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想要谋得生物工程职位，方法并不唯一，鉴于此重要技术领域的跨学科性，可通过多种方式投身这一前途远大的事业，在其中一展身手。生物医学工程师的工作是运用自身所掌握的生物学、医学、物理学、数学、工程学和通信领域的专业知识，努力提升民众的健康水平。生命系统的多样性和复杂性带来了诸多挑战，为克服这些挑战，需要拥有创造力、想象力和丰富知识的人士，与医师、科学家、工程师甚至是商界精英携手合作，以便监测、恢复和增强正常的身体机能。 生物医学工程师的工作领域涵盖科学、医学和数学，是解决生物和医学难题的理想人选。生物医学工程事业需要以下人员：拥有生物医学工程正式学位的人士；以及拥有其他工程学科学位，并通过科目学习（如生物学辅修科目）或凭借经验，已掌握一项或多项生物调查和应用技术的人士。极少数情况下，已经掌握工程技能的生物学家或生物医学科学家也被视为该领域成员。 有一种定义认为，只要一方面涉及生物或医学，另一方面涉及工程学科，无论比例多少，均属于生物医学工程范畴。生物医学工程涉及的领域极为广泛，即便只掌握其中少数几个学科，也需要一个有天赋的人花费几辈子的时间来钻研。因此，这一领域要求从业人员具备宽泛的知识面，但同时又要专注于自己真正感兴趣的内容。本手册旨在论述当今生物医学工程师所关心的一些问题及主题。
生物医学工程师的工作是运用自身所掌握的生物学、医学、物理学、数学、工程学和通信领域的专业知识，努力提升民众的健康水平。 生物医学工程师是做什么的？ 也许我们应该换一种比较简单的提问方式：“生物医学工程师不做什么？”工厂、学术机构、医院和政府部门都有生物医学工程师的身影。其中有些在设计、制造或测试机械装置（如义肢和矫正器），还有一些从事医疗器械电路和计算机软件的设计工作。这些器械种类多样，包括大型成像系统，如传统的 X 射线计算机化断层摄影（一种以计算机作为辅助设备的三维 X 射线成像），以及小型可植入装置，如起搏器、耳蜗植入体以及药物注射泵。生物医学工程师可能会借助化学、物理、数学模型以及计算机模拟技术来开发新的药物疗法。 其实，在认识身体机能以及生物学系统运作方式的问题上，生物医学工程师已经取得了相当大的进步。他/她们可能会借助数学模型和统计工具对大脑、心脏和骨胳肌等器官和组织产生的一些信号进行研究。一些生物医学工程师制造人工器官、肢体、膝关节、髋关节、心脏瓣膜和牙种植体以代替人体丧失的机能；还有一些人则培养活性组织，以代替存在缺陷的器官。为制造人工躯体，生物医学工程师需要运用化学和物理知识，开发出不被生物环境排斥的耐用型材料。在生物医学工程师的帮助下，复杂的人类器官（如心脏或大脑）被转换为数千个数学方程式、数百万个数据点，然后进行计算机模拟。 所模拟出的器官在外形和行为上与真实器官极为相似。生物医学工程师的另一项工作是开发无线技术，实现患者与医生之间的远程通讯。很多生物医学工程师都致力于康复治疗领域，如设计性能更好的助行器、锻炼设备、自动器械以及治疗装置，帮助患者加速康复。他/她们还努力解决细胞和分子级别的问题，开发纳米技术和微型设备，以修复细胞内的受损组织并改变基因功能。生物医学工程师的工作还包括开发三维模拟，通过物理定律模拟组织和液体运动。其创建的模型对于理解人体组织的工作方式，以及修复术置换物等如何在相同条件下工作具有不可估量的价值。
有些生物医学工程师在设计、制造或测试机械装置（如义肢和矫正器），还有一些从事医疗器械电路和计算机软件的设计工作。 有时，生物医学工程师负责解决生物医学问题，其身份可以是医师、业务经理、患者律师、理疗师、教授、研发科学家、教师和技术类作家。生物医学工程师可以发挥优势的另外两个领域是销售和现场工程。但要想成为合格从业者，除了具备生物医学工程学士学位外，还需要经过进一步培训，而且，上述职业都非常适合有生物医学工程培训背景的人员。电气、机械、计算机或其他领域的工程师在工作中偶尔也会涉及与生物工程相关的问题。若干年后，他/她们可能已经积累了丰富的生物医学专业知识，也可将其视为生物医学工程师。 生物医学工程师与其他工程师相比，有哪些不同之处？ 生物医学工程师必须将生物学和医学知识应用于工程设计，以解决生命系统的相关问题。因此，生物医学工程师需要传统工程学科的坚实知识基础，如电气、机械或化学工程，甚至还包括材料科学。大部分的大学生物医学工程教育项目都要求学生参加包含传统工程科目的核心课程。然而，生物医学工程师还应将所掌握的工程技术与自身对于生物学系统复杂性的理解融会贯通，进而打造更加完善的医学解决方案。因此，生物医学工程师，无论是参与正式的生物医学工程 (Biomedical Engineering, BME) 专业培养计划还是攻读传统的工程学位，都应接受生命科学的相关培训。 生物医学工程学位对于教育背景有哪些要求？ 在阅读以下内容时，应牢记科技教育通常包含有形和无形两个部分。有形部分包括科学和工程设计。无形部分，通常也是更为重要的部分，包括所谓的“软技能”，如团队合作、实践经验、领导力、创业精神、演讲和写作，这是推行全面教育的核心要素，能够让学生很好地应对生活和职业生涯中的各种机遇与挑战。
有时，生物医学工程师负责解决生物医学问题，其身份可以是医师、业务经理、患者律师、理疗师、教授、研发科学家、教师和技术类作家。 生物医学工程师需要达到什么教育水平？要想拿到生物医学工程学位，通常需要接受至少四年的大学教育。之后，生物医学工程师可能需要在医疗设备或制药公司担任初级工程师职位、在医院担任临床工程师职位，或者是在生物技术公司担任生物材料销售职位。很多生物医学工程师都会参加生物医学工程或相关工程领域的研究生培训项目。生物医学工程师如获得硕士或博士学位，在争取工厂、学术或政府部门的研发岗位时会更有优势。一些生物医学工程师为提升自身教育背景，会选择攻读商业相关的研究生学位，从而提升业务能力，或为医院管理医疗技术的能力。还有一些生物医学工程师在完成学士学位后，随即进入医科院校和牙科院校。此外，一小部分生物医学工程师甚至选择进入法律院校，专攻与生物医学发明相关的专利法和知识产权领域。对于我们未来的医师、牙医和专利律师来说，还有什么比生物医学工程更好的培训吗？应如何利用高等院校教育课程来为生物医学工程的学习做准备？生物医学工程师需要接受多方面的教育和培训，其中涉及多个学科领域，应熟练掌握数学、工程设计、通信、团队合作和问题解决等多方面技能。在高中阶段开展全面的科目学习能够为生物医学工程的大学课程打下良好的基础。此类学习计划至少应包括各持续一年的生物、化学和物理。如能学习上述任意学科领域内的高级科目，效果会更好。高中代数、几何、高等代数、三角和微积分入门为必修课。参与生物医学工程项目的学生通常也会选修微积分科目。计算机编程科目能够让学生在大学课程的学习过程中占据明显优势。另外还可考虑选修制图或机械绘图科目，或者更值得推荐的计算机辅助设计 (CAD) 科目。人文和社会科学对于生物医学工程师也非常重要。高中的准备内容应包括四年的英语和写作、演讲、数年的历史和社会研究，甚至包括其他语种的学习。对于致力于提高世界医疗水平的生物医学工程师而言，通过多种语言进行沟通是一项非常有价值的技能。
生物医学工程师需要接受多方面的教育和培训，其中涉及多个学科领域，应熟练掌握数学、工程设计、通信、团队合作和问题解决等多方面技能。 作为大学生，我应该选择哪个专业？ 对于高中生和大学新生而言，这是一大难题，同时也是一项非常需要尊重个性的决策。如果您想要成为生物医学工程师，接下来该怎么做？我们不妨先退后一步，假定生物医学工程专业并不存在。问问自己哪条路更具有吸引力：生物学（或医学），还是工程学？如果感觉工程学有吸引力，那么哪种工程学类型最适合您：电气、机械、化学还是其他类型？如果感觉生物学更有吸引力，那么哪种类型的生物学更适合您：基因组学、生理学、环境学等？这些问题可能不太容易回答——最好的办法是：认真阅读不同专业的科目要求，并研究每个专业的科目描述。您会发现，在线课程目录将会是一个非常好用的辅助工具。（不要被令人眼花缭乱的标题和说明吓倒！）您的答案可以帮助您确定成为生物医学工程师的动机。经过认真研究之后，如果您选择工程学，那么接下来的问题是：是主修生物医学工程，还是一门传统工程学科？BME 毕业生的优势在于对生物医学的出色理解，而劣势在于特定工程学科的知识相对欠缺。如果选择生物医学工程，则应考虑在课程安排中纳入侧重于工程科目的选修课。如果选择传统专业，则应考虑在课程中加入适当科目（包括分子生物学和生理学等等），从而让自己有能力参与学校以及工作岗位上的 BME 项目。这两类生物医学工程师发挥着各自不同的作用。持有 BME 学位的生物医学工程师擅长汇总多学科信息，并将其用于产品创新和营销领域。持有传统专业学位的生物医学工程师擅长自主设计各种装置，并理解其运行原理。然而，如果您的答案是生物学，则应进一步思考自己的职业目标，是想成为医学专家、研发科学家还是技术人员。需要注意的是，生物学专业的学生不太容易凭借所掌握的基础工程知识转到 BME 研究生项目，主要原因在于：生物学专业缺乏对数学和物理学的深入学习，而这是工程学的核心所在。比较而言，传统工程专业则能够快速掌握大量的生物学知识从而获得竞争力。
从事生物工程相关职业的两个常规途径 哪些类型的大学科目有助于我成长为一名生物医学工程师？ 对于大部分生物医学工程活动而言，设计都是一项关键技能。生物医学工程师必须拥有坚实的生物学、化学、物理学、数学以及工程学基础，方能完成设计工作。尽管每所大学的生物医学工程课程设置有所区别，但大部分项目都会涉及的必修课包括：生物学和生理学、生物化学、无机和有机化学、普通物理学、电子电路和仪器设计、静力学和动力学、信号和系统、生物材料、热力学和传递现象，以及工程设计。学生可选修与生物医学工程专业相关的多个高级科学与工程科目。典型的相关专业包括：生物电子学、生物力学、生物材料、生理学系统、生物学信号处理、康复工程、远程医疗、虚拟现实、机器人辅助手术，以及临床工程。新兴专业包括：细胞与组织工程、神经工程、生物计算和生物信息学。某些科学与工程科目可能包含实验室操作，为学生提供动手实践的机会。除科学与工程科目外，生物医学工程专业的必修课还包括：英语、技术类写作、伦理学、以及人文学（如历史、政治、哲学、社会学、人类学、心理学以及文学）。一些学生会选择学习一门外语，以期在国外获得实习职位或工程方面的长期职位。在有意投身工程管理领域的学生中，商科非常受欢迎。一些大学积极鼓励学生参加为期六个月的海外交换学生计划，届时将由国外的一所大学向学生教授生物医学工程的部分课程。 BME 的就业市场目前来看，BME 的就业面仍然比较狭窄，但已经呈现出快速增长趋势。开设 BME 专业的院校数量正在飞速增加。但是，一般很难找到可靠而有价值的数据。我们建议您查看相关部门的在线信息，美国劳动统计局 (Bureau of Labor Statistics) 的在线信息按类别（包含生物医学工程）详细介绍了美国国内劳动力市场的情况，美国工程教育学会 (American Societyfor Engineering Education) 的在线信息则对拥有学士、硕士以及博士学位的毕业生在不同工程领域的分布数量进行了跟踪调查。BME 就业市场的需求对象不仅包括 BME 专业的毕业生，还包括一些拥有传统工程学科（通常辅修生物学）学位的学生，以及一小部分生物学专业（经过一些工程或计算机培训）的学生。BME 专业的学生需要与工程专业毕业生就某些工作和研究生项目展开竞争。毫无疑问，特定竞争中的胜出者应具备相应的专业背景，也就是说，更加符合这些工作或项目的要求。如果上述工作或项目涉及较多的生物医学内容，BME 将会胜出，如果涉及较多的特定类型工程内容，来自其他工程学科的工程师将会胜出。如果职位包含工程或设计内容，则生物工程师以及大多数传统工程师的优势要大于生物学专业的学生。传统工程师在技术主导型工作中比生物学专业人士的就业机会更多，薪水也更丰厚，BME 专业人士则处于中间状态。请务必牢记一点，出于长远考虑，拥有学士学位的工程师（包括 BME 毕业生）应继续深造，从而获得更为广泛的职业选择权。有些职业存在较高的教育水平要求，如研发(PhD)、法律 (JD)、医疗 (MD/RN) 以及商务 (MBA)。很多学士学位出身的工程师往往都是在完成硕士学位后才获得设计工程方面的职位。取得学士学位的工程师还可以在制造、现场工程、销售和营销领域谋求职位。BME 在管理领域拥有大量就业机会，如在食品药品管理局从事新产品开发，以及编制和监督人类和动物试验的相关协议，这可以说是 BME 的一项独特优势。相当数量的 BME 学士学位获得者发现，在技术知识占绝对主导的领域，自己担任的都是非设计职位。而 BME 设计职位通常要求在岗人员至少是硕士学位，很多时候都要求是博士学位。拥有工业或临床设计经验的学生将能获得更多机会。您可以通过以下方式获得此类实践经验：实习活动、暑期工作、工业或临床类高级设计项目，或借助扎实的实验室或计算机应用技能。 生物医学工程有哪些关键领域？ 通过上文您会发现，生物医学工程中存在很多交叉领域。这种类型的交叉技术包括诊断设备、成像和计算。生物分子技术正不断从一个领域延伸至另一个领域。由此可以看出，生物工程是一个发展迅速、日新月异的行业。 实际应用 临床工程将工程和管理技能与医疗技术相结合，从而支持并改善医疗效果。临床工程师可以将医院作为施展才华的平台，所负责的工作包括：管理医院的医疗设备系统，确保所有的医疗设备均安全有效；与医师合作以调整器械，使其满足医师和医院的特定需求。如果置身工厂，临床工程师可从事医疗产品的开发工作，包括产品设计、产品销售以及产品支持，确保新产品能够满足医疗实践的需要。 康复工程旨在通过科学和技术类应用改善残疾人士的生活品质。相关工作包括：为无法以传统方式进行通信的人士设计增强与替代型通信系统，让残疾人士能够更加方便地操作计算机，开发新款轮椅和新的轮椅材料，并为残奥会径赛选手制作义肢。 从生理学相关领域入门 神经系统工程：这是一个新兴的跨学科领域，涉及对大脑和神经系统的研究，其中包括：更换损坏的感觉器官以及恢复运动能力（例如通过视网膜移植实现视力的部分恢复，或通过对瘫痪的肌肉施加电刺激帮助患者站立），研究自然神经系统的复杂性，开发神经元自动装置（如控制信号来自大脑运动皮质的机械臂），以及神经元电子产品（如开发可植入大脑且具有出色计算能力的微电子元件）。此外，这一领域还包括诊断装置。 心脏生物工程：心血管疾病是困扰工业社会的首要健康问题。心脏生物工程借助成像、定量系统分析和分子及纳米技术，努力增进对于心血管系统的认知并提高诊断能力。蛋白质通过何种方式实现内皮细胞中力学信号的传递？微血管如何适应环境压力？如何利用新的给药和血管成像技术研究心脏病发作后会发生哪些分子层面的变化？在这一医学预防和治疗的新兴领域，我们需要探讨并研究这些问题以及更多其他问题，内容从亚分子跨越至器官层面，涉及多个不同学科。 生理学系统建模：医学诊断技术和治疗创新方法的日渐完善促成了一个新领域的出现，那就是生理学系统建模。该领域通过生理学过程（如肢体移动控制、新陈代谢中的生物化学反应）的建模，来加强对于生物体机能的理解。建模法还可应用于诊断设备和患者模拟器（针对培训）。 生物医学工程有哪些关键领域？ 电子技术和器械 器械、传感器和测量涉及生物学信息测量装置与测量系统的相关硬件和软件设计。相关工作包括：开发能捕获所需生物学信号的传感器、将信号放大和过滤以开展更深入的研究、找出破坏信号的干扰源、构建完整的器械系统，如 X 射线设备或心脏监测系统。 生物信号处理涉及从生物学信号中提取有用信息以协助诊断和治疗。相关工作包括：通过研究心脏信号确定患者是否存在心脏病猝死的可能、开发能够处理背景噪声的语音识别系统，或者寻找能够用于控制计算机的大脑信号特征。 生物医学影像和信号 成像和影像处理：凭借 X 射线、超声波、磁共振成像 (MRI)、计算机化断层摄影 (CT)、核医学以及显微镜检查等成像方法，我们得以一窥人体内部的秘密。这一领域的工作包括：开发低成本成像系统、影像处理算法、影像/视频压缩算法和标准，以及将多媒体计算系统中的先进功能应用于生物医学领域。 放射学指借助放射性物质，如 X 射线、磁场（磁共振成像）以及超声波对身体、内部器官以及结构进行成像。这些影像可用于疾病诊断和治疗，并可作为医生进行影像指导型微创手术时的参考。 分子生物学与计算机技术的融合 医疗与健康信息学是所有生物医学工程领域中覆盖面最广也是发展最快的分支之一，主要通过开发和使用计算机工具采集并分析医学及生物学的相关数据。开展生物信息学的相关工作时，需要借助复杂的技术管理和搜索包含数百万条数据的基因序列数据库。其他工作还包括：影像自动分析、挖掘患者记录数据库以推断疾病和疗法之间的关系，以及通过手持无线诊断装置等工具对数据进行安全管理。 生物信息学（包含基因组学）对基因组（生物体内的所有 DNA 组合）进行绘制、排序和分析。彻底解读正常状态和/或患病状态下的基因功能有助于疾病的发现、诊断和治疗。蛋白质组学对蛋白质组（某种核素产生的所有蛋白质组合）进行研究。 蛋白质组学发展至今已取得诸多进展，其中包括发现能够解释人类如何遭受感染的细胞生理过程，这一进展将促成感染性疾病全新治疗方式的产生。此外，这些进展还有力地推动了新的血蛋白模式检测方法问世，以加速卵巢癌的早期诊断。蛋白质组学的相关工作还包括开发能快速准确测量蛋白质水平的硬件装置。 生物医学工程有哪些关键领域？ 医学与计算机技术的融合 信息技术在生物医学领域的应用非常广泛，包括将虚拟现实引入医疗环境（如诊断过程）、将无线和移动技术引入医疗设施、将人工智能引入辅助诊断，以及解决医疗信息在万维网环境下的使用安全问题。 远程医疗有时也称为“电子医疗”，是指将电子医疗数据从一个位置传送至另一个位置，从而对患者进行远程评估、诊断和治疗。该领域通常离不开“相互连接”的医疗装置、先进的电信技术、视频会议系统以及网络计算环境。将上述技术用于医疗相关内容的远程学习也属于远程医疗的范畴。 力学与生物学和医学的融合 生物力学是将力学应用于生物学的产物。这其中包含运动研究、材料变形和流体的相关内容。例如，对血液循环等液体动力学的研究有力地推动了人工心脏的开发，而关节力学分析则提升了义肢的设计能力。整形生物力学和材料学是生物医学工程中的一个重要产业，也是最为成功的领域之一。 手术机器人是指在手术的规划和执行过程中，将机器人及影像处理系统用作医疗团队的交互式辅助工具。使用这些新技术的优点是：切口更小、损伤更少、准确性更高，从而尽可能地降低手术副作用，同时还能够节省成本。 材料小型化 生 物 微 机 电 系 统 (BioMEMS) 隶 属 于 微 机 电 系 统 (microelectromechanical systems,MEMS) ， 该 系 统 将 机 械 元 件 、 传 感 器 、 制 动 器 和 电 子 器 件 集 成 于 一 个 硅 芯 片 上 。BioMEMS 是 MEMS 在医学和生物学领域的应用形式。BioMEMS 的范例包括：人体佩戴的无线传感器、价格较低的一次性诊断芯片，以及可实现分子生物学设备支架微型化的精密装置。尽管微型机器人手术的实现尚需时日，但通过微型可植入装置释放药物，以及借助小型可吞咽摄像机检测胃肠道癌症已成为现实。 微米技术和纳米技术：微米技术致力于开发并使用微米级（千分之一毫米，约为人类头发直径的 1/50）装置，而纳米技术的研究对象则是纳米级（约为人类头发直径的 1/50,000，氢原子直径的十倍）装置。相关领域包括：开发能识别组织特性变化的微型力传感器（从而帮助外科医生锁定和切除不健康组织），以及能根据心脏蛋白质水平发生弯曲的纳米级悬梁（从而帮助医生在心脏病早期进行快速诊断）。上述领域与 MEMS 和 BioMEMS 联系紧密，并经常存在交叉现象。 生物材料是指一种经过设计加工的物质，用于构成必须与活体组织发生相互作用的装置或植入体。该领域取得的进展包括对以下项目的开发：用于人造关节移植的抗常见感染涂层、给药控制辅助工具，以及支持组织和器官重建的“支架”。 生物医学工程有哪些关键领域？ 化学工程技术 生物技术通过一套功能强大的工具对有机体（或有机体的组成部分）加以利用，从而制造或调整产品、改良植物或动物，或培育具有特定用途的微生物。生物技术的一些早期成果包括传统动植物养殖技术，以及酵母在面包、啤酒、红酒和奶酪制作中的应用。现代生物技术包括 DNA 重组、细胞融合以及新式生物加工技术，这些应用都有助于矫正人类的遗传缺陷。借助有机体对有害污染物进行生物降解也是该领域的课题之一。 给药是指将药物传送至需要进行治疗的位置。其中可能涉及多种基因与核酸治疗技术，包括成像造影剂的选择性目标设定。该领域的工作对于预测药物对患者发挥的作用很有帮助。 生物燃料研究涉及寻找汽油的可再生性替代品。比如，一些化学工程师和生物学家已经找到多种大幅提升酵母中异丁醇产率的方法。这些方法可能还会产生一些对社会极为有益的实用化学品。还有一些生物工程师则致力于通过针对海藻和细菌的生物工程方法生成生物燃料。 生物学与工程学的融合 尽管这些领域尚处于萌芽期，但未来存在很大的发展空间。 组织工程涉及研究和人工制造人体中有价值的新生结缔组织甚至整个器官。这些新的组织和器官以人体真正组织的微小标本为基础生成，通常放置于可分解的支架上。如果组织或器官能够顺利生长并最终移植回原始供体，新材料将无需借助防排斥药物。此类技术在软骨和骨骼修补以及皮肤创伤治疗中发挥着特别重要的作用。 细胞和分子生物力学涉及对于生物分子（如细胞赖以存在的基因和蛋白质）机械特征的研究，其目的在于更好地理解组织和器官。细胞如何感知机械力？机械力又以何种方式对细胞产生影响（包括细胞生长、运动和基因表达）？机械刺激可导致意想不到的信号级联，甚至能够改变细胞表型。对此类因素的理解将有助于获得一些新的重大突破。 遗传工程与合成生物学：遗传工程涉及对有机体基因的修改。此类方法能够实现对基因组成的轻微调整，二十世纪初期，栗树枯萎病一度殃及整个森林，美国栗树正是凭借这一方法得以生存和繁衍。合成生物学比遗传工程还要更进一步。该领域能够将整个质粒和染色体（而不是微小的 DNA 切片）合成为能从库中随时取用的标准模块，这与从零件仓中取用标准工程零件非常类似。
今天偶然翻到我这本书了 |
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