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生物医学工程(Biomedical-Engineering)是一门新兴的边缘学科,它综合工程学、物理学、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,其目的是解决医学中的有关问题,保障人类健康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。
生物医学工程是用工程领域的原理和技术来解决生物医学——主要是医学的问题。核心思想是把生物体或人体及其某一部分,用工程师的眼光和角度看成一个系统,继而用工程学的手段进行研究或改造。
众所周知,工程学发展到现在,已经分化出来很多领域。生物医学与不同领域的工程学结合,就出现了不同的分支。例如:
生物医学与电子工程结合,出现了生物医学电子学;
生物医学与软件工程结合,出现了生物信息学;
生物医学与系统控制相结合,出现了系统生物学;
生物医学与机械工程、热力学工程,甚至土木工程相结合,出现了生物力学;
生物医学与化学工程、材料工程相结合,出现了生物医学材料学……
注:以上结合只是大概划分,有时候生物医学与工程类各分支的结合不是那么单一也不是那么界限分明,望轻喷~~
以下稍微展开说一下:
1)生物医学电子(包括生物医学影像)学。正如前面
@万陆
的答案所说,这是一个在生物医学工程领域发展得相对成熟的传统分支。据我所知,国内的生物医学工程专业也大都是这个分支(除了山东大学似乎有侧重于生物力学的……)。正因为发展得相对成熟,同时电子工程又是一个分支很多的学科,所以生物医学与不同分支的电子工程相结合就又出现了不同的……亚分支。例如:
生物医学与电子信号处理、模式识别、光电信号处理相结合,产生了神经-运动控制芯片、人工耳蜗、人工眼……这个分支其实可以理解成把目前人们已经越来越熟悉的智能机器人、指纹/瞳孔识别等基于单片机、集成电路等工程环境的技术挪用到更加“生物”或者更加“人体”的一个环境中。
这一部分的核心基础是“生物,尤其是人类的神经系统主要是通过电信号的生成和传播(暂时忽略神经递质等化学途径)来实现其生理功能的,而且其编码机理基本符合我们已经在成熟应用的0/1编码系统”。现在需要解决的核心问题是搞清楚人体环境中神经电信号的编码机制;并尽可能模拟其编码机制进行感应和控制,从而与真实的神经系统实现无缝衔接(至少是功能上的)。比如目前在这个领域发展得相对比较成熟的人工耳蜗,就是用人工电子分析和控制系统模拟了耳蜗将声音信号(机械振动)转化为电信号;并同时模拟人类听觉神经的编码方式,将外界声音的音量以及内部包含的声源位置、音频以及内部包含的语音元素等信息编入电信号中;再将这些包含着信息的电信号发送给听觉神经等等一整套功能。然而到目前为止其对于音频信息的编码还不够好——戴着人工耳蜗很难获得原始音色和精确的音高。所以戴着人工耳蜗还听不了音乐。但相比于人工眼的只能看到一些边界模糊的有色光点,人工耳蜗还是已经领先太多。目前这个领域的桎梏还是在于人类对于自身神经系统的精确编码机制没有完全搞清楚。因此,以我个人的观点,这一部分可以直接叫做神经电子信息学或神经电子信息工程。
生物医学与偏重影像设备的电子工程或者光电工程但不偏重信号处理的分支,或者干脆与物理光学、物理电学相结合,产生了生物影像分支。这个领域又可以按照不同的成像技术再加细分:PET、CT、MRI、OCT(光学相干断层成像)、US(超声成像)、PAI(光声成像)……
这一部分的核心基础是“生物组织的不同组分,以及相同组分的不同状态(正常状态/病理状态)与外来的电磁场、声波、质子、光子等会发生不同的、可预见的相互作用,并释放可检测、可分辨的信号”。现在需要解决的核心问题是将更多生物组织的不同组分,以及相同组分不同状态与其释放的更多信号特征尽量一一对应起来。比如,在正常和失语状态下,人体脑组织主管语言功能的一些区域的血流量和血氧含量,会与功能性MRI的外加电磁场产生什么样的不同作用,从而产生什么样不同的信号?这个领域目前来说没有特别统一、重大的桎梏,只是组织组分的类型和状态太多;可用的成像技术手段也太多;产生的信号也可以根据不同的分析算法解析出太多不同的信息;而这些庞杂信息与可能的生理、病理的解释的对应关系又太复杂……大部分这个领域的生物医学工程科研工作者都在做建立生理、病理状态与检测到的信号所包含信息之间的对应关系的问题。开发新的成像技术和改进成像设备是纯工程师的工作,跟生物医学工程关系不大。
2)生物信息学。这个分支我不太熟悉,看到知乎上很多大神都说这个领域前途和待遇都不错,很怀疑自己之前对于生物信息学的理解是否正确。我对于生物信息学的理解是用不同的高大上的编程算法(比如数据挖掘),针对生物体内一些富含信息的分子进行解析。而生物体内富含信息的分子最典型的莫过于携带遗传信息的DNA、RNA和携带功能信息(主要是免疫功能信息)的蛋白质。因此对于DNA、RNA的碱基序列的变化和包含信息的解析,以及对于蛋白质四级结构(我猜主要应该还是氨基酸序列)的变化和包含信息的解析应该是生物信息学的主要内容。
更多的还请生物信息学领域大神补充更正。
3)系统生物学。虽然生物体从结构、功能等等各种角度可以分为若干不同的系统,但真正起到系统控制作用的是信号系统。信号系统又包含了神经信号系统和激素信号系统,以及免疫信号系统等等。神经信号系统由于主要是电信号,编码特点又基本符合0/1编码,因此交给了电子工程师们去研究。而激素信号系统和免疫信号系统的基本作用方式是生物化学反应,而且编码方式不是0/1编码,而是基于特定的分子结构,因此交给系统控制工程来研究。
这一部分的核心基础是“人体内的生物化学信号系统是通过生物化学反应来实现对机体功能的控制;而且这些生物化学反应的反应速率、反应率及其随不同环境条件(温度、pH值、酶活性)的变化是可知的;从而其导致的最终效果是可以通过系统控制分析和计算来预测的”。目前这个领域的核心问题还是在于揭示更多信号分子在不同环境条件下的反应规律和相关路径。但我个人感觉这个领域的研究有一个硬伤在于一次只能抽取整个信号系统的一部分来研究。那么即使这一部分的作用规律和效果都被研究透彻了,一旦放回到整个大系统中,其作用规律和效果是不是又会统统变化了呢?而一次研究整个大系统又是目前的技术水平(包括实验数据和计算、分析技术等)所不允许的。那么在现阶段就只能先将人体的整个信号系统划分为若干分系统——比如Wnt细胞凋亡信号路径系统;PTH导致骨质疏松信号路径系统;等等。然后再假设不同的分系统之间相互影响可以忽略。这个假设可能在很多时候成立,但我个人不太相信其在所有时候都能成立。
这个分支可以说是生物医学工程领域里最“生物”的一个分支。生化反应路径(也就是生化信号转导路径)系统的建立和生化反应数据的取得都可以看做是生物范畴。工程领域要做的事基本就是拿MATLAB、C,或者其它什么软件建立个数学模型,然后放到超级计算机上跑一跑得到个结果。结果仍然是要用生化的知识和原理来分析。
4)生物力学。生物力学主要的研究对象是人体内的固体受力情况、流体受力情况,体内的电磁场及其导致的力学效应,以及体内的热力学。基本上就是用机械工程师或者土木工程师的眼光来看待人体内的骨骼、软骨、肌肉、血管、内脏(参与固体力学和热力学)和血液(参与流体力学)。
这个分支的核心基础是“生物体内的一切力学、电磁学和热学作用都符合经典物理中的相关定律和原理”。而这个分支的核心问题是建立更精确的有限元模型来模拟体内的力学、电磁学和热学作用。由于生物体不是如同一根钢筋、一块砖那样拥有均匀的材质和规则的结构,因此对于生物体的受力、受热分析需要基于有限元建模。而不同的建模算法和数据直接会导致不同的模型精确度及可靠性——因此,通过加深对生物体相关结构的认识,提取更多数据,才可以改进相应的模型。比如要设计一个人工心脏,就需要对一个人的血液循环系统,尤其是心脏部位关于血液的流体力学、关于血管和心肌的固体力学,以及相关的神经电信号控制(这属于生物医学电子领域)有很精确的模拟。比如要设计一个心血管支架,就需要对一个人的心血管血液的流体力学、血管壁的固体力学及血管壁在各种受力条件下的生理反应,以及这些反应所带来的血管壁固体力学性质的进一步改变有很精确的模拟。比如要设计青光眼的治疗方案,就需要对青光眼患者眼内压(流体力学和固体力学)的病理性改变有很精确的模拟……
生物类有什么专业??帮忙推荐一下谢谢
一、生物医学工程专业介绍 1、生物医学工程专业简介
生物医学工程学科是一门高度综合的交叉学科,这是它最大的特点。生物医学工程它综合工程学、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,其目的是解决医学中的有关问题,保障人类健康,为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。
2、生物医学工程专业主要课程
《高等数学》、《普通物理学》、《模拟电子技术》、《脉冲数字电子技术》、《医用传感器》、《数字信号处理》、《微机原理及应用》、《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》、《正常人体形态学》、《生物化学》、《生理学》、《诊断学》、《内科学》、《外科学》等。
3、生物医学工程专业培养目标
培养目标
本专业培养具备生命科学、电子技术、计算机技术及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,能在生物医学工程领域、医学仪器以及其它电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发、教学及管理的高级工程技术人才。
培养要求
生物医学工程专业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。
4、生物医学工程专业就业方向与就业前景
就业前景
可在管理机构和国家机关,医学机构(临床研究、高度专业化的医学护理,管理) , 在医疗器械的使用、销售和服务上,研究所,大学(基础研究,教学),国际制药、保健品企业(管理、研究和开发),私人机构和医生合作,毕业生可直接参加高度专业化的医学护理和解决临床基础研究的问题,由他们研制的器械和系统对于疾病的观察、诊断、治疗、缓解起着很重要的作用。
就业方向
学生就业的主要去向为研究机构,医院影像、设备、临床工程、信息中心等相关科室,医疗器械相关企业、事业单位,政府相关管理部门等。
二、生物医学工程专业大学排名
1. 东南大学 A++
2. 清华大学 A+
3. 上海交通大学 A+
4. 华中科技大学 A+
5. 四川大学 A
6. 北京航空航天大学 A
7. 浙江大学 A
8. 重庆大学 A
9. 西安交通大学 A
10. 北京大学 B+
11. 电子科技大学 B+
12. 北京理工大学 B+
13. 天津大学 B+
14. 复旦大学 B+
15. 华南理工大学 B+
16. 重庆医科大学 B+
17. 首都医科大学 B+
18. 东北大学 B+
19. 同济大学 B+
20. 上海理工大学 B+
21. 中南大学 B+
22. 南方医科大学 B+
23. 太原理工大学 B
24. 哈尔滨医科大学 B
25. 西北工业大学 B
26. 东华大学 B
27. 温州医学院 B
28. 湖南大学 B
29. 上海大学 B
30. 中南民族大学 B
31. 沈阳工业大学 B
32. 大连海洋大学 B
33. 长春理工大学 B
34. 兰州大学 B
35. 重庆理工大学 B
第一类, 生物科学专业
生物科学是从分子、细胞、机体乃至生态系统等不同层次研究生命现象的本质、生物的起源进化、遗传变异、生长发育等生命活动规律的科学。生物科学专业旨在培养具有扎实的生物科学理论基础,掌握本学科的基本理论和基本技能,具有一定的科学研究能力和创新精神的生物学专门人才。
主要专业课程:动物学、植物学、生物化学、细胞生物学、微生物学、遗传学、生物工程、分子生物学、生态学、植物生理学、生物统计、环境保护、基因工程、蛋白质与酶工程、发酵工程、细胞工程、现代生物学实验技术等。
第二类,生物工程专业 相近专业:生物技术专业、生物工艺专业
生物工程也叫生物工艺、生物技术,是生物科学与工程技术有机结合而兴起的一门综合性的科学技术。也就是说,它是以生物科学为基础,运用先进的科学原理和工程技术手段来加工或改造生物材料。例如,基因重组技术、DNA和蛋白质序列分析技术、蛋白质工程、细胞工程、酶工程、染色体工程等工程的诞生和发展,已在工业、农业和医疗卫生等方面得到了广泛应用,并取得许多突破性进展。
主要专业课程:有机化学、生物化学、微生物学、生化工程、生物工程学等。
第三类,生物信息学专业(相近专业:基因信息学专业)
生物信息学是近年来发展并完善起来的热门交叉学科,最初常被称为基因组信息学。生物学是生物信息学的核心和灵魂,数学与计算机技术则是它的基本工具。广义地说,生物信息学是用数理和信息科学的观点、理论和方法去研究生命现象、组织和分析呈现指数增长的生物学数据的一门学科。
据预计,作为新兴交叉学科的生物信息学专业人才,将成为21世纪国际、国内最紧缺的人才类型之一。
主要专业课程:生物学、生物化学、分子生物学、生物统计学、数据库、计算机软件基础、生物信息学、基因芯片技术、生命系统建模等。
第四类,生物食品专业(相近专业:食品科学与工程专业)
生物食品专业是培养具有化学、生物学、食品工程和食品技术知识,能在食品领域内从事食品生产技术管理、品质控制、产品开发、科学研究、工程设计等方面工作的高级科学技术人才的学科。
主要专业课程:生物学、生物化学、分子生物学、生物统计学、数据库、计算机软件基础、生物信息学、蛋白质组学、基因芯片技术、生命系统建模等。
第五类,生物医学工程专业(相近专业:医学生物技术专业)
生物医学工程是综合生物学、医学和工程技术学的交叉学科。也是运用自然科学和工程技术的原理与方法,研究与揭示人体的生命现象,并从工程角度解决人体医疗问题的一门综合性高技术学科。生物医学工程专业是目前国际上发展极为迅速的交叉学科和边缘学科,旨在利用现代工程技术的手段解决生物医学上的检测、诊断、治疗、管理等问题以及进一步探索生命系统的各种运动形式及其规律性,是21世纪生命科学的重要支柱。共有21所高校开设了生物医学工程专业。
主要专业课程:模拟与数字电子技术、微机原理、数字信号与处理、工程生理学、医学成像与图象处理、生物传感技术、细胞生物学、生物化学、遗传分子生物学等。
第六类,海洋生物技术专业(相近专业:海洋渔业科学与技术专业、水产养殖专业等)
本专业培养具有坚实的现代海洋生物科学和现代生物技术基础知识和基本技能,受到海洋科学研究和工程技术应用的训练,能在科研、生产及教学等部门从事海洋生物基础理论研究、高新技术研究和生物制品开发及相关管理的高级专业人才。主要专业课程:模拟与数字电子技术、微机原理、数字信号与处理、工程生理学、定量生理学、医学成像与图象处理、生物传感技术、现代医学仪器、普通生物学、细胞生物学、生物化学、遗传分子生物学等。
主要专业课程:细胞工程、基因工程、微生物工程、蛋白质工程、生物工程下游技术、生物技术大实验、生物信息学、发育生物学、发酵工程设备等。
与生物学进行交叉研究的专业还有:生物环境学专业、畜牧生物学等。随着生物科学本身的新进展不断与其他学科的交叉与融合,新的交叉专业将会持续不断地诞生。
英国是非常适合培育生物科技研究人才的。英国的生物科学拥有世界级的声誉。英国在生命科学方面拿到超过20座的诺贝尔奖,从过去发现DNA的结构,到近代细胞培养技术的发展,英国科学家在这个领域已有许多重大的突破。英国拥有大约500家生物科技工业应用公司,比欧洲任何家都多。英国大学在生物科学的研究品质领先世界。未来英国及中国的大学之间,在生物科学部分将会有越来越多的共同合作。
英国的生物科学系所开设的课程同其他专业一样有两种方式: 1)授课式学习 2)研究式学习。学习期限为一年。学费一般授课式为9000英镑左右,下面是英国一些顶尖大学的生物科学系所开的研究生课程。
Manchester University座落在英格兰西北方的英国第三大城内。拥有1000多位研究人员及研究生的Manchester University生物科学院是欧洲最大及最成功的科学研究中心之一。此中心提供- 生物科学哲学硕士(研究硕士)。这个硕士课程提供进阶研究方法的一套完整训练。学生可由广大范围的学程中挑选想要专门研究的,包括:生物化学,生物科技,细胞生物,基因学,免疫学,及微生物学。其中有60%的时间是在作研究专题,其余的40%接受研究技术的指导。顺利完成此学程的学生可以继续第二学年的博士学程。此期间可以获得在生物化学,细胞学,免疫学,药学及其他相关领域的研究机会。全时的博士学程通常需要四年的时间完成(包括第一年的哲学硕士课程)。
Strathclyde University座落在苏格兰的商业重镇Glasgow。生物科学暨科技学系拥有14个全职的学术人员及最先进的生物研究设备。经常和海外国家的研究交流可以显示教职员常受邀到国外参访及授课。系上经常接待世界上卓越的参访者。我们提供两个全日制硕士课程学习:食品生物学理科硕士以及食品科学暨微生物学理科硕士。期间可以获得生物医学,微生物学,及环境调查的研究机会。
Kent University座落在有「英格兰花园」之称的英格兰东南方历史性城市Canterbury。Kent大学的生物科学研究学院现在拥有超过150位学术研究及技术职员。Kent大学提供一个研究硕士学位: 一年制生物科技研究硕士课程。这也可以被当成是四年制博士学程的第一年。此学程包含生物科学研究技术,分子生物学,分析生物学,生物科技统计学,及生物科技暨公共事务等基础指导课程。Kent大学更提供生物化学及微生物学方面的硕士及研究课程。
其他英国生物科学顶尖的大学包括:
Newcastle University - 微量科学暨科技中心是此研究领域的佼佼者。它提供生物医学微量科技理科硕士学位- 一个一年制指导硕士学程。它给予学生的知识及技术基础,使得他们将来能从事药剂,生物科技,生物科学,和微量系统科技工业等职业。而微量科学暨科技研究学程也是可选择的。另外,农业暨环境科学系提供了工业生物科技理科硕士学位。此一年制硕士学程给予学生在工业生物科技公司(包含制药工业)工作所需的知识基础及技术。
Sheffield University - 动物暨植物科学系是英国最大的之一,而且它提供植物代谢,植物发展生理学,及动物调控生理学等研究机会。生物医学科学系探索生物学如何应用在医学问题上。它提供细胞分化学,发生基因学,神经科学,及分子生理学等研究机会。
Essex University - 生物科学系提供指导硕士课程以及纯研究学程。一年制指导学程生物科技理科硕士学位,旨在提供现代生物科技的理论基础及传递经验。系上也提供生物化学,微生物学,免疫学等哲学硕士及博士学程。
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