生物医学工程的奇迹 [复制链接]

第5版()
专栏：当代科技

生物医学工程的奇迹
严智强
目前，除了大脑以外，几乎人身上所有的器官皆有相应的人工器官。人工心脏已从笨重的机器，变成了小巧的、可随身携带的功能性装置。而且，植入式人工心脏在动物体内的试验也已见成效。灵巧的人工肾，当血液通过它时，肾功能不全病人血液中的尿素、尿酸、肌酸酐等各种高价离子和各种有毒的废物，会透过半透膜扩散到透析液中，排出体外，而血液中的有用物质，比如血球、血浆蛋白等，却仍保留在血液中。同时，人工肾还向体内输送人体需要的各种物质，如钙离子、镁离子、碳酸根离子与葡萄糖等。人工肾不仅挽救了许多尿毒症病人的生命，而且，只要定期进行人工肾透析，一些患者还恢复了正常工作、学习的能力。
人工肺、人工胰腺、人工肝、人工血液、人工骨骼、人工关节、人工瓣膜、人工皮肤、人工神经、人工肌肉等等，这些由金属、高分子材料、陶瓷或半生物半非生物材料混合制成的人工器官，有的已完美地代替，有的部分代替了病残者的器官功能，有的电子视觉装置，已突破了以听觉、触觉代替盲人视觉功能的传统方法，采用装在眼窝内的微型摄影机摄入外界景象，转换成电信号后再输入眼镜框内的微型电子计算机分析、处理，最后将有用的电信息输到埋在大脑皮层视觉区的数百个特制电极，刺激视觉区，使盲人直接感觉到外界的黑白景象。
由于计算机技术与X透视术的结合，出现了计算机X线轴向断层扫描装置（X—CT）。该装置的X射线可以在极短的一瞬间从各个角度透视人体的各个部位，将大量的信息输入电子计算机分析处理，在荧光屏上清楚地显示出内部器官的立体图象。而超声—CT、核磁共振—CT又一一出现，它们各有所长，与X—CT共同揭示出各种人体生命结构的立体图象；借助先进的超声诊断的精确定位，已可将各种特殊手术器械深入母腹内，对出生前的胎儿进行各种精巧绝伦的手术；采用先进的内窥技术，可以将特制的炸药送入体内，对隐藏在膀胱内的结石定向爆破，也可以利用超声波束的聚焦，安全地粉碎体内的肾结石。
各种助听、助言装置，自动血压计、无线电遥控心电图仪和自动大小便控制器，由肌电或由大脑控制的人工假肢、种种人工感官，离院病人心电智能监护仪等等，在诊断、治疗、医院管理中发挥了巨大作用。当然，这里介绍的只不过是现代医学新成就的沧海一粟罢了。
这么多医学新成就的出现，在很大程度上要归功于新兴的边缘科学——生物医学工程学。这是一门高度综合性学科，是生物、医学、工程技术三大领域相互渗透、相互作用的结果。仅以人工心脏为例，模拟人体心脏的功能，要有生物学和医学引路；每只人工心脏分成驱动装置、能源系统、自动控制系统等几大部分，能源系统有干电池、压电晶体换能器、生物化学电池、热电偶、放射性同位素电池等多种形式，这就涉及了物理、化学、物理化学、生物化学、电子技术等各个领域。而自动控制系统，又涉及到电子计算机、自动控制、电子学等许多学科的知识。驱动装置又称血泵，要代替心脏不停地驱动血液循环。心脏每分钟跳七十次，那么十年中收缩近四亿次。仅人工心脏瓣膜而言，就要经受这么多次血流的冲击，这需要多么坚实的材料！这又给高分子化学、生物力学、机械学等提出了新的尖端课题。正是现代先进的工程技术与生物学、医学三者的结合，创造出这么多的奇迹。
生物医学工程学不仅在诊治疾病中创造了种种奇迹，并且用工程技术方法解决了生物、医学基础研究与医疗卫生系统的设计和应用等许多问题。它在探索生命本质、预测疾病的发生、控制遗传因素、控制疲劳、控制生长与老化、控制环境污染、改善记忆、开发智能、缩短睡眠时间等研究应用中，也将逐渐显示出它的作用。
当前，世界各国十分重视生物医学工程的发展。我国也十分重视这门学科，于1980年成立了中国生物医学工程学会，不少省、市也成立了相应的地方学会，并有专门的学术刊物。在各项生物医学工程课题的研究中，也获得了许多可喜的成果。随着新的技术革命浪潮的到来，我国的生物医学工程科学必将开放出更新更灿烂的花朵。