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生物醫學工程的發展方向范文1
美國生物醫學工程本科教育注重學生生物醫學以及相關的工程學背景雙方向的培養，使學生不僅在生物醫學工程、生物醫學科學及其相關領域內可以繼續深造，同時能為在醫學、管理和法律等方面繼續謀求發展打下堅實基礎[2]。通過分析約翰霍普金斯和凱斯西部保留地2個美國具有代表性的大學的學生畢業情況，發現在過去幾年里約有2/3生物醫學工程本科畢業生選擇繼續深造，研究方向涉及醫學、生物學和工程學在內的各個領域。美國生物醫學工程本科教育的培養目標集中在如何提高學生運用數學、物理學、工程學的原理去解決醫學問題的能力，培養學生在相關研究領域的學習興趣，筑牢學生在職業中的實踐基礎抑或拓展其未來繼續深造的可能性，加強學生對職業操守與倫理責任的認識。我國生物醫學工程本科教育的培養目標相比美國較具體，主要是以適應崗位需求導向為教育思路，注重培養學生的專業性，畢業生所從事的研究及工作領域相比之下較為局限，缺乏為畢業生后續發展奠基和能力塑造的前瞻性。中美生物醫學工程本科教育培養目標出現如此的差異化，主要因為兩國在生物醫學工程領域發展的階段、程度及背景上存在差距，這重點反映在教育理念上的不同：美國更加注重本科通識性教育和職業素質的培養，特別是學生可持續發展能力和產業服務技能的培養；中國仍然是以專業化的教育為主，更加注重培養學生在具體專業領域內從事具體工作的技能。
2師資隊伍之比較
在美國高校的生物醫學工程專業，不僅有負責課程性教學、專業化指導以及自身科研的本系導師，還擁有大量外系以及與研究所聯合的教師。以霍普金斯大學為例，它的生物醫學工程專業擁有100多名教師，但其本系的教師只有42名，其他均為外系教師，這些教師主要來自于藥學院和工程學院。其學科背景更是豐富，涉及到電子學、材料學、數學及統計學、機械、化工等諸多方面，這種充分利用學科間的優勢進行教學的模式，不僅豐富了生物醫學工程專業，更為共同促進學科發展發揮了強大的推動作用[3]。隨著近些年的發展，我國各高校的生物醫學工程專業的師資水平有了顯著提升。但與美國相比，在聯合培養方面還有一定的欠缺，在與其他專業相關領域專家教授的聯系方面做的還不夠，各高校間的交流程度有待提升。
3課程設置之比較
美國高校的本科課程突出通識化、職業化，學制采用四年制，課程主要分為5個方面：（1）科學基本知識；（2）工程類核心課程；（3）生物醫學類核心課程；（4）人文與社會科學；（5）工程類選修課程。其中工程類核心課程類似于國內的專業基礎課，而工程類選修課類似于專業課[4]。在4a本科教育中，第1a主要進行通才教育，學習基礎知識；第2a學生可根據個人興趣及就業取向選擇主修專業，學校安排相關專業領域的教師幫助選修工程課程并進行科研實踐研究指導；最后2a學生則主要進行某一傳統工程領域及其生物應用方面的學習。美國生物醫學工程本科教育以能力為導向，特別關注于知識背景領域的寬度以及課程與職業發展的密切性，重視人文、社會科學等方面的教育，為今后學生在職業選擇上創造了廣泛有利的發展條件。我國生物醫學工程本科的課程設置則主要集中于影像設備和醫學電子工程學這種更為專業化的課程上，基本上沒有高校針對生物醫學工程自身產業化的過程及其背景等相關知識進行認知性教育。相對于專業教育，在學生職業素養和人文素質方面的培養稍顯不足。學生本人對專業課程的自主選擇度不高，能夠選擇的專業課程有一定的局限性。由此可見，我國的生物醫學工程本科教育課程設置更加突出技術性和專業性，學科之間的跨度不夠，學科交叉性不足，很難實現學科間的共同促進和發展，導致能夠幫助學生在未來的職業選擇和發展中跨領域發展的可能性降低。各高校在教學科研方面的特長開展，聯系實際不夠緊密，過分強調專業型技術人才培養，一定程度上與當前知識快速更新的時代脫節。
4實驗實踐能力之比較
美國高校非常重視學生實驗實踐能力的培養。生物醫學工程專業最早在美國發展，積累下了豐厚的科研基礎力量，并且大多高校具備條件優越的實驗室，且實驗室資源十分充足，為學生科研實踐能力的提升提供了優越的條件。例如，哥倫比亞大學和萊斯大學在生物醫學工程本科教育中，實驗室課程占很大比例；杜克大學重視培養該專業的學生在實驗中解決實際問題的能力；弗吉尼亞大學生物醫學工程專業的實驗課程平均每周超過3h。由于我國生物醫學工程專業發展時間相對較晚，目前各高校的專業實驗室資源有限，并且對本科生不完全開放，實驗條件相對落后，因而在課程設置中實驗課比重相對較少。另外，在實踐實驗能力培養方面相比之下重視程度不高，設置的實驗課多半是驗證性實驗等，缺乏創新性，不能充分調動學生的積極性，也不能發揮學生的主觀能動性，因此學生的動手能力得不到充分有效的鍛煉。據統計，我國許多高校本科生的實驗課時不到總課時的1/6，較美國高校水平差距較大。
5對我國生物醫學工程專業本科人才培養發展模式的啟示
通過比較中美兩國生物醫學工程專業本科人才培養模式，發現了我國在該專業本科教育領域存在的不足。針對如何更好地開展生物醫學工程本科人才培養，更好地發展我國生物醫學工程教育，總結了以下感受與啟示。（1）結合我國生物醫學工程的發展趨勢，確立適合我國生物醫學工程發展現狀的人才培養目標。目前，我國生物醫學工程專業還處于發展的初期階段，但伴隨我國經濟的持續發展、技術領域的更新進步，該專業將會進入到一個快速發展的時期。因此，我國生物醫學工程本科教育應適當借鑒美國高校的培養模式，更加注重為研究生培養打下堅實基礎，而本科階段主要集中在理工基礎知識的掌握以及生物學與醫學背景的了解上，從而為學生下一階段在某個研究領域的繼續深造創造有利條件[5]。同時，我國生物醫學工程本科教育還要注意與產業發展相結合，致力于培養既能推動科研發展又能滿足產業化需求的高素質復合型人才，為該專業下階段的跨越式發展進行力量儲備。（2）根據學科發展的規律及特點，逐步實現我國高校師資隊伍的有機整合。生物醫學工程專業屬于交叉學科，是理、工、醫等多學科的交織融合。美國生物醫學工程本科教育的教師很多都是各學科分支的領軍人物，將他們整合在一起組成師資隊伍順應了學科發展規律，發展勢頭必然明顯。隨著我國生物醫學工程專業的發展，目前國內也有一大批該領域的專家學者，他們在各自的研究領域都有著不菲的成績，掌握著豐富的理論知識與科技前沿技術，對臨床需求有著深刻的認識與理解。因此，各高校在師資隊伍建設方面應當充分考慮生物醫學工程專業的發展規律，真正理解交叉學科的內涵，一方面通過高校聯合優勢，集中解決各個分支專業的教學問題；另一方面，盡可能將該領域的專家融入到教育隊伍當中，高效整合師資隊伍，使其充分體現醫工融合的特點，從而為學生提供優質的教學資源，使其真正領會醫工結合的真諦與內涵，那么優秀的生物醫學工程人才必將源源不斷地被挖掘、培養出來。（3）筑牢學生人文素養基礎，強化學生實踐能力，課程體系設置應基于產業市場需求和科研發展。美國生物醫學工程的本科課程尤其以專業課程設置突出其學科本身涉及面廣的特點，同時注重學生人文素質的綜合培養以及實驗實踐能力的有效鍛煉，具有相當的靈活性，并且能夠結合科研優勢突顯重點。我國開設生物醫學工程的各高校應該充分借鑒學習這些經驗做法，并結合各高校的實際情況，貼合自身的科研方向與優勢，有針對性地指導學生進行科研實踐，提升學生的實驗實踐能力。同時，要強化研究與產業的雙方面發展，將市場需求納入課程設置的考慮因素，并且融合學生自身的興趣及未來就業形勢等相關方面，靈活創新地設計課程，爭取培養出具有特點鮮明的、發展方向廣泛的、綜合素質與競爭力強大的醫工人才。
6結語
生物醫學工程的發展方向范文2
關鍵詞： 傳感器 課程建設 生物醫學
隨著近年來科學技術的發展進步，生命科學已經處于從定性醫學走向定量醫學的嶄新階段。生物醫學工程即結合理、工、醫等各門學科的知識和技術手段解決醫學檢測、診斷、治療和信息化管理等問題，為醫學診斷和研究提供高科技含量的現代醫療裝備?？v觀我國的生物醫學工程領域醫療器械的發展，與世界先進國家的水平相比，仍存在非常大的差距，國內有近70%的醫療器械市場被發達國家的公司瓜分；在高檔醫療設備市場，更呈現出進口產品幾乎獨霸天下的局面，其中以GE、西門子和飛利浦三大醫療集團為突出代表。因此，發展我國的生物醫學工程，提高醫療儀器的研發技術水平是機遇與挑戰并存的；根據社會發展與市場需求，努力提高我國各個院校和科研機構生物醫學工程專業的人才培養，是發展我國醫療檢測設備研發水平的基礎和保障。生物醫學傳感器作為醫療儀器的第一個環節，延伸了醫生的感覺器官，可幫助醫生進行客觀正確的定量分析；同時生物醫學傳感器的靈敏度和可靠性決定醫學測量系統的精度和有效性，因此在醫學儀器設備的研制和開發及使用中都占據重要的地位。
對于生物醫學工程專業的本科生教學來說，《傳感器與醫學工程》在生物醫學工程專業的課程體系中起到承上啟下的作用，上承模擬電路、數字電路及生物醫學電子學課程，下接醫學儀器設計課程。傳感器與醫學工程不僅是對生物醫學電子學課程的必要補充，而且是生物醫學工程設計實踐課程的重要基礎，該課程的學習能夠有效加深學生在醫學電子系統設計中對傳感器這一關鍵部件的理解。學生通過生物醫學電子學的學習，掌握信號檢測與處理的電路設計；通過嵌入式系統課程的學習，提高信號處理的硬件編程能力；再經過傳感器與醫學工程課程學習，學生具有從信號采集、檢測、分析到處理等一系列系統設計與開發的能力。因此，作為一門重要的專業基礎課程，同時是一門能直接應用于工程實踐的技術課程，該課程的教學質量和效果直接決定該專業學生對傳感器和現代醫學檢測概念的理解及新型醫療裝備的使用與設計。
一、目前在課程的教學內容和教學體系方面存在的問題
1.生物醫學工程是一個年輕的專業，與傳感器與醫學工程相關的課程資源不夠豐富，現有的傳感器與檢測原理的相關教材對醫用傳感器的特色介紹不夠突出，不能滿足傳感器與醫學工程課程的教學需求。相關的網絡資源方面，大多只是對傳統傳感器的基本原理的介紹，特別針對生物醫學類傳感器特點的內容比較欠缺；僅有的教學資源以文字講解為主，即使有的內容配備一定的圖表，也顯得單一，不利于給學生以更直觀更深刻的理解。
2.對于本課程在內的任何一門課程的教學來說，教師的教與學生的學都應當以教會和學會為目的；然而，目前衡量教會和學會的程度一般都只能通過期末考試的成績，這種教學缺乏學生的日常反饋的環節，不能使教師隨時掌握學生的學習動態和學習當中遇到的困難，以及時調整教學進度和方法，勢必影響授課質量。
3.該課程的教學方式仍以傳統的課堂講授為主，偏重理論教學，缺乏實踐，不利于充分調動學生的動手積極性；學生只能紙上談兵，不能更好地解決具體的實際問題，因此教學與社會需求有所脫節，造成學生的考試成績很好，但是不被用人單位認可。
二、解決問題的若干改革方法
1.改善教學資源，提高授課對象興趣。充實和完善傳感器與醫學工程的教學資源，具體可以從教師的課件制作及豐富的動畫補充環節加以改善。優秀的教學課件能夠使教師以多種軟件工具為載體，圍繞知識點展開形象生動的講解，開展以教師制作為主、學生為輔的課件制作方法的嘗試，既可以提高課件的多元化內容，使學生更容易理解，又可以充分調動學生的聽課積極性，深化學生對知識的記憶和應用。
2.改進教學方法，注意效果反饋。搭建網絡平臺，方便學生學習，并且將教師與學生的距離拉近，隨時隨地展開提問與討論，教師可從中獲知學生的學習動態和教學效果，并找到教學方式的改進辦法。實時的教學反饋是教學過程中非常重要的一個環節，以網絡平臺為媒介，建立學生的反饋機制有利于教師實時地調整授課內容和授課進度。
3.加強實驗環節，提高動手能力。加強實驗環節，例如動手設計試驗箱。目前市場上可購買的傳感器試驗箱很多，但大多集成度較高，不利于學生了解傳感器的測試原理和嘗試基本測量電路的搭建。因此，試驗箱的設計和搭建既是對學生動手能力的培養和鍛煉，又是彌補上文所述現狀分析中教學資源不足的一種重要手段。
三、結語
對于傳感器與醫學工程的授課過程，通過提出如上的教學改進思路，通過改善教學資源、改進教學方法、加強實驗環節等途徑保證課程的有效講授，使該課程在生物醫學工程專業建設中發揮良好的作用。在教學中要重視培養學生對人體生理信號特征和測量基礎知識的理解，解決實際問題的能力，充分調動學生的學習積極性，以增強整體教學效果。
參考文獻：
[1]張東，程正富.《傳感器原理》課程實驗教學設計[J].重慶文理學院學報（自然科學版），2006，5（1）：84-85.
[2]王平，劉清君.生物醫學傳感與檢測[M].浙江大學出版社.
生物醫學工程的發展方向范文3
［關鍵詞］生物醫學工程;核心課程群;整合優化課程;教學方式改革;教學評價體系
生物醫學工程專業是生物學、醫學及工程學交叉構成的一門綜合學科。［1］隨著我國醫療事業的快速發展，醫療器械(設備)的設計、研發、銷售以及售后服務等崗位的需求量逐漸增多，該專業畢業生的就業面也在逐步加寬。［2－3］目前，長治醫學院(以下簡稱“我?！?生物醫學工程專業共設三個方向，分別是康復器械工程、醫療設備管理維護和醫學物理三個方向。這三個專業方向各有側重，如康復器械工程方向側重于臨床康復器械的開發、設計、維護與管理等;醫學物理方向側重于醫用放療設備的臨床應用及維護管理等;醫療設備管理維護方向側重于醫學儀器的研究、設計、維修和維護等。三個方向培養的人才均服務于醫學。為讓我校生物醫學工程專業畢業生在醫療器械行業獲得較高的匹配度和認可度［4－5］，學校必須從實際出發，從基礎做起，從專業建設上尋求突破，而加強專業建設的基礎就需加強課程建設與改革，從教學的源頭直接與社會需求對接。我校生物醫學工程專業開設的課程包含通識教育課程、學科基礎教育課程、專業教育課程、專業選修課及實踐教學環節。但在這五部分的課程設置及教學內容上存在一些不足，如:課程獨立性較強，課程與課程之間銜接不好;部分課程內容存在重復;教學重理論輕實踐等。因此，整合優化本專業的課程結構是教學改革的重點?；诖耍疚囊晕倚Ｉ镝t學工程專業醫療設備管理維護方向為例，結合本專業方向的培養特色、本專業人才需求以及本專業已畢業學生的就業情況，構建核心課程群。
一、核心課程群初構
醫療設備管理維護方向的培養目標是培養既滿足臨床需要的工程人員，又能夠從事醫學儀器的研究、設計、制造以及能夠從事醫療器械產品的經營、技術服務［3］等工作的人才。根據本專業方向的人才培養目標、企業對本專業學生的基本要求、已畢業學生對本專業課程設置的反饋及就業情況，我校設置了相互銜接，但各有側重、特色突出的核心課程群。按照本專業方向課程之間的互通性、獨立性及綜合性，我校將本專業方向課程劃分為基礎醫學課程群、醫療設備課程群及醫學信號課程群，每個課程群所包含的課程如圖1所示?；A醫學課程群是本專業方向學生了解、掌握基礎醫學的入門課程，學生通過學習醫學方面的基本理論，基礎知識和基本技能，掌握人體正常功能活動的基本規律、了解生物體的代謝規律及其與各種生命現象之間的聯系，為后續醫療儀器在臨床上的使用及臨床上各類醫學信號的分析處理奠定基礎。醫療設備課程群是上述三大課程群中的核心，具體包含兩方面的內容:一方面介紹影像類儀器(如X線機、超聲、MRI、CT等儀器)、檢驗類儀器(如光譜分析儀、電化學分析儀、色譜分析儀等)及測量與監護類儀器(如心電圖機、呼吸機、病房監護系統等)等設備的結構、工作原理、性能、使用方法、故障分析處理以及儀器的設計;另一方面介紹如何購置醫療儀器、購置完成后儀器設備的驗收及安裝、臨床使用過程中設備的維護保養、管理及質量控制。［6］醫學信號課程群著重培養學生掌握醫療儀器采集生理信號的原理、過程，以及對采集到的醫學生理信號進行分析處理，從而輔助醫生完成對疾病的診斷治療。為打破各核心課程群之間的壁壘，加強核心課程群之間的聯系，我校在開設各核心課程群之前，首先開設了生物醫學工程導論課程作為本專業方向的學科概論課。一方面，該課程為學生介紹與本專業方向相關的基本理論、本專業方向的發展現狀、應用領域及發展方向;另一方面，通過該課程的學習，學生可以了解各個核心課程群在本專業方向中所起的作用及相互之間的聯系。
二、核心課程群的教學改革
(一)整合、優化核心課程群的課程本專業方向核心課程群以生物醫學工程導論課程為主線，設置了基礎醫學、醫療設備及醫學信號三大課程群。各核心課程群中均設有自身的基礎或核心課程，其他課程在此課程上進行延伸或擴展。但是，各課程存在內容多且部分課程內容重復等現象，因此，學校首先需對課程內容進行整合及優化，具體優化策略如下。第一，每個核心課程群的教師團隊成立相應教研室，并設立課程群的主要責任人。責任人與承擔該核心課程的教師、企業技術人員共同研討教學內容，對各課程的教學內容進行整合、優化，使其相互交融，又各具特色。如醫學信號課程群中信號與系統課程與數字信號處理課程在“離散時間信號與系統的時域分析”“Z變換與離散時間傅里葉變換”等內容上存在重復。因此，根據設置課程的先后學期，數字信號處理課程不再開設重復的內容，而加強突出具有本課程自身特色的教學內容。第二，結合本專業方向的培養目標，培養具備創新精神、實踐能力的醫工學生，適當調整更新課程群中部分課程的總學時及理論與實驗的學時分配比例。［7］如實用傳感器課程由原來6/21(理論/實驗)學時調整為24(實驗);數字信號處理課程由原來總學時54(42/12)調整為32(20/12)。通過總學時調整，學校更加精煉了課程內容，使學生有更多的時間用于探索、發現自身感興趣的課題。此外，適當增加實驗在總學時中的占比，尤其是增加設計或綜合性實驗所占的學時，可以使學生通過實驗的設計、調試等階段，鍛煉并挖掘自身的動手能力及創新思維能力，激發自我主動分析解決實驗中遇到的問題;通過實驗成果的展示，在一定程度上增強學生的自信心與成就感，激勵學生在原有作品的基礎上繼續擴展或融入更多可實現的設計或功能。
生物醫學工程的發展方向范文4
通過評閱國內外研究所、高校和企業的最新研究文獻，分析生物醫學傳感器的研究進展，闡述移動醫療中傳感器的研究和發展方向。生物醫學傳感器的不斷創新和發展，從種類、精度及應用等各方面均獲得高度關注，可總結歸納為電生理類、生化檢測類、心肺監測類及運動監測類。移動醫療是現代醫療發展的必然趨勢，移動醫療離不開通訊網絡、智能終端以及生物醫學傳感器，其技術進步為移動醫療的迅猛發展奠定了基礎。
[關鍵詞]
移動醫療；生物醫學傳感器；電極；動態血壓
隨著移動通信技術的飛速發展，移動醫療產業正飛速發展。移動醫療是指通過移動通信技術、智能終端及便攜式生物醫學傳感器技術的集成，提供方便快捷的生化檢測、實時生命體征監測等移動遠程醫療健康服務。并可集合臨床醫療數據，為醫務人員、研究人員和患者提供醫療信息服務。生物醫學傳感器分為電生理類、生化檢測類、心肺監測類以及運動監測類。
1可移動與穿戴監測設備
1957年，Holter首先嘗試在臨床使用無線電遙測技術的心電圖儀，并使用磁帶記錄，這正是現在24h心電圖設備的原型[1]。在移動醫療方面，便攜式產品成為了開發研究的重點。隨著現代微電子和機械加工技術的發展，使得可以制作出家用型的更加緊湊和方便的設備，如生命體征監測腕表，具有動態血壓、心率、血氧及呼吸等監測功能[2-7]?？梢苿哟┐鞅O護系統，包括生物傳感器，便攜式數據處理、存儲器，數據顯示單元。生物傳感器或電極可以是傳統方式佩戴，也可以設計成嵌入衣服或緊貼皮膚。無線通訊技術的發展也使得各單元之間可通過無線藍牙等技術連接，避免了使用繁雜的連接線。
2電生理類傳感器及電極
2.1電生理測量的新型電極
通常測量心電圖(electrocardiogram，ECG)、肌電圖(electromyography，EMG)及腦電圖(electroencephalogram，EEG)等電生理信號均采用電極直接與皮膚接觸的方式，如何提高信噪比、穩定性、不刺激皮膚成為研究重點。臨床上較常用的是濕式凝膠電極，而干式電極可以保證電極長期運動下的穩定性，其研究有了很大的進展，但干式電極的可靠性還有待進一步研究。電容型電極，可通過衣服采集ECG信號，由硬幣大小的非接觸式電容式生物電極和低功率放大器組成(940μW)。Prance等[8]使用電容型電極和一個超高阻抗電位傳感器，輸入電容10pF、輸入電阻1015Ω，用來測量人體周圍40cm范圍內的電場，可以檢測到與ECG同步的波形信號。雖然40cm空氣間隙的測量效果比10cm空氣間隙的噪聲大許多，但仍可以獲得較好的結果；并可以同時測量呼吸信號，盡管目前呼吸測量結果還不非常穩定，但此種真正意義上的非接觸式傳感器將成為電生理測量的新方法。易彎曲的干式表面電極，使用時可以不需要電解質凝膠，也不需要對測量表面進行預處理[9]。Gargiulo等[10]發明的導電橡膠電極和高輸入阻抗的放大器，使用藍牙通訊24h不間斷的采集心電信號，可應用于塑身和游泳訓練中及監護運動員健康，防止運動員猝死。新材料碳納米管或微米線陣列電極，Ruffini等[11]通過真空鑄造的方法研制出直徑6μm、長110μm的微米線微陣列電極，這些微米線可以刺破表皮角質層，增加導電性。采用真空鑄造的方法比傳統的電沉積或光刻、電鑄和注塑(德文Lithographie(LI)、Galanoformung(G)、Abformung(A)，LIGA)方法成本更低。
2.2心肺監測可穿戴傳感器
鑒于監測心肺功能的重要性，可穿戴是監護設備成為近數十年來的研究目標。其中包括測量反映心肺功能的基本生理指標，如心電、血壓及呼吸等。其在小型化、微型化方面具有顯著改進。歐盟“第五框架信息科技計劃”中的健康計劃，提出實現心電和呼吸等生命體征的實時監測。為用戶研究開發穿在身上的織物傳感器，且不會帶來任何不適感?？椢飩鞲衅鞑捎镁哂袑щ娦院蛪好綦娮杼匦缘闹悄芾w維和紗線編織而成。與常規方法相比，該系統具有很高的可靠性和滿意度，并且可以長時間的應用于康復訓練或者更高強度的環境中。Mitchell等[12]設計了1件T恤，嵌入織物壓敏電阻傳感器和Zigbee無線發射模塊，用于監控呼吸，呼吸信號可實時顯示，結合無線生物反饋系統可以用作呼吸訓練(治療呼吸道疾病，如囊性纖維化)。Rantala等[13]設計出用于監測呼吸和潮氣量的光學傳感器，傳感器具有16根光纖，光強會隨著呼吸運動引起的光纖彎曲形變而發生變化，通過換算可以代表潮氣量。Fletcher等[14]使用光電體積傳感器用來探測脈搏振動，結合研制的皮膚電傳感器測量手腕處的信號，可用來評估自主神經的活動。在傳輸方面提出了同時采用兩種類型的網絡系統，即內部IEEE802.15.4網絡系統，用于為多個傳感器提供服務；另一個是使用藍牙網絡與手機通訊。關于血流動力學檢測，移動血壓監護儀(ambulatorybloodpressuremonitor，ABPM)已成為商業化研究成果中最成功的案例之一。雖然這種設備非常方便實用，間隔30min或者更長的時間來測量一組血壓值。然而，該儀器測量的血壓數據量將<48次。而由于人體每次心跳搏動的差異，一日的血壓變化卻可能達80000～100000種，ABPM只能采集全部血壓數據的0.05%，不能完全滿足動態采集的需要。因此，如何測量與心跳同步的血壓變化，同時采集心輸出量數據，并能結合其他心血管數據，將是非常重要的。通過詳細分析血液動力學的響應，可以研究心血管系統在應對各種日常壓力時的自主調節能力。Nakagawara[15]基于體積補償法和心電導納法，開發了與心跳同步的血壓動態監測系統；Ogawa等[16]已將該系統應用于心血管應激反應研究，使用Gregg等[17]的方法分析日?；顒又袉未涡奶淖兓晒Ψ蛛x了主動、被動和混合壓力。
2.3生化檢測傳感器
迄今在移動醫療領域中，人們研制了很多種類的可穿戴生理監測的系統。然而，很少有監測生化參數的傳感器。如能準確、便捷的檢查生化參數，將為更好的監測個體的健康情況乃至診斷疾病帶來可能。Yang等[9]直接將生物傳感器印制在內衣上，可以監測微量的化學物質，亞鐵氰化物(0～3mmol/L)、過氧化氫(0～25mmol/L)及還原輔酶NADH(0～100mmol/L)。此外，“BIOTEX”的歐盟計劃[18]資助開發了一種基于織物的可穿戴生物傳感器，用于監測汗水的pH值和Na+含量。該傳感器由一個織物泵，一個pH值敏感染料和LED光電探測器組成，其中織物泵由超吸水材料制成，可不斷從人體皮膚吸入汗液，LED光電傳感器用來檢測由汗液內溶質含量改變而導致的pH敏感染料顏色變化。同時，還使用金電極和離子敏感膜制成Na+傳感器來監測汗液里Na+含量。在生化檢測中，血糖測量對糖尿病患者是非常重要的，但現今的方法大部分都是有創的，需要在手指上針刺取血，采用光化學法或電化學法進行檢測。在不需要血液樣本方法里，經皮提取分析物質是其中一種值得關注的方法，市場推出的一種血糖檢測裝置GlucoWatchBiographer即是采用離子滲透法。然而，這種方法也有對皮膚刺激較大之類的缺陷。因此，需求度最高的是開發無創血糖測量儀器，如基于表面等離子體共振等光學技術、光聲測量、光學相干斷層掃描以及漫反射光譜法等。不同于需要復雜儀器的技術，近期開發的一種采用分光光度測量技術的方法，命名為“脈沖血糖測量”，是基于高速近紅外光譜結合多變量分析的方法。雖然這種方法的微型化檢測儀器尚未研制出，但完全無創的血糖儀在糖尿病患者的日常監護中有著廣泛的需求和前景。
2.4運動監測傳感器
在老年醫學、康復、運動訓練和常規醫療保健領域，運動或步態監視的重要性受到廣泛認可。在康復領域，醫師必須評估如站起、散步或其他活動的運動特征，直接觀察和定量評估的方法最為理想。以往的方法是使用三維運動捕捉系統進行直接觀測，但這種方法往往具有一定的局限性，數據處理起來也較復雜，不大適合實際應用。一些可穿戴的設備使用加速度計、陀螺儀等傳感器，能夠監測運動、步態和姿勢；Motoi等[19]通過對矢狀平面、步態和步行速度的研究，可監測人們姿勢的靜態和動態變化。該系統使用加速度計和陀螺儀原理，并將三組微型傳感器分別固定在軀干、大腿和小腿上，通過測量相對與重力方向的角度變化分析運動狀態。每組傳感器上都有Ziggbee無線通訊模塊和SD卡，保證實時觀測和長時存儲。這套系統在定量評價康復計劃的效果和日常生活監測方面都有很高的可行性。Lee等[20]研究出運動訓練的傳感系統，將三軸加速度計和導電織物電極嵌入襯衫中，可同時監測運動以及實時心電圖，并建立了基于IEEE802.15.4和Zigbee傳感網絡。這種類型的傳感網絡配合傳感器的微型化改造，可以實現多種數據采集。
3展望
通過文獻評閱、調研國外近年來生物醫學傳感器的研究進展發現，多功能集成化、無創化及微型化是移動醫療中傳感器的發展方向；集成化創新，即將現有的種類的傳感器集成在同一可穿戴設備上是發展標志，但集成成為重要課題，既要求并行工作，又不能相互干擾等。無創化主要針對生化檢驗類傳感器，作為日常監測使用人們對無創無痛的要求也越來越高，新技術、新算法的發展為實現這一目標奠定了基礎。微型化的要求也是便攜性的要求，即隨時隨地都可以使用監測，對日常生活不產生影響，既要求體積小、重量輕，也不能降低準確性和精度。這些新思路對于我國的科研和產業發展具有借鑒意義。移動醫療的迅速發展，勢必將帶動便攜式、多功能傳感器的發展，同時，更多創新性的傳感器及傳感系統將更大程度的促進移動醫療的發展，從而根本上轉變現有的醫療服務模式，以患者為中心，實現隨時隨地的健康監護和健康管理服務[21]。
參考文獻
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生物醫學工程的發展方向范文5
關鍵詞：誘發腦電；事件相關電位；信號提?。簧镝t學信號處理
中圖分類號：TP391文獻標識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)22-139-03
Review of Methods for Extracting Evoked Potential
HUANG Rihui,LI Ting,FU Yan,WANG Zhaodong
(School of Information,Wuyi University,Jiangmen,529020,China)
Abstract：Estimation of Evoked Potential(EP)is one of the pop issues in biomedical signal processing.As the review of extracting evoked potential,the theories of EP estimation using the methods of coherent average,independent component analysis,wavelet transform,time sequence analysis and neural network in application are introduced.The problems in application with the upper five methods are indicated,it provids a theory basis for research.
Keywords：evoked potential;event related potential;signal extract;biomedical signal processing
誘發腦電(Evoked Potential，EP)是指人為地對外周感覺神經、感覺通路與感覺系統有關的任何結構進行施加適當刺激時所引起的腦電位變化，事件相關電位(Event Related Potential，ERP)是一種特殊的誘發腦電信號，兩者區別主要在于EP是受感覺刺激(視、聽或體感)后神經系統對刺激的直接電生理反應，ERP則是受試者受某一事件刺激后，對該事件所攜帶的某種信息的反應，涉及到人的高級認知活動。
在實際中,由于誘發腦電總是淹沒在較強背景噪聲(包括自發腦電、工頻干擾、眼電、肌電、心電等) 中,其幅值只有0.2~20 μV，信噪比為0~10 dB，而且腦電信號本身又具有隨機性和非平穩性，誘發腦電和自發腦電在頻譜上有相當大的重疊區，使得從觀測的腦電信號中提取誘發腦電更加困難。目前用于腦電信號提取的主要方法如下文所述。
1 相干平均
目前較多用于提取誘發腦電的方法是相干平均［1］，采用相干平均法進行誘發腦電提取是基于以下3個假設的：
(1) 誘發腦電和噪聲為加法性的關系，且相互獨立；
(2) 每次刺激后所獲得的誘發腦電波形是一致的，即誘發腦電為確定性信號；
(3) 噪聲與刺激無關，且是零均值的隨機信號。誘發腦電、噪聲和記錄到的信號表示如下：
由于各次記錄下來的誘發腦電信號基本不變，而自發腦電及其他噪聲信號卻是隨機呈現的，故式(2)中的第二項1N∑ni=1ni(n)=0。因此，疊加平均后得到的誘發腦電信號的信噪比提高了N倍。由于各次刺激和響應間的潛伏期有隨機性［2］:
其中，ni是隨機的潛伏期，在進行記錄的信號xi(n)累加時不能簡單地以刺激開始時刻作為對齊數據的參考點，而需要對齊各次記錄信號后再進行疊加。用原始模板0(n)和xi(n)做互相關，由互相關極大處得到延遲ni，對齊后再做平均，并把平均后的結果作為新的模板。
相關平均可以減少不相關自發腦電、噪聲干擾的影響，并可以突出誘發腦電；但這樣需要耗費更多的時間來進行實驗，而且并不是每次實驗都會產生誘發腦電，相干平均后反而會使得誘發腦電更?。?］。
2 獨立分量分析
獨立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)是信號處理領域在20世紀90年代后期發展起來的一種全新的處理方法。ICA的發展是和盲信源分離(Blind Source Separation,BSS)緊密聯系的，并在通信、特征提取、生物醫學信號處理、語音信號處理、圖像處理等方面得到廣泛的應用。近年來，ICA逐漸應用于腦電信號處理中，如用ICA進行眼電、肌電、工頻干擾等腦電偽跡(artifact)的去除［4］，及單次(或少次)的誘發腦電信號的提?。?］，并比較了使用PCA和ICA進行腦電去噪的效果［6］：
(1) 后者適用于去除更多不同種類的腦電干擾；
(2) 分離分析不需要分開不同類型的干擾；
(3) 同時把EEG和干擾信號分離成獨立分量；
(4) 在訓練完成后，能同時提取各通道中的無干擾的腦電信號；
(5) 在大部分的情況下，ICA比PCA保留更多有用的腦電信號。
獨立分量分析是基于信號高階統計量的信號處理方法［7］，其基本含義是將多道觀測信號按照統計獨立的原則通過優化算法分解為若干獨立成分，復現出原來的獨立信源。前提是各源信號為彼此統計獨立的非高斯信號(最多有一個源信號符合高斯分布)。
在以往的多導信號處理中，主分量分析(Principal Component Analysis，PCA)和奇異值分解(Singular Value Decomposition,SVD)是較常用的方法之一，但按PCA或SVD分解出來的各分量，只能保證它們之前各不相關，除非它們都是高斯過程，才可以保證各分量之間相互獨立。ICA不僅實現了信號的去相關，而且要求各高階統計量獨立。
ICA的基本原理框圖如圖1所示［8］，多導觀測信號X是由多個等效源S(獨立信源)經混合系統A組合而成。ICA的任務是在假定各等效源S獨立且S與A均為未知的條件下，求取最優的解混系統B，使得X通過B后得到的Y逼近S。
圖1 ICA原理圖
獨立分量分析實際上是在某一衡量獨立性的優化判據最優的意義下尋求其近似解，使Y中各分量盡可能獨立；Y與S不但只是近似，而且在排列次序和幅度上都允許不同。較常用的判據如下:互信息極小化，信息極大化，極大似然判據，代價函數極小化等。
由于各種偽跡與腦電信號在時間上是相互獨立的，而且觀測信號可視為它們與腦電無延遲的線性組合，偽跡等效源的數目一般比頭皮上測得的腦電導數要少，所以可以應用ICA來進行腦電去噪，并已經取得了很好的效果［4］。
也有一些研究者把ICA應用于誘發腦電信號的單次提取中［5］，主要是假定誘發腦電和背景腦電EEG為相互獨立的信號成分，通過尋找線性變換，在上述優化判據最優的意義下,將觀測到的腦電信號分解為盡可能相互獨立的成分。在將觀察信號分解成相互獨立的分量以后,為了達到增強或提取誘發腦電信號的目的，把不相干的分量置零或對其中的某些分量幅值做適當的衰減，然后再用處理后的獨立分量重建原始信號。
3 小波變換法
如果信號x(t)∈L2(R),小波變換定義為信號x(t)和小波函數ψa,b(t)的卷積：
小波變換是同時具有時域和頻域的良好局部化性質的時頻分析方法。小波變換的主要優點在于它具有可變的時-頻分析窗口，對于低頻信號可用寬的窗口分析，對于高頻信號可用窄的窗口分析。這樣小波變換可以在所有頻率范圍內為信號分析提供最優的時-頻分辨率。而且，由于小波變換窗口范圍能夠自動地適應每個尺度的瞬時事件，因此它能夠精確地檢測到神經信號定事件產生的時間、瞬變程度及其頻率隨時間變化的情況，所以特別適合于分析腦電信號等非平穩信號［9,10］。
在誘發腦電信號處理方面，主要應用小波變換的多分辯率分析，當尺度a較大時小波視野寬而分析頻率低，可以觀察信號的概貌；當尺度a較小時小波視野窄而分析頻率高，可以觀察信號的細節。但不同a值下分析的品質因數(指中心頻率與帶寬的比值)卻保持不變。
如果把小波ψj,k對每一分辨率j所產生的L2子空間用Wj表示，當j∞時WjL2(R),包含整個平方可積的實函數空間。則空間L2可以分解成一系列的子空間Wj之和［9］：
L2=∑j∈ZWj(6)
定義子空間為：
Vj=Wj+1Wj+2…j∈Z(7)
子空間Vj是L2的多分辨率近似，它是由尺度函數φj,k經伸縮和平移產生的。對于子空間Vj會有一個與之相對應的正交子空間Wj:
Vj-1=VjWjj∈Z(8)
假設有一能量有限的離散信號x(n)a0(n),可依照下面的關系式連續對信號進行分解：
aj-1(n)=aj(n)dj(n)(9)
這里aj(n)∈Vj,它表示信號的概貌；而dj(n)∈Wj，它表示每一尺度(j=0,1,…,N)的細節。因此對每一分辨率N>0，信號的分解形式可表示為：
x(n)a0(n)=d1(n)+d2(n)+…+dN(n)+aN(n)(10)
因此每一分辨率分解把該級輸入信號分解成一個低頻的近似信號和高頻的細節信號。
誘發腦電是由刺激引起的觀測腦電信號中的變化，它與刺激作用存在鎖時關系。盡管誘發腦電淹沒在強背景噪聲中(含自發腦電及其他干擾信號)，而且部分EEG和EP在頻率上重迭，但可根據它們時間位置的不同區別出來。如較常用著實驗的P300(事件相關電位的一種),它是在受刺激后約250~400 ms期間腦電產生的正向波峰，頻率范圍集中在2~8 Hz間,與自發腦電中的θ波(4~8 Hz)和δ(0~4 Hz)在頻率上有重疊。
利用小波變換的多分辨率分析后，把與P300有關頻帶的小波系數保留，然后從保留頻帶的小波系數中取出在250~400 ms之間的小波系數，用這些小波系數進行誘發腦電信號的重構，從而從強背景噪聲中提取出微較的誘發腦電信號。
4 時間序列分析法
由于在誘發腦電中，信號與噪聲頻譜重疊，一般的濾波方式很難將其分開。有些學者試圖通過時間序列分析方法，用AR或者ARMA模型對誘發腦電信號建立數學模型，再通過濾波等方法提取誘發響應信號。
1988年Sprechelsen［11］等的方案中，利用卡爾曼濾波對已知隨機信號建立模型，根據前一個估值和最近一個觀察數據估計信號的當前值，自動跟隨信號統計性質的非平穩性，從而提取出誘發響應信號。
李魯平［12］等還提出了帶外輸入的自回歸算法和附加信號處理方法兩種基于時間序列分析的方法；關力［13］的則提出了維納濾波在誘發腦電信號處理上的應用。
5 神經網絡法
Nishida［14］等1994年提出了用神經網絡方法自動提取P300的方案。1999年Fung KSM［15］等提出了一種自適應信號處理與神經網絡相結合的方法，文獻［16］對這種方法進行了總結。
神經網絡可以把專家知識結合進一個數學框架，并通過訓練對專家的經驗進行學習，而不需要任何對數據和噪聲的先驗統計假設；但它只能用于提取EP信號的特征，無法提取整個波形，因而丟失了部分重要的信息。
6 結 語
相干平均在實現上較為容易，但相干平均后只反映多次平均的結果，不能反映誘發腦電的逐次變化，而隨著實驗次數的增多，會使得受試者疲勞或不適，影響實驗結果。獨立分量分析和小波變換能從單次(或少次)刺激中提取出誘發腦電，但ICA后的各獨立分量所對應的物理意義有待進一步研究；如何在減少檢測通道數的同時，能有效地分離出各獨立分量也是ICA在誘發腦電提取方面有待研究的方向。SVM能很好地區分觀測信號中是否存在誘發腦電，但它只能提取特征，不能提取信號，因而丟失了部分信息。如何能有效地在單次(或少次)刺激中提取誘發腦電是這方面研究的發展方向。
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作者簡介
黃日輝 男，1982年出生，廣東臺山人，五邑大學在讀碩士研究生。研究方向為腦電信號處理。
生物醫學工程的發展方向范文6
高校校醫院是一種為教職員工提供福利型治療的一種治療機構。它的經費來源是教育部以高校離、退休人員、在職職工及學生的人數為基礎，按照不同標準按年度撥款的。但是由于經費有限，高校醫療經費嚴重不足。醫務人員缺乏培訓進修計劃。醫療設備基本上是老舊產品，長期使用無錢更換。尤其是承擔著檢驗工作的檢驗設備更是無法及時更新。這種現狀則引發愈來愈多的困難。特別是近年來，隨著高校教職工離退休高峰期的臨近，有的高校離退人員占全校教職工總數的30%以上，這部分老同志由于多年來積勞成疾，身休狀況欠佳，他們需要一種較好的醫療環境。而另外一部分的中青年教師身體則大都處在亞健康狀態，突發病和疑難病例呈上升趨勢，要具體的診斷出這些年輕老師的身體狀況必須借助于檢驗設備的精密和檢驗工作人員高超的業務能力。但是，由于經費不足，而高校規模擴大，學生人數成倍增長，學生群體總體上身體較脆弱，有些突發性、傳染性疾病在這個群體中流傳傳播較快，加之時有突發性的事故發生，在這種狀態下既使醫務人員超負荷的工作，也難及時較好的解決和處置愈來愈突出的醫患矛盾。
1.1檢驗科醫務人員業務水平與醫學科學發展的矛盾。
高校檢驗科醫務工作人員基本上長期處在滿負荷門診壓力之下，僅憑原有知識及經驗接診病人。學校尚未做出一個較為完善的醫務人員進修培養計劃，有的檢驗人員從到醫院工作一直到離退幾十年都沒有一次進修學習機會，觀念陳舊，知識老化，手段落后。不能面對檢驗技術的快速發展，對新設備和新的檢查手段顯然缺乏及時的學習和掌握。檢驗人員每天面對的病人，只有采取能診就診，不能診就轉到社會醫院，沒有時間和機會開展必要會診和聘請有關專家作學術交流，以更新現有醫務人員的知識結構提高學術水平.
1.2檢驗科醫務人員知識水平與教職員工和學生病情多樣性的矛盾
現在的學生幾乎都是沒有什么嚴謹的生活規律，經常的熬夜，包夜上網，導致睡眠不足，引起的體質變差，這樣就很容易生病。而且出現病情的時候，往往不能很清楚的表述自己的病情。醫生對學生詢問病情的時候，也是以不知道、不清楚來應付，不能很好的配合醫生的治療，醫生問多了，還表現出煩躁和不耐煩的情緒，這樣就間接的影響了醫生采集病情資料，使醫生不能快速的做出診斷，進而進行及時的治療。此時要確定病情就需要依賴檢驗科人員利用檢驗設備方便快速的對病情加以識別和判斷，從而幫助醫生和學生確診和治療。因為醫學檢驗是生命科學與現代分析檢驗技術相互滲透、相互結合而發展起來的醫學技術類學科，它涉及基礎醫學、臨床醫學、生物學、化學、物理學及管理學等多學科領域，在現代醫學中的地位和影響日趨重要。高等院校可以利用大學優勢，為醫學檢驗實踐提供了學術、師資和物質上的補充和支持，對培養復合型醫學檢驗人才具有十分重要的作用。
2高校校醫院檢驗科改進措施
高校校醫院是我國衛生資源的重要組成部分，長期以來，擔負著高校教職學工和家屬的醫療、預防、健康保健等工作。但是，在市場經濟條件下，高校校醫院必須走社會化發展之路沒有改革就不會有發展，沒有深刻的、深層次的變革就不可能實現跨越式發展。醫院應努力建立以市場為導向，以質量為核心的醫療制度，堅持以病人為中心，在適應教職學工和家屬醫療服務需求的同時，建立健全完善對付突發性傳染性疾病的快速反應機制和防治措施，并與杜會醫療快速反應機制接軌，防治和遏制傳染性病源在高校傳播和蔓延。并在做到高校自身預防疾病的同時積極為周邊居民服務，廣泛開拓社會化醫療服務市場，努力加強同本地區和國內大醫院的交流合作，與高等教育改革深發展相適應.
2.1提高醫務人員業務水平，提高服務環境
醫療改革的宗旨是以人為本，提高全民健康水平，其關鍵是醫務工作者的服務態度和業務水平，醫學科學的發展，急需廣大醫務工作者將自己業務能力和知識結構建立在科學的發展過程中，不斷接收新的知識，更新自身的知識結構，對急需的醫務工作骨干高校應制定特殊政策予以引進，只有醫務人員業務水平提高了，校醫院才能走向社會，擴大自身服務渠道。高?？芍贫ㄡt務人員長期學習和培訓計劃，采取請進來，派出去及舉辦多種病例講座和學術報告的形式擴大員工視野，對年輕的醫務工作者爭取在3-5年內給予一次業務進修培訓的機會，高校將醫務人員培訓列人教師培訓計劃，使醫務工作的業務水平處在不斷提高過程中。另外，高校有重點的撥出專項資金，防治建立傳染疾病醫療保證體系。積極引導校醫院醫務人員了解學校有關學科的發展方向，鼓勵和支持醫務工作者根據醫學科學的發展與學校有關學科發展方向相結合，參與醫學科學、生物科學及生物醫學工程技術等方向的科學項目研究。使有條件的醫生與有關科研人員結合，共同攻關，具備條件的校醫院不僅可在完成高校教職學工的醫療保證任務的基礎上，積極探索社區服務的模式使醫院成為國家整個醫療系統中的一部分。
2.2改善軟硬件設施，加強人員培訓
