生物醫學工程綜述精選(九篇)
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第1篇：生物醫學工程綜述范文
英文名稱：Space Medicine & Medical Engineering
主管單位：
主辦單位：中國航天員科研訓練中心
出版周期：雙月刊
出版地址：北京市
語
種：雙語
開
本：大16開
國際刊號：1002-0837
國內刊號：11-2774/R
郵發代號：82-616
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1988
期刊收錄：
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
期刊榮譽：
軍隊雙獎期刊
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式
第2篇：生物醫學工程綜述范文
[關鍵詞]課堂教學 實驗設計 課程設計 工程實踐 人才培養
近年來，隨著計算機技術和電子技術的飛速發展，單片機與嵌入式系統產品以其高性能、低功耗、應用方案靈活、成本低廉等諸多優點，在工業控制、軍事國防、航空航天、網絡通信、消費電子等行業發揮著重要作用，廣泛應用于各個科技領域和日常生活的每個角落。在生物醫學工程專業，嵌入式系統在生理參數測量、傳輸、監測，在完善醫療輔助設備，以及研發新型醫療儀器等方面都有著重要應用。
本文針對生物醫學工程專業本科生，在單片機嵌入式系統課程教學過程中存在的問題，提出了一系列教學改革措施，改善工程實踐性很強的課程教學效果，使學生在有限的時間里獲得最大的收獲，在嵌入式系統應用和設計等方面獲得豐富的實踐經驗。
一、單片機教學實踐中存在的主要問題
嵌入式系統開發的難度較大，門檻較高，往往要求研發者具備良好的軟硬件知識和設計、開發、調試、測試技能，以及扎實的專業知識。如何培養出具備扎實的基礎理論知識和實踐開發能力的高素質研究型人才是學校嵌入式教學的首要任務[1]。
單片機與嵌入式技術課程知識結構復雜，涉及的內容繁多，實踐性強。大學生如果能夠掌握相關技術，就能成為滿足實際研發需要的復合型工程技術人才。但是目前大學嵌入式人才培養和教學與企業科研需求之間存在一定的偏差，造成學生的創新精神和實踐動手能力不足，導致理論學習與人才需求出現了脫鉤[2，3]。主要問題表現在：
（1） 授課內容過時、枯燥，不能緊跟嵌入式技術最新發展現狀，不能滿足實際需要；
（2） 對嵌入式操作系統的講授和配套實驗內容嚴重不足；
（3） 綜合設計性實驗較少，不注重學生的綜合應用能力培養；
（4） 實驗設計內容單一，不具備研發價值。
二、教學改革實踐
作為全國最早開設生物醫學工程專業的學校，單片機教學始終是最重要的專業選修課之一，目前課程以ARM-V4版的RM7TDMI-S內核為核心，以飛利浦公司的LPC2000系列單片機為應用目標，在教學內容、互動教學、實驗設置、創新實踐等方面進行了積極的探索和研究，使傳統的專業實踐課程煥發出新的光彩。
（一）堅持理論與實踐相結合的教學模式
大學學習內容應該以理論學習為主，尤其是針對32位ARM單片機，必須搞清楚ARM7內核的基本結構，7種處理器工作模式的定義及特點，標準32位ARM指令和16位的Thume指令使用，主要寄存器與基本外設定義等知識點，學習理解這些基本概念對于掌握32位ARM單片機的工作原理，舉一反三，進而熟悉相關單片機應用技術提供了重要的基礎理論保障。
在程序設計方面采用大量程序設計實例，在講授程序設計思想的同時加速理解匯編語言使用方法，初步學習C交叉匯編語言程序設計方法，為后續硬件系統實驗奠定基礎；在講述硬件系統設計時，圍繞單片機主要外設類型，不拘泥于具體單片機型號，以不同外設的基本工作原理和控制寄存器為主要內容，同時增加應用實例，提高學習興趣和學習效果；在課程配套實驗設計方面，更加關注實驗教學模式和實驗內容設計[4，5]，從操作技能學習到認知技能學習，按照學生實踐技能學習基本規律，設計實現了7個共16個課時的實驗內容，包括了IO接口、基本外設，操作系統移植，數字信號處理，綜合系統設計等實驗內容，涵蓋了嵌入式單片機系統主要技術要點，使學生在有限時間里就可對單片機應用技術有一個較全面的學習和能力培養。
（二）利用優勢資源，豐富教學內容
針對課程實踐性很強的特點，我們結合學校科研項目，對嵌入式系統在醫學儀器設計應用方面進行了卓有成效的實踐，突出了課程教學的實用性，強化了學習內容的工程觀念，取得了很好的教學效果。
我們將多參數生命參數監護系統設計引入課堂教學，其硬件單元主要包括生理數據采集、ARM內核、人機接口、SD卡存儲器、GPRS、GPS、電源管理等模塊，系統從溫度傳感器電路等模擬電路設計，到大容量鋰離子電池優化和電源模塊設計，從系統數據存儲結構設計，到遠程通訊規約設計、地理信息使用。在介紹這些軟硬件功能模塊基礎上，再引入嵌入式實時操作系統μC/OS-Ⅱ，按照設備依賴性、關鍵性、緊迫性等任務劃分原則構成一套多任務系統，逐步引入任務設計、時間管理、中斷管理、內存管理、進程管理與同步，資源同步、數據管理等關鍵知識內容，使學生在6-8個課時內學習熟悉一種實際應用系統設計方法，加深對所學知識和應用環境的正確理解。
（三）重視互動教學，追求質量卓越
由于課時的限制，大量增加實踐教學內容是有一定困難的，為了能夠達到預期教學目標，增加了課程設計的內容，希望通過課外閱讀和研究，鞏固嵌入式單片機的教學內容，增強學生對嵌入式系統在日常生活中的應用技能，課程設計的完成質量則要通過PPT答辯互動，師生共同評分進行保障，使單個設計內容通過交流互動達到全體共享，互相學習的目的。
課程設計包括三個設計任務，2人一組，每組選擇一個任務題目進行研究設計，表1是部分課程設計題目，任務要求如下：
表1：單片機與嵌入式系統課程設計任務選編
①完成一項有關單片機及嵌入式系統在日常生活方面應用的項目設計，要求有明確的設計目標，具體可行的設計參數和可能達到的技術指標。
②針對一種嵌入式操作系統進行深入的介紹和移植方法的研究。要求內容包括內核特點，進程管理，內存管理，移植方法、BSP（board support package）編程等。
③針對多種嵌入式操作系統進行深入的對比研究和綜述，選擇4種以上的操作系統，主要從任務調度機制，數據同步和通訊機制比較，內存及數據架構與管理，支持的硬件功能，中斷管理，實時性，市場份額，發展前景等多項參數進行對比研究。
通過2個月時間的研究準備，在學期末進行全體師生共同參加的課程設計答辯會，由一位同學進行PPT講解，另一位同學負責回答質詢問題。考核成績按照20分標準，由全體同學打分，并與教師分數加權計算后再進行歸一化處理，使答辯評分更加客觀合理。
（四）結合學科競賽，加強實踐創新人才培養
單片機的教學可以貫穿于整個高年級教學實踐活動中，在課程教學之外，通過鼓勵學生積極參加電子創新類學科競賽，鼓勵學生進入實驗室進行創新科技活動，在具體科研實踐中使學生獲得更多更豐富的專業知識，進行科研能力的培養[6]。
在大學生創新實驗項目“超聲注射藥物溶解加速器”研發過程中，小組5名同學從系統的設計思想、模塊規劃、硬件構成、功能設計、軟件設計等項目內容進行了深入的研制工作，以MSP430單片機為主體，構建了包括反饋采樣、鍵盤顯示，頻率合成、高頻功率放大、匹配電路和超聲換能器等組成的系統硬件，僅軟件程序就達450余行，系統通過藥物對比實驗，對整個加速溶解系統進行了綜合測試，取得了明顯加速藥物溶解的效果，并取得了國家發明專利授權。
在“生物醫學工程教學仿真人系統”項目中，利用單片機技術模擬產生人體真實生理信號，通過對生理信號進行采樣，預處理，無線發射到主機模塊，并通過LabVIEW設計上位機多參數生理監護軟件，實現了經人體生理參數動態采集顯示。該系統設計思想來源于醫學儀器課堂教學，最終通過將其回饋應用于課堂教學和實驗教學，對學生的理論知識起到了積極的作用。
三、小結
嵌入式系統是一個朝氣蓬勃、發展迅速的專業領域，人才稀缺，門檻較高，針對目前課堂教學與實踐教學存在的種種不足，我們深刻體會到必須改變單一的課堂教學模式和刻板的被動灌輸式教學方法，在課堂教學中我們注意到既要重視基礎理論內容的教學，在有限的課時內使學生得到一個完整的單片機與嵌入式系統知識體系，為科研實踐提供有力的知識保障。同時，作為實踐性很強的課程教學，我們利用一切可利用資源用于教學，將教師科研成果引入教學，通過具體科研項目案例強化學習內容的工程觀念；利用課外學時增加課程設計內容，采用項目導向式教學方法，實現了交流互動，資源共享，共同進步的教學目標；利用各類電子學科競賽和開放實驗室，使單片機科研實踐貫穿于整個人才培養階段，在具體科研實踐中使學生獲得更多更豐富的專業知識，進行科研能力的培養，實現了全階段立體式創新人才培養。
[參考文獻]
[1]黎斌，《單片機原理與接口技術》課堂教學探討，考試周刊，2012年第4期。
[2]陳淑潔，單片機實踐教學存在的問題與對策，實驗室研究與探索，VOL.30，NO.9，Sep.，20l1。
[3]柏春嵐，劉豪，高校實驗教學改革的探索，高校實驗室工作研究，VOL.30，NO.3，Sep.，2011。
[4]吳磊，嵌入式教學與實驗的研究，實驗室研究與探索，V0L.30，N0.11，NOV.，2011。
[5]李秀娟，張曉東，魯可，張杰，“嵌入式系統"開放實驗室建設與實踐，實驗室研究與探索，VOL.3O，NO.5，May，2011。
第3篇：生物醫學工程綜述范文
課程中文名稱 課程英文名稱
高等數理方法 Advanced Mathematical Method
彈塑性力學 Elastic-Plastic Mechanics
板殼理論 Theory of Plate and Shell
高等工程力學 Advanced Engineering Mechanics
板殼非線性力學 Nonlinear Mechanics of Plate and Shell
復合材料結構力學 Structural Mechanics of Composite Material
彈性元件的理論及設計 Theory and Design of Elastic Element
非線性振動 Nonlinear Vibration
高等土力學 Advanced Soil Mechanics
分析力學 Analytic Mechanics
隨機振動 Random Vibration
數值分析 Numerical Analysis
基礎工程計算與分析 Calculation and Analysis of Founda tionEngineering
結構動力學 Structural Dynamics
實驗力學 Laboratory Mechanics
損傷與斷裂 Damage and Fracture
小波分析 Wavelet Analysis
有限元與邊界元分析方法 Analytical Method of Finite Element andBoundary Element
最優化設計方法 Optimal Design Method
彈性力學 Elastic Mechanics
高層建筑基礎 Tall Building Foundation
動力學 Dynanics
土的本構關系 Soil Constitutive Relation
數學建模 Mathematical Modeling
現代通信理論與技術 Emerging Communications Theory and Technology
數字信號處理 Digital Signal Processing
網絡理論與多媒體技術 Multi-media and Network Technology
醫用電子學 Electronics for Medicine
計算微電子學 Computational Microelectronics
集成電路材料和系統電子學 Material and System Electronics for Integrated Circuits
網絡集成與大型數據庫 Computer Network Integrating Technology and Largescale Database
現代數字系統 Modern Digital System
微機應用系統設計 Microcomputer Application Design
計算機網絡新技術 Modern Computer Network Technologies
網絡信息系統 Network Information System
圖像傳輸與處理 Image Transmission and Processing
圖像編碼理論 Theory of Image Coding
遙感技術 Remote Sensing Techniques
虛擬儀器系統設計 Design of Virtual Instrument System
生物醫學信號處理技術 Signal Processing for Biology and Medicine
光纖光學 Fiber Optics
VLSI的EDA技術 EDA Techniques for VLSI
電子系統的ASIC技術 ASIC Design Technologies
VLSI技術與檢測方法 VLSI Techniques & Its Examination
專題閱讀或專題研究 The Special Subject Study
信息論 Information Theory
半導體物理學 Semiconductor Physics
通信原理 Principle of Communication
現代數理邏輯 Modern Mathematical Logic
算法分析與設計 Analysis and Design of Algorithms
高級計算機網絡 Advanced Computer Networks
高級軟件工程 Advanced Software Engineering
數字圖像處理 Digital Image Processing
知識工程原理 Principles of Knowledge Engineering
面向對象程序設計 Object-Oriented Programming
形式語言與自動機 Formal Languages and Automata
人工智能程序設計 Artificial Intelligence Programming
軟件質量與測試 Software Quality and Testing
大型數據庫原理與高級開發技術 Principles of Large-Scale Data-Bas e andAdvanced Development Technology
自然智能與人工智能 Natural Intelligence and Artificial Intelligence
Unix操作系統分析 Analysis of Unix System
計算機圖形學 Computer Graphics
Internet與Intranet技術 Internet and Intranet Technology
多媒體技術 Multimedia Technology
數據倉庫技術與聯機分析處理 Data Warehouse and OLAP
程序設計方法學 Methodology of Programming
計算機信息保密與安全 Secrecy and Security of Computer Information
電子商務 Electronic Commerce
分布式系統與分布式處理 Distributed Systems and Distributed Processing
并行處理與并行程序設計 Parallel Processing and Parallel Programming
模糊信息處理技術 Fuzzy Information Processing Technology
人工神經網絡及應用 Artificial Intelligence and Its Applications
Unix編程環境 Unix Programming Environment
計算機視覺 Computer Vision
高級管理信息系統 Advanced Management Information Systems
信息系統綜合集成理論及方法 Theory and Methodology of Information nSystemIntegration
計算機科學研究新進展 Advances in Computer Science
離散數學 Discrete Mathematics
操作系統 Operating System
數據庫原理 Principles of Database
編譯原理 Principles of Compiler
程序設計語言 Programming Language
數據結構 Data Structure
計算機科學中的邏輯學 Logic in Computer Science
面向對象系統分析與設計 Object-Oriented System Analysis and Design
高等數值分析 Advanced Numeric Analysis
人工智能技術 Artificial Intelligence Technology
軟計算理論及應用 Theory and Application of Soft-Computing
邏輯程序設計與專家系統 Logic Programming and Expert Systems
模式識別 Pattern Recognition
軟件測試技術 Software Testing Technology
高級計算機網絡與集成技術 Advanced Computer Networks and IntegrationTechnology
語音信號處理 Speech Signal Processing
系統分析與軟件工具 System Analysis and Software Tools
計算機仿真 Computer Simulation
計算機控制 Computer Control
圖像通信技術 Image Communication Technology
人工神經網絡及應用 Artificial Intelligence and Its Applications
計算機技術研究新進展 Advances in Computer Technology
環境生物學 Environmental Biology
水環境生態學模型 Models of Water Quality
環境化學 Environmental Chemistry
環境生物技術 Environmental Biotechnology
水域生態學 Aquatic Ecology
環境工程 Environmental Engineering
環境科學研究方法 Study Methodology of Environmental Science
藻類生理生態學 Ecological Physiology in Algae
水生動物生理生態學 Physiological Ecology of Aquatic Animal
專業文獻綜述 Review on Special Information
廢水處理與回用 Sewage Disposal and Re-use
生物醫學材料學及實驗 Biomaterials and Experiments
現代測試分析 Modern Testing Technology and Methods
生物材料結構與性能 Structures and Properties of Biomaterials
計算機基礎 Computer Basis
醫學信息學 Medical Informatics
計算機匯編語言 Computer Assembly Language
學科前沿講座 Lectures on Frontiers of the Discipline
組織工程學 Tissue Engineering
生物醫學工程概論 Introduction to Biomedical Engineering
高等生物化學 Advanced Biochemistry
光學與統計物理 Optics and Statistical Physics
圖像分析 Image Treatment
數據處理分析與建模 Data Analysis and Constituting Model
高級數據庫 Advanced Database
計算機網絡 Computer Network
多媒體技術 Technology of Multimedia
軟件工程 Software Engineering
藥物化學 Pharmaceutical Chemistry
功能高分子 Functional Polymer
InternetIntranet（英） InternetIntranet
程序設計方法學 Methods of Programming InternetIntranet
高分子化學與物理 Polymeric Chemistry and Physics
醫學電子學 Medical Electronics
現代儀器分析 Modern Instrumental Analysis
儀器分析實驗 Instrumental Analysis Experiment
食品添加劑 Food Additives Technology
高級食品化學 Advanced Food Chemistry
食品酶學 Food Enzymology
現代科學前沿選論 Literature on Advances of Modern Science
波譜學 Spectroscopy
波譜學實驗 Spectroscopic Experiment
食品貯運與包裝 Food Packaging
液晶化學 Liquid Crystal Chemistry
高等有機化學 Advanced Organic Chemistry
功能性食品 Function Foods
食品營養與衛生學 Food Nutrition and Hygiene
食品生物技術 Food Biotechnology
食品研究與開發 Food Research and Development
有機合成化學 Synthetic Organic Chemistry
食品分離技術 Food Separation Technique
精細化工裝備 Refinery Chemical Equipment
食品包裝原理 Principle of Food Packaging
表面活性劑化學及應用 Chemistry and Application of Surfactant
天然產物研究與開發 Research and Development of Natural Products
食品工藝學 Food Technology
生物化學 Biochemistry
食品分析 Food Analysis
第4篇：生物醫學工程綜述范文
1辦刊宗旨
宣傳貫徹黨和國家有關方針政策，及時報道本領域內的重大科技成果與最新進展，傳播新理論、新知識、新技術和新方法，促進我國醫學裝備技術相關學科的發展和學術交流，服務于我國衛生事業進步和醫學科技創新。追蹤醫學裝備發展趨勢，匯聚國際、國內醫學裝備相關領域研究與應用、科技創新、制造工程的學術理論與實踐、專題研究、研發成果、實驗研究及工程技術等，集成構建學術信息平臺。
2欄目設置
《中國醫學裝備》雜志現開設的主要欄目有：學術論著(生物醫學工程學、技術評估、數字醫學、轉化醫學、實驗科學、管理科學等)、綜述、維修工程及企業風采、專訪、專題及簡訊等。
3來稿要求及注意事項
3.1稿件要求
文稿應具有科學性、創新性、先進性、實用性，要求資料可靠、論點明確、文字精煉、層次分明、數據準確以及統計學處理表述規范。論著、綜述每篇文字不宜超過5000字，研究報告不宜超過4000字，其他文稿限在3000字以內。來稿請附單位推薦信并蓋公章，同時將文稿電子版發送到投稿系統。3.2文題力求簡明，主題明確；中文文題一般以20個漢字以內為宜，英文題名應與中文題名含義一致，以不超過10個實詞為宜，第一個實詞首字母應大寫。
3.3署名
作者應按其順序依次排列姓名為一行。不同單位者，可在作者名右上角用阿拉伯數字作角注，單位名稱按角注序號另起行，單位名稱應具體到科室，第一作者單位名稱需附有英文名稱，兩單位之間以分號隔開。第一作者需附作者簡介(包括：姓名、性別、出生年月、學歷、職務或職稱、研究方向或從事專業)、正面免冠彩照一張(像素在300kb以上，照片需要單獨發電子郵件)。通訊作者在其姓名后上標“*”，并附通訊作者電子郵箱。
3.4摘要
各類論文需附有中、英文摘要，摘要按目的、方法、結果(給出主要數據)和結論4部分，并以第三人稱撰寫，文中不可出現“本文”、“作者”、“筆者”等主語。中文摘要字數要求在200～400字。
3.5關鍵詞
論著需標引能充分反映本文主題的3～5個中、英文關鍵詞，并使用美國國立醫學圖書館最新版《IndenMedicus》及中文醫學主題詞表(MESH)的列詞。
3.6參考文獻
以最新閱讀過的近5年公開發表的文獻寫作標準為宜，文中引用處以角碼標注。論文的參考文獻一般不少于15條。參考文獻書寫格式如下：期刊：序號作者姓名(如作者超過3人者，只列出前3名，后加“,等”或“,etal”).文題[J].期刊名(外文期刊可用標準縮寫，不加縮寫點),年,卷(期):起止頁.期刊文獻著錄格式示例：[1]蔣東平,何賢國,何燕,等.西門子磁共振射頻系統原理與故障分析[J].中國醫學裝備,2011,8(9):69-72.[2]KamnikR,ShiJQ,Murray-SmithR,etal.NonlinearmodelingofFES-supportedstanding-upinparaplegiaforselectionoffeedbacksensors[J].IEEETransactiononNeuralSystemsandRehabilitationEngineering,2005,13(1):40-52.書籍：序號作者姓名(如作者超過3人者，只列出前三名，后加)“,等”或“,etal”).書名[M].版次.出版地:出版單位(國外出版物可用標準縮寫，不加縮寫點):起止頁.書籍文獻著錄格式示例：[1]劉金琨.先進PID控制MATLAB仿真[M].2版.北京:電子工業出版社,2011:325-358.
3.7基金文章
文章所涉及的課題如取得國家或省、部級以上的基金或屬攻關項目，應在文題頁左下方腳注中證明，如“本題為×××基金資助課題(基金編號×××)，課題名稱”并附基金證書復印件。凡屬基金、課題(國家級、省部級、直轄市級)類文章在本刊優先發表。
3.8推薦信
來稿需附單位推薦信。推薦信應注明對稿件的評審意見以及不涉及保密、署名無爭端以及無一稿兩投等項。
4稿件處理時限
根據《中華人民共和國著作權法》(簡稱《著作權法》)，并結合本刊具體情況，凡來稿接到本刊回執后3個月內再未接到稿件錄用通知單者，作者可投遞他刊，請自留底稿，對不用來稿一律不退回。
4.1來稿文責自負
根據《著作權法》有關規定，本刊可對來稿做文字修改、刪節，凡有涉及原意的修改，則須征得作者同意。修改稿自收到之日起(以郵戳日期為準)逾1個月不寄回或不回復者，視為自動撤稿。
4.2來稿須交審稿費50元，確定錄用后酌收版面費。
第5篇：生物醫學工程綜述范文
關鍵詞：原子力顯微鏡 探針 RNA聚合酶 分子間相互作用
一、原子力顯微鏡（AFM）簡介
原子力顯微鏡（AFM）有兩種類型：接觸式和非接觸式，分別基于排斥作用和吸引作用。原子力顯微鏡（AFM）試驗中，探針尖端近似為顯微球，則針尖與樣品表面間的作用力為：F（Z）=2πR0B/3Z3其中Z為針尖與樣品之間的距離，R0為近似顯微球針尖的半徑，B為一個與物體介電常數有特殊關系的常量。原子力顯微鏡（AFM）探針安裝在一個靈活的懸臂上，激光二極管發出的一束激光經懸臂反射后，打在一個分裂式光電二極管上，當探針在樣品表面掃描時，由于樣品表面原子結構起伏不平，懸臂也就隨之起伏，于是激光束的反射也就起伏。光電二極管將其接收、放大，即可獲得樣品表面凹凸信息的原子結構圖像。原子量級的表面形態記錄是原子力顯微鏡（AFM）特有的性能。
二、原子力顯微鏡（AFM）的技術特點
原子力顯微鏡（AFM）本身的優勢是其在生物學中得以迅速發展的主要原因。首先，原子力顯微鏡（AFM）技術的樣品制備簡單，無需對樣品進行特殊處理，因此，其破壞性較其它生物學常用技術（如電子顯微鏡）要小得多；第二，原子力顯微鏡（AFM）能在多種環境（包括空氣、液體和真空）中運作，生物分子可在生理條件下直接成像，也可對活細胞進行實時動態觀察；第三，原子力顯微鏡（AFM）能提供生物分子和生物表面的分子/亞分子分辨率的三維圖像；第四，原子力顯微鏡（AFM）能以納米尺度的分辨率觀察局部的電荷密度和物理特性，測量分子間（如受體和配體）的相互作用力；第五，原子力顯微鏡（AFM）能對單個生物分子進行操縱；另外，由原子力顯微鏡（AFM）獲得的信息還能與其它的分析技術和顯微鏡技術互補。
原子力顯微鏡（AFM）還具有對標本的分子或原子進行加工的能力，例如，可搬移原子，切割染色體，在細胞膜上打孔等等。綜上所述，原子級的高分辨率、觀察活的生命樣品和加工樣品的力行為成就了原子力顯微鏡的三大特點。
三、使用原子力顯微鏡（AFM）研究生化過程
原子力顯微鏡（AFM）能對轉錄的過程進行實時觀察，在加入核苷酸后，沉積到云母上的延長復合物沿著DNA模板單向移動。兩個對照實驗證實RNAP與DNA的相對移動與轉錄的實際情況相符。通過PAGE對反應產物進行分析，結果顯示與云母結合的復合物具有活性，而且轉錄的速度與用原子力顯微鏡（AFM）測得的近似生物分子的構象改變也是原子力顯微鏡（AFM）的重要觀察內容。將尿素酶沉積到云母上并用原子力顯微鏡（AFM）掃描，在液池中加入尿素后發現，懸臂的垂直波動明顯增加，這提示由酶活動引起的構象改變能直接通過原子力顯微鏡（AFM）記錄下來。
原子力顯微鏡（AFM）在研究分子識別中的應用分子間的相互作用在生物學領域中相當普遍，例如受體和配體的結合，抗原和抗體的結合，信息傳遞分子間的結合等，是生物體中信息傳遞的基礎。原子力顯微鏡（AFM）可作為一種力傳感器來研究分子間的相互作用。生物素（biotin）和抗生物素蛋白鏈菌素（streptavidin）間有高親和力，其相互作用的熱力學數據也較為清楚。因而，生物素和抗生物素蛋白鏈菌素是原子力顯微鏡（AFM）測定特異相互作用力的良好典型。
原子力顯微鏡（AFM）在物質超微結構研究中的應用： 原子力顯微鏡（AFM）可以直接觀察到表面缺陷、表面重構、 表面吸附體的形態和位置、以及有表面吸附體引起的表面重構等。原子力顯微鏡（AFM）可以觀察許多不同材料的原子級平坦結構，例如，可以用原子力顯微鏡（AFM）對DL-亮氨酸晶體進行研究，可觀察到表面晶體分子的有序排列，其晶格間距與X射線衍射數據相符。已有文獻報道了關于采用原子力顯微鏡（AFM）對APA薄膜的表面結構進行研究的內容，發現了APA表面的特殊結構，從而揭示了APA表面超微結構對半滲透性的重要意義。目前，利用原子力顯微鏡（AFM）已獲得了DNA、透析薄膜、烷烴分子、脂肪酸薄膜以及多糖等的超微結構的圖象。
四、原子力顯微鏡（AFM）在細胞檢測的應用
應用原子力顯微鏡（AFM）可研究活細胞或固定細胞如紅細胞、白細胞、細菌、血小板、心肌細胞、活腎上皮細胞及神經膠質細胞的動態行為。原子力顯微鏡（AFM）對體外動態細胞的分析具有非凡的能力。這些研究大都把樣品直接放置在玻片上，不需要染色和固定，樣品制備和操作環境相當簡單。用免疫膠體金標記細胞膜則打開了細胞表面抗原高分辨定位之門。原子力顯微鏡（AFM）細胞成像如：用原子力顯微鏡（AFM）研究活腎上皮細胞，可在漿膜小斑上以50nm的分辨率觀察細胞骨架元素、漿膜淺凹和膜結合絲。用原子力顯微鏡（AFM）觀察血小板的運動，可看到微絲結構、顆粒傳輸到細胞質外側及活化中細胞成份的再分配。游走上皮細胞的漿膜可用原子力顯微鏡（AFM）實時成像。
五、應用前景
原子力顯微鏡（AFM）現已成為一種獲得樣品表面結構高分辨率圖像的有力工具。而更為吸引人的是其觀察生化反應過程及生物分子構象變化的能力。因此，原子力顯微鏡（AFM）在生物學領域中的應用前景毋庸置疑。而對于原子力顯微鏡（AFM）技術本身，以下幾個方面的進展將更加有利于它在生物學中的應用。大多數生物反應過程相當快速，原子力顯微鏡（AFM）時間分辨率的提高有助于這些過程的觀察。高分辨率是原子力顯微鏡的優勢。其分辨率在理論上能達到原子水平，但目前還沒有實現，如何作出更細的針尖將有助于其分辨率的進一步提高。而隨著樣品制備技術的完善，原子力顯微鏡（AFM）必將成為生物學領域中一種常規的研究工具。
參考文獻：
[1]David p Allison Peter Hinter Dorfer and Wenhai Han ，Biomolecular force measurement and the atomic force microscope， Biotechnology 2002 volume：13 issue：1 47-51
[2]Thomas E Fisher Andres F Oberhanser， The study of protein mechanics with the atomic force microscope， Biochemical sciences 1999 volume：24 issue：10 379-384
[3]李鴻業夏國偉原子力顯微鏡及其在生物醫學中的應用，濱州醫學院學報。1997年第20卷第6期：615-617
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[5]戴燕張平城等人免疫球蛋白G的原子力顯微鏡觀察，中國免疫學雜志。1995年第 11卷1期：45-47
[6]鄧國宏徐啟旺等細菌波動生長過程的原子力顯微鏡觀察，第三軍醫大學學報。2000年第22卷11期：1111-1112
第6篇：生物醫學工程綜述范文
關鍵詞：有限元法；手部；建模；生物力學
1 有限元法的發展歷史及在人體生物力學中的運用
1.1有限元法的發展歷史 有限元法（finite elementsmethods，FEM）即有限元素法[1]，是一種在工程科學技術中廣泛應用的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學、生物力學等問題。其基本思想是把一個由無限個質點和有無限個自由度構成的連續體劃分為有限個小單元體組成的集合體，用離散化的有限單元模型代替原有物體。通過對每個單元的力學分析，獲得整個連續體的力學性質。有限元法最早可上溯到20世紀40年代。現代有限法的第一個成功的嘗試是在 1956年，Turner、Clough等人在分析飛機結構時成功應用有限元法求解。1960年，Clough第一次提出了"有限元法"概念，使人們認識到它的功效。我國河海大學教授徐芝綸院士首次將有限元法引入我國，對它的應用起了很大的推動作用。
1.2有限元法運用于人體生物力學研究 1972年，Brekelmans[2]等首次報道將有限元分析方法應用于生物力學方面研究。80年代后，應用范圍逐步擴展到顱面骨、頜骨、股骨、牙齒、關節、頸椎、腰椎及其附屬結構等生物力學研究中。隨著計算機技術的發展、分析工具的完善以及實踐的增多，有限元方法顯示了極大的優越性并已逐漸成為研究人體生物力學的重要手段。人體力學行為研究基本無法采用傳統的力學實驗方式來進行，因而有限元建模愈來愈成為深化人體認識的有效措施。基于有限元軟件日益完善的建模功能及兼融其它計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）軟件特性，真實再現三維人體骨骼、肌肉、血管、器官等組織成為可能，并在虛擬現實實驗中，通過材料賦值、幾何約束、固定載荷等過程，對擠壓、拉伸、彎曲、扭轉、三點彎、抗疲勞等力學實驗進行模擬，能求解獲得給定實驗條件下模型任意部位變形、內部能量變化、應力/應變分布、極限破壞等數據[3]。
1.3有限元法在人體生物力學研究中的建模思路 有限元建模即建立為數值計算提供原始數據的計算模型，需要通過建立幾何模型、材料賦值、網格劃分、施加約束與載荷，最后進行求解等步驟實現，是有限元法仿真試驗最關鍵環節。摸型的幾何相擬性直接影響計算的結果，醫學有限元模型的建立首先需要獲得人體特定部位的幾何數據，數據可以從幾何參數設定、激光掃描、標本切片和磨片以及醫學影像圖像獲得。其中醫學影像法最為以無創的方式提供了高精度的人體解剖結構形態，基于醫學影像技術建模是目前人體有限元建模的主要手段，可以實現人體解剖結構的可視化乃至生物力學仿真的有限元模型。包括X射線、超聲、CT、MRI等途徑，其中CT掃描是主流方式，CT結合MRI是新亮點。
通過X射線照片方式建模是指利用不同方位的多幅X射線照片獲得幾何數據重建三維模型，是一種經濟、可行的方式。但因信息獲取不完整，建模過程復雜，對研究者經驗要求較高，現行醫學有限元建模中應用較少。還有研究者基于超聲影像技術建模，如趙婷婷[4]等基于超聲建立了乳腺有限元模型；張桂敏[5]等在研究二尖瓣狹窄患者二尖瓣下游湍流剪應力變化方面，運用超聲影像圖像建立了二維有限元模型，為心瓣流體力學研究探索新的方法學途徑。目前基于超聲的有限元分析研究多集中在機械制造、土木工程等領域，并多采用二維有限元法分析，還沒有注意到與醫學相關的基本超聲影像技術的三維有限元研究相關報道。這或許是因為基于超聲影像技術的力學研究本就較少，三維、四維超聲的概念提出較晚，與重點應用在工程技術方面的有限元法結合運用更是鮮有。相較X線與超聲而言，CT/MRI圖像法在醫學有限元建模中應用更為普遍。MRI技術具有很高的組織對比分辨率、解析高以及無離子化輻射等特點，能清晰顯示人體結構的組織學差異和生化變化。基于MRI圖像能獲得細致的幾何模型。但MRI偏向于對肌腱、韌帶等軟組織的分辨，對骨的分辨不如CT清晰。此外，目前國內常用的核磁共振機掃描層厚和掃描間距一般都在2mm以上，無法獲得更詳細的幾何數據，影響到重建圖像的清晰度精確性。基于CT掃描獲得幾何數據的建模的方法目前應用最為廣泛。CT根據密度不同來確定信號的強弱，可以通過調節掃描條件，使任何復雜形態和各種密度的組織都有較高的分辨率，適用于任何復雜形態和各種密度的三維結構。可清晰顯示骨與軟組織的邊界，通過醫學成像系統能獲得骨骼比較準確的幾何數據，其不足之處在于對軟組織的分辨率相對較低，無法從醫學成像系統獲得準確的肌肉、韌帶、腔等組織幾何數據，須參考相關解剖資料。CT/MRI數據重建的三維模型，能夠真實的再現被掃描對象的表面特征及內部結構，CT的空間分辨率高于MRI，CT對骨組織與軟組織邊界顯示更為清晰，而MRI的對比分辨率高于CT，特別是軟組織對比明顯優于CT。通過CT結合MRI法將能融合二者優勢，但對研究者圖像處理技術有更高的要求。通過文獻檢索發現，目前CT提取骨組織結合MRI提取軟組織方法的研究報道較少。徐志才[6]等基于CT影像數據構建了包含股骨、脛骨和腓骨的實體模型，并基于MRI影像數據構建了包含股骨軟骨、脛骨軟骨、內外側半月板和內外側副韌帶的三維實體模型。將CT和MRI影像數據進行配準融合，獲得包含骨性和非骨性結構的膝關節三維實體模型。
2 有限元建模的常用軟件
人體生物力學有限元模型的精確性對有限元分析結果的合理性有直接影響。三維重建技術與有限元方法及其他虛擬現實技術的結合是未來發展的方向，這有賴于這些集成強大圖像處理功能的有限元軟件的發展。常用的建模輔助軟件有：MIMlCS、MATLAB、CAD、Geomagic Studio等軟件。其中最常用的是MIMlCS軟件，它的FEA模塊可以將掃描輸入的數據進行快速處理建立3D模型，然后對表面進行網格劃分以應用在有限元分析中。它還可基于掃描數據的亨氏單位對體網格進行材質分配。MIMICS的網格重劃功能能方便地將不規則三角片轉化成趨近于等邊的三角片，顯著提高STL模型的質量和處理速度，對輸入數據進行最大限度的優化，目前版本已發展到MIMICS17.0。現常用有限元軟件有：Ansys、ABAQUS、NASTRAN、COSMOS等。其中最常用的是Ansys軟件，目前版本已發展到Ansys15.0。
3 手部三維有限元的運用進展
手部因其解剖結構復雜、運動靈活精細、力學分析困難的周圍組織對手部力學因素有重要影響等方面原因，研究較人體其它部位明顯偏少。在工程領域方面，楊德偉[7]等基于CT掃描數據結合ABAQUS軟件建立了手抓握模型。幾何模型通過人手CT掃描后簡化處理得到，建立的手模型簡化為以皮膚、肌肉、神經、血管等軟組織為整體的軟組織模型和手部骨骼模型兩部分，手部復雜的組織結構未曾細化。抓握功能通過參數約束、程序運動規劃控制下實現，而并非基于神經肌電活動模擬，也非通過骨、肌肉施加荷載得到，本模型在工程領域有一定實用價值，但遠不能滿足醫學研究的需要；陳志翔[8]等在研究機器人虛擬手過程中，通過參考手部解剖結構，建立手部肌肉模型，并以程序設計約束指間運動關系，通過控制肌肉收縮量來實現手指運動，較好的擬真了手指運動機理。但模型基于數學方程人為控制，而非通過人手實際解剖結構獲得。在醫學領域方面，Carrigan等[9]通過CT掃描，最先建立了包括韌帶、軟骨、8塊骨骼在內的手腕關節復合模型；國外的Ko等和國內的郭欣等[10]都建立了腕管的三維有限元模型，為進一步探討腕部結構的力學行為提供了一個可操作的平臺；Anderson等[11]最早通過腕關節三維有限元模型模擬了創傷性關節炎病理改變；Bajuri MN[12]等通過CT掃描，參照診斷標準，建立了首例類風濕性關節炎患者腕關節三維有限元模型。國內其它學者也以解決臨床問題為出發點，對手的部分結構三維有限元模型的建立進行了積極的探索，如孟立民[13]建立了第一、二掌骨和大多角骨三維有限元模型，并模擬Bennett骨折和微型外固定器外固定及克氏針內固定治療情形，研究兩種治療方法優劣問題；董謝平等[14]以中國力學可視人原始資料為依據，構建帶軟組織的正常手腕和佩帶腕保護器手腕的三維有限元模型，驗證了腕保護器防護腕部骨折的有效性；顏冰珊等[15]建立了正常下尺橈關節三維有限元模型研究了前臂橈骨骨折的臨床問題；張浩[16]等基于現有個人電腦平臺，建立了腕關節有限元模型，進一步證明利用醫學圖像處理軟件和三維重建軟件準確、快捷地構建腕關節的三維有限元模型有可行性。
4 小結
手部建模是虛擬現實領域研究的熱點之一，在工程領域主要是機器人手的擬真研究，尤重抓握功能，在醫學領域更多涉及腕關節這一部分結構，囊括手部骨骼、關節、肌肉、韌帶、筋膜、血管、神經、皮膚等組織結構較完整的手部有限元模型尚未見諸報道。手部的骨骼、關節數目較多、相互關聯較復雜，是一個復合性的機械結構，在建模時要同時考慮到骨骼、關節面、韌帶、肌腱及其它周圍組織在生物力學中的作用。目前，手部有限元建模研究較人體其它部位少，還沒有形成較完整、成熟的模型，更沒有統一的建模標準。如何將三維可視化手建成物理手的有限元模型是現階段研究難點，也是實現虛擬生理手模型建立的必然階段，相信隨著計算機技術的進步及多學科更好的融合，手部有限元模型研究將有更為廣闊的前景。
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第7篇：生物醫學工程綜述范文
[關鍵字]PLA骨釘；生物可降解材料；金屬合金材料；內置骨固定材料；二次手術；并發癥
[ABSTRACT]In biomedical polymer material field, biodegradable materials increasingly attracted people’s attention. Biocompatibility, no need to reoperation of biodegradable materials bone-screw was becoming hotspot. This paper reviews the bone-screw materials by metal alloy to biodegradable materials, and the development of the PLA’s performance and modification, currently PLA bone-screw research achievements.
[Key words]PLA bone-screw； biodegradable materials；metal alloy materials；the field of medicine； a second surgery； complications
1綜述
骨釘是一種骨內固定物，具有固定、維持骨折處的穩定的作用。[1]骨折愈合的基本病理過程包括骨折局部血腫機化、骨痂形成和骨塑形成3個階段。根據Wolf定律，生物學骨折固定的要求為：在骨折愈合早期使骨斷端堅強固定；在骨痂形成期（臨床愈合期）使骨折斷端有微動；在骨折臨床愈合后進入骨塑形期，骨折局部應有應力通過等。[2]即骨折內固定物必須具有在骨折處最小移動的幾何對齊、傳遞壓力功能和避免過度拉或剪切應力通過的作用。
隨著現代醫學的發展，對材料的性能提出了復雜而嚴格的多功能要求，這是大多數金屬材料和無機材料難以滿足的；而合成高分子材料與生物體（天然高分子）則有著極其相似的化學結構，具有良好的物理－機械性能，一定的生物相容性及簡便的生產、加工成型特性，使其在生物醫用領域占絕對優勢。其中，生物可降解高分子最引人注目。因為醫用高分子除具有一定的強度、剛度、韌性及生物學相容性外，還必須具備一定的生物降解性，以便被生物體內吸收或排泄，可以免除患者需二次手術的痛苦。[3]骨釘也由原來的金屬合金骨釘向生物可降解材料骨釘發展。
1.1骨釘材料的發展
60年代初，骨折部位的內固定并不是用骨釘，而是用骨水泥粘接。初期的骨水泥是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），PMMA生物穩定，如果固定失敗，將很難從骨中除去而對人體產生不良影響。于是發展了非骨水泥方法用螺釘代替粘接，以求早期固定，一旦待新生骨向預留孔隙間生長達到一足應力要求后，金屬螺釘將被取出。[4]以金屬螺釘作為骨的內固定物標志著固定的誕生。重點介紹骨釘材料的兩種類型。
1.1.1金屬型
金屬合金材料（不銹鋼、鈷基合金、鈦合金等）骨釘具有良好的力學性能，能實現早期的堅強固定，尤其是承受重力的骨，療效可靠。但其有三個顯著的缺點：①由于金屬合金材料骨釘的力學性能和人體致密骨的不匹配，而且其力學性能不能隨骨折愈合過程而動態變化，出現了醫學上的“應力遮擋效應”，導致骨質疏松或自身骨退化，影響骨愈合后的強度。[5]②這種金屬合金材料材質決定了其長期埋入人體組織體液內，易于電解磨損和腐蝕，導致局部的炎癥反應和組織壞死。③金屬合金材料骨釘需要進行二次去除手術，增加患者經濟、心理及身體上的負擔。
90年代初，生物陶瓷引起了人們的重視。在骨釘領域也得到了應用。在金屬合金材料骨釘表面涂上一層Al2O3或ZrO2陶瓷涂層，其隔絕了金屬與骨組織等直接，避免了上述金屬合金材料骨釘的前兩個缺點。而且含有人體骨組織等形成的化學元素成分的陶瓷涂層直接和骨組織等形成了礦化物的結合，對生物相容性差的金屬合金材料骨釘意義重大。
非晶金剛石涂層具有優良的耐用性，即使一些骨釘被安裝了很多次也沒有明顯的分層。由于涂層的惰性和生物多樣性使得機體產生最低限度的反應，提高骨連接的速率。
無論是生物陶瓷涂層，還是非晶金剛石涂層，這些無機涂層對在一定程度上提高了金屬合金材料骨釘的性能。
1.1.2生物可降解材料骨釘
隨著現代醫學的發展，生物可降解材料現己成為骨內固定材料研究的熱點。
生物可降解性骨釘具有生物可降解吸收性和力學性能的衰減性，免除患者需二次手術的痛苦。生物可降解性骨釘的三個優勢恰好是金屬合金材料骨釘的缺點。在理論上最符合骨折生物學固定的要求。
使用高強度的可降解吸收性材料作骨內固定材料，在骨折早期能實現堅強固定，隨著自身骨的愈合，可降解材料的強度、剛度不斷衰減，其載荷可逐步轉到新生骨上，滿足骨折愈合動力學的要求。克服了應力遮擋，提高了自身骨的修復效果。因此，高強度的可降解吸收性骨內固定材料在骨內固定治療中具有重要的科學意義和廣闊的應用前景。[2]
在體內能被降解吸收的有機低分子化合物有許多，但具備骨折內固定物所需要的理化特性的卻僅有很少幾種。比較適宜的是聚乳酸（PLA）、聚乙醇酸和聚對二氧六環。除了這些同聚體外，各種聚乙醇酸和聚乳酸的共聚體也必被廣泛試用。這些化合物在化學結構上屬α－聚酯。[6]特別值得一提的是，聚己內酯（PCL）作為骨釘已應用于臨床。
可吸收固定物的價格昂貴。一付55mm纖維增強棒的價格是同型號金屬表層多孔螺絲的15倍。一根歐洲進口的生物可降解材料骨釘需要一千多元。
1.2目前PLA骨釘的研究成果
1.2.1聚乳酸（PLA）
聚乳酸（PLA），也稱聚丙交酯，是一種新型的生物降解材料，使用可再生的植物資源（如玉米）所提出的淀粉原料制成。淀粉原料經由發酵過程制成乳酸，再通過化學合成轉換成聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，聚乳酸制品廢棄后在土壤或水中，3O天內[7]會在微生物、水、酸和堿的作用下徹底分解成CO2和H2O，不污染環境，這對保護環境非常有利，是公認的環境友好材料。因此，聚乳酸是一種真正意義上的能完全降解的生物環保材料，被視為繼金屬材料、無機材料、高分子材料之后的“第四類新材料”[8]。
PLA是一種重要的脂肪族聚酯類生物降解材料，無毒、無刺激，具有良好的生物相容性，在生物醫學領域被廣泛用作組織工程、人體器官、藥物控制釋放、仿生智能等材料。然而，PLA存在不少缺陷，比如性脆（純的PLA斷裂伸長率僅為6％[9]）、耐沖擊性差、在自然條件下降解速率較慢、與軟組織的相容性差、合成過程較為復雜造成產品價位高等，不利于PLA的廣泛應用。因此，對PLA進行改性制備PLA基生物降解性高分子材料成為高分子材料研發的熱點。[10]PLA改性方法主要有物理改性：如填充、增塑、共混；化學改性：如嵌段共聚、接枝共聚。
尤其是PLA的脆性大、抗沖擊性差極大的限制了其在骨釘領域的發展，因此，需要對其進行增韌改性。增韌改性可以通過共混和共聚兩大類方法來進行。其中，共混增韌是獲得新型聚合物材料的最有效方法，且投入少，見效快，效益高。PLA與PBS（聚丁二酸丁二醇酯）、PBAT（聚己二酸-對苯二甲酸丁二酯）等可生物降解樹脂共混，材料受到沖擊時，內部會形成微裂紋而吸收大量的能量，從而起到很好的增韌效果。[11]共聚增韌是通過與其他單體進行共聚反應，在PLA分子鏈上引入另一種分子鏈，降低分子鏈的規整度，或者削弱高分子鏈間的相互作用力，可提高PLA的抗沖擊性能。
1.2.2 PLA骨釘的研究成果
大多數的PLA骨釘研究結果表明，在一定時間內，PLA骨釘和金屬合金材料骨釘的治療效果無顯著性差別，但PLA骨釘不需要二次取出手術顯示了明顯的優勢。這種優勢使得PLA骨釘、PCL骨釘等生物可降解材料骨釘的研究日益受到重視。
Bostman在五年內治療了881例不同類型的骨折患者。在相同的治療時間內，與ASIF型釘板固定作比較，結果表明無明顯差異。Verkeyen等人用羥基磷灰石充填聚乳酸（PLLA-HA）材料，研究表明，其具有很高的壓縮強度和抗張強度。[12]1984年Tormala等研制出自增強聚羥基乙酸和自增強聚L乳酸等可吸收性骨內固定復合材料，其強度可與ASIF相媲美，已應用于臨床治療腳部骨折。[12]
浙江溫州市第三人民醫院胸心外科鄒宗望[13]等用左旋聚乳酸骨釘對19例多發性肋骨骨折患者治療，結果均治愈且無并發癥。Partio等[14]用左旋聚乳酸螺絲固定51例多處骨折患者無一失敗。
但在眾多研究成果出現的同時，有的研究發現，PLA骨釘植入體內會引發并發癥。Bostman等[15]查閱了一個創傷中心516例用聚乙醇酸或聚乙醇酸和聚乳酸共聚物制作棒治療患者的情況，經過統計得：固定失敗需再次進行手術的概率為1.2%，切口細菌感染率為1.7%，遲發非細菌性炎性組織反應需手術引流率為7.7%。遲發炎癥反應的主要特點是相當持久，手術后近期內患者沒有局部或全身因創口問題的特征。之后，在愈合創口上突然產生疼痛、紅斑及波動性膿腫。骨折固定至臨床反應出現平均時間為12周（7-12周）。據文獻[16]報道，PLLA植入人體3年后，在緩慢降解的后期出現炎癥和腫脹并發癥。
1.3總結
目前，雖然金屬合金骨釘技術已經非常成熟，但是生物可降解材料骨釘不可比擬的優勢――生物可降解吸收性、力學性能的衰減性和免除患者需二次手術痛苦，正在推動其迅速發展。PLA的脆性、抗沖擊性差、在自然條件下降解速率較慢、與軟組織的相容性差、合成過程較為復雜造成產品價位高等限制了其發展，尤其脆性、抗沖擊性差極大阻礙了其作為骨釘的臨床應用，所以對PLA進行增韌改性，使其具有骨釘高強度、高抗沖擊性能的要求。目前，PLA骨釘已成為研究的熱點。眾多研究表明，同一時期內，PLA骨釘固定骨折的效果和金屬合金材料無明顯差別，而且無需進行二次手術。但也有少部分研究表明PLA骨釘將引發并發癥，這將有待進一步的實驗研究。
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第8篇：生物醫學工程綜述范文
關鍵詞：腦機接口；p300；預處理；特征提取；分類算法
1 引言
腦機接口（bci）是一個系統，允許用戶與環境的溝通，只有通過大腦活動，而無需使用肌肉輸出通道。它涉及了神經科學，信號檢測，信號處理，模式識別等多種領域。要建立大腦和外界設備之間的聯系，首先要測量大腦活動，然后進行處理分析信號數據，再進行機器學習（訓練分類模型）實行分類，進而實現用戶的意圖。p300電位是當視覺受到外界特殊刺激時腦電信號出現一個波峰，其峰值大約出現在相關事件發生后的300ms。其優勢特點是被試驗之前不需要進行訓練即可成功誘發出來。因此p300電位是腦-機接口常用的一種信號。文中所用數據是bci competition 2003的data set iib離線數據集。大致處理過程可以描述為：原始信號數據預處理特征選擇與提取選擇并訓練分類模型分類結果測試分類算法效果根據效果調整分類模型得出理想的分類結果。
2 處理數據的算法步驟
2.1 單次樣本提取：因為p300電位一般出現在刺激后的300ms左右，所以通過分類精度驗證后，本文截取從每次閃爍開始后100ms到700ms長度的數據作為一個單次樣本，這樣將訓練集的前30個trial的數據組成一個30×12×15×144×64維的原始特征空間。
2.2 數據預處理：由于采集到的原始數據中一般會含有眼電，肌肉以及外界干擾等因素（如測量儀器或環境干擾等）的噪音信號，以及p300電位的低頻特性，所以需要對原始數據進行預處理，本文主要涉及數據精度的轉化以及低通濾波。論文突出在打破了前人已有經驗的限制，將p300電位的頻帶范圍更加精確化，更是體現了p300電位的低頻特征，文章選擇采用matlab自帶的信號處理工具箱設計了一個合適的濾波器，以帶通替代低通設計了10階butterworth（iir）帶通濾波器，帶寬為0.05hz～7.5hz。不同頻帶域對應的實驗準確率如表1。其中10階可以通俗理解為過濾次數，一般來說過濾次數越多濾波效果就越好，但是同時也加重了程序運行負擔，因此選擇適當的濾波階數也是很關鍵的一步。
表1
2.3 特征選擇與提取：首先對電極進行篩選，因為并不是所有電極都能明顯體現p300特征，所以需要把那些p300特征比較明顯的電極篩選出來。通過多次準確率比較論文選擇了22個導聯（用ne表示）作為特征電極，對應編號為：11，13，14，18，19，20，34，47，51-64。比較準確率時采用隨機增加通道，能提高準確率的通道保留，反之舍棄的方法。其次，為了提高訓練模型的速度，需要對特征空間進行降維處理，本文嘗試過兩種降維方式，一是將相鄰6個采樣點的平均值作為一個特征點，二是每隔6個采樣點取一個特征點，事實證明后者的程序簡單而且準確率并高于前者，所以采用后者的方法將預處理后的數據降維。再關于試驗重復次數求平均，至此每個trial只剩24個特征點（用ne表示）。并將其特征電極與特征點結合考慮作為每個trial的特征向量。這樣將得到前30個訓練數據的特征空間為（30·12）×（ne·nt）即為360×528維的特征空間。
2.4 規范化特征空間：就是將特征空間向量投射到特定的小范圍內，如-1.0～1.0或0.0～1.0。文章采用向量單位化的方法將其投射到0.0～1.0范圍內。規范化可以消除數值型屬性因為大小不一而帶來的特征分類偏差。這個過程對于提高腦機接口信息傳遞效率很重要。
2.5 訓練分類模型：將特征提取得到的已知目標字符的數據作為訓練集，利用c-svc（c-支持向量分類）選擇線性核函數u'*v對其進行訓練，其中樣本特征是屬于二分類樣本集，分別用-1和1標記兩種樣本類別。
3 分類結果
將訓練出的分類器應用于等量的未知目標字符的測試數據集，推斷出所選擇的字符。并計算分類準確率：accuracy=■×100%。論文通過上述算法得到的最高準確率達90.00%。相應不同重復次數文章分別測試了對應準確率，見圖1。
圖1
4 結束語
文中選擇了22個通道數據進行處理得到了很好的分類效果，但是否這22個特征電極就適用任何群體的實驗數據，本文并未明確給出。但至少文中所用的通道及其篩選方
法可以為相關研究者提供參考。論文關于p300電位的低頻特性到底低到什么程度也只是對文中所用數據作了驗證，是不是普遍結論還有待這方面的研究者進一步探討。總之本文所用的處理算法對提高整個bci系統的總體數據傳輸率起了積極作用。
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第9篇：生物醫學工程綜述范文
1口腔腫瘤術后下頜骨缺損及其并發癥
1.1口腔腫瘤術后下頜骨缺損
口腔頜面部具有一個豐富的淋巴系統，口腔癌一般都有下頜骨骨膜的侵犯。Sudhir對22例口腔癌是否侵犯下頜骨進行探究，分別用X線、CT檢查，發現有21例均有下頜骨的侵犯，并且和術后組織學相對照，其陽性率是一致的［2］。Tsuchimochi等用99mTcMDP骨掃描顯示腫瘤引起了下頜骨松質骨的侵犯［3］。因此從腫瘤外科原則出發，必須作下頜骨切除，勢必會引起下頜骨的缺損。
1.2下頜骨缺損的并發癥
下頜骨缺損不僅僅影響面部美容，更重要的是可以引起如言語、吞咽、呼吸等功能的障礙。McConnel等對下頜骨切除后的病人進行口咽吞咽效率(OPSE)的檢測，發現平均的OPSE值明顯低于正常值，30個病例中有8例不能進食，其余只能進點流質［4］。Haribhakti也證實了下頜骨缺損可引起呼吸困難、睡眠質量差、下齒槽神經損傷的各種并發癥，使患者的生活質量大大降低［5］。
2組織工程學骨再造的主要探究進展
組織工程學(tissueengineering)是生物醫學工程中的一個新的分支，是應用生命科學工程學的原理和技術，設計、構造、改良、培育和保養活組織，以修復或重建組織器官的結構，維持或改善組織器官功能的一門新興的邊緣學科。其基本方法是將體外擴增的正常組織細胞，吸附到一種生物相容性良好并可被機體吸收的生物材料上，然后植入機體缺損部位，細胞在生物材料逐漸降解吸收過程中形成新的組織，達到修復缺損，重建功能的目的。Vacanti［6］等運用組織工程技術在裸鼠身上再生軟骨，國外已有較多的有關軟骨組織的組織工程［7］；國內曹誼林教授首次采用組織工程技術在裸鼠體內再生了帶血管的骨組織，并用于修復骨缺損，為骨組織缺損的修復提供了一條新的思路和途徑。
骨組織的再生要求有三個基本的生物學因素參和，即細胞、生長和分化因子、細胞外基質材料，這也是當今組織工程探究中的三大課題。源細胞經過培養可以分化成成骨細胞；生長分化誘導因子可以促進成骨細胞的分化增殖，保持成骨細胞不衰老；生物可降解材料可作為細胞支架，支持細胞的附著、遷移和分化［8］。
2.1種子細胞(成骨細胞)
2.1.1來源的選擇
理想的骨組織工程學種子細胞應具備下列特征摘要：(1)取材輕易，對機體損傷小；(2)在體外培養中易定向分化為成骨細胞和具有較強的傳代繁殖力；(3)植入機體后能適應受區的環境并保持成骨活性，有以下四種來源［9］。
2.1.1.1胚胎骨摘要：
目前較多使用的是胚胎或新生動物骨或人胚胎骨。由骨分離出的細胞主要含有4種成分摘要：骨內膜細胞、骨外膜細胞、骨細胞、未分化的間充質細胞。在體外培養中表現為兩種形態摘要：可貼壁的成纖維細胞樣細胞和不貼壁的圓球型細胞。利用骨作為來源獲得的細胞在體外較易定向分化為成骨細胞，且具有生長迅速，傳代繁殖快的優點。但此法會對患者造成手術損傷且供源有限。
2.1.1.2骨外膜摘要：
骨外膜分為內外兩層。其中內層含有較多的骨原細胞和成骨細胞。已有較多的探究證實［10］來源于骨膜的細胞具有很強的傳代繁殖和定向分化成骨細胞的能力，植入機體后能適應受區的環境，保持成骨活性，并最終通過軟骨成骨而修復骨缺損，是目前廣泛應用的成骨細胞來源。
2.1.1.3骨髓摘要：
骨髓分造血和基質兩大系統，其成骨能力來源于基質，骨髓基質細胞稱作成纖維細胞集落形成單位，它具有多向分化潛能。骨髓具有取材方便、對供體損傷小、有流動性和可經皮注射等優點，具有廣闊的發展前景。
2.1.1.4骨外組織摘要：
骨外組織如表皮細胞、成纖維細胞，這些起源于胚胎時期間充質的骨外部位的骨祖細胞稱作誘導性祖細胞(IOPC)。此法取材輕易，對人體的創傷較小，體外培養傳代繁殖力較強，提供了一條新的成骨細胞來源。
2.1.2成骨細胞和生物降解聚合物的體外培養
Attawia［11］等將成骨細胞種植在聚羥乙酸支架上，并在含10%胎牛血清的培養液中培養。7～10天后，成骨細胞粘附到聚合物支架上，并發生增殖，培養液中有鈣化骨形成。Cooper［12］也進行了類似的探究，將成骨細胞分別種植到PMA、CPH、PMA/CPH共聚物上，2周的體外培養期間，成骨細胞發生了粘附、增殖，表達了較高的堿性磷酸酶活性，并有膠原合成。這些探究說明摘要：種植到支架上的成骨細胞在合適的營養環境中，能和聚合物很好地結合，并保持其增殖和成骨功能。
2.1.3成骨細胞形成骨組織的最佳細胞濃度
種子細胞的選擇是組織工程修復缺損的關鍵步驟。適當的種子細胞濃度既可以直接修復缺損，又可以通過分泌細胞生長因子，促進間充質未分化細胞向種子細胞轉化，加速愈合［13］。濃度過低，基質和細胞因子分泌不足，將限制細胞的生長。濃度過高，細胞之間將過早發生接觸抑制，在取材上也有困難。夏萬堯、曹誼林等的實驗選擇濃度從10×106/ml～70×106/ml的細胞進行探究，并作HE、Safranin染色觀察，結果確定接種細胞濃度為50×106/ml時形成的軟骨組織最佳［4］。至于骨組織形成的最佳細胞濃度尚有待進一步探究和探索。
2.1.4成骨細胞和環境的關系
2.1.4.1成骨細胞和細胞基質(ECM)的關系摘要：
成骨細胞的ECM包括無機和有機兩部分，無機鹽以羥基磷在石形式存在，主要功能為增強骨組織的力學強度；有機成分以Ⅰ型膠原為主，還包括骨鈣素，骨橋蛋白，骨連接蛋白，纖維連接蛋白，層粘連蛋白等無定形基質。目前認為有機成分在成骨細胞增殖、分化過程中發揮重要功能。Nolan［15］等證實成骨細胞在脫鈣骨基質上有很強的粘附和增殖能力。其中Ⅰ型膠原可刺激多潛能間充質細胞向成骨細胞方向轉化，并促進成骨細胞表達堿性磷酸酶。
2.1.4.2成骨細胞和物理力的關系摘要：
把細胞基質結合物放入鑄模里，使它們承受減切力、張力和其他一些在生長過程中受到的已知力，這也是設計和組織工程所需要的。施加物理力是形成和推動基因活動的重要因素，探究證實機械應力可促進成骨細胞表達β1Intergrin,從而增加成骨量［16］。
2.1.4.3成骨細胞和血管內皮細胞的關系摘要：在骨的改建過程中，成骨和血管化是密切相關的。血管內皮細胞可合成和分泌一系列可溶性的調節介質，包括生長因子和細胞因子，這些因子具有控制成骨細胞增殖、分化等功能；另一方面，Wang［17］等證實成骨細胞能分泌血管內皮細胞生長因子(VEGF)、FGF等促血管形成因子，功能于內皮細胞，促進血管形成。
2.2生物可降解材料
生物可降解材料又稱為細胞外支架材料，理想的材料應具備下列條件摘要：(1)良好的生物相容性；(2)良好的生物降解性，材料可最終被受植床組織完全替代；(3)易加工成型，并具一定的強度，抑制后能保持原狀；(4)材料表面易于細胞粘附且不影響其增殖分化。
組織工程中應用的材料有天然材料和人工合成的高分子聚合物材料。天然材料如膠原、脫礦骨等；目前最受人青睞的材料是一些合成的生物降解聚合物如聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)和PLA/PGA共聚物。PLA和PGA具有良好的生物相容性和生物降解性，其代謝產物可通過代謝途徑或經腎臟排出體外。學者們對這類材料探究取得了較大的進展，如Whang等［18］采用層壓技術將聚合物制成三維立體多孔結構，其孔隙率達90%，孔的平均大小在16～32microm，組織形態學觀察其成骨量要明顯高于對照組，這樣的微孔結構給種植細胞提供了較大的粘附面并有利于粘附的細胞和四周環境交換營養、氣體和廢物排泄。
最近有學者用脫乙酰的甲殼質(chitosan)和磷酸三鈣(TCP)復合的海綿球作為成骨細胞培養的基質，發現該材料促進了成骨細胞的增殖和分化，有較高的堿性磷酸酶的表達及礦物化；光鏡和電鏡顯示成骨細胞很好地附著在海綿球表面，并在14天時看到骨樣物質的沉積［19］。
2.3生長調節因子
生長調節因子主要是生長因子和細胞因子。在組織工程中，某些種子細胞在體外傳代培養后，經過一段時間后，細胞極易衰老，而生長因子能調節骨種子細胞的增殖和分化。對成骨細胞起著重要調節功能的生長因子有轉化生長因子β(TGFβ)，胰島素樣生長因子(IGF)，骨形態發生蛋白(BMP)，堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)，血小板衍生生長因子(PDGF)等。
成骨細胞本身可合成分泌TGFβ，細胞膜上有TGFβ的特異性受體，TGFβ功能于體外培養的成骨細胞，抑制其DNA的合成和AKP活性，促進膠原蛋白和非膠原蛋白的合成［20］。bFGF起著形態發生因子和促有絲分裂功能，刺激骨細胞的DNA合成，減弱OC、AKP的mRNA表達。PDGF可促進成骨細胞增殖，但對膠原合成無影響。BMP可誘導血管四周間充質細胞不可逆地向成骨細胞系方向轉化，提高成骨細胞的AKP活性。IGF在骨組織中含量較高，約(1mg/kg)，可刺激成骨細胞增殖，促進膠原蛋白的合成。
Strayhorn［21］等采用鼠成骨前細胞株MC3T3E1和Northern雜交分析法探究了各類生長因子對成骨細胞增殖及相關基因的表達，顯示單用PDGF抑制IGFmRNA的表達，阻斷了骨鈣素基因的表達，而單用IGF及BMP增加相關基因的表達。探究同時發現PDGF/IGF合用明顯增強增殖分化相關基因的mRNA表達，促進了骨的形成。由此可見，生長因子之間的協同或拮抗功能還是很明顯的，單一生長因子的功能或其濃度和劑量的改變是否會影響成骨細胞的增殖分化尚待進一步探究。
2.4臨床前試驗探究
臨床前試驗也即動物實驗，其目的在于了解成骨細胞在體內的生長代謝、成骨情況以及生物材料的特性。
2.4.1成骨細胞—生物降解材料復合物移植于皮下的成骨功能
Levy［22］等在體外培養探究的基礎上，將成骨細胞—PGA復合體移植到裸鼠背部皮下觀察其成骨情況。植入后6周觀察有軟骨形成，在侵入的血管四周有新生的骨組織；20周時，可見大塊骨組織形成。由此可見，成骨細胞—生物材料植入體內后先形成軟骨，然后經歷血管侵入和形態發生而形成骨組織。
2.4.2成骨細胞—生物降解材料復合物移植修復缺損
Lewandrowski［23］等用種植有成骨細胞聚合物修復骨缺損，以單純聚合物植入作對照，發現實驗組在術后1周即出現編織骨組織形成，至第4周時，新生骨組織漸趨成熟，至第8周時，缺損完全為骨組織充填，生物材料已完全降解吸收，未見免疫細胞浸潤，Safrainin0染色陽性。
用帶血管蒂的骨修復骨質缺損有很多優點，但這種移植材料取材極有限，能否利用組織工程技術來制造這種帶蒂的骨修復材料又是當今的一大熱點。已有學者［24］從胎牛肱骨骨膜分離的成骨細胞種植到聚合物支架上，體外培養2周后，將成骨細胞—聚合物復合體移植到無胸腺大鼠的右股血管四周，術后9周形成了新生的骨組織，最終形成了帶血管蒂的小梁骨。
3組織工程學在頜骨缺損修復中的應用
下頜骨缺損的修復(尤其是腫瘤性的)一直是口腔頜面外科的難題，探究合適的骨缺損修復材料顯得尤為必要。Henning［25］等在制作小豬下頜骨缺損模型的基礎上，把聚乳酸和成骨細胞的復合物植入缺損區，再加上bFGF，采用三維模式觀察骨組織的生長情況。結果發現新生骨組織均可在此支架上附著，并提出了較適宜的bFGF濃度為8μg/ml。組織工程骨再造在頜骨缺損修復的臨床前試驗有待進一步探究。
4組織工程骨再造的應用前景和存在新問題
以細胞和生物降解聚合物復合移植來恢復、保持和改善組織功能為特征的組織工程學技術為骨的修復提供了新的方法［26］，和其他骨修復方法相比具有以下優點摘要：(1)需要的供體組織少(細胞可在體外培養、增殖)；(2)可根據修復缺損的需要將植入物制成精確的三維外形。我們可以通過成骨細胞和生物降解材料的混合培養、骨的塑形及動物實驗來進行特定形態骨再造的探究，以此可以修復大量的腫瘤性骨缺損的病例，其應用前景是光明的，但仍存在下列新問題摘要：(1)現有的合成性生物降解聚合物強度不足，受力時易變形，這樣會損傷移植的細胞，材料性能有待進一步探究；(2)種子細胞的衰老新問題，尚需進一步探究生長因子對成骨細胞的功能；(3)對于非凡解剖形態的頜骨部位，如何將細胞—生物材料復合體固定到骨缺損區也是一個重要新問題。
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