志愿填报进行时！未来已来，生物医学工程带你拓展生命的长度与宽度
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关键词：北大云开讲 精彩回顾
编者按
认识生物医学工程
生物医学工程英文全称为BioMedical Engineering，简称BME，其主要任务是运用工程学原理解决生命科学和医学问题。具体地说，生物医学工程是为了改善人类健康，在医学和生物学领域结合物理学、化学、数学和计算机科学，进而运用工程学原理和方法促进医疗卫生发展的一门学科。这也是一门理论与实践并重、极富创造性的新型学科。
“我们人类活动的所有意义，都在于拓展生命的长度与宽度。”
生命的长度指人的寿命，生命的宽度则指生命的意义。比如生物医学工程领域的研究就可以拓展生命的宽度，因为它们能让我们更加快乐、有意义地生活。
“生物医学工程是一个能够同时拓展人类生命的长度和宽度的专业。”
从科幻片看生物医学工程
在某种程度上，我们可以从科幻片《阿凡达》中看到生物医学工程的发展趋势，这部影片虽然拍摄于2010年，如今十年已过，其中涉及的许多技术仍然具有前瞻性。阿凡达的故事家喻户晓——一个双腿瘫痪的海军陆战队员借助机器连接大脑，将“灵魂”传送到克隆肉体上，来到潘多拉星球执行任务。
要完成这样的过程中，至少需要对大脑信息捕获解读、利用克隆体获取新的生物医学信号并传给原始身体，换句话说，需要一个实时的远程人-机连接系统，其中应用大量医学与生物信息处理的相关内容。综观这部影片，基因工程、细胞工程、组织工程、再生医学等一系列生物医学的问题都有所体现，这些也是生物医学工程的研究方向。
未来？已来！
生物医学工程让科幻变成现实
然而，科幻片毕竟是“科幻”，不少观众会认为阿凡达的脑机连接是一件遥不可及、属于未来的事物，但真的是这样吗？生物医学工程师们给出了否定的答案。其实，未来已经到来。
在2014年巴西世界杯开幕式上，瘫痪的青年利亚诺·平托通过脑机接口踢出了世界杯的第一球，阿凡达中的想象照进现实，令人震撼。
今年特斯拉已官宣：将在年内实现脑机接口技术的人机互联。他们的核心技术是利用“缝纫机”对接神经。
特斯拉技术人员开发了一个装置系统，把用薄膜聚合物制成的、精细灵活的探针，和精细坚硬的植入针，以及一个负责植入的机器人，整合在一起，形成一个形似缝纫机的对接装置。与过去体积大、足以穿进大脑的探针相比，“缝纫机”基本不会引发急性和慢性的损伤和炎症，对设备本身的寿命、稳定性和产出也影响较小。
有这样的系统后，脑机接口的实现一般有三个步骤。首先通过“缝纫机”在头骨上穿刺，刺激大脑中相关的神经单元，再植入芯片，接着用“线”将芯片读取的大脑信号传送出来，进行进一步加工处理。
目前已开发的脑机接口技术都是有线工作的形式，但将来必然走向无线，比如将人脑直接与手机无线相连，那么用户既可以通过屏幕控制手机，又可以通过意识控制手机。过去习惯说“万物互联”，而在未来人脑与计算机也将紧密联系在一起，达到心“芯”相映。
生物医学工程为何重要
生物医学工程的发展关系到人类生命健康、经济发展和社会稳定、是对国家整体医疗能力有重大影响的特殊学科。医疗器械的发展水平代表了一个国家和地区的卫生健康产业的水平。在我国发展生物医学工程更具有重大意义。
在此次新冠疫情的应对中，生物医学工程的应用可以被描述为一个金字塔，从最底端的医用材料、辅料、基础设备，到中等的医用治疗、辅助设备，再到高端的大型现代化医学影像装置，技术附加值逐渐增加。但我国大多数出口医疗产品都处于低端水平，而高端产品市场90%被国外占领。因此，生物医学工程发展受到高度重视，被列为国家新兴战略产业。
突如其来的疫情改变了人类交流的方式，应对过程中出现了许多生物医学工程的身影，从广泛使用的测温枪，到医院治疗常用的呼吸机，到对肺炎进行影像学评估的手段如CT机，以及药物和疫苗研发等，生物医学工程在检测和治疗中发挥着核心作用。
人体会发出红外辐射，而测温枪通过红外探测器、经主控板、电池、蜂鸣器等精密器械精准快速测温，是物理、电子工程、机械工程、材料工程在医疗健康领域的综合应用，其他医疗设备也是如此。
除了突发重大公共卫生事件，心脑血管疾病、癌症、慢性病等是贯穿整个人类历史与生活的威胁。
心脑血管疾病在我国居民死亡原因中排第一，恶性肿瘤已成为我国城市居民死因的第一位、农村居民死因的第二位。全国现有高血压患者2.7亿、脑卒中患者1300万、冠心病患者1100万；糖尿病患者超过9700万，糖尿病前期人群约1.5亿；每年新增肿瘤患者380万，死亡230万；以抑郁障碍为主的心境障碍和焦虑障碍患病率呈上升趋势，抑郁症患病率为2.1%，焦虑障碍患病率达4.98%。
而这些冰冷的数字背后，其实都对应着一条条鲜活的生命。
人口老年化也带来了巨大挑战和需求。我国60岁及以上老年人口已经达2.49亿，占总人口的17.9%，其中近1.8亿老年人患有慢性病。据预测，我国在2030年前将有25%人口步入老年。然而我国医疗资源相对不足，医患关系面临挑战，而学习生物医学工程，可以利用机器提升医生护士工作的效率，让患者更快地改善状况，进而缓解医患关系。
生物医学工程推动现代医疗技术的发展。我们的技术在实验室研发后进入临床应用，造福患者。比如：全世界已有超过30万重度听障人群因接受了人工耳蜗植入而重返有声世界；目前已经实现植入脊髓刺激治疗下肢瘫痪、颅内植入电极治疗癫痫。
生物医学工程的特点和机遇
生物医学工程是一个理-工-医结合的交叉学科，富有挑战性，同时也带来巨大成就感。而疾病和健康是未来每个人最关心的核心问题之一，人类对生物医学工程领域的长期科研和生物医学工程产业有巨大需求。
2020年，福布斯根据美国劳工署统计处的统计结果，选出了最具价值的15个专业。他们通过毕业起薪、10年以上经验薪资中位数、薪资增长率、预计工作机会增长率等指标计算比较进行排名。其中生物医学工程排名第一。
而在美国国家工程院列出的21世纪工程领域的14个重大挑战中，生物医学工程就占了5项，分别是健康信息学、新药研发、大脑逆向工程、个性化学习以及虚拟现实。
为什么选择北京大学生物医学工程系
北京大学生物医学工程系依托北京大学强大的医学、生命科学、理学、人文学科，以国际前沿研究课题为主导的研究方向，在2010年率先成为国家教育部一级学科点。已经建立了一支年青、有活力的科研队伍，包括11位教授，7位副教授和1位工程师；并积极开展国际化的合作与交流，与美国一流大学Georgia Institute of Technology等合作建立了国内唯一的博士生联合培养项目，引领中国教育改革新潮流。
北京大学从2018年开始推进建设“跨学部生物医学工程系”，致力于推动先进医疗诊治技术的研发和临床转化，并以此为平台推动整个北大相关研发力量的优化整合，让北京大学成为能引领国际医学新技术的创新源泉。
目前的主要研究领域为生物材料和再生医学、医学仪器和医学成像技术、精准医学和健康生物信息学。研究实例如多模态分子影像、石墨烯神经电极、新型分子探针、高通量核酸筛选平台、新型内窥镜、超分辨成像、纳米生物材料等。
北大生物医学工程系一直和临床紧密合作，积极推进创新诊疗技术的转化。比如朱怀球课题组对医疗大数据分析开发以辅助诊断，李长辉课题组与北京协和医院开展新成像技术临床试验，席建忠课题组研发的微肿瘤芯片预测肿瘤患者药效准确率高达93.6%, 谢天宇课题组研发的 “中国智造”高端内窥镜已经进入国内外市场，戴志飞课题组研发的超声微泡打破国外垄断、已经进入临床试验。
北大生物医学工程系的本科培养特色
北大生物医学工程系致力于培养具有扎实的理论基础和专业知识、良好的综合能力和创新意识的高素质、引领性的复合型人才。坚持“强化基础、重视素质、追求创新”，培养能适应环境、有独立思考和学习能力、能够解决问题的高素质人才，而不是单纯追求“成绩好”。教学培养设计参照国际一流科研单位，借鉴有益经验，希望引领未来中国医疗技术的创新与发展。
在生物医学工程系必修特色课程Problem Based Learning（PBL）中，老师通常会给出有趣、无固定答案的课题，比如如何通过所学知识改进癌症现有某些治疗中的局限。在这门课中，学生通过团队协作，实现团队合作能力和领导能力的训练；通过时间节点，实现时间管理的训练；通过口头报告，实现对表达能力的培养；通过问题驱动，实现责任感、使命感、兴趣和自主学习的培养。
生物医学工程系提供以学生为中心的丰富充实的学习和实践生活，包括临床医院实习、分组团队协作、国际学习交流、国际学习交流、医疗企业参加学习等。
学生创新设计成果丰硕，包括基于压力传感器的PICC置管术、助蹲器等；也申请了不少专利，比如一种用于外科手术或实验操作的跨坐式站椅及其操作方法、一种定量抽吸液体的抽吸注射器及其控制方法等。
生物医学工程系本科生的未来发展方向多元多样，可以继续攻读生物医学工程及相关交叉学科的研究生学位，成为生物医学工程领域的高素质、引领性的研究人员；也可以直接进入生物医学工程相关的产业领域从事医疗器械、医疗服务的应用研究、技术开发；可以直接进入生物医学工程相关的管理部门从事医疗器械、生物医药的管理工作；还可以进入医学、生物医药、生命科学相关的咨询与投资管理公司。
结语
习近平给北京大学援鄂医疗队全体“90后”党员的回信中写道“青年一代有理想、有本领、有担当，国家就有前途，民族就有希望。……让青春在党和人民最需要的地方绽放绚丽之花。”生物医学工程毫无疑问是党和人民最需要的学科之一。如果同学们选择生物医学工程，便是选择在这里绽放青春绚丽的花朵，选择为人类健康事业做出自己的贡献！我们全体师生期待与你携手并进！
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编辑 | 袁晓秋
美编 | 李博宇
审校 | 戎子艺
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