中科院电工研究所生物医学工程研究部介绍

　　生物医学工程研究部旨在运用工程技术的原理和方法，研究和解决生物学和医学中的生物电工学问题。其主要任务是，从工程学角度解释生物体特别是人体的生理、病理过程，同时从事相应医疗仪器和生命科学仪器的研究和开发。其主要研究方向包括：生物系统建模与仿真、生物医学信号检测与分析、生物医学成像和图像处理、电磁场生物效应、人工器官以及相关的医疗仪器研制等。

　　电磁生物工程研究组是在电工研究所原永磁应用实验室的基础上建立的，在电磁场的理论和应用研究方面有雄厚的力量，并积累了丰富的经验，在医疗设备研制和极微弱电磁信号的探测和处理领域做出了大量卓有成效的工作。在1986-1989年期间电工研究所曾主持研制我国第一台磁共振成像（MRI）用永磁磁体，该磁体用于安科公司的ASP-015MRI系统中，获1990年中科院科技进步一等奖，1992年国家科技进步二等奖。此后，在MRI永磁磁体研究方面又取得一系列重要成果。1995-1997年主持设计研制阿尔法磁谱仪（AMS）永磁磁体。1998年6月2日，阿尔法磁谱仪成功搭载美国发现号航天飞机进行了为期10天的太空飞行，获得圆满成功。该项目获1999年中科院科技进步一等奖，2000年国家科技进步二等奖。

　　随着电磁学、生物、医学的发展及其交叉融合，生物电磁学在人类的生命与健康、环保和生物工程方面发挥着越来越重要的作用。电磁生物工程研究是我所在长期电磁场应用研究的基础上开展的新的研究方向，主要以现代电磁学理论、装置、仪器和分析技术为依托，使用物理学的思想、概念和方法，结合生物学、生物医学的最新进展，开展前沿性多学科交叉研究，以揭示生物组织和生命过程不同层面的电磁学特性及外加电磁场对生物体的作用，并研究其在医学和生物学中的应用。

　　目前电磁生物工程研究组已基本形成了电磁场的生物学效应及其机理研究、生物电磁特性和电磁信号的检测及应用研究、生物电磁成像技术研究、人工生物器官研究、纳米生物电磁技术研究五个主要的研究方向。拥有用于生物电磁效应实验的各种电场和磁场设备、电磁仿真环境和生化实验设备，可进行离体和在体的生物电磁实验，能够对电磁作用后的活体及离体细胞进行形态、行为和各种特定生化指标量化检测与分析，拥有检测和分析处理微弱生物电磁信号的设备与技术。
　　电磁生物工程研究室经过几年的建设，现已形成了一支电工学、生物学、医学、电子学等多学科交叉的研究队伍。现有研究人员15人。

　　磁共振成像（Magnetic resonance imaging, MRI）技术是近二十几年来随着计算机技术的飞速发展，在X线CT的基础上发展起来的一种新型的医学成像技术，它不仅可以显示形态学结构，而且可以显示原子核水平上的生物化学信息。由于它在提供组织化学信息方面的潜在能力以及对人体没有因放射线引起的电离辐射作用等特点[2]，故已成为当今众所瞩目的医学成像方法。
 

　 MRI被广泛应用于临床的历史虽然不长，由于其多方位、多参数、多序列的成像特点，已显示出它巨大的优越性，尤其对大脑、脑干和脊髓的病变有较高的探测灵敏度。例如：诊断脑部的星形细胞瘤、胶质瘤、脊索瘤，分辨肿瘤、血肿或脑组织水肿，观察脊髓先天性异常、脊髓空洞症、椎管阻塞、狭窄等。MRI也是唯一能显示椎间盘组织结构的无创性检查方法，一些过去缺乏有效的检查手段，或需进行损伤较大照影检查的椎间盘病变，例如轻度的椎间盘损伤、感染、退形性病变等，均可通过MR检查作出早期诊断。尤其当病变侵犯到软组织时，磁共振成像常优于其他的检查方法。

　 近几年来，随着低温技术、超导技术、磁体技术、电子技术和计算机技术等相关技术的迅速发展，我们不仅可以生产更高场强的磁共振成像仪，而且新的磁共振成像仪的功能也得到了更多的扩展，如：磁共振频谱、扩散张量成像、功能性MRI等。同时，在超低场成像方面，我们也正在开展在零磁场下的磁共振成像方法的研究工作。

　 电磁成像技术是利用生物体内不同组织在不同的生理、病理状态下具有不同的电磁特性，通过施加电磁场，在体外测量电磁信号来重建生物体内部某一电磁参数的分布或其变化图像的方法和技术。

这种电磁生物医学成像与传统的X-CT、磁共振成像系统相比有如下优点：
    1、不但能反映解剖学结构，而且可给出功能性图像结果；

    2、不使用核素或射线，对人体危害大大降低； 
    3、可以多次测量，重复使用，实现连续医学图像监护；
    4、成本低廉，不要求特殊的工作环境。

 
　　电磁生物医学成像中研究历史较长的主要是生物电阻抗断层成像（EIT）。从上世纪80年代起多个研究组相继研制了多种EIT。但是由于EIT的非线性问题和检测灵敏度问题的研究还没有根本性突破，因此还需进一步研究。