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生物醫學成像技術范文1
生物工程技術是人們以現代生物科學為基礎，根據生物體的結構、特性和功能，運用工程技術的原理和方法，設計構建具有預期性狀的新物種或新品系，為社會提供商品和服務的一種綜合性技術體系。生物技術的研究領域十分廣泛，它包括所有對生物進行干預的技術手段：重組DNA技術、基因治療、生物制藥技術、克隆技術、基因芯片技術等。生物技術包含許多方面的內容,包括蛋白質工程、基因工程、酶工程和細胞工程。生物工程技術的興起為現代科學發展和工農業、醫藥衛生事業的進步提供了巨大的潛力，同時也給人類帶來的豐厚回報率，因此，生物工程技術已成為世界各國研究的重點和世界高科技競爭的焦點。
1 我國生物工程技術產業的現狀
1.1 制造生物活性蛋白 基因工程技術的發展在醫學上最重要的成就表現在治療用生物活性蛋白或疫苗的生產和使用，利用基因工程生產有藥用價值的蛋白質、多肽產品已成為當今世界一項重大產業，并將有望成為21世紀的支柱產業。2000年我國基因工程藥物和疫苗年銷售額已達近120億元人民幣[1]?，F代生物技術制藥有別于傳統制藥方法，運用現代生物技術不僅可以開發更加精確有效、不良反應更小的新藥和新型疫苗,更重要的是可以預防和治療一些應用傳統治療方法無法克服的疾病。
1.2 醫學科學研究 1990年10月國際人類基因組計劃啟動，我國科學家承擔了人類基因組1%的測序，是惟一加入該計劃的發展中國家。人類基因組計劃是現代生物技術在醫學領域的成功應用，隨著大量與人類健康有關的基因的定位、鑒定分離，遺傳診斷和基因治療都將成為現實，現代生物技術將使醫學領域的研究提高到一個新的水平。
1.3 疾病診斷 人類絕大部分疾病都與基因密切相關，包括自身基因的變異與外源基因的入侵。因此，從基因水平探測和分析疾病的起因，從基因水平干涉和矯正疾病造成的紊亂，是近些年來基礎和臨床醫學新的研究方向?，F代醫學其中一個重要的方面就是盡早檢測出在人、動物體內的病原性物質，做到早發現、早治療?；蛐酒巧镄酒囊环N，可一次性對樣品大量序列進行分析與檢測。目前科研人員已分析出各種遺傳病的基因序列，并根據其序列合成出基因探針，用于各種遺傳病的檢測以及優生優育，還可用于遺傳病的防治和治療，基因診斷可望成為臨床的一項常規的檢測診斷技術。
1.4 疾病治療 現代生物科學技術的飛速發展，使生物學和醫學研究進入了分子水平時代。目前，基因治療的關鍵技術實現了突破,ADA缺陷病、B型血友病、惡性腫瘤、梗塞性外周血管病等5種治療方案已進入臨床試驗。其中，應用移植造血干細胞來治療白血病和一些遺傳性血液病已較為普遍，另外干細胞在腫瘤和免疫系統疾病治療中也有很好的療效。器官移植是現代醫學的重要領域之一，但是目前供移植用的組織器官非常短缺，轉基因豬有望為人類提供移植所需的器官。此外，隨著轉基因和克隆技術的成熟，解決安全性和異源組織排異反應的問題成為可能，并且為防止新病原帶入移植器官或組織做出更大貢獻[2]。
1.5 預防醫學 預防醫學的一大領域是環境監測和環境凈化,現代生物工程技術在此領域的研究與應用已發揮了重大作用。基因跟蹤法鑒定帶菌者以預防流行病的蔓延，基因探針能快速靈敏地檢測水中病毒含量，生產生物農藥和生物肥以減少環境污染以及利用基因工程菌消除污染水面的石油以凈化環境等，生物技術在此領域顯示出了光明的前景，提高了環境質量。我國生物技術產業的總體水平已經在發展中國家處于領先地位，但與發達國家相比還有一定的差距。未來的發展還存在著許多問題，主要表現在生物技術產業實力依然不強、技術轉化能力差、產業化規模小、產品少、支撐技術及生產裝備落后、研發與產業化脫節、缺乏具有核心競爭力的國際化大企業、產業發展的整體環境有待改善等方面。同時，我國生物產業內部創新能力嚴重不足，現有人力資源偏重于理論研究，實用型創新能力不足，缺乏創新創業型人才。
2 生物工程技術在醫學教育中的滲透及影響作用
生物工程技術是科學技術發展的一次飛躍，它不是單一的傳統化學、生物學、遺傳學、醫學、微電子學的交叉與融匯，關鍵是它的每一個具體的研究成果都有可能導致一種產品生產技術上的革命。
2.1 生物工程技術知識滲透到醫學學科知識體系中的必然性 生物工程技術的學科內容顯著不同于傳統學科，從本質上講，生物工程技術是人類對生命過程的觀察、研究和認識，然后將這些生命過程中所包含的一些非常微妙、精確、高級的反應用于制造出人們所需要的產物，創造出對人類有益的所需要的動植物新品種。醫學教育是培養掌握基礎醫學和臨床醫學的基本知識、基本理論和基本技能，而且能夠從事疾病的診治、醫學教育和科學研究的寬口徑醫學專門人才的一類專業?，F代生物工程技術的發展已廣泛滲透到醫學各個領域，在今后10～20年里將使醫學領域的各個重要方面發生根本性變革，事實上當今從事醫學研究的各類科技人員都深感生物技術知識和手段對它們研究工作的重要性。但是從目前來看，許多醫療從業人員對生物學及相關學科的了解比較膚淺。原因是我國的醫學教育專業要求學生掌握以基礎醫學、臨床醫學為主干學科的基本理論和基本技能，學習公共衛生及與醫學相關的人文社會科學、自然科學等有關知識與方法，缺少與醫學相關的生物工程技術課程。著眼生物工程技術的發展趨勢，把生物技術知識滲透到醫學學科知識中，具有時代的緊迫性。知識的分化是為了更好地對某一領域進行研究，分科教學并不是目的，它只是讓人們具體地了解某些領域的知識，知識的綜合運用才是最終目的。淵博而豐富的跨學科知識教學能夠起到相互補充、相互啟發的作用，同時提高學生的學習興趣，激發創新動力?？梢哉f學科內知識綜合轉化為學科間的知識，必將成為各學科教學發展的趨勢。
2.2 生物工程技術的發展對我國醫學教育課程設置的影響 盡管我國醫學教育取得了較大的成績，但仍然不能完全適應社會的進步、生物科學技術的發展以及衛生事業改革的需要。為此醫學教育課程設置必須進行改革，把生物學的主干學科，如分子生物學、遺傳學貫穿在整個醫學課程中。選修課程體系要以拓展知識結構，擴大知識面，加強前沿、新興、交叉學科知識為出發點，構建與素質教育相配套的選修課課程體系。適當減少必修課授課門數和學時，加強學生自學能力的培養。新型交叉學科：分子生物學、臨床遺傳學、分子病理學、流行病學和計算機科學至關重要，特別是由基因組學和信息學融合形成的新學科-生物信息學將開創整個生物醫學教育和研究的新時代。
2.3 構建與培養醫學人才綜合素質相適應的教學內容的時代緊迫性 構建以體現人文社會、自然科學類知識向醫學基礎知識，醫學基礎知識向臨床知識，臨床知識又向基礎前伸的滲透、互跨式整合課程。采用以學科為中心模式、以問題為中心模式和模整合課程混合型課程模式，最終達到專業基本教學內容的要求。在醫學教學中嘗試利用學科間橫向遷移、滲透，培養學生的創新意識和解決問題的能力，引導學生運用生物工程技術知識和方法來解決醫學問題，同時，又運用生物工程技術知識去解釋醫學中難以解釋的現象，這樣可極大地鼓舞學生，又給學生提供更多的機會，讓他們主動去體驗、探索、研究，培養他們的創新意識和科研能力，對學生畢業后繼續醫學教育將產生積極的影響?？傊F代生物工程技術的發展，正在對醫學教育產生廣泛而深遠的影響，其內容涉及到確立新的培養目標，醫學教育課程設置必須進行改革，構建醫學人才知識、能力、素質相結合的教學內容等。這些在國外已經引起教育工作者的廣泛關注，我們不能等閑視之。
參考文獻
生物醫學成像技術范文2
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?？商娲猿潭仍礁?，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?？梢院芎玫亻_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?；蚪M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
生物醫學成像技術范文3
太赫茲波所處的“承前啟后”的獨特頻段使其具有很多獨特的性質，包括高透性、低能性、指紋譜性以及相干性。高透性是指太赫茲對許多介電材料和非極性物質具有良好的穿透性，可對不透明物體進行透視成像，是X射線成像和超聲波成像技術的有效互補;低能性，顧名思義是指太赫茲光子能量很低，只有4．1meV(毫電子伏特)，對人體級生物體十分安全;指紋譜性則是源于不同的分子對太赫茲的吸收及色散特性不同，形成特有的“指紋譜”，每一種物體都有其獨特的區別于其他物體的“指紋譜”;太赫茲是由相干電流驅動的偶極子振蕩或由相干的激光脈沖通過非線性光學差頻效應產生的，因此具有相干性，用于太赫茲成像技術，可獲得更高的空間分辨率及更深的景深等，目前太赫茲顯微成像的分辨率已達到幾十微米。
2太赫茲在生物醫學工程領域的應用
太赫茲的上述特性使其在生物醫學工程的各個方面有著誘人的應用前景。其應用主要有以下幾個方面:太赫茲生化檢測、太赫茲醫學成像診斷、太赫茲組織檢測、太赫茲治療以及太赫茲醫學通信。
2．1太赫茲生化檢測
利用太赫茲波對生物分子的靈敏度和特異性，將太赫茲技術用于研究生物分子的結構和功能信息，可在分子層面上為疾病的診斷和治療提供理論依據。太赫茲生化檢測主要是對化學及生物大分子的檢測，太赫茲波能夠用來研究如范德華力或者分子間氫鍵作用力等生物分子間相鄰分子的弱作用力。太赫茲波對脫氧核糖核酸(DeoxyribonucleicAcid，DNA)構形和構象的變化非常敏感，也可以通過太赫茲光譜進行基因分析或無標記探測。許多學者都開展了這方面的研究。Grant等于1978年研究了太赫茲與氨基酸溶液的相互作用，通過分析證實了這種作用是介于分子振動和轉動模式之間的一種作用。Kutteruf等用太赫茲光譜技術對固態短鏈肽序列進行了研究，研究表明在1～15THz光譜范圍內包含了體系的很多光譜和結構信息，如分子固相結構和與序列相關的分子信息等。Arora等采用太赫茲時域光譜技術，在水相中對通過聚合酶鏈式反應得到的DNA樣品進行了無標記定量檢測。Brucherseifer等通過時間分辨太赫茲技術證明了復數折射率取決于DNA的結合狀態。太赫茲生化檢測方面的研究尚處于起步階段，還有待加強，尤其是對不同生物大分子的太赫茲光譜特性建立相應的特征譜庫是一項龐大而艱辛的工作，需要生化領域的學者加強相關的研究工作。
2．2太赫茲醫學成像診斷
太赫茲成像技術是太赫茲科學與技術中最具發展前景的方向之一。太赫茲成像作為一種新穎的成像方式在醫學上的應用近年來備受青睞。太赫茲波在醫學研究中具有獨特的優越性:對細胞間質水有很高的敏感性;對人體無害;空間分辨率高，可達幾十微米，能夠很清晰的看到一些病變組織的病灶，結合一些微結構器件可以得到高品質的圖像。太赫茲成像的原理是將太赫茲波透過成像樣本后，其包含了樣品的復介電常數的空間分布信息強度和相位信息，將這些信息保存下來并進行分析處理就可以得到樣品的圖像。從1995年Hu和Nuss首次提出逐點掃描式太赫茲時域光譜成像技術以來，一系列新的太赫茲成像技術相繼被提出，如太赫茲實時成像、太赫茲層析成像和太赫茲分子成像等。2002年Woodward等首先使用了太赫茲脈沖成像技術對基底細胞癌開展了體內與體外的研究，利用不同組織對太赫茲波的吸收特性不同來區分健康組織和癌變組織。2007年Enatsu等利用THz－TDS系統對石蠟封裝的肝癌樣品開展了研究，在1．5THz頻率處選擇折射率和吸收系數進行成像，得出癌變組織的密度小于健康組織，對太赫茲的折射率和吸收系數較小的結論。2008年Taylor等在直接檢測的基礎上使用反射脈沖太赫茲波成像系統對豬皮膚燒傷樣本成像，得到了高分辨率的圖像。2011年MiuraY等利用透射式成像技術，證明了在3．6THz頻率處對肝癌組織成像對比度較為顯著。目前太赫茲射線圖像分析的關鍵在于提高分析速度，提高太赫茲射線系統的性能(如低成本和便攜性)，加強相關圖像及信號處理技術如小波變換技術的研究。此外，隨著THz3－D(三維)立體成像技術的發展，在不久的將來在醫療中利用TCT(THz層析成像)替代現在的XCT(X射線層析成像)將成為可能。
2．3太赫茲組織檢測
太赫茲波的光子能量較低，是X射線光子能量的1%，此能量值低于各種化學鍵的鍵能。在太赫茲輻射下，被檢物質不會因電離而破壞，因此非常適用于針對人體或其他生物樣品的活體檢查。另外，水對太赫茲輻射有極強的吸收，所以該輻射不會穿透人體的皮膚，對人體是非常安全的。Bennett等將反射式太赫茲成像和光譜技術應用到眼科研究中，研究發現太赫茲反射率與角膜含水量近似成正比，反射率隨頻率的增大而單調遞減。Png等使用太赫茲光譜鑒別正常和患病的腦組織樣本。Sim等采用太赫茲時域光譜技術對人牙齒的琺瑯質和牙本質的特性進行了研究，發現濕潤樣本對太赫茲的吸收率高于干燥樣本，研究為硬組織臨床應用提供了重要信息。Wallace等對基底細胞癌18例體外樣本和5例活體樣本進行了太赫茲脈沖成像，研究表明，癌變組織與正常組織的太赫茲譜圖性質間存在差異。對于太赫茲組織檢測，首先要加強對于病理組織和正常生理組織的太赫茲光譜和太赫茲圖像的特征識別的研究;其次要深入研究不同組織不同水分含量對太赫茲波的吸收作用;此外，還要探索太赫茲活體組織檢測技術。
2．4太赫茲治療
太赫茲雖然光子能量很低，但作為一種電磁輻射，仍具有輻射效應，可以為疾病治療提供理論依據。2002年Hadjiloucas等研究了酵母細胞在太赫茲輻射下的生長率問題，輻射參數為0．2～0．35THz和5．8mW/cm2，輻射時間30～150min不等，實驗表明太赫茲輻射能夠促進細胞生長，并且呈現出了一定的統計規律。2005年，Ostrovskiy等預測太赫茲輻射可能會加快燒傷修復，為證實假設，他們分別對表面燒傷和深度燒傷的病人進行太赫茲輻射，輻射參數為0．15THz和0．03mW/cm2，每天進行7～10次治療，每次15min，結果表明太赫茲輻射能夠加速外皮形成，縮短了皮膚的修復時間。2008年Kirichuck等首次對活體大鼠展開太赫茲生物效應的研究，他們認為太赫茲輻射能夠引起血小板的功能活動，并且與性別有關。Androvov和Kirichuk等采集了健康人和患有心絞痛的病人的全血，一組進行太赫茲輻射，另一組作為參照組，輻射參數為0．24THz和1mW/cm2，輻射持續時間為15min，實驗結果為太赫茲輻射組血黏度下降，紅細胞變形能力增加。2010年，Gerald等對人類皮膚的成纖維細胞展開了研究，他們將樣品置于溫度可控的箱體中，用2．52THz的氣體激光器進行時間不等的照射，并用傳統的MTT法檢測照射后細胞活性，研究表明2．52THz的輻射對哺乳動物的細胞熱效應顯著，因此可以用太赫茲熱效應預測傳統的熱損傷模型。目前，用于涉及太赫茲治療的研究實驗多為動物實驗，相關的臨床試驗還很有限，距離現實可用的臨床治療設備還有很長的路要走。
2．5太赫茲醫學通信
隨著醫院信息系統的不斷完善，醫學診斷數據的豐富，病歷信息數據庫的不斷增大，醫生在診斷病人病情的時候不但要根據現有的檢測診斷數據，還要參考病人的以往病歷，而現有的信息交互方式已經逐漸無法滿足這龐大的醫學信息數據的傳輸。太赫茲技術的出現，恰好可以解決這方面的困境。太赫茲通訊技術與微波通信相比太赫茲通訊的優勢在于具有傳輸的容量大，頻段比微波通信高出l至4個數量級，可提供高達10GB/s的無線傳輸速率;波束更窄，方向性更好;具有更好的保密性及抗干擾能力;由于太赫茲波波長相對更短，在完成同樣功能的情況下，天線的尺寸可以做得更小，其他的系統結構也可以做得更加簡單、經濟。太赫茲通訊技術與光通信相比其優勢在于光子能量低，大概是光子能量的1/40，能量效率更高;具有很好的穿透沙塵、煙霧的能力，可以在更加惡略的環境下保證通信的可靠性。這對于極端環境下的醫療通信如戰地醫院、邊遠山區醫療救助等條件下的通信具有無可比擬的優勢。因此，發展太赫茲通訊技術對于醫院信息化建設乃至遠程醫療的發展都將是一個極大的助力。目前，太赫茲通信在醫學中的應用尚無相關報道，主要是因為太赫茲通信技術本身尚處于初級階段，但是相關的試驗系統已經有所發展。2004年，KleineOT等首次采用室溫半導體太赫茲調制器通過太赫茲通信信道發送聲音信號，用經改進的常規太赫茲時域光譜裝置，在75MHz寬帶的太赫茲脈沖序列上傳送25kHz的信號。同年，LiuTA等利用光導開關，實現了模擬音頻信號通信實驗。2004年，日本NTT公司的T．Nagatsuma等搭建了120GHz的亞太赫茲無線通信系統，實現了10Gb/s的數據率。2005年，Mueller等描述了采用太赫茲波源和Schottky肖特基二極管調制器和探測器的寬帶寬通信數據鏈路。2008年，Braun-schweig太赫茲通信實驗室在0．3THz頻率上成功實現6MHz帶寬模擬彩基帶信號的傳輸，實驗距離超過22m。太赫茲通信技術發展的研究趨勢在于以下幾個方面:一是繼續研究高功率的太赫茲源;二是加強太赫茲波傳輸性能的研究;三是要研究合適太赫茲信道傳輸的調制技術和調制器件;最后還要進一步優化高靈敏的太赫茲探測技術。此外，還要開展太赫茲通信技術在醫院信息化建設中的應用的前瞻性研究，為將來能夠成熟應用打下基礎。
3總結
生物醫學成像技術范文4
關鍵詞 圖像處理；圖像分析；實踐教學；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2014）02-0090-02
Practical Teaching Reform of Medical Images Processing and Analysis//Tang Min， Zhang Shibing， Shen Xiaoyan
Abstract Medical images processing and analysis is one of the major foundational courses for biomedical engineering. According to the characteristics of this course， several practical teaching reform measures of medical images processing and analysis are carried out， including experiments and course design and the second classes. The author’s rich practical experiences demonstrate that these teaching reform measures can foster the students’ abilities， inspire their interests and therefore improve the teaching effect greatly.
Key words image processing； image analysis； practical teaching； teaching reform
1 引言
生物醫學工程是一個由理、工、醫交叉融合的新興學科，是多門工程學科向生物醫學領域滲透的產物，包括生物信息學、醫學圖像處理、生物力學及生物材料、醫療器械等多個分支。其中，醫學圖像處理與分析是利用數學原理和方法，在計算機上針對不同醫學影像設備（如CT、MRI、B超、PET、SPECT、顯微鏡等）產生的圖像，按照實際需要進行處理、加工和分析。隨著醫學成像技術的發展與進步，圖像處理技術在醫學研究與臨床診斷中的應用越來越廣泛，因此，醫學圖像處理與分析這門課程的地位和作用也日益重要。
該課程是以數字圖像處理為基礎，介紹圖像處理中的基本概念、理論和算法，特別針對醫學圖像處理研究中的基本問題以及解決這些問題的原理和實現方法，使學生能夠編程將圖像處理算法應用于醫學圖像的處理和分析，是生物醫學工程及相關專業的核心主干課程之一。
醫學圖像處理與分析這一課程起點高、難度大、理論和實踐緊密結合，課程建設難度較大。雖然目前已有不少院校開展本課程的教學工作，但實際教學情況并不十分理想，主要表現在教材缺乏和實踐環節較少。在中國期刊網上，以題名包含“醫學圖像處理”或“生物圖像處理”以及題名中包含“教學”為檢索條件，只獲得文獻18篇，其中涉及該課程實踐教學的只有6篇，主要集中于虛擬實驗室和實驗教學系統的研發[1-6]上，可見在國內關于該課程的教學研究尚不多見。
筆者結合教學實踐經驗，在理論教學改革的基礎上[7]，提出一些實踐教學環節的改革措施，以全面培養學生的學習技能，激發學習興趣，改善教學效果。
2 實驗與課程設計的開展
以“科研為教學服務，教學促進科研”為宗旨，采用MATLAB編程語言為實驗教學平臺，以醫學圖像處理知識為主，同時綜合醫學成像系統、醫學電子學等相關課程的知識，編寫《醫學圖像處理與分析課程的實驗與課程設計指導書》，設置驗證型、綜合型和設計型三大類實驗（參見表1）。其中，實驗1～9為驗證型實驗，學生通過調用MATLAB中已有的圖像處理程序來完成實驗，加深對理論教學重點和難點的理解；實驗10～14是綜合型實驗，學生針對醫學圖像的具體特點，綜合運用多種算法達到圖像處理的目的；實驗15～24是設計型實驗，給定實驗目的和要求，學生自行設計實驗方案并編程實現，培養他們查閱資料、分析問題和解決問題的能力[6-8]。
3 第二課堂的實施
為培養學生的科研實踐能力，教師有意識地在課堂中簡要介紹自己科研項目的基本情況，鼓勵和引導學生參加自己的科研項目研究。這不僅增強了他們對該課程的學習興趣和重視度，而且使他們親身經歷并體驗了醫學圖像處理和分析知識怎樣應用于科研和臨床。
由于南通大學附屬醫院擁有門類齊全的現代化醫療儀器設備，因此鼓勵學生利用假期在醫院實習，特別是到影像科和檢驗科實習，學習和掌握各種儀器的功能和圖像處理的場合，從而有助于他們將理論知識與實際問題相結合，提高實際工作的能力。
在教學過程中，適當融入一些就業方向的指導，介紹醫學圖像處理在醫院和醫療器械公司的應用狀況，同時簡要介紹課程中沒有涉及但與工作密切相關的最新最熱門的醫學圖像處理知識，供學生課后自學和深入研究。這樣一方面增強了學生的自信，獲得了更好的教學效果；另一方面也拓寬了學生的視野，引導他們尋找自己發展的方向和目標。
4 結論
本文結合筆者多年來的教學經驗，針對醫學圖像處理與分析課程的實踐教學環節提出一些改革措施，秉承“加強基礎、重視應用、培養能力”的宗旨，以“內容的基礎性、方法的先進性、學科的交叉性”為原則，編寫《醫學圖像處理與分析課程的實驗與課程設計指導書》，積極開展第二課堂，實現教學、實驗、科研三管齊下，課內、課外、理論、實踐同時并舉的教學格局，有效提升學生的綜合知識水平和實驗技能，為后續課程學習、畢業設計開展及科學研究奠定堅實基礎。
參考文獻
[1]趙潔.“醫學圖像處理”實驗教學探索與虛擬實驗室開發[J].西北醫學教育，2008（3）：489-490.
[2]鞏萍，胡俊峰，隋美蓉.《醫學圖像處理》實驗教學系統的設計與開發[J].中國醫學教育技術，2011（1）：49-52.
[3]王春燕，曲典，吳瑞，等.醫學圖像處理教學實驗系統的設計與開發[J].中國醫療設備，2009（11）：20-22.
[4]周蘇娟，蔣世忠，黃展鵬，等.醫學圖像處理遠程虛擬實驗教學平臺的設計與實現[J].中國醫學教育技術，2011（5）：
526-528.
[5]鄭旭媛，胡春紅，肖振國.醫學圖像處理課程設計教學模式探索[J].科技創新導報，2011（31）：167.
[6]胡彥婷，陳建軍，木拉提哈米提.生物醫學工程專業醫學圖像處理課程教學探討[J].西北醫學教育，2012（3）：534-537.
生物醫學成像技術范文5
X射線發現及其在醫學上的應用，及放射學和現代醫學影像學的形成和發展，不僅是自然科學史上的一個重大里程碑，而且在相當程度上改變了醫學科學、臨床醫學的進程，為人類疾病的預防、診斷、治療作出了巨大貢獻。
1醫學影像學的發展方向生命科學和信息科學將是新世紀科學發展的主要學科
一方面分子生物學將推進醫學科學的發展，生物技術、基因工程和醫學生物工程的結合.將加速預防和診治技術的更新。另一方面，社會、地理和生態環境的影響愈來愈受到重視，兩者微觀和宏觀因素的結合，將促進醫學科學各領域的發展，甚至使其面貌發生根本的變化。面對這一新形勢，醫學影像學將如何發展。
1.1隨生命科學的進展，分子生物學、生物和基因工程（人類基因組、疾病基因組學）等，將深入和影響基礎醫學和臨床醫學和影像學的進程和發展。實際上，生理、功能和代謝成像以及基因診斷和治療已經并將進一步深入影像學診治及基礎研究、所謂生物醫學成像，分子、基因成像已提上日程。
1.2隨醫學生物工程和計算機、微電子技術的進展，新一代影像和介入設備和器械，如多層面螺旋CT、MR（如 臟、神經）專用機等的開發、功能的改進、各種影像設備的圖像采集和顯示新技術（如三維仿真成像、MR頻譜以及各種圖像的融合）和精確度的提高等；與生物技術相結合，組織和（或）疾病特異性對比劑的開發和應用，影像診斷和介入治療將不斷拓展新領域，向廣度和深度發展。
1.3隨信息科學的進展，由于影像學的數字化、圖像存儲與通訊系統（PACS）和遠程影像學、遠程醫學系統，智能型計算機和工作站，計算機輔助診斷和治療等的進展和應用，網絡影像學將會到來。 人工智能技術（如機器人）將會用于影像診斷和介入治療的操作。
1.4社會、地理和環境因素。受人類衛生保健的影響，對重大病痛如癌癥、腦血管痛等發生、發展的意義應有新的認識，國內外資料表現，約40 喪病的發生、發展直接或間接與環境因素有關。隨社會經濟和生活水平的提高，人口老齡化，對人們健康的認識和醫療服務體系的轉變，廣大人民對安全、有效而微或無創性診治技術的要求將會不斷提高。影像學診斷將由大體形態學為主的階段向生理、功能、代謝和（或）基因成像過渡；對比增強由一般性向組織和（或）疾病特異性方向發展，圖像分析由定性向定量發展；介入治療含基因治療向實時、立體、少或無射線介導，進而與內鏡、微創治療、外科相融合方向發展。對疾病及發生機理的認識，將從器官、細胞向分子、基因水平深入，從個體診治到群體的衛生保健，如低劑量螺旋CT對肺癌的篩查等，對疾病防治將具有新的含義。
2現代醫學影像學的形成和特征
1972年CT的開發和應用，使放射學進入了一個以體層成像和電子計算機圖像重建為基礎的新階段。50～60年代單獨應用的放射性同位素和超聲診斷，也逐步發展成為放射性核素和超聲成像。近20年的發展，已形成多種成像技術，包括CT、磁共振、數字減影血管造影和X線數字成像、核醫學和超聲成像組成的影像診斷學，結合介入治療共同構成了診斷和治療兼備的現代醫學影像學，介入治療現已成為與內科、外科并列的三大治療技術。因此，現代醫學影像學是臨床診療科室（專業），以高科技為基礎能向廣大人民和病員提供先進的診斷和治療技術和服務。從而必須改變人們對影像科室和影像醫師的認識：既從事診斷又從事治療。醫學影像學作為一個科室（或專業）必須診治兼備，包括影像診斷、超聲、核醫學和介入治療亞專業分工，同時又要劃分神經、胸部、腹部、骨關節影像學等，各有分工側重，協調發展，與其他科室相互配合，共同前進。這樣才能促進本學科的發展。
3醫學影像學科建設
生物醫學成像技術范文6
關鍵詞： 光聲成像技術；光聲顯微鏡；圖像重構算法
中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2013）0120008-02
光聲成像技術是近年來發展迅速的一項新型醫學影像技術，是采用“光激發聲探測圖像重建”的方法進行成像。它利用樣品的內源性的光學吸收特性進行成像，因此能獲得組織樣品的結構圖像和功能圖像，同時也能獲得光學能量沉積的三維分布。作為一種非侵害性的成像技術，光聲成像既具備了光學成像技術的高分辨率、高對比度的特性，同時，也具備了聲學成像技術的穿透深度高的特點。被廣泛應用于血紅蛋白、黑色素、脂質等光學吸收特性物質的探測及其分布的成像。為胸部/[1]、皮膚[2]、腦部[3]、心血管[4]、眼睛[5]等人體部位的組織、微小血管以及細胞成像提供了一種有力的工具。
本文將簡單介紹光聲成像技術的機理，并重點對國內外幾種典型的光聲顯微成像技術作簡要的介紹。
1 光聲成像技術
光聲成像技術，是基于光聲效應的一種成像技術。當物質受到光照射后，所吸收的能量通過非輻射去激勵的過程全部或部分轉變為熱量釋放出去。如果入射光源是短脈沖激光或者周期性的強度調制光，物質內部將會產生周期的溫度變化，使這部分物質及其鄰近介質產生周期性的漲縮，因而產生聲信號，這種聲信號被稱為光聲信號[6]。對于光聲技術的研究已經有了很長一段時間的歷史。1880年Alexander Graham Bell首次觀察到了光聲效應，物體在吸收了調制光以后，從而產生了聲波[7]。但是，直到十九世紀七八十年代，隨著激光技術的發展，與光聲效應相關的科學研究和技術才有了蓬勃的發展。這是因為，激光的單色性強、峰值能量大、方向性好等優點為光聲信號的傳感提供了有力的支持。
2 光聲顯微鏡成像技術
隨著光聲成像技術的分辨率通過不同的方式得到提高，光聲成像已經進入顯微的領域，光聲顯微鏡已經成為目前研究的熱點之一。光聲顯微鏡通常使用掃描的方式獲得，而不需要復雜的重建算法。掃描的方式主要有兩種，第一種是通過掃描一個聚焦的超聲探測器以獲取光聲圖像，這種方式被稱為超聲分辨率光聲顯微鏡，它通過超聲來進行定位，分辨率決定于超聲換能器的帶寬以及中心頻率，分辨率能等達到15微米到100微米[8]，由于利用超聲進行定位，因此這種顯微鏡的成像深度能達到30毫米[9]。而第二種掃描方式是采用會聚的激光束進行掃描，通過這樣的方式能達到光學分辨率的光聲成像，它的分辨率取決于會聚激光束的衍射極限，因此它也被稱為光學分辨率光聲顯微鏡[10]，但是由于這種方法通過光來定位，由于組織的散射的影響，它的穿透深度不如超聲分辨率光聲顯微鏡。
2.1 超聲分辨率光聲顯微鏡
典型的超聲分辨率光聲顯微裝置如圖1所示，L.V.WANG等利用聚焦形超聲傳感器進行掃描成像[9]。在該系統當中，入射光束被照射到圓錐透鏡上，使它被發散從而繞過了跟樣品保持共軸的超聲探測器，然后通過燈罩型的反射鏡將它會聚到樣品上，這樣就保證了照射樣品的均勻性。通過圓錐透鏡以及燈罩型反射鏡的會聚只充當照射作用，其作用與顯微物鏡的會聚作用不同，并不決定光聲圖像的空間分辨率。其成像原理是根據計算機同步信號，分別作X方向的B掃描和Y方向的B掃描，Z方向上的不同層析平面上的光聲信號可以利用時間分辨技術在每個方向的B掃描的時候記錄下來，當二維掃描完成以后，用計算機可以重構出樣品的三維光聲信號圖像。成功研制成活體的功能光聲成像，這種超聲分辨率的光聲顯微成像系統得到了廣泛的應用。
2.2 光學分辨率光聲顯微鏡
L.V.WANG等利用高數值孔徑光學物鏡把激光會聚到樣品表面從而獲得接近光學分辨率極限的光聲圖像，分辨率達到0.2μm[9]，并且能夠獲得細胞的光聲圖像。在此基礎上，進一步提高探測靈敏度和成像速度，提出了第二代光學分辨率光聲顯微鏡[11]。如圖2所示。激光束通過一個偏菱形的透明棱鏡會聚到樣品表面，樣品所激發的超聲信號在偏菱形棱鏡的內部進行兩次反射，被超聲傳感器探測，這樣的設計大大地提高了聲探測的靈敏度。利用這套系統，他們對1.2mm深度的毛細血管進行了成像。
而H.F.Zhang，與C.A.Puliafito等[3]將激光掃描振鏡技術引入了光學分辨率光聲顯微系統。在這種方法中，超聲探測器的位置可以固定不動，利用激光掃描振鏡將激光束在樣品表面掃描，從而實現微米量級的無振動噪聲的光聲顯微。如圖3所示，激光通過二維掃描振鏡直接在樣品表面進行掃描，位置固定不動的超聲探測器對每一點的光聲信號進行探測，從而還原出二維的光聲圖像。利用這種成像機制，用光纖將后向散射的光子耦合到光學成像系統，則可以同時獲得光聲顯微圖像和后向散射光學圖像[8]，或者可以同時獲得光聲顯微圖像和光學相干層析成像圖像。
3 結束語
光聲顯微鏡是近年發展起來的一種新型的，具有廣泛應用前景的光聲成像技術。它依賴于生物樣品內部的內源性吸收特性，可獲得生物樣品的結構和功能顯微圖像。目前光聲顯微成像技術已經取得了長足的進步。隨著硬件（光源和聲探測器）性能的提高和技術路線的改進，光聲顯微成像技術將在生物醫學成像領域中取得更大的成就。
參考文獻：
[1]Kruger，.R.A.，Lam.R.B.，Reinecke.D.R.，Del Rio.S.P.，Doyle，.R.P.Photoacoustic angiography of the breast[J].Med.Phys，2000，37，6096.
[2]Niederhauser.J.J.，Jaeger.M.，Lemor.R.，Weber.P.，bined ultrasound and optoacoustic system for real-time high-contrast vascular imaging in vivo[J].IEEE Trans.Med.Imag.，2005，24：436440.
[3]Laufer.J.，Zhang.E.，Raivich，G.，Beard，P.C.Three-dimensional noninvasive imaging of the vascula-ture in the mouse brain using a high resolution photoacoustic scanner[J].Appl.Opt.，2009，48：D299D30
[4]Wray.S.，Cope.M.，Delpy.D.T.，Wyatt.J.S.&Rey-nolds，E.O.R.Characterisation of the near-infrared absorption spectra of cytochrome-AA3 and haemoglobin for the non-invasive monitoring of cerebral oxygenation[J].Biochim.Biophys.Acta，1988，933：184192.
[5]Jiao.S.，Jiang.M.，Hu.J.，Fawzi.A.，Zhou.Q.，Shung.K.K.，Puliafito.C.A.，Zhang.H.F.Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging[J].Opt.Express，2010，18：39673972.
[6]殷慶瑞，光聲光熱技術及其應用[M].北京：科學出版社，1991.7.
[7]Bell.A.G. On the production and reproduction of sound by light[J].Am.J.Sci.，1880，20：305-324.
[8]Zhang Hao F.，Wang Jing，Wei Qing，Liu Tan，Jiao Shuliang， Puliafito Carmen A. Collecting back-reflected photons in photoacoustic microscopy[J].OPTICS EXPRESS，2010，18：1278-1282.
[9]Zhang H.F.，Maslov K，Stoica G，Wang L.V.Functional photoacoustic microscopy for high-resolution and noninvasive in vivo imaging[J].Nature Biotechnology，2006，24：848851
