王保华教授
中国生物医学工程学会生物医学测量分会
上海生物医学工程研究所
生物医学测量及控制技术是近年来生物医学工程研究中最活跃的分支之一。人体的不同层次（包括细胞、分子层次，组织、器官层次，个体、群体层次）上的生物医学测量技术的研究论文数以万计，其中包括各种测量对象、测量方法及测量仪器。测量是控制的前提，没有精确的测量就没有精确的控制，测量与控制组成的闭环系统在生命科学研究及医疗器械中的应用越来越广，因而在新兴的学科领域中常称为测控技术，测控技术的研究进展正在推动先进的诊断、治疗方法与仪器的进步。
近年来，生物医学测控技术在推动医学诊断和治疗仪器的进步主要体现在下列几个方面：
1．无创及微创测控技术
无创及微创测控技术已直接应用于微创心血管外科、激光外科、各类内窥镜技术、植入的或体外的传感与反馈治疗技术、功能辅助技术、组织工程技术、无创通气技术、人工器官及微米级甚至纳米机器人技术中，获得了更精确、更有效、更安全的治疗效果。
2．生物医学光子测控技术
以光子为信息或能量载体的生物医学光子技术正在受到世界各国的关注，国际生物医学光子会议已举办多次，我国也几度研讨生物医学光子学，尤其是分子生物光子学的发展现状及对策。目前生物发光的机理研究与应用、生物系统的诱导发光及应用、荧光探测与激光扫描共聚焦显微技术、多光子荧光成像，光镊和单分子操作，激光治疗、光动力疗法、光相干层析成像（OCT）等均已取得了成果，数字式内窥镜、光纤内窥镜与共聚焦显微镜结合的在体分子活检、固有荧光活检技术也取得了阶段性成果，各种医用激光技术等也正在大力推广中。
3．生化检验
生化检验也有了长足进步，近年来已有多家研究所与公司报导了许多新型半自动或全自动生化分析仪研制成功，临床实验室信息系统CLIS和全实验自动化TLA的步伐也正在加速。
4．细胞及生物分子层次上的测量技术
在细胞与生物分子级别上的检测技术的进步也十分引人注目。基因扩增PCR技术以及PCR仪器的研制，基因芯片的研制、应用以及芯片系统的建立，细胞信号转导的研究水平以及膜片箝系统的研制成果，各类高倍、高分辨率显微镜及应用技术的进步都标志了我国在细胞与分子级别上的检测技术已上了新的台阶，这些技术正在推动细胞及分子级别上的诊断技术的进步。
5．强功率聚焦超声
HIFU技术及临床应用正推动声学测量方法的进步。HIFU是近年来肿瘤热疗与治疗声学的研究热点，许多研究单位在超声场测量及HIFU治疗的评估中采用了许多超声参数以及人体深部体温测量新技术，对超声的热效应、机械效应及空化效应作了较深入的研讨，HIFU系统已有多类产品问世，临床监测与评估成了研究热点。
6．虚拟内窥镜
虚拟现实技术的研究近年来也特别引人注目。虚拟现实技术是指采用各种技术，来营造一个能使人有置身于真正现实世界中的感觉（包括视觉、听觉、触觉、嗅觉与味觉等）的环境。虚拟现实技术在医学应用领域中已有许多应用成果，包括虚拟人体解剖、虚拟人计划（Visible Human Project，VHP）、虚拟三维医学图像技术、虚拟医学诊断与治疗技术等。虚拟现实技术具有使医学图像学科发生巨大变革的潜在动力，但要在医学上获得真正的应用，还面临着诸多问题：由于其涉及的计算数据量非常巨大，而且还将涉及诸如快速计算、数据分割、数据建模、数据配准与融合、实时快速通讯等一系列问题，因此对所配置的计算机的硬件要求很高，包括高速的CPU和海量存储技术等。虚拟现实软件也待进一步编制。在实际应用中，疾病的诊断与治疗中的精确定位问题、数据与图象处理问题，包括数据的抽象、建模、分析、配准、融合、理解等诸多方面也有许多障碍待克服。
虚拟内窥镜的研究也正在成为一个研究热点。虚拟内窥镜（Virtual Endoscope，VE）是利用图形、图像、虚拟现实技术，从一系列断层图像组成的体数据场中，重建出类似传统光学内窥镜所观察到的人体器官内窥镜视图，是一种新兴的医学诊断方法。与传统的光学内窥镜相比，VE具有非侵入、不存在视觉死区等许多突出优点。目前虚拟内窥镜成像的加速与导航的研究，虚拟内窥镜的产业化与临床研究也均在同步进行中。
7．脑科学与学习科学
脑科学与学习科学的兴起正在推动神经科学、脑科学与学习科学的研究。与分子生物学、基因芯片的研究一样，脑科学及行为科学的研究近年来也十分活跃，对幼儿生长发育的脑科学与学习科学研究，借助各类功能成像技术研究脑结构中情绪功能通路理解的研究，利用虚拟现实技术对脑结构与功能的三维主体显示技术等研究领域在国内外许多学者正在花费巨资进行多方面的探索研究，这一研究涉及到学习与记忆、脑与情感等许多脑科学知识，仅依靠工程技术人员，运用一些先进的成像技术还是远远不够的，需要在各个领域中组织协同，才会取得真正的有指导意义的成果。
8．生物电阻抗测量
生物电阻抗测量技术的进步亦很明显。在生物阻抗测量技术及产业化研究中都迈出了重要的步伐。以电阻抗断层图像技术（Electrical Impedance Topography，EIT）的发展方向的新一代生物阻抗技术正吸引着世界各国的许多研究者，EIT技术不使用核素或射线，可以实时监测，成本低廉，是一种具有应用前景的无损功能成像技术。以各种阻抗、导纳血流图为代表的生物阻抗技术已广泛应用于临床，并不断取得进展。
9．睡眠医学
睡眠医学近年来取得了快速的发展，引起了我国许多学者广泛的重视。检测睡眠中的医学生理参数，不仅可以使我们评估睡眠的质量，而且能够对某些疾病提供有力的诊断证据。目前采用心率变异、脑电等多种参数分析睡眠状态，眼镜睡眠分期，均有研究成果，改善睡眠状态的研究也常见报导。
10．无线胶囊
随着MEMS技术向微型器械的实用化发展，各类无线胶囊式微型诊断与治疗系统，血管机器人，无线内窥镜等微型医疗器械也成了当前的研究热点，这一技术尤其对消化道系统的诊治起着十分重要的作用。
近年来无线内窥镜的研究取得了突破性进展。许多国家已陆续推出医用无线内窥镜系统，这种内窥镜结构可分为体内胶囊内镜发射装置和体外接收处理装置两大部分。吞入体内的胶囊内镜发射装置包括前端光子摄像与尾部专用集成电路、发射机与天线两大部分，由电池供电。整个消化道中5～6万幅图像可通过无线电波送至体外处理。目前临床应用中尚存在不少问题有待克服，但其前景是光明的。
11．仿生传感与测量
仿生传感技术及仿生测量技术的研究在国内外受到了广泛的重视。视觉信息处理与视觉仿生、分子仿生、生物膜模拟和细胞分子识别——生物分子器件和生物传感器，基于生物神经系统模型的信息处理和人工智能等均是生物医学工程领域中的研究热点。
人体是各种传感器的云集之处，这些人体传感器具有灵敏度高、选择性好、集成度高等突出优点，因此，仿造人体的生物感受器、研制仿生传感器已成为研究的重点，电子鼻、电子舌和细胞传感器等仿生传感技术的研究与应用已受到重视。目前仿生传感技术在人体感受器官的诊断与修复、智能机器人、食品、环境、大气污染的监测，以及军事安全、化学与生物武器、反恐领域均有广阔的应用前景。具有仿生功能的人工眼（视觉）、人工耳（听觉）、人工鼻（嗅觉）、人工舌（味觉）以及人工皮肤（触觉）等生物医学领域均有许多研究课题，而且涉及的学科很广泛，可以预见，这一领域将是众多科学研究领域共同集聚的一片热土，生物医学测量与控制技术的研究者们必然是这一热土上的核心人物。
12．靶向治疗概念的引入
随着各类图像引领导下的外科手术（Image Guided Surgery，IGS）的研究进展，精准医疗的概念也已引起了医学界的广泛重视，最大限度的提高治疗效果，采用各类医学数据（尤其是图像）融合技术研究高效的手术导航系统，来完成低温冷冻治疗、射频消融、聚焦超声、高效药物输送及化疗等心脑血管疾患及癌症治疗的思想方法，即靶向治疗的概念使诊疗技术走向精密与准确的新时代。
13．交叉研究与技术综合化已形成共识
多学科间的交叉研究以及各类技术（尤其是新型技术）的综合利用已成为生物医学工程研究领域中的亮点。单一学科与技术的局限性已形成共识，尤其在生命科学领域中几乎是毫无异议，交叉研究的方法正在中止传统科学的正统地位，生命科学与信息科学的高度发展时期正在酝酿新一轮的学科交叉与综合化。现在，可以明确的指出：没有生命科学及医疗技术背景的纯工程学科的学者，难以实现生物医学工程领域中的创新与改革；没有工程技术（尤其是信息技术）的手段，没有数理背景的医学工作者已沦为二流甚至三流的医生。因此，理、工、医的综合交叉已成为创新之源。近年来，国内外兴起的交叉思维及交叉组织如雨后春笋。必须指出，生物医学测量与控制领域已成为各科学者群集之地。“交叉研究与技术综合化”本身已成为研究课题。

无数实践已经证明：生物医学测量与控制技术的研究成果对传统医疗器械的更新换代，对新型医学仪器的开发均有不可估量的作用。世界各国的科学家已经形成共识：“是科学的，必定是可测量的，可控制的”。测控技术的研究是科学研究领域的领头羊，是永恒的研究热点，也是鉴别真伪科学的试金石。生物医学测量与控制的研究也必须与时俱进，以促进医疗器械乃至整个医疗技术的改革与革命。

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