第一篇：生物医学材料研究进展论文

生物医学材料的研究进展

生工092班 范秋苹 090302219 生物医学材料是生物医学工程学的四大支柱之一。就学科研究的内容而言，涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、无机材料学、金属材料学、生物化学、生物物理学、生理学、解剖学、病理学、基础与临床医学、药物学、药剂学等多门学科。为了达到满意的临床效果，还涉及到许多新的工程学和管理学的问题。生物医学材料在医学上的应用为医学、药学、生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础，反过来这些学科的进步也不断地推动生物医学材料的进步发展。生物医学材料学正是多门学科的共同协作、互相借鉴、互相渗透、突破旧有学科的狭小范围而开创的一门新学科。这门学科作为材料科学的一个重要分枝，对于探索人类生命的奥秘、促进人类的文明发展，对于保障人类的腱康与长寿，必将作出重大的贡献。更可喜的是，随着生物医学材料的发展将诞生一系列崭新的高科技产品，一个新兴的产业——生物医学材料与制品业正在形成和发展之中，它在整个国民经济中的作用和地位必将随着时间的推移，受到世人的瞩目和重视。

生物医学材料：用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类特殊的，而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料。

生物医学材料取得实质性进展开始于20世纪20年代

不锈钢：

1926 含18%铬和8%镍，首先应用于骨科治疗，随后应用于口腔科； 1934 研制出高铬低镍单相组织的AISI302和304，在体内生理环境下的耐腐蚀性显著提高；

1952 开发出耐蚀性更好的AISI316不锈钢，逐渐取代AISI302；

20世纪60年代 为解决不锈钢晶间腐蚀问题，研制出超低碳不锈钢AISI316L和317L；

钴镍合金：铸造钴镍合金首先在口腔中得到应用； 20世纪30年代末 应用于制作接骨板、骨钉等内固定器械； 50年代 成功制成人工髋关节；

60年代 研制出锻造钴铬钨镍合金和锻造钴铬钼合金，提高力学性能，并应用于临床；

70年代 研制出锻造钴铬钼钨铁合金和具有多相组织的MP35N钴铬钼镍合金，改善钴基合金抗疲劳性能，应用于临床；

钛、金属钛：具有优异的耐蚀性、生物相容性、密度低； 20世纪40年代 制作外科植入体； 50年代 用纯钛制作接骨板和骨钉；

70年代 Ti6A14V合金（强度比纯钛高，耐蚀性和密度与之相似）、TiSAl2.5Sn合金和钛钼锌锡等合金获得应用从而使钛和钛合金成为继不锈钢和钴基合金之后的又一类重要医用金属材料；

70年代后 NiTi系为代表的形状记忆合金逐渐在骨科和口腔科得到应用，并成为医用金属材料的重要组成部分。

生物陶瓷 ： 从20世纪60年代初开始应用于生物材料，例如：

多晶氧化铝陶瓷；低温各向同性碳；生物玻璃；羟基磷灰石（生物活性陶瓷）；生物陶瓷复合材料； 引入活体细胞或生长因子的生物陶瓷构架等。生物医用高分子 ： 始于20世纪50年代有机硅聚物的发展，例如： 有机硅聚合物；聚甲基丙烯酸甲脂（骨水泥）；

生物医用高分子材料的发展，制作了人工心瓣膜、人工血管、人工骨、手术缝合线等。

20世纪90年代后，借助于生物技术和基因工程的发展，由无生物存活性材料扩展到具有生物学功能的材料领域，其基本特征是具有促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、参与生命活动等功能。

生物医用材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物惰性医用硅橡胶：人工耳、人工鼻、人工颌骨等；血液相容性较好的各向同性碳被复材料：碟片式机械心脏瓣膜；血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物：促使人工心脏向临床应用跨越；可形成假生物内膜的编织涤纶管：人工血管向实用化飞跃。

医用材料品种繁多，尤其是临床使用的要求多种多样，因此无论对于系统地研究医用材料的制备，还是对于开发已有医用材料的新应用，或是为了对医用材料进行安全性评价及质量管理，都涉及到对生物医学材料的分类问题。

按材料的属性分类，可以分为以下几大类：

生物医用金属材料：

包括不锈钢、钴基合金，钛及合金等，广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等 ；

生物医用无机材料：

主要是生物陶瓷：分为惰性生物陶瓷，如氧化铝生物陶瓷；表面生物活性陶瓷，如磷酸钙基生物陶瓷；可降解生物陶瓷，如β-磷酸三钙陶瓷等；

生物医用高分子材料： 天然的如多糖类、蛋白类合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等，用于人体器官、组织、关节、药物载体等 ；

生物医用复合材料： 不同种材料的混合或结合，克服单一材料的缺点，获得性能更优的材料；

按材料功能分类，可以分为以下几类：

硬组织相容性材料： 主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织； 软组织相容性材料： 主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道等； 血液相容性材料 ：

主要用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等 ；

生物降解材料： 主要用于吸收型缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂以及组织缺损用修复材料

按材料来源分类，可以分为下列几类：

自体组织：如人体听骨、血管等替代组织

同种异体器官及组织：如不同人体之间的器官移植 异种器官及组织：如动物骨、肾替换人体器官 天然生物材料： 如动物骨胶原、甲壳素、珊瑚等 人工合成材料： 如各种人工合成的新型材料

按材料使用部位分类：

硬组织材料： 骨、牙齿用材料

软组织材料： 软骨、脏器用材料 心血管材料： 心血管及导管材料 血液代用材料 ：人工红血球、血浆等

分离、过滤、透析膜材料： 血液净化、肾透析以及人工肺气体透过材料 目前被详细研究过的生物医用材料已超过1000种，被广泛应用的有90多种材料，1800多种制品。西方国家每年耗用生物医用材料量以10～15%速度增长，我国生物医用材料研究起步晚(20世纪50年代)，目前我国医用生物材料研究现状：我国生物材料和制品所占世界市场份额不足1.5％；产品技术水平处于初级阶段，且产品单一；同类产品与国外产品比，基本上属于仿制，自主知识产权较少；生物医用材料与制品70-80%要依靠进口；产业处于起步阶段。

但是，由于生物医学材料以其独有的医学应用特性推动了一个新产业的发展,成为经济的新的增长点。通过对生物材料特性的分析,把握生物医学材料产业的现状和动态,有助于制定相关的措施形成我国生物医学材料产业的核心竞争力。

第二篇：蚕丝蛋白生物医学材料的研究进展

蚕丝蛋白生物医学材料的研究进展

摘要

主要介绍蚕丝蛋白的结构，制备已经在生物医学材料上的应用优势。针对蚕丝蛋白的结构和特点，综述了蚕丝蛋白作为人工神经、皮肤、骨骼、血管、肌腱、韧带和角膜等生物医学材料的功能开发和研究现状。关键词：蚕丝蛋白 丝素 丝胶 生物相容性 生物医学材料

Abstract Mainly introduces the structure of silk protein, the preparation has application in biomedical materials.Silk protein is a natural polymer material with good mechanical properties，chemical properties，biodegradability and good compatibility with human body．It is a good biomedical material．In view of the structure and characteristics of silk protein，this paper reviewed the status quo and development of silk protein as artificial nerve，skin，bones，blood vessels，tendons，ligaments，cornea and other features of biomedical materials，as while discussed the prospects for their development．

Key word：silk protein；fibroin ；sericin ；Biocompatibility；biomedical material

引言

蚕丝是一种天然纤维，是人类最早利用的动物纤维之一，在我国具有悠久的历史，享有―纤维皇后‖的美誉。传统意义上，蚕丝是优质的服饰原料。随着对蚕丝显微结构的深入研究发现，其用途不断扩大，产品种类日益增多。现在，蚕丝不仅用作高档服饰的面料，还在食品、化妆品、保健品以及医学等方面有着广泛的应用[1]。特别是随着现代组织医学的发展，丝素蛋白以其良好的生物相容性和生物降解性成为人工组织材料中的重要天然材料。

目前，我国是世界上家蚕丝及柞蚕丝产量最大的国家，家蚕生丝产量约占世界一 半。对其进行详细的研究，无论是从基础科学还是从应用科学来看，都是很有意义的。

蚕丝蛋白的结构

家蚕丝蛋白由家蚕体内的绢丝腺合成、分泌，主要成分是丝素和丝胶，约占蚕丝总重量的97，此外还含有少量的蜡、色素、碳水化合物和无机成分等，诸类少量物质大部分分布于丝胶中。蚕丝丝素和丝胶都是蛋白质，一般说来，丝素蛋白含量约占蚕丝的70～80，丝胶则为20～30[2]。

丝素蛋白中包含18种氨基酸，其中侧基较为简单的甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)和丝氨酸(Ser)约占总组成的85％，三者的摩尔比为4:3:1，并且按一定的序列结构排列成较为规整的链段，这些链段大多位于丝素蛋白的结晶区域；而带有较大侧基的苯丙氨酸(Phe)、酪氨酸(Tyr)、色氨酸(Try)等主要存在于非晶区域。另外，蚕丝蛋白还含有钾、钙、硅、锶、磷、铁和铜等多种无机元素。因此，蚕丝蛋白在应用方面具有很大的灵活性。

蚕丝蛋白在生物医学应用方面的优势

蚕丝蛋白具有非常好的生物相容性[3]，首先，作为组织的替代品，人工材料首先应具有较好的生物相容性，并适宜细胞的附着、延伸和繁殖。生物相容性是由材料本身和结构决定的，一般分为材料表面的生物相容性和结构相容性两方面，表面相容性由材料表面的化学性质控制，影响细胞的贴附和延伸[4]；结构上的生物相容性是指材料在空间结构上影响细胞的生长和繁殖。大量研究发现骨髓细胞能在丝素载体上正常生长。Ronald E Unger[5]等在纯丝素膜上培养来源于人体不同组织的不同细胞，如上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞、角化细胞等，扫描电镜观察发现，所有的细胞都能在丝素膜表面贴附、延伸，细胞之间联系紧密。其中绝大多数细胞能在丝素膜表面存活，并覆盖于整个膜表面和材料表面的凹陷，细胞的生长对材料的结构并无改变。

另外蚕丝蛋白还有很好的可降解性，材料的降解性也是衡量其能否作为组织替代品的标准之一。理想的人工组织材料应具有与修复区组织细胞生长一致的降解速率。同时，不能降低相关的力学性能，这样才能为新生组织提供相应的力学支撑。

降解后的单体不造成组织免疫反应。研究表明：植入活体的丝素纤维，2个 月内，其力学强度仍高于植入前力学强度的50％[6]。植入体内的蚕丝在一年里仍保持一定张力，而完全分解大约需要2年[7]。所以，蚕丝作为一种蛋白质是可以降解的，并且植入人体内最终也会被吸收，只是降解时间比一般意义上的可降解 材料要长。与当前的人工材料，如聚乳酸、聚乙二醇等相比，丝素的降解产物为小分子氨基酸，安全性更高，而人工材料的降解产物会通过降低环境的pH值而产生明显的炎症反应。胶原蛋白作为当前研究最广泛的天然材料，在降解过程中同样无炎症反应，但降解的速度受到交联度影响，导致降解速度不易控制。

蚕丝蛋白的制备 皂碱精炼法

蚕丝能被开发利用，除了它能被水解成氨基酸外，还有一个非常重要的特征是，蚕丝(丝素)在某些中性盐(如溴化锂、氯化钙等)的高浓度溶液中，当溶液温度升到一定程度时，蚕丝会被溶解，通过透析、超滤等处理脱除中性盐后，就能得到纯度较高的丝素溶液[8]。日本钟纺株式会社，采用中空纤维超滤装置(要求中空纤维的表面积与中空体积之比大于100)，可在短时间里，将丝素溶液中的盐透析干净。丝素溶液制备的流程如图1。

丝素水溶液是一种准稳定溶液，能再度形成丝素结晶。因此在丝素的水溶液中加入盐类、乙醇，或干燥，或调节pH至微酸性等，均容易发生再结晶，析出丝素或形成凝胶，选择恰当的方法，便能制成粉末、薄膜、凝胶纤维等各种形状。2 酸精炼法[9]

用酸精炼蚕丝能赋予其光泽和丝呜。酸的精炼作用是蛋白质的某个特定氨基酸侧链发生水解。丝素和丝胶蛋白质均受酸的作用．但稀酸对天冬氨酸、谷氨酸侧链的作用强，而天冬酸和谷氨酸在丝素中含量很小，分别为1.0—1.9mol和0.8～ 1.0mol％[10]。在丝胶中却很丰富，分别为14．6—16．7mol％和4 42—7．9mol％，由于这种含量的差异，稀酸优先作用于丝胶而完成精练。S．Blackburn等认为，蛋白质水解的机理如图2所示。目前，酸精炼主要采用酒石酸和柠檬酸。用酒石酸精炼，酒石酸能被丝有效地吸收，最大吸收量高达2．5％，其精炼的最佳条件为浓度8g／L，温度1IO。C，时间30min，非离子渗透剂(磺化脂肪酸衍生物DTC)3g／L。酶处理法[11]

近年来采用酶精炼或脱胶越来越受到重视。因为采用酶精炼不仅可以在较低的温度下进行，还可获得丝素不易损伤、不起毛丝和蓬松性好的效果。(1)蚕丝的酶处理

生物酶是一种无毒无害环境友好的生物催化剂，用于纺织工业具有很大的优越性，它处理需要的条件(温度pH等)较温和：酶用量少．且反应后释放的酶可继续催化另一反应；处理产生的废水可生物降解[12]，因此减少了污染，节约了能量。目前生物酶技术应用于纺织加工主要有两方面：一是用生物酶去除天然纤维或织物上的杂质，为后续染整加工创造条件；二是用生物酶去除纤维或织物表面的绒毛，或者使纤维减量，以改善织物的外观和手感。(2)蚕丝的酶脱胶[13]

酶精炼是丝胶溶胀后，丝胶蛋白质被蛋白质酶催化水解去除。蚕丝的酶脱胶是一种非常典型的酶减量、柔软、抛光和改善服用性能的加工。精炼脱胶后蚕丝的优良品质才能发挥出来，丝纤维表面光洁、透明，而且有很强的丝鸣感。加之蛋白

酶反映的专一性，这种酶处理对蚕丝的损伤很小，其精炼质量优于皂碱。

蚕丝蛋白的医用研究

随着对丝蛋白的不断深入研究，国内外研究者愈加地关注起丝素蛋白在药物缓释、抗凝血材料等方面的应用。在药物缓释方面，研究范畴主要围绕着载药缓释膜、药物缓释微球、药物缓释凝胶以及药物控释涂层等几个体系[14]。手术缝线是丝素在医药方面利用的最早产品之一。相对其他缝合材料，蚕丝的亲 和力和适应性非常强，在伤口愈合后可被人体吸收降解，患者免受拆线的痛苦由于最初采用的蚕丝缝合线表面仍残留部分丝胶，引起炎症反应，所以在过去仅限于小范围使用，并未得到推广。直至近年，人们对蚕丝的应用研究才逐渐扩大和深。人造皮肤[15]

人体的皮肤分为三层：表皮、真皮、皮下组织。重度烧伤的患者，皮肤会受到严重损伤，没有了皮肤的保护，患者体内的液体会大量地渗出、蒸发、丢失，这种情况往往会对患者的生命造成威胁，而更让人担心的是细菌感染旧。人体对自己的皮肤不会排斥，而对于任何来自外来的异己皮、异种皮、人造皮都会产生免疫反应，因而所有的植皮材料只能作为一种敷料，这就好像是给我们的皮肤提供了一个适宜生长的―土壤‖。除此之外，我们还必须将自己完好的皮肤―微粒‖播撒在―土壤‖中，在以敷料为―土壤‖的环境中，这些―微粒‖细胞才可以逐渐扩散、增殖，最后使创面完全愈合。

理想的人造皮肤，应具有以下特性：无抗原性、无毒、良好的细胞相容性、透气透水性好、对创面的粘合力强、可塑性强等一系列优点。目前植皮主要用小白猪真皮当做敷料，但是它的安全性较低[16]。2006年，闵思佳提取蚕丝中的蛋白质，制成蚕丝人造皮肤。这种人造皮肤明显优于其他材质的人造皮，它既光滑，又平整，柔韧性也很强。而且，与猪皮材料相比，它的安全性更高。蚕丝蛋白人造皮肤乍一看像混沌皮，在显微镜下却能看到它的表面有许多多孔的海绵状的细微结构，用手拉韧性十足阳。科研人员曾选取了15只大白兔，分5批进行动物实验，实验发现，贴上人造皮肤后，不到20 d兔子身上直径3cm的创口就愈合了[17]。2 人工神经

神经创伤修复是当今医学的一大难题。由于创伤、疾病等造成的不规则神经创面，恢复过程中如果缺乏必需的填充物，将导致神经瘤的形成。因此，自体移植到目前为止仍被认为是最有效的修复方法[18]。长期以来由于供体的严重匮乏，以及替代材料的研究进展缓慢，致使大量患者得不到及时有效的治疗。修复神经的非神经材料有硅胶管、骨骼肌、动脉或静脉血管和几丁质等。近十年的研究表明理想的神经修复材料必须具备以下条件：一是替代品需完全降解、无组织毒性，且能促进神经细胞的再生。非降解性材料需通过后期手术取出。二是人工神经在受体中存在较长时间来满足再生轴突通过远端吻合口。三是替代品有足够的空间 和表面通透性，满足雪旺细胞的生长和营养物质的运输[19]。

科学家在丝素纤维上和丝素提取液中分别培养鼠背根神经和坐骨神经，通过与对照比较发现，丝素对2种细胞的存活和生长无负面效应，这为丝素作为神经材料的开发奠定了基础[20]。还通过对丝素、自体移植材料和缺损空白材料在6个月内对雄性鼠坐骨神经缺损的修复效果的对比发现，含有丝素纤维的丝素修复材料不但具有较好的机械性能和可渗透性，而且修复效果接近自体移植。由此表明：丝素在神经修复材料中具有较高的应用价值。3 人工骨骼

骨的修复必需有种子细胞、支架材料和生物调节因子3个要素[21]。目前骨修复已经不仅仅用于治疗骨损伤和骨缺损，还包括医疗整形。传统的内源性骨修复是医生从病人身体的其他部位取骨来修补受损的骨骼。丝素具有良好的机械性能和理化性质，可调节的生物降解性，生物相容性好，无毒、无刺激性等优点，已逐步成为人工骨的一种重要材料来源[22]。另外，蚕丝蛋白中大量的羧基与羟基能与钙离子紧密结合并诱导羟基磷灰石在其上结晶形成自组装纳米复合材料。而这种表面粗糙、多孔的刚性支架，有利于骨髓间充质干细胞分化为骨样组织。此外，通过实验证明其体内免疫反应较低，表明了这种丝纤维加固复合材料具有组织相容性，是作为骨组织替代工程的良好材料。4 人造肌腱和韧带[23]

肌腱和韧带分别是连接骨与肌肉、骨与骨的致密结缔组织。其功能为加强、维护关节在运动中的稳定。当肌腱和韧带被牵拉而超过其生理耐受范围时，即会发生不同程度的损伤。而肌腱、韧带的断裂或缺损尤其是运动员在生涯中不可避免的伤痛。治疗和修复肌腱和韧带，也一直是骨科的一大难题。临床上修复断裂的韧带常是直接缝合，但这样就缩短了其原有的长度，限制了关节的活动范围；钢丝固定也因相容性和弹性等原因，造成了后续生活上的诸多不便。因而，人造肌腱和韧带的开发成为了医学、材料学上关注的问题[24]。通过研究发现，蚕丝的强度和弹性系数与人体肌腱非常接近。且其良好的生物相容性、亲和性以及与介导细胞信号转导的性能，有利于开发人造肌腱和韧带。同样利用蚕丝蛋白的羟基、羧基与钙离子结合诱导生物骨质成分中的羟基磷灰石结晶的原理制成的复合材料也适用于人造肌腱和韧带。玉田靖等[埔在蚕丝蛋白中导人带电化合物[25]，6 发现处理过的蚕丝蛋白中钙的凝集量比未处理的有大幅增加，尤其导人磷酸基的蚕丝蛋白中钙的凝聚量要高出10倍以上。且经x射线透射检验，验证其含有人骨的主要成分，证明蚕丝具有肌腱和韧带的骨附着和结合特性，为进一步开发人造肌腱和韧带打下了基础。5 人工血管和抗凝血材料

人工血管材料不但应具有较好的生物相容性，也应具有与人体血管相适应的力学性能，才能保证其能顺利植入体内，在体内保持通畅，还应具有顺应性和可灭菌性[26]。目前所使用的人工血管根据材质可分为：合成血管、生物血管、表面改性人工血管和支架血管。合成血管主要由惰性高分子合成，是当前应用最多的人造血管，如Dacron(涤纶)、e—PTFE(膨化聚四氟乙烯膜)和PU(聚氨酯)等[27]。前者抗凝结性较弱，易形成血栓，引起严重的炎症反应。生物血管主要指自体、异体和异种血管。表面改性血管主要是通过物理、化学或生物方法对血管改性，使其更适用于人体环境。而支架血管主要是通过在金属支架外套上一层血管膜来提高其生物相容性。上述人工血管各有优势，而最大的不足在于大多数不具有生物降解性，或是降解后的产物会引起受体的炎症反应。王维慈等通过对几种临床常用的人造血管生物材料和丝素蛋白改性聚氨酯材料SF-PU(1:1)在大鼠体内引起的急性期组织反应的对比证实，SF—PU(1:1)材料的组织相容性最好，加之SF-PU(1:1)具有优异的物理性能，因此在小口径人造血管的研制方面有很好的应用前景。

蚕丝具有较好的机械性能，并可根据实际需要制备获得需要的形态。但蚕丝的抗凝血性不佳，影响了蚕丝在组织工程中的应用。因此考虑在保持蚕丝优势的前提下，通过在蚕丝表面接枝抗凝血因子，来提高其抗凝血效果。

研究展望

现代人类文明高速发展，我国人民的生活水平日益提高，高品质的人体组织修复与替代材料的开发显得尤为迫切。人工组织材料不仅具有良好的机械性能[29]，并且可以运用丰富的加工手段，通过对材料空间结构和性能的改变调节降解速度。蚕丝以其良好的机械性能、生物相容性和易于加工性，在组织工程材料中得到越来越广泛的应用。目前，蚕丝蛋白作为重要的医用仿生材料之一[30]，其研究与利用还十分有限，许多作用机理至今还不明确。所以，基于蚕丝蛋白的 医用仿生材料研究还任重道远。参考文献：

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第三篇：生物医学展望论文

生物医学工程(Biomedical Engineering,BME)是一门生物、医学和工程多学

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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

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年我国发布了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到

2000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。

第四篇：生物医学

生物医学工程与医学成像

学院：机械工程学院

专业：测控技术与仪器

姓名：王成林

学号：

引言：

生物医学工程是一门生物、医学和工程多学 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，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，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。

当代生物医学工程技术中最具代表性的技术是：数字医学影象技术，物理外科手术技术，电生理参数检测与监护技术，临床检验、分析与分子生物学技术，医学网络与信息系统，数字医学影象类和高能物理治疗类。

医学影像技术可借助于某种能量与生物体的相互作用，提取生物体内组织或器官的形态、结构以及某些生理功能的信息，为生物组织研究和临床诊断提供影像信息。显微分辨能力，将活体影像学带进了基础科学，使其可以深入到细胞、分子水平，即其成像技术从宏观进入了微观，分子影像学应运而生，医学影像进入了新的时代。它涉及的范围有X线成像、超声波成像、磁共振成像、红外线成像、放射性核素成像、光学成像等。

正文：影像技术

一、X线成像技术

X-ray透视和摄影技术是最早的医学影像技术。X线成像系统检测的信号是穿透组织后的X线强度，反映人体不同组织对X线吸收系数的差别，即组织厚度及密度的差异；图像所显示的是组织、器官和病变部位的形状。随着计算机的发展，数字成像技术越来越广泛地代替传统的屏片摄影。数字X线检查技术包括计算机X线摄影、直接数字X线摄影、数字减影血管造影和X－CT等。X－CT的问世被公认为伦琴发现X射线以来的重大突破，是标志着医学影像设备与计算机相结合的里程碑。

二、核医学成像技术

核医学成像系统又称放射性核素成像（RNI）系统，所检测信号是摄人体内的放射性核素所放出的射线，图像信号反映放射性核素的浓度分布，显示形态学信息和功能信息。核医学成像的影像取决于脏器或组织的血流、细胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素。它是一种功能性影像，影像的清晰度主要取决于脏器或组织的功能状态。PET/CT是将最先进的PET和CT的功能有机地结合在一起的一种全新的功能分子影像诊断设备。PET/CT融合的图像既能提供精确的解剖结构图像，又能提供生物靶区的材料。使用PET/CT制定放疗计划对于临床来说是一个全新的分子影像领域，具有广阔的应用前景。

三、超声成像技术

超声成像系统的检测信号是超声回波，图像信号反映人体组织声学特性的不同，从而显示甚至动态显示器官的大小和形状。超声分子显像以靶向超声微泡造影剂为显像剂，能够对体内组织器官微观病变进行分子水平的探测与显像的方法。超声造影是利用造影剂后使散射回声增强，明显提高超声诊断的分辨力、敏感性和特异性的技术。随着仪器性能的改进和新型声学造影剂的出现，超声造影已能有效地增强心肌、肝、肾、脑等实质器官的二维超声影像和血流多普勒信号，反映和观察正常组织和病变组织的血流灌注情况。

四、磁共振成像技术

磁共振（MRI）成像系统检测的信号是生物组织中的原子核所发出的磁共振信号。随着新型磁共振机的开发，揭开了磁共振应用领域新的一页，即运动MR和介入MR的应用和研究。MR血管成像、MR水成像、MR血流成像、脏器功能的检测、MR波谱分析、动脉血质子标记技术、抗血管生成因子辅助MR功能成像等技术的应用，使磁共振成像进一步突破了影像学仅应用于显示大体解剖和大体病理学改变的技术范围，向显示细胞学的、分子水平的以至基因水平的成像方面发展。

五、红外线成像技术

由于人体器质性的组织结构和形态变化，只能在疾病发展到一定程度才会出现，而远红外线诊断技术正是采集这种组织结构、形态和功能的变化来诊断疾病。红外热像仪不仅可以诊断疾病病情，甚至可以提前阳性发现期。红外线成像技术不仅对组织器官的炎症、疼痛、血液循环状态等有重要的诊断价值，而且对恶性肿瘤的诊断及转移倾向，肿瘤状况也有着重要的临床价值。

六、光学成像技术

光学与光子学取像方法，共焦扫描光学显微镜的图像具有高的对比度和高的分辨率。其高性能的成像本领是通过下述两点实现的：一是利用灵敏的外差探测，二是离开焦点的散射光不被探测器探测。它们非常适宜于对活体组织内部进行分层探测。利用这种技术已成功地监测了胚胎发育过程中的形态变化，鉴别正常与非正常基因的表达。用这种技术还可以对活体眼睛进行成像，测量视网膜结构、拍摄黄斑疾病等。光学成像技术在活体生物组织内部微结构的测量和疾病诊断等方面有重要的应用价值。

结论：

当今医学影像技术进入了全新影像时代，医学影像技术的发展反映和引导着临床医学在诊治以及随诊方面的进步。医学影像技术的发展，在某种意义上代表着医学发展潮流中的一个热点趋势，推动了医学的发展。医学影像技术必将对人类的健康作出更大的贡献。

第五篇：生物医学

生物医学光子学 运用光子学原理和技术，为医学、生物学和生物技术领域中的问题提供解决方案即构成生物医学光子学的研究内容。生物医学光子学涉及对生物材料的成像、探测和操纵。

简介编辑

在生物学领域，主要研究分子水平的机理，监测分子结构与功能，在医学领域，主要研究生物组织结构与功能，能对生物体以非侵入的方式，实现

宏观与微观尺度分子水平的疾病探测、诊断和治疗。

目前，生物医学光子学主要包含以下研究内容：

一是生物系统中产生的光子及其反映的生命过程，以及这种光子在生物学研究、医学诊断、农业、环境、甚至食品品质检查方面的重要应用。利用光子及其技术对生物系统进行的检测、治疗、加工和改造等也是一项重要的任务。二是医学光子学基础和技术，包括组织光学、医学光谱技术、医学成像术、新颖的激光诊断和激光医疗机理极其作用机理的研究。

内容简介

《生物医学光子学(第2版)》由基础篇和应用篇组成，在基础篇详细地讲述了生物医学光子学必需的理论和相关技术，包括基础光子学系统、光与组织体相互作用的基本知识和数学描述：应用篇以无创伤人体成分测量和无创伤人体光学成像为实例，向读者描述了应用于人体疾病诊断的光子学实现方法，最后扼要地介绍了该研究领域的其他热点研究和应用。

第二版说明

序

前言

第一章 绪论

第二章 光与生物组织体的相互作用

第三章 描述光在组织体中传播的数学模型

第四章 生物医学光子学中的测量技术

第五章 参数提取的定量数学方法

第六章 生物医学光子学在人体成分浓度检测方面的应用

第七章 生物医学光子成像技术

第八章 生物医学光子学其他研究热点介绍

参考文献

中英文名词对照表