学诊断和治疗。但是，二维断层图像只是表达了某一截面的解剖信息，医生可以凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系，可三维打印设备却无法根据这些断点数据进行立体三维成型，因此，基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要前驱步骤。
由于CT或MRI等检测设备扫描得到的二维图像信息不能直接用于快速成型，只有通过专用软件将二维断层图像序列重建为三维虚拟模型，并生成为快速成型机可以接受的STL（Stereo Lithography）格式图形文件，才能最终制造出生物产品三维实体模型。近十多年来，欧美等发达国家的科研机构对于医学图像三维重建的研究十分活跃，其技术水平正从后处理向实时跟踪和交互处理发展，并且已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站和虚拟现实结合起来，代表着这一技术领域未来的发展方向。
在市场应用领域，国外已经研制了三维医学影像处理的商品化系统，其中，比较典型的有比利时Materialise公司的Mimics、美国Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在国内，中国科学院自动化研究所医学影像研究室自主开发的3D Med是基于普通微机的三维医学影像处理与分析系统，系统能够接收CT、MRI等主要医疗影像设备的图像数据，具有数据获取、数据管理、二维读片、距离测量、图像分割以及三维重建等功能。清华大学计算机系研发的人体断面解剖图像三维重构系统能给外科手术中的影像诊断提供一定的参考。中国科技大学在应用Delphi开发三维重构软件的研究上取得了很好的成果。国内企业也研发了一些三维医学影像处理系统。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高级图像处理软件”于2005年4月投入市场。它能对二维医学图像进行快速的三维重建，并能对临床影像的数据进行科学有效的可视化和智能化挖掘和处理，为临床提供更多有价值的信息。但目前国外优秀软件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的价格非常昂贵，且其技术严格保密。国内的产品大多没有自主知识产权和成熟的商业应用模式。
3 3D打印技术在生物医学工程中的应用
3D打印技术在生物医学工程中应用广泛，其应用领域大致包括：体外器官模型、仿生模型制造；手术导板、假肢设计；个性化植入体制造；组织工程支架制造；生物活体器件构建以及器官打印；药物筛选生物模型等。如图1所示为3D打印在生物医学工程中的各种应用情况[5-7]。
3.1 体外器官模型、仿生模型制造。该类应用主要用于医疗诊断和外科手术策划，它能有效地提高诊断和手术水平，缩短时间、节省费用。便于医生、患者之间的沟通，为诊断和治疗提供了直观、能触摸的信息，从而使手术者之间、医生和病人之间的交流更加方便。
3.2 手术导板、假肢设计。该类应用便于订制精确的个性化假体，实现个性化医疗需求。根据患者缺损组织数据量身订制的假肢，可提高假肢设计的精确性，提高手术精确度，确保患者的功能恢复，减少患者的痛苦。
3.3 个性化植入体制造。人体许多部位的受损组织，需要个性化定制。如人类面部颌骨（包括上下颌骨） 形态复杂， 极富个性特征， 形成了个体间千差万别的面貌特点。人类的头颅骨，需要准确与颅内大脑等软组织精确匹配扣合，人体的下肢骨、脊柱骨等会严重影响患者今后的步态及功能恢复。因此这类修复体可通过3D打印技术实现个性化订制和精确 “克隆”受损组织部位和形状。
3.4 组织工程支架制造。如通过3D打印技术设计和制备具有与天然骨类似的材料组分和三维贯通微孔结构，使之高度仿生天然骨组织结构和形态学特征，赋予组织工程支架高度的生物活性和骨修复能力。
3.5 生物活体器件构建以及器官打印。此方面的应用大多涉及活体细胞的生物3D打印技术。细胞三维结构体的3D构建可以通过活细胞及其外基质材料的打印构建活体生物器件。如英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作，首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能。美国康奈尔大学研究人员最近在其发表的研究论文中称，他们利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。
3.6 药物筛选生物模型。药物筛选指的是采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（采样）进行生物活性、药理作用及药用价值的评估过程。作为筛选，需要对不同化合物的生理活性做大规模横向比较，因此有研究人员指出通过3D打印技术，精确设计仿生组织药物病理作用模型，可以使人们开在短时间内大规模高通量筛选新型高效药物。最近，四川大学联合加州大学圣地亚哥分校等科研机构，通过3D打印技术设计了一款肝组织仿生结构药物解毒模型（如图1-c），该研究成果发表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究领域的广泛关注。
3D打印在生物医学工程中应用：（a）3D打印磷酸钙骨组织工程支架； （b）3D打印细胞、活体器官构件；（c）3D打印肝组织仿生结构药物解毒模型。
4 结束语
三维打印技术正处在蓬勃兴起的阶段，3D打印技术在生物医学工程中得到了广泛的应用，其应用以及发展现状表明：3D打印在体外器官模型、组织工程与再生医学、个性化医疗以及新药研发等方面展现出广阔的应用前景。抓住生物材料及植入器械的三维打印技术新一轮发展浪潮，发展我国生物三维打印技术，对发展我国生物材料医疗器械产业步入国际先进水平具有十分重要的意义。
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