時(shí)間：2022-07-20 09:08:11
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【摘要】現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程是一門多學(xué)科的交叉學(xué)科，它作為一門獨(dú)立學(xué)科發(fā)展的歷史尚不足50年，但由于它在保障人類健康和為疾病的預(yù)防、診斷、治療、康復(fù)服務(wù)等方面所起的巨大作用?，F(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程已經(jīng)成為當(dāng)前醫(yī)療保健性產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)和支柱。本文主要介紹了國(guó)內(nèi)現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展現(xiàn)狀。
【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程；發(fā)展現(xiàn)狀
0.前言
一旦提及醫(yī)學(xué)，讓人第一時(shí)間想到的就是疾病，醫(yī)院，健康，病人等等。現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程也不例外，作為一個(gè)多學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科，現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程也在為人類的健康事業(yè)默默地奉獻(xiàn)著。
隨著社會(huì)水平的極大提高，人們把視角從生存轉(zhuǎn)移到生活上來，進(jìn)而就是思考如何更好的生活。不言而喻，一個(gè)健康的身體是一切生活活動(dòng)的前提和保證。如何健康的生活，如何準(zhǔn)確及時(shí)地檢查出病人的疾病，如何將現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備改進(jìn)，如何開發(fā)出更具使用價(jià)值的醫(yī)療器械等等，都成為生物醫(yī)學(xué)工程所要考慮的問題。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)的理論和方法而發(fā)展起來的邊緣性學(xué)科，其基本任務(wù)是運(yùn)用工程技術(shù)手段，研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的研究是以應(yīng)用基礎(chǔ)性研究為主，其領(lǐng)域十分廣泛，并在不斷擴(kuò)展之中。就現(xiàn)階段而言，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的研究主要涉及生物力學(xué)、生物材料學(xué)、人工器官、生物系統(tǒng)的建模與控制、物理因子的生物效應(yīng)、生物系統(tǒng)的質(zhì)量和能量傳遞、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)與傳感器原理、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理方法、醫(yī)學(xué)成像和圖像處理方法、治療與康復(fù)的工程方法等。
1.國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
1.1發(fā)展還不完善
中國(guó)的現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展較晚，相對(duì)于國(guó)外一些發(fā)展較早的國(guó)家來說，我們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還很淺顯，跟國(guó)外一些技術(shù)先進(jìn)國(guó)家的距離還很遠(yuǎn)，很多人包括一些從事其研究的人對(duì)它都有或多或少負(fù)面的評(píng)價(jià)，他們普遍認(rèn)為現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程是一個(gè)生物、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)的交叉學(xué)科，但實(shí)際的培養(yǎng)計(jì)劃中生物、醫(yī)學(xué)學(xué)的很少，電子學(xué)得多些，學(xué)科廣而不專，就業(yè)不好。它尚未形成自己的獨(dú)立基礎(chǔ)理論與知識(shí)體系，以融合各交叉學(xué)科知識(shí)為自己的基礎(chǔ) ，缺乏永恒的研究主題與固有的中心目標(biāo)，隨交叉學(xué)科的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)象的需求而變化。很多學(xué)習(xí)現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程的人對(duì)自己的專業(yè)抱有消極的態(tài)度，對(duì)自己的前途感到渺茫，就業(yè)形勢(shì)不是很樂觀，這也反映了現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展不完善，沒有形成很好的體系，沒有在國(guó)內(nèi)高校中產(chǎn)生普遍影響力。
1.2發(fā)展方向不夠全面
現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程就目前的情況來看，還主要將目光著眼于醫(yī)療器械的研發(fā)和使用，發(fā)展方向比較單一。僅僅著眼于醫(yī)療器械而不是全面的發(fā)展，就會(huì)產(chǎn)生很大的局限性。這也深深影響著在這一領(lǐng)域?qū)W習(xí)的學(xué)生，不能使他們從一開始就形成一種將自己的研究全面化的思想，使學(xué)生的學(xué)習(xí)變得保守，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)的動(dòng)力，這樣就不利于生物醫(yī)學(xué)工程更好的發(fā)展。
1.3包含的學(xué)科多雜
我們知道，現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程是綜合了生命科學(xué)和工程技術(shù)，理、工、醫(yī)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科，是一門多學(xué)科交融的邊緣學(xué)科，其中工程學(xué)又包括電子學(xué)，計(jì)算機(jī)科學(xué)，力學(xué)，材料科學(xué)，機(jī)械制造學(xué)等。生物醫(yī)學(xué)包括生物學(xué)，神經(jīng)科學(xué)，內(nèi)科學(xué)，外科學(xué)，矯形科學(xué)等。現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)是生物醫(yī)學(xué)，但是在解決一些生物醫(yī)學(xué)問題的時(shí)候往往要借助于工程學(xué)的知識(shí)，掌握工程學(xué)的知識(shí)對(duì)于更好的掌握生物醫(yī)學(xué)又起著至關(guān)重要的指導(dǎo)意義。
1.4發(fā)展前景廣闊
正因?yàn)楝F(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程在我國(guó)起步較晚，發(fā)展還不完善，他本身就有很多空白領(lǐng)域可以開拓。
21世紀(jì)是生命科學(xué)大發(fā)展的時(shí)代，工程技術(shù)與生命科學(xué)進(jìn)一步地互相滲透結(jié)合，必將推動(dòng)醫(yī)學(xué)跨入一個(gè)嶄新的時(shí)代。大家都知道看病治病離不開醫(yī)療器械，現(xiàn)在是，將來也是，但如何將未來的診療儀器實(shí)現(xiàn)智能化，檢查結(jié)果，治療程序均可實(shí)行人機(jī)對(duì)話都是我們所要研究的問題。另外中國(guó)目前大部分醫(yī)院設(shè)備陳舊，而且高端醫(yī)療設(shè)備更是幾乎全部進(jìn)口，所以說市場(chǎng)是龐大的。更好地提高國(guó)內(nèi)在生物醫(yī)學(xué)工程方面的研究水平和深度，增強(qiáng)人們尤其是大學(xué)生對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程的了解程度，培養(yǎng)出一批在這方面的專業(yè)人才，具體來說就是能夠研發(fā)制造出屬于我們自己的高科技醫(yī)療器械也是有待發(fā)展的。
由于現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程是一門多學(xué)科交叉的學(xué)科，我們就很容易理解，各個(gè)學(xué)科的發(fā)展都將影響到生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展。因此生物醫(yī)學(xué)工程并不是一個(gè)學(xué)科在發(fā)展，其他學(xué)科，其他領(lǐng)域的發(fā)展，產(chǎn)生得一些成果都可以為生物醫(yī)學(xué)工程服務(wù)。這就好比各個(gè)學(xué)科，各個(gè)分支都在無形中為生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展默默貢獻(xiàn)力量。由此可見，生物醫(yī)學(xué)工程匯集了各個(gè)領(lǐng)域的尖端技術(shù)，這也就為生物醫(yī)學(xué)工程更好更快的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程在生物醫(yī)學(xué)研究、知識(shí)產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化研究和衛(wèi)生保健中扮演了許多重要角色，對(duì)提高醫(yī)學(xué)水平，促進(jìn)醫(yī)學(xué)科學(xué)的現(xiàn)代化發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用我們期待著我國(guó)能夠培養(yǎng)出一批生物醫(yī)學(xué)工程方面的人才，為我國(guó)的生物醫(yī)學(xué)工程事業(yè)貢獻(xiàn)力量，也期待著我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程的快速發(fā)展，在不久的將來展現(xiàn)出嶄新的面貌。
摘要：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)本質(zhì)上是生物醫(yī)學(xué)。工程科學(xué)的原理和方法與生命科學(xué)的原理和方法相結(jié)合，認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并用以維持、促進(jìn)人的健康。生物醫(yī)學(xué)工程已經(jīng)深入于醫(yī)學(xué)，從臨床醫(yī)學(xué)到醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)，并深刻地改變了醫(yī)學(xué)本身，而且預(yù)示著醫(yī)學(xué)變革的方向。本文通過對(duì)于現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后將現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展做了介紹。
關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展現(xiàn)狀
1生物醫(yī)學(xué)工程簡(jiǎn)述
1.1生物醫(yī)學(xué)工程。生物醫(yī)學(xué)工程是一門新興的邊緣學(xué)科，它綜合了工程學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的理論和方法，并運(yùn)用工程技術(shù)手段去控制這類變化。其目的是解決醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題。
生物醫(yī)學(xué)工程興起于20世紀(jì)中葉，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)與其他學(xué)科一樣，其發(fā)展也是由科技、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)諸多因素所決定的。生物醫(yī)學(xué)工程與醫(yī)學(xué)工程和生物技術(shù)有著十分密切的關(guān)系，成為世界各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的主要領(lǐng)域之一。生物醫(yī)學(xué)工程是因醫(yī)學(xué)進(jìn)步的需要而興起的一個(gè)學(xué)科，其內(nèi)涵是將工程科學(xué)的原理和方法與生命科學(xué)的原理和方法相結(jié)合，認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，以維持和提高人類的健康水平。
1.2生物醫(yī)學(xué)工程的貢獻(xiàn)。在過去的五十年中，生物醫(yī)學(xué)工程為醫(yī)學(xué)的發(fā)展與進(jìn)步做出了很大的貢獻(xiàn)，可概括為以下兩點(diǎn)：第一、發(fā)展了一系列以疾病的診斷和治療為目標(biāo)的醫(yī)學(xué)儀器和裝備；第二、從技術(shù)科學(xué)角度出發(fā)，追求技術(shù)的先進(jìn)性，但總體來說忽略了療效價(jià)格比。
2生物醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域簡(jiǎn)述
2.1生物醫(yī)學(xué)工程研究領(lǐng)域。當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)工程研究的重要領(lǐng)域包括結(jié)合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和生理學(xué)來研究生物體，特別是人體的生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)及消亡規(guī)律。第一、人工器官，主要研究模擬人體器官的結(jié)構(gòu)和功能；第二、生物系統(tǒng)建模與仿真，并用計(jì)算機(jī)求解該模型以分析和預(yù)測(cè)各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行的機(jī)制和狀態(tài)；第三、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與傳感技術(shù)，對(duì)生物體中含有的生命現(xiàn)象等信息的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和量化，從中獲取各種生物信息；第四、生物醫(yī)學(xué)信息處理技術(shù)，研究如何從被湮沒在干擾和噪聲背景里的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)中提取有用信息的方法；第五、醫(yī)學(xué)成像與圖像處理技術(shù)，研究如何將人體有關(guān)生理、病理的信息提取出來并顯示為直觀的圖像、圖形方式。
2.2領(lǐng)域拓展。醫(yī)學(xué)的變革必然導(dǎo)致生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展方向的重大轉(zhuǎn)變，并大大拓展學(xué)科的領(lǐng)域范圍。據(jù)相關(guān)研究顯示，對(duì)人類健康、生命威脅最大的那些疾病的致病因素中，生物學(xué)因素并不占主導(dǎo)地位。即使是癌癥，包括基因組在內(nèi)的全部生物學(xué)因素亦僅占29%；而生活方式和行為卻占主導(dǎo)地位；環(huán)境因素亦起重要作用。通過研究，進(jìn)而使得生物醫(yī)學(xué)工程形成一個(gè)以提高人的健康和功能水平，增進(jìn)人際和諧，強(qiáng)化群體效能為目標(biāo)的多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域――人類健康工程。這需要全新的理念、方法、技術(shù)和技術(shù)裝備。
3我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程存在的問題與不足
生物醫(yī)學(xué)工程是當(dāng)代最受重視、最具吸引力的高科技領(lǐng)域之一。我國(guó)的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)水平相比尚存在著很大差距，我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程與其他國(guó)家相比還存在以下幾點(diǎn)問題與不足之處。
3.1我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程國(guó)內(nèi)市場(chǎng)處于被西方發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷的狀態(tài)，我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程在發(fā)達(dá)國(guó)家跨國(guó)公司的強(qiáng)力沖擊下，生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)品貿(mào)易逆差巨大。
3.2當(dāng)前，我國(guó)國(guó)內(nèi)在生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、進(jìn)口稅收等方面的滯后政策，很大程度上制約了我國(guó)生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。
3.3我國(guó)生物醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)是知識(shí)密集、多學(xué)科交叉、競(jìng)爭(zhēng)挑戰(zhàn)激烈的高科技領(lǐng)域，在當(dāng)今國(guó)際經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重激烈的大背景下生物醫(yī)學(xué)工程也不例外。
3.4我國(guó)的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)水平相比存在著非常大的差距，主要產(chǎn)品的技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平相差近20年。在中國(guó)，生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品總產(chǎn)值僅占世界總銷售額的2%左右。
3.5我國(guó)國(guó)內(nèi)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域缺乏自主創(chuàng)新，存在著對(duì)引進(jìn)國(guó)外產(chǎn)品全力仿制的行為。我國(guó)大多生物醫(yī)學(xué)工程是因循已有知識(shí)和技術(shù)，技術(shù)儲(chǔ)備匱乏；我國(guó)大多生物醫(yī)學(xué)工程往往寄希望于以市場(chǎng)換技術(shù)，結(jié)果丟了市場(chǎng)而未換到技術(shù)。
3.6我國(guó)國(guó)內(nèi)生物醫(yī)學(xué)生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量雖多，但規(guī)模小、協(xié)作性差。加上市場(chǎng)信息滯后，出現(xiàn)了嚴(yán)重的低水平重復(fù)現(xiàn)象。
4解決我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程存在問題的對(duì)策建議
4.1調(diào)整進(jìn)口稅收方面政策。調(diào)整進(jìn)口稅收方面的工作，適當(dāng)進(jìn)口元部件研發(fā)的國(guó)產(chǎn)CT機(jī)制造成本。使本應(yīng)以低成本為競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的國(guó)產(chǎn)醫(yī)療設(shè)備的優(yōu)勢(shì)幾近喪失，而成了高價(jià)貨。因此，一定要加快調(diào)整生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品進(jìn)口關(guān)稅結(jié)構(gòu)，促進(jìn)民族醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
4.2提高生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)落后，就技術(shù)貿(mào)易壁壘而言，在生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品領(lǐng)域我國(guó)幾乎處于不設(shè)防狀態(tài)。因而，要提高生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，減緩并制約國(guó)外產(chǎn)品甚至二手設(shè)備的長(zhǎng)驅(qū)直入。
4.3加緊實(shí)施生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略。在積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，建立以行業(yè)管理為基礎(chǔ)的進(jìn)口產(chǎn)品監(jiān)管體系。進(jìn)一步加快建立我國(guó)生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系。
4.4加大財(cái)政投入，優(yōu)化科研成果轉(zhuǎn)化體系。一方面，在國(guó)家“973計(jì)劃”、“863計(jì)劃”、國(guó)家自然科學(xué)基金中增加生物醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)立項(xiàng)和投入；另一方面，可以將生物醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)列入國(guó)家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)管理范疇并放在突出地位，享受國(guó)家高新科技產(chǎn)業(yè)政策；此外，可以建立國(guó)家生物醫(yī)學(xué)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展基金。
5對(duì)于生物醫(yī)學(xué)工程未來發(fā)展的預(yù)測(cè)
（1）生物醫(yī)學(xué)工程介入性微創(chuàng)，將來激光技術(shù)，納米技術(shù)和植入型超微機(jī)器人將在醫(yī)療各領(lǐng)域里發(fā)揮重要作用。
（2）各種生物醫(yī)學(xué)工程診療儀器、實(shí)驗(yàn)裝置趨向智能化，遠(yuǎn)程醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)化。
（3）生物醫(yī)學(xué)工程解決了不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著PET的問世和應(yīng)用，形態(tài)和功能相結(jié)合的新型檢測(cè)系統(tǒng)將有大發(fā)展。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診查系統(tǒng)將被應(yīng)用。
（4）生物醫(yī)學(xué)工程材料和藥物相結(jié)合的新發(fā)展，植入型藥物長(zhǎng)效緩釋材料，可逆抗生育絕育材料、組織生長(zhǎng)可降解材料、生物止血材料將有新突破。
（5）生物材料和組織工程將有較大發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)工程中的生物機(jī)械結(jié)合型、人工器官將在臨床醫(yī)療中廣泛應(yīng)用。
摘 要:生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是人體生命信息的集中體現(xiàn),深入進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與處理的理論與方法的研究對(duì)于認(rèn)識(shí)生命運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、探索疾病預(yù)防與治療的新方法都具有重要的意義。
關(guān)鍵詞:生物醫(yī)學(xué)信號(hào) 信號(hào)檢測(cè) 信號(hào)處理
1 概述
1.1 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)及其特點(diǎn)
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)是一種由復(fù)雜的生命體發(fā)出的不穩(wěn)定的自然信號(hào),屬于強(qiáng)噪聲背景下的低頻微弱信號(hào),信號(hào)本身特征、檢測(cè)方式和處理技術(shù),都不同于一般的信號(hào)。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)可以為源于一個(gè)生物系統(tǒng)的一類信號(hào),這些信號(hào)通常含有與生物系統(tǒng)生理和結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)的信息。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)種類繁多,其主要特點(diǎn)是:信號(hào)弱、隨機(jī)性大、噪聲背景比較強(qiáng)、頻率范圍一般較低,還有信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性隨時(shí)間而變,而且還是非先驗(yàn)性的。
1.2 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)分類
按性質(zhì)生物信號(hào)可分為生物電信號(hào)(Bioelectric Signals),如腦電、心電、肌電、胃電、視網(wǎng)膜電等;生物磁信號(hào)(Biomagnetic Signals),如心磁場(chǎng)、腦磁場(chǎng)、神經(jīng)磁場(chǎng);生物化學(xué)信號(hào)(Biochemical Signals),如血液的pH值、血?dú)狻⒑粑鼩怏w等;生物力學(xué)信號(hào)(Biomechanical Signals),如血壓、氣血和消化道內(nèi)壓和心肌張力等;生物聲學(xué)信號(hào)(Bioacoustic Signal),如心音、脈搏、心沖擊等。
按來源生物醫(yī)學(xué)信號(hào)可大致分為兩類:(1)由生理過程自發(fā)產(chǎn)生的主動(dòng)信號(hào),例如心電(ECG)、腦電(EEG)、肌電(EMG)、眼電(EOG)、胃電(EGG)等電生理信號(hào)和體溫、血壓、脈博、呼吸等非電生信號(hào);(2)外界施加于人體、把人體作為通道、用以進(jìn)行探查的被動(dòng)信號(hào),如超聲波、同位素、X射線等。
2 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)及方法
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)是對(duì)生物體中包含的生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)和成分等信息進(jìn)行檢測(cè)和量化的技術(shù),涉及到人機(jī)接口技術(shù)、低噪聲和抗干擾技術(shù)、信號(hào)拾取、分析與處理技術(shù)等工程領(lǐng)域,也依賴于生命科學(xué)研究的進(jìn)展。信號(hào)檢測(cè)一般需要通過以下步驟(見圖1)。
①生物醫(yī)學(xué)信號(hào)通過電極拾取或通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào);②放大器及預(yù)處理器進(jìn)行信號(hào)放大和預(yù)處理;③經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào);④輸入計(jì)算機(jī);⑤通過各種數(shù)字信號(hào)處理算法進(jìn)行信號(hào)分析處理,得到有意義的結(jié)果。
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)包括:(1)無創(chuàng)檢測(cè)、微創(chuàng)檢測(cè)、有創(chuàng)檢測(cè);(2)在體檢測(cè)、離體檢測(cè);(3)直接檢測(cè)、間接檢測(cè);(4)非接觸檢測(cè)、體表檢測(cè)、體內(nèi)檢測(cè);(5)生物電檢測(cè)、生物非電量檢測(cè);(6)形態(tài)檢測(cè)、功能檢測(cè);(7)處于拘束狀態(tài)下的生物體檢測(cè)、處于自然狀態(tài)下的生物體檢測(cè);(8)透射法檢測(cè)、反射法檢測(cè);(9)一維信號(hào)檢測(cè)、多維信號(hào)檢測(cè);(10)遙感法檢測(cè)、多維信號(hào)檢測(cè);(11)一次量檢測(cè)、二次量分析檢測(cè);(12)分子級(jí)檢測(cè)、細(xì)胞級(jí)檢測(cè)、系統(tǒng)級(jí)檢測(cè)。
3 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理方法
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是研究從被干擾和噪聲淹沒的信號(hào)中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信息的特征并作模式分類的方法。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的目的是要區(qū)分正常信號(hào)與異常信號(hào),在此基礎(chǔ)上診斷疾病的存在。近年來隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展,對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理廣泛地采用了數(shù)字信號(hào)分析處理方法:如對(duì)信號(hào)時(shí)域分析的相干平均算法;對(duì)信號(hào)頻域分析的快速傅立葉變換算法和各種數(shù)字濾波算法;對(duì)平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)分析的功率譜估計(jì)算法和參數(shù)模型方法;對(duì)非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)分析的短時(shí)傅立葉變換、時(shí)頻分布(維格納分布)、小波變換、時(shí)變參數(shù)模型和自適應(yīng)處理等算法;對(duì)信號(hào)的非線性處理方法如混沌與分形、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。下面介紹幾種主要的處理方法。
3.1 頻域分析法
信號(hào)的頻域分析是采用傅立葉變換將時(shí)域信號(hào)x(t)變換為頻域信號(hào)X(f),從而將時(shí)間變量轉(zhuǎn)變成頻率變量,幫助人們了解信號(hào)隨頻率的變化所表現(xiàn)出的特性。信號(hào)頻譜X(f)描述了信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)以及在不同頻率處分量成分的大小,直觀地提供了從時(shí)域信號(hào)波形不易觀察得到頻率域信息。頻域分析的一個(gè)典型應(yīng)用即是對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換,研究信號(hào)所包含的各種頻率成分,從而揭示信號(hào)的頻譜、帶寬,并用以指導(dǎo)最優(yōu)濾波器的設(shè)計(jì)。
3.2 相干平均分析法
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)常被淹沒在較強(qiáng)的噪聲中,且具有很大的隨機(jī)性,因此對(duì)這類信號(hào)的高效穩(wěn)健提取比較困難。最常用的常規(guī)提取方法是相干平均法。相干平均(Coherent Average)主要應(yīng)用于能多次重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)的提取。如果待檢測(cè)的醫(yī)學(xué)信號(hào)與噪聲重疊在一起,信號(hào)如果可以重復(fù)出現(xiàn),而噪聲是隨機(jī)信號(hào),可用疊加法提高信噪比,從而提取有用的信號(hào)。這種方法不但用在誘發(fā)腦電的提取,也用在近年來發(fā)展的心電微電勢(shì)(希氏束電、心室晚電位等)的提取中。
3.3 小波變換分析法
小波分析是傳統(tǒng)傅里葉變換的繼承和發(fā)展,是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的一種新型的信號(hào)分析工具。目前,小波的研究受到廣泛的關(guān)注,特別是在信號(hào)處理、圖像處理、語(yǔ)音分析、模式識(shí)別、量子物理及眾多非線性科學(xué)等應(yīng)用領(lǐng)域,被認(rèn)為是近年來在工具及方法上的重大突破。小波分析有許多特性:多分辨率特性,保證非常好的刻畫信號(hào)的非平穩(wěn)特征,如間斷、尖峰、階躍等;消失矩特性,保證了小波系數(shù)的稀疏性;緊支撐特性,保證了其良好的時(shí)頻局部定位特性;對(duì)稱性,保證了其相位的無損;去相關(guān)特性,保證了小波系數(shù)的弱相關(guān)性和噪聲小波系數(shù)的白化性;正交性,保證了變換域的能量守恒性;所有上述特性使小波分析成為解決實(shí)際問題的一個(gè)有效的工具。小波變換在心電、腦電、脈搏波等信號(hào)的噪聲去除、特征提取和自動(dòng)分析識(shí)別中也已經(jīng)取得了許多重要的研究成果。
3.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種模仿生物神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和神經(jīng)信息傳遞機(jī)理的信號(hào)處理方法。目前學(xué)者們提出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型種類繁多。概括起來,其共性是由大量的簡(jiǎn)單基本單元(神經(jīng)元)相互廣泛聯(lián)接構(gòu)成的自適應(yīng)非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是:(1)并行計(jì)算,因此處理速度快;(2)分布式存貯,因此容錯(cuò)能力較好;(3)自適應(yīng)學(xué)習(xí)(有監(jiān)督的或無監(jiān)督的自組織學(xué)習(xí))。
摘要：二十一世紀(jì)是高新技術(shù)發(fā)達(dá)的世紀(jì)，許多的領(lǐng)域的引進(jìn)了高新技術(shù)，信號(hào)的分析和處理技術(shù)在許多學(xué)術(shù)領(lǐng)域得到大量應(yīng)用，許多學(xué)科都在關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展。而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理就是一個(gè)非常重要的角色。這些信號(hào)一般含有生物系統(tǒng)生理與結(jié)構(gòu)狀態(tài)相關(guān)的信息，因此，這些信號(hào)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有非常重要的價(jià)值。這篇文章就從生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的角度，重點(diǎn)探討生物醫(yī)學(xué)具有的特點(diǎn)、檢測(cè)方法、以及診斷意義。
關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)信號(hào) 技術(shù)處理 醫(yī)療檢測(cè) 診斷
1 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)特點(diǎn)
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)其實(shí)就是人體內(nèi)發(fā)出的光、電、聲的信號(hào)，但是基于人體內(nèi)的特點(diǎn)，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)與一般醫(yī)學(xué)信號(hào)相比，具有不同的特點(diǎn)，比如：信號(hào)不強(qiáng)，在母親體內(nèi)得到胎兒心電信號(hào)就非常微弱[1]。噪聲較強(qiáng)，由于人體本身信號(hào)不強(qiáng)，加上人體是一個(gè)綜合的復(fù)雜體，所以，信號(hào)非常容易遭受噪音影響。頻率范圍通常不高，其中除了心音信號(hào)頻譜有一點(diǎn)高以外，別的電生理信號(hào)頻譜都不高。隨機(jī)性較強(qiáng)，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)一方面是隨機(jī)的，同時(shí)也是平穩(wěn)的。正是由于這些特點(diǎn)的存在，讓生物醫(yī)學(xué)信號(hào)具有廣泛的應(yīng)用空間，對(duì)許多醫(yī)療診斷具有重要意義。
2 小波變換在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
2.1 在電腦信號(hào)方面的應(yīng)用
在傳統(tǒng)的臨床電腦影像分析中，基本是采用目測(cè)標(biāo)注的模式來進(jìn)行，這種方法容易讓工作人員疲勞，并且誤差很大，造成臨床上多導(dǎo)EEG的“特征提取”與“數(shù)據(jù)壓縮”始終處于主觀處理上[2]。在分析過程中，窄窗口用于分析高頻，寬窗口用于分析低頻，這種分析方法體現(xiàn)了相對(duì)帶寬頻率分析與適應(yīng)變分辨分析思想，有效的克服了上面的缺陷，有效的提升了信號(hào)及時(shí)處理途徑。（1）EEG信號(hào)檢測(cè)：在以往的瞬態(tài)檢測(cè)中，通常是利用傅立葉變變換和匹配濾波的方法來進(jìn)行，但是，后者在檢測(cè)中需要相關(guān)信號(hào)的支持，前者一般只對(duì)有周期性并且能持續(xù)發(fā)出的信號(hào)有效。而小波變換檢測(cè)具有突出局部特征的能力，對(duì)短時(shí)瞬變的低能量較為有效，而且不需要提前先驗(yàn)知識(shí)。利用小波變換中的多尺度分析，可以參照EEG中的棘慢波、偽差等不同尺度的表現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)對(duì)異常波的檢測(cè)。（2）EP信號(hào)檢測(cè)：因?yàn)樾〔ㄗ儞Q利用的基波的頻率分辨率和時(shí)間各不相同，因此小波變換也使用于別的非平衡信號(hào)。在進(jìn)入2010年以來，采用小波多分辨分析來提取誘發(fā)電位，在提高信噪比、減少刺激回合數(shù)等方面都研究已經(jīng)向前邁進(jìn)了一大步，在不久的將來有實(shí)現(xiàn)誘發(fā)電位單詞提取的可能。
2.2 在心電信號(hào)處理中的應(yīng)用
ECG作為生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的重要組成部分，是非常適合利用時(shí)間尺度與時(shí)頻來進(jìn)行分析的。眾所周知，P、T、QRS就是ECG信號(hào)的組成部分，在這個(gè)組成中，各波的頻率特性有所不同。通過以上的分析可以得出，ECG是一種具有明顯時(shí)間尺度與時(shí)頻特征的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)。（1）ECG信號(hào)檢測(cè)。QRS波群的檢測(cè)方法多種多樣，常用的主要有：面積法、閾值法、斜率法等[3]，這些方法在使用過程中具有很多的弊端，如果遇見干擾嚴(yán)重等情況時(shí)，通常錯(cuò)誤率較大。在最近的一些檢測(cè)中，有的工作人員將小波變換引入到了ECG信號(hào)特征值的獲取和識(shí)別中，而且對(duì)于解決上面的弊端起到了非常明顯的作用。 （2）ECG晚電位檢測(cè)。當(dāng)下，在累加平均是許多晚電位分析儀器檢測(cè)采用的主要手段。Meste有效的利用了小波變換對(duì)晚電位獲取進(jìn)行了討論。
2.3 生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理方法
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是研究從被干擾和噪聲淹沒的信號(hào)中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信息的特征并作模式分類的方法。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的目的是要區(qū)分正常信號(hào)與異常信號(hào)，在此基礎(chǔ)上診斷疾病的存在。近年來隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的處理廣泛地采用了數(shù)字信號(hào)分析處理方法：如對(duì)信號(hào)時(shí)域分析的相干平均算法；對(duì)信號(hào)頻域分析的快速傅立葉變換算法和各種數(shù)字濾波算法；對(duì)平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)分析的功率譜估計(jì)算法和參數(shù)模型方法；對(duì)非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)分析的短時(shí)傅立葉變換、時(shí)頻分布（維格納分布）、小波變換、時(shí)變參數(shù)模型和自適應(yīng)處理等算法；對(duì)信號(hào)的非線性處理方法如混沌與分形、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。
3 光學(xué)技術(shù)在癌癥診斷中的應(yīng)用
在癌癥診斷應(yīng)用中，將光線安裝在可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的儀器上，利用光在移動(dòng)中碰見組織而反射的路徑，這時(shí)，光的許多特征就可以為觀察者提供許多的人體內(nèi)在結(jié)構(gòu)觀察窗口。光學(xué)人體掃描儀主要是為了定位、診斷、識(shí)別人體內(nèi)部患處的問題，對(duì)患者內(nèi)部相關(guān)部位進(jìn)行照亮，讓觀察人員了解到患處與周圍內(nèi)在結(jié)構(gòu)之間的不同之處，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效的診斷。
自體熒光技術(shù)；在癌癥診斷中，光譜技術(shù)很早的已經(jīng)得到了使用，主要起源于光動(dòng)力學(xué)質(zhì)量研究階段。在70年代左右，眾多癌癥專家都在嘗試著將光敏熒光法應(yīng)用到癌癥診斷中，并且取得了理想的效果。但是，利用這種技術(shù)進(jìn)行診斷時(shí)，患者必須提前注射抗光敏藥物，但是，這種藥物存在著很多副作用，所以，這種診斷方法不能大量使用。為了克服這種診斷的弊端，“自體熒光法”檢測(cè)激光誘導(dǎo)的腫瘤組織自體特征熒光的方法得到了許多人的關(guān)注。
國(guó)內(nèi)一些專家進(jìn)行了大量的共振喇曼光譜、血清自體熒光實(shí)驗(yàn)研究、進(jìn)行了許多的統(tǒng)計(jì)分析，通過波長(zhǎng)激光對(duì)患者的血清處理變化，觀察自體熒光的信號(hào)變化與共振喇曼峰二者之間有無明顯差異性，進(jìn)而對(duì)癌癥患者進(jìn)行診斷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明：食道癌、胃癌、胰島癌等癌癥患者在經(jīng)過血清激光作用治療后，喇曼光譜有明顯的差異性[4]， 并且熒光信號(hào)強(qiáng)度在降低，熒光峰發(fā)生了變化，變化幅度與正常人相比要大得多。
一些癌癥學(xué)者又通過自體熒光體側(cè)檢測(cè)系統(tǒng)在結(jié)腸鏡下測(cè)量獲取組織自體熒光光譜，在對(duì)光譜進(jìn)行判別分類時(shí)，是采用的多元判別法。實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：所采用的多元判別法可以依靠很高的特異性與靈敏性來分別腫瘤組織和正常組織。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，伴隨著研究的深入，理論研究更加成熟、通信系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)圖像歸檔相續(xù)出現(xiàn)、家庭醫(yī)療保健器材快速發(fā)展、遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷需求不斷提升，對(duì)醫(yī)學(xué)信號(hào)的圖像增強(qiáng)、分析處理、壓縮、去噪等多方面提出了相應(yīng)的要求，在這種背景下，通過現(xiàn)代分析方法和傳統(tǒng)分析方法的結(jié)合，足以滿足未來發(fā)展的需要，而生物醫(yī)學(xué)信號(hào)技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)未來的醫(yī)療檢測(cè)與診斷具有非常重要的促進(jìn)作用。
【摘 要】《生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理》是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一門主要的專業(yè)課程，文章通過分析該課程的特點(diǎn)，以及結(jié)合本專業(yè)該課程的實(shí)際情況，探討從課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)以及和其他專業(yè)課程聯(lián)合三個(gè)方面進(jìn)行課程教學(xué)改革。
【關(guān)鍵詞】生物醫(yī)學(xué)工程；信號(hào)處理；教學(xué)改革
生物醫(yī)學(xué)工程是運(yùn)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，研究人體的結(jié)構(gòu)、功能，并從工程角度解決防病、治病等問題的一門綜合性高技術(shù)學(xué)科。而生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是生物醫(yī)學(xué)工程的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。
一、課程特點(diǎn)
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的重要專業(yè)課程，在生命科學(xué)基礎(chǔ)研究、醫(yī)學(xué)診斷和臨床治療等方面均起著重要的作用，已成為國(guó)內(nèi)外大多數(shù)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科教學(xué)大綱中的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)及開展科研工作奠定了基礎(chǔ)。該課程內(nèi)容包含生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的測(cè)量、處理和定量描述；還有探測(cè)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)源，描述一個(gè)生物醫(yī)學(xué)物理系統(tǒng)的輸入與輸出信號(hào)之間內(nèi)在聯(lián)系。通過這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生掌握生物信號(hào)處理的基本原理、方法和發(fā)展趨勢(shì)，使學(xué)生具備獲取、處理和解釋生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的能力。該課程充分體現(xiàn)了生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)的交叉性，其綜合性、理論性和實(shí)驗(yàn)性都很強(qiáng)，因此其教學(xué)過程對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程技術(shù)手段解決生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具體問題的能力具有重要意義。
從課程教學(xué)目標(biāo)來看，目前講授該課程的國(guó)內(nèi)外情況并無太大差異，即：使學(xué)生學(xué)會(huì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的基本理論和方法，能夠應(yīng)用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)檢測(cè)到的心電、腦電和其他各類生理信號(hào)進(jìn)行處理，學(xué)會(huì)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程涉及到大量的定理、公式、變換以及算法，與高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、數(shù)理方程、模電等基礎(chǔ)課程密切相關(guān)。由于教學(xué)內(nèi)容上涉及到大量的算法理論與公式推導(dǎo)，且具有一定的難度，因而對(duì)于生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生來說，有些單調(diào)枯糙，理解起來也比較困難，因此該課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)需不斷完善和改革，以期獲得較好的教學(xué)效果。
二、教學(xué)改革內(nèi)容
（一）針對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程的特點(diǎn)，改進(jìn)課堂教學(xué)的形式
作為一門重要的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科專業(yè)課，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理隨著科學(xué)研究的發(fā)展也在不停的變化和發(fā)展，因此必須把講解經(jīng)典方法和介紹最新發(fā)展動(dòng)態(tài)結(jié)合起來。目前，課堂教學(xué)的內(nèi)容主要有隨機(jī)信號(hào)基礎(chǔ)、隨機(jī)信號(hào)檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)、功率譜估計(jì)、匹配濾波、維納濾波、自適應(yīng)濾波，涉及面廣、數(shù)學(xué)公式多、理論概念抽象、實(shí)際應(yīng)用知識(shí)較難掌握。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，需采用各種教學(xué)手段克服學(xué)生的畏難情緒。首先，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容修改教學(xué)課件，調(diào)整理論推導(dǎo)與實(shí)際應(yīng)用等內(nèi)容的比例；另外在教學(xué)中更多地加入與MATLAB軟件的互動(dòng)以及教學(xué)演示軟件的操作，讓學(xué)生能更好的掌握相關(guān)知識(shí)。
MATLAB是一個(gè)主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的計(jì)算環(huán)境，可以繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序，在信號(hào)處理與通訊、信號(hào)檢測(cè)中發(fā)揮很大的作用。其豐富的可修改的函數(shù)庫(kù)也可給學(xué)生提供好的實(shí)踐空間。通過MATLAB軟件的調(diào)用可實(shí)現(xiàn)生醫(yī)信號(hào)處理中常用的處理算法的直觀化。教學(xué)課件中與MATLAB的交互主要采用函數(shù)調(diào)用的方式，簡(jiǎn)潔明了，讓學(xué)生對(duì)各種算法處理的效果有直觀的認(rèn)識(shí)；
另外還采用基于MATLAB的圖形用戶界面（GUI）編寫教學(xué)演示軟件，教師或?qū)W生通過與軟件界面的交互了解本課程中常見信號(hào)處理算法的功用，數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出，各種算法的軟件實(shí)現(xiàn)方法等等，該軟件目前已初步成形，還在不斷改進(jìn)和完善當(dāng)中。
（二）改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)的形式
任何一門與實(shí)際技術(shù)技能相關(guān)的課程都需要實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是現(xiàn)代高等教育中必不可少的重要環(huán)節(jié)。通過實(shí)驗(yàn)，一方面可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，另一方面也是提高學(xué)生動(dòng)手能力和將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題的有效途徑。為了更好的掌握知識(shí)點(diǎn)，生醫(yī)信號(hào)處理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過生醫(yī)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐環(huán)節(jié)來進(jìn)行。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置了3-4個(gè)綜合的生理信號(hào)處理的程序設(shè)計(jì)題目。如題目“心電信號(hào)的QRS復(fù)波檢測(cè)”讓學(xué)生了解了心電信號(hào)的特點(diǎn)，熟悉了低通、高通、帶通等濾波器的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)以及熟悉使用MIT/BIH數(shù)據(jù)庫(kù)；題目“維納-霍夫方程”讓學(xué)生對(duì)維納濾波的知識(shí)進(jìn)行鞏固，熟悉其計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，對(duì)尋找最小均方誤差意義下的最優(yōu)濾波器有更深的認(rèn)識(shí)，且能觀察維納濾波對(duì)一些不同的常見的生理信號(hào)，如心電，腦電信號(hào)的處理效果；題目“Yule-Walker方程”讓學(xué)生通過編程對(duì)實(shí)際生理信號(hào)（例如腦電）建立AR模型，從而對(duì)參數(shù)模型法估計(jì)功率譜有了更深的了解，且對(duì)使用白噪聲驅(qū)動(dòng)生成隨機(jī)信號(hào)，腦電數(shù)據(jù)壓縮等方面也有了更直觀的感受。
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)置多樣化，既涉及到生醫(yī)信號(hào)處理課程中的主要內(nèi)容，如信號(hào)檢測(cè)、最佳線性濾波器設(shè)計(jì)、現(xiàn)代功率譜估計(jì)方法等；同時(shí)又對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的基本內(nèi)容進(jìn)行了復(fù)習(xí)和鞏固。除了上述內(nèi)容之外，還進(jìn)一步鍛煉了學(xué)生編程的能力。還訓(xùn)練了學(xué)生獲取生理信號(hào)的能力，學(xué)生既可以利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的醫(yī)療儀器如心電圖機(jī)、腦電圖儀等獲取心電、腦電信號(hào)，亦可通過MIT/BIH數(shù)據(jù)庫(kù)獲得所需的生理信號(hào)。
在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中鼓勵(lì)學(xué)生共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)并有不同的成果展示。在團(tuán)隊(duì)中每個(gè)學(xué)生擔(dān)任不同的角色并負(fù)責(zé)不同的分工任務(wù)，他們?cè)谕瓿蓪?shí)驗(yàn)任務(wù)的同時(shí)也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作精神并使每個(gè)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中充分發(fā)揮了自己的特長(zhǎng)，體驗(yàn)到自己的價(jià)值。因此，既可以鞏固所學(xué)理論知識(shí)，還可以提高學(xué)生動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力。
（三）與其他相關(guān)課程聯(lián)合
生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是一門綜合性很強(qiáng)的課程，其流程為：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)及其特性信號(hào)采集信號(hào)處理信號(hào)的識(shí)別診斷，目前的教學(xué)內(nèi)容主要注重后兩個(gè)環(huán)節(jié)，前兩個(gè)涉及較少。通過綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，如課程設(shè)計(jì)，將本課程與其他專業(yè)課程聯(lián)系起來，使得學(xué)生對(duì)前兩個(gè)環(huán)節(jié)有較好的學(xué)習(xí)，從而對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的整體流程有完整且深刻的理解。
如在課程設(shè)計(jì)中，所有的設(shè)計(jì)內(nèi)容都涉及到了對(duì)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)及其特性的了解和信號(hào)采集這兩個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生利用生醫(yī)實(shí)驗(yàn)室已有的設(shè)備器件，如心電圖機(jī)、腦電圖儀、多道生理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、傳感器平臺(tái)獲取相應(yīng)的生理信號(hào)可實(shí)現(xiàn)對(duì)該兩個(gè)環(huán)節(jié)的知識(shí)的鞏固，同時(shí)也復(fù)習(xí)了《醫(yī)學(xué)儀器》、《生物醫(yī)學(xué)傳感器》等專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容，將幾門專業(yè)課程聯(lián)系成一體，使得專業(yè)學(xué)習(xí)更加的系統(tǒng)化。在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中更是經(jīng)常涉及到生理信號(hào)處理的完整系統(tǒng)流程，既提高了設(shè)備的利用率，又鍛煉了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
三、結(jié)語(yǔ)
在生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的教學(xué)過程中，通過教學(xué)方式的不斷改革，使得學(xué)生能夠更加容易的理解和掌握專業(yè)知識(shí)，同時(shí)更多地結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，引入更多具體的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理實(shí)例，將真實(shí)世界與理論研究聯(lián)系起來，從而達(dá)到使學(xué)生能學(xué)好這門課程，并培養(yǎng)其解決實(shí)際問題能力的目的。
摘要：針對(duì)醫(yī)學(xué)院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)必修課之一――生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程教學(xué)現(xiàn)狀，分析該課程實(shí)現(xiàn)雙語(yǔ)教學(xué)模式的優(yōu)越性，淺析生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)雙語(yǔ)教學(xué)改革的重要性及途徑，從而為醫(yī)學(xué)院校生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理課程改革提供新方向。
關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理;雙語(yǔ)教學(xué);改革
生物醫(yī)學(xué)工程（BiomedicalEngineering）是各種工程學(xué)科同生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科[1]。從1979年11月“國(guó)家科委生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科組”成立至今，中國(guó)的生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展已有30余年的歷史。隨著生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)建設(shè)的完善，生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理已成為許多有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)高校的必修課之一。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理是繼“信號(hào)與系統(tǒng)”“數(shù)字信號(hào)處理”和“生理系統(tǒng)建?！钡日n程之后開設(shè)的面向數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的課程。該課程作為生物與醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的核心課程，充分體現(xiàn)了生物醫(yī)學(xué)與工程學(xué)的交叉性，其綜合性、理論性和實(shí)驗(yàn)性都很強(qiáng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生從工程角度解決生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具體問題的能力具有重要意義。
醫(yī)學(xué)院校課程改革主要緣于醫(yī)學(xué)科學(xué)的發(fā)展和進(jìn)步。在最初的單一研究、精細(xì)分析、高度分化的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了多學(xué)科高度綜合、融合的基本態(tài)勢(shì)，既要求在醫(yī)學(xué)理論構(gòu)成上融合，又要求在診斷治療技術(shù)應(yīng)用上融合[2]。按照醫(yī)學(xué)發(fā)展的要求，將更多與自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等多學(xué)科相互滲透、互相融合，從而要求醫(yī)學(xué)專業(yè)課程體系的設(shè)置隨之變化。因此，醫(yī)學(xué)院校中生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的課程改革也要適應(yīng)整個(gè)醫(yī)學(xué)專業(yè)課程的整體進(jìn)步。這樣，課程改革要求熟悉國(guó)內(nèi)外新科技的動(dòng)態(tài)，不斷地掌握新的相關(guān)科學(xué)技術(shù)，吸收新知識(shí)和新技術(shù)。雙語(yǔ)教學(xué)是目前高校教育改革的方向之一，利用雙語(yǔ)教學(xué)和專業(yè)的融合，既能充分發(fā)揮雙語(yǔ)教學(xué)方式對(duì)學(xué)生掌握專業(yè)英語(yǔ)詞匯的促進(jìn)作用，又能提高學(xué)生查找原文學(xué)習(xí)資源等實(shí)際能力。
本文結(jié)合筆者幾年從事生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理和雙語(yǔ)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，淺析生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理教學(xué)現(xiàn)狀及實(shí)現(xiàn)雙語(yǔ)教學(xué)改革與實(shí)踐的途徑。
1.
課程設(shè)置
天津醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)建立于1986年，由神經(jīng)工程、醫(yī)學(xué)儀器、物理醫(yī)學(xué)和生物信息學(xué)等方向構(gòu)成。針對(duì)自身學(xué)科特點(diǎn)，“生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理”課程體系提出理論聯(lián)系實(shí)踐，因此課程學(xué)時(shí)包括36學(xué)時(shí)理論課程和18學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課程。由于“生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理”課程含有較多定理、公式、變換以及算法，因此該課程的理論教學(xué)必然分配較多學(xué)時(shí);同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用工程方法解決實(shí)際問題的能力至關(guān)重要，因此實(shí)踐環(huán)節(jié)必不可少。
2.
雙語(yǔ)教學(xué)
雙語(yǔ)教學(xué)包括教材語(yǔ)言和授課語(yǔ)言兩方面。使用原文教材能夠使學(xué)生系統(tǒng)地了解掌握原文專業(yè)知識(shí)的表述。但由于語(yǔ)言等文化差異，全部利用原文教材還存在一定困難。因此合理刪減原文教材重組后編寫方式較為適宜。專業(yè)教師知識(shí)豐富，但英語(yǔ)授課尚有一定難度。當(dāng)前高校注重人才培養(yǎng)和引進(jìn)。許多具有博士學(xué)位的人才或留學(xué)歸國(guó)人員具備“外語(yǔ)+專業(yè)”的基本條件。這將有利于雙語(yǔ)教學(xué)，而且也易實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。
3.
教學(xué)方式
雙語(yǔ)課程主要目的是培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)文獻(xiàn)的閱讀、翻譯及寫作能力。增加師生的互動(dòng)能夠提高學(xué)生的積極性，如課堂上開展小應(yīng)用討論，并輪流推選代表發(fā)言，鼓勵(lì)英文口頭報(bào)告;課下布置相關(guān)文獻(xiàn)題目，以小組形式共同完成，鼓勵(lì)用英文撰寫報(bào)告等方式。
4.
同行學(xué)習(xí)
雙語(yǔ)專業(yè)教師要有豐富的專業(yè)理論知識(shí)及扎實(shí)的外語(yǔ)基礎(chǔ)。但是雙語(yǔ)教學(xué)或偏重英文教學(xué)并不容易，因此加強(qiáng)雙語(yǔ)專業(yè)教師與英語(yǔ)專業(yè)教師的相互學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高雙語(yǔ)專業(yè)教師雙語(yǔ)教學(xué)的素質(zhì)和水平，提高英語(yǔ)專業(yè)教師理解其他學(xué)科專業(yè)術(shù)語(yǔ)的能力。
5.
總結(jié)
在“生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理”雙語(yǔ)課程改革中，要把握理論聯(lián)系實(shí)踐的原則;根據(jù)實(shí)際情況，合理刪減重組原文教材;鼓勵(lì)師生互動(dòng);雙語(yǔ)專業(yè)教師與英語(yǔ)專業(yè)教師要互相學(xué)習(xí)和交流。
