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什么是医学工程?
医学工程是一门融合工程学科(机械、电气、电子和计算机)与生物医学和生理学学科的科学,它运用先进的工程理论与技术来处理、分析和解决生物医学问题。通过设计适用于测量、理解和改良生理与生物系统,并能够诊治疾病的工具和设备,这要求我们研究这些设备的工作原理、维护与建模。医学工程极大地促进了创新、开发与发明,这得益于医学领域的多样性,以及该工程领域所处理的庞大生理系统(人体)。须知,最精密、最先进且最昂贵的技术,往往应用于两个领域之一,而医学工程便是其中之一。
医学工程师在何处工作?
医学工程师在医疗机构和诊所工作,负责为其配备(在明确所需规格后)设备与仪器并进行维护;他们也在专门制造医疗设备的医疗企业、或专门从事医疗设备维护与销售的企业工作,或就职于大学等研究机构(这些机构更侧重医疗设备的研发以及生物问题的分析与解决)。医学工程师的工作与其专业方向和领域相关,并与医生、护士及各专业的工程师开展协作。
未来对医学工程师的需求如何?
技术的快速发展、疾病的增多,以及大量亟待解决的医疗与技术问题,导致对医学工程师的需求不断上升,以应对日益复杂的生物问题,并改进现有设备的性能以获得更好的结果,同时发明新的设备来帮助医生更好、更快地完成任务。因此对医学工程师的需求与日俱增。
医学工程的分支
1- 医学电气工程(Bioelectrical Engineering):分为两个部分:
其一:生物电磁学(Bioelectromagnetism)。
其二:生物电效应学(Bioelectromagnetics)。
2- 生物机械工程(Biomechanical Engineering),分为两个部分:
其一:生物力学(Biomechanics),研究人体内生物物质的运动及其传递特性。
其二:生物传输力学(Biotransport),专门研究人体运动障碍的处理。
3- 生物材料工程(Biomaterials)。
4- 组织、分子与细胞工程(Tissue, Molecular & Cellular Engineering)。
5- 生物系统仿真工程(Systems & Integrative Engineering)。
生物医学工程(Biomedical Engineering,又称医疗技术工程),是从工程角度研究人体的学科,可分为下述五个主要分支,是医学与工程科学之间的桥梁(生物医工工程师必须了解生物体的构造,才能设计出与之相适应的假肢、器官或医疗设备)。
生物医学工程是随着现代医学发展而产生的最新工程学科之一。过去,医生独自承担诊断、治疗乃至制药的全部职责;如今,医疗设备已成为医生在诊断、治疗和监护患者时不可或缺的辅助手段。由于迫切需要改进医疗设备以服务患者健康、加快康复,必须引入医学以外的专业人员(如电气、机械和计算机工程师等)来设计这些设备。同时,这些工程师也必须掌握解剖学、人体生理学等医学知识,以理解各系统的工作机制,并运用其专业知识改进设备。因此,亟需一类既能部分融会这些专业、又能与医生协作的工程师,同时应注意,他并不意味着取代其中任何一方。
医疗设备分为两类:甲、诊断类医疗设备,例如超声(Ultrasound)设备;乙、治疗类医疗设备,例如化疗设备和波疗设备。
人们通常误以为医学工程仅限于医疗设备及其维护,但其实它还包括医院管理、假肢、人造器官等其他领域。医学工程运用物理学、化学、数学和工程学基础来研究生物(主要是人体),以深化对人体及其所患疾病的研究,从而寻求增进健康、辅助治疗这些疾病的更好途径。
其他名称
生物医学工程(Biomedical Engineering)是最常见的名称,此外还有两个名称:其一是医学工程(Medical Engineering),其二是生物工程(Bioengineering)。举例来说,制造用于控制泵血的人造心脏橡胶瓣膜,是生物机械工程师(了解心脏机械工作原理)与生物材料工程师(能选择最适合人体的材料)共同完成的成果。人的心脏在约六伏电脉冲刺激下进行不随意的机械活动,右心室将血液泵入右心房,这一不随意运动不受人的意识控制。若回流瓣膜发生故障,就必须植入上述橡胶瓣膜,以补偿原瓣膜的缺陷,确保血液循环不发生衰竭。
生物医学工程还被定义为:运用源于工程、科学与技术的原理和方法来理解、界定并解决具有生物或医学属性的问题的一门学科。生物医学工程专业的课程以医疗电子为核心,涉及医疗信号的测量与处理,同时也涉及用于诊断、监护和治疗的医疗设备。该专业旨在培养在生物医学工程领域受过高端训练、并具备充分生物医学知识的工程师。
该专业的毕业生可在以下领域工作:
• 作为临床工程师,可承担医疗监护单元所需的工程职责,并可与医生协作设计和实施必要的方案
以提升医疗监护水平。
• 作为医疗设备专员、医疗电子专家以及计算机在医学中的应用专家
• 作为从事设备、测量、控制与信号处理的电气工程师。
医学工程原理:
医学工程的活动领域:医学工程问题的研究、开发与设计;疾病诊断与治疗应用;模型与集成系统的建模;医学测量的物理、化学与生物学基础;用于运动、力、压力、流量、温度的传感器,生物电势,体液化学成分,以及生物材料特性;患者安全。
医学工程中的信号与系统:
医学系统模型;医疗信号的不确定性本质;器官系统及医疗信号的定量分析;标准数据的统计分析;系统与电路的频率响应;模数转换、采样系统及离散时间信号分析;医疗信号放大器、滤波器、信号分析仪与显示设备;医疗设备的电源;实验与计算经验及医学应用。
医疗设备
它们是电气、机械……设备,帮助医生完美地完成工作,帮助患者更好地康复并提供充分的舒适,并极大地辅助疾病(尤其是体内肿瘤)的诊断——若无这些设备,根本无法察觉这类疾病的存在。
医疗设备示例
1- 诊断设备:磁共振成像设备、计算机断层扫描设备、X 射线成像设备、伽马相机、超声成像设备、乳腺 X 射线摄影设备(乳腺钼靶)、心电/脑电/肌电/眼电等信号采集设备,等等。
2- 治疗设备:心脏起搏器、除颤器(电击复律设备)、内窥镜、血液透析机(人工肾)、人工心脏、钴治疗机、人造血管,等等众多……
医疗应用中的电气安全及必要预防措施。心电图;心电信号的数字化与模拟分析;血压测量;心音、血流与血容量。心率与血压测量的统计分析。基本呼吸测量;实验室设备原理。学期项目。
牙科设备(牙科椅及其配件)、影像与消毒设备
人工耳蜗
手术中驱动心肺的设备(体外循环机)
心脏起搏器
胰岛素注射装置
血液透析机
医学成像系统:
医学成像与医学系统的物理学原理:X 射线成像系统及各类射线(MRI)的生物学效应、超声、核医学成像与磁共振成像(CT)技术。断层重建原理:X 射线计算机断层扫描(CT)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)与正电子发射断层扫描(PET)。
治疗与修复设备导论:治疗、康复、代偿与辅助的概念;电流的治疗作用;常见设备示例:心脏起搏器与心脏复苏设备;感觉与沟通辅助装置、神经肌肉刺激器;理疗设备、电子手术设备;激光的医学应用;呼吸机、人工肾、新生儿护理、放射性治疗。医疗设施中的安全、可靠性与维护:安全的定义;电气安全、气体安全与防火安全;如何为患者、医疗人员及医疗器械提供安全环境;医疗设施中的可靠性;设备正确使用的用户培训。
计算机在医学工程中的应用:
医学工程领域计算机应用的分类,以及可用的技术与工具:计算机的硬件与软件能力。若干精选应用示例:电子病历系统、药房与实验室信息系统、办公业务系统、临床分析决策支持系统、计算机化诊断与治疗设备。
医疗系统管理:
在医疗设施工作的医学工程师的职责;规范临床工程工作的法律、标准与法规;制定规格与评估投标;医疗设施的设计与布置;设备的选型与评估。
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医疗设备的营销与销售:MRI 设备、乳腺放射成像设备、各类型号的超声(sonar)设备、监护仪、麻醉与呼吸机设备、集中消毒与等离子消毒设备、感染控制耗材