生物醫(yī)學(xué)工程為守護健康而生

■文/王國強

王國強，中國科協(xié)創(chuàng)新戰(zhàn)略研究院研究員，博士，主要研究方向是科技史、科技政策和科技傳播。

20世紀的新技術(shù)革命把“生命”與“工程”緊緊地聯(lián)系在了一起，促進了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的誕生。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展不僅取決于基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的創(chuàng)新，而且依賴于技術(shù)工程裝備的重大突破。從第一臺X射線儀出現(xiàn)到X射線CT（X-CT）、核磁共振CT（NMR-CT）、正電子CT（PET）、超聲CT（U-CT）等影像技術(shù)的發(fā)展，從首架光學(xué)顯微鏡到硬管式內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡、電子內(nèi)窺鏡等醫(yī)用光學(xué)技術(shù)的推廣，從早期心電描記器到自動生化分析儀、血液細胞分析儀、心臟監(jiān)護自動分析儀等各種電子醫(yī)療裝置的應(yīng)用，以及人工器官制造和心導(dǎo)管造影術(shù)、血管支架等介入技術(shù)的進步，20世紀的新技術(shù)革命把“生命”與“工程”緊緊地聯(lián)系在了一起，促進了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的誕生，從一個側(cè)面展現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)波瀾起伏的創(chuàng)新發(fā)展歷程。

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)設(shè)備不斷革新突破

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)工程各分支學(xué)科研究中不可或缺的重要手段。20世紀以來，物理學(xué)和計算機科學(xué)的發(fā)展直接促進了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)的建立和發(fā)展，形成了X-CT、NMR-CT、放射性核素CT（R-CT）、U-CT等“四大”當代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備，為各種疾病診斷提供了器官、組織、細胞甚至分子水平的圖像。

X射線的發(fā)現(xiàn)標志著放射醫(yī)學(xué)的正式誕生，開啟了醫(yī)學(xué)影像嶄新時代。1895年，德國物理學(xué)家倫琴（Conrad Roentgen）發(fā)現(xiàn)X射線。幾個月后的1896年，德國工程師雷諾茲（Russell Reynolds）制成了人類歷史上第一臺X射線儀，使人類得以在沒切口的情況下觀看到人體內(nèi)部情況。這臺X射線儀在2009年被英國公眾評為“改變了未來”的最為重要的發(fā)明。X射線儀在醫(yī)療上的最初應(yīng)用主要是骨折、尿道結(jié)石、異物等方面的診斷。但是，X射線存在穿透體內(nèi)器官而得不到顯影的問題。1898年，美國人創(chuàng)造了鉍鹽胃腸道造影技術(shù)，后來改為鋇鹽。20世紀20年代，美國人又發(fā)明了碘化物支氣管和脊髓造影技術(shù)，30年代初則發(fā)明了大腦造影技術(shù)，使顯影技術(shù)得到較快的發(fā)展。從此，X射線成為許多疾病，特別是體內(nèi)各種器官的腫瘤不可缺少的診斷手段。

X射線透視攝影產(chǎn)生的影像重疊問題催生了具有劃時代意義的X-CT。X-CT又稱X射線計算機斷層攝影，基本原理有兩個：一個是X射線能使人體的組織、器官產(chǎn)生不同的衰減射線投影的物理學(xué)原理；另一個則是任何物體均可以通過其無數(shù)投影的集合重建圖像的數(shù)學(xué)原理。CT的物理學(xué)原理并不復(fù)雜，而圖像重建數(shù)學(xué)原理的應(yīng)用卻相當復(fù)雜，必須經(jīng)過計算機處理。1963年，美國物理學(xué)家科馬克（Allan M.Cormack）發(fā)現(xiàn)人體不同組織對X射線的透過率有所不同，70年代初提出從不同角度進行X射線照射可測定人體組織的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1967年，英國電子工程師豪恩斯菲爾德（Godfrey Hounsfield）制作了一臺能加強X射線放射源的簡單掃描裝置。1971年，豪恩斯菲爾德在倫敦郊外一家醫(yī)院安裝了這種裝置，并進行了頭部檢查。1972年英國EMI公司研制出第一臺用于腦部的X-CT，其后迅速發(fā)展成為用于全身檢查的X-CT。X-CT分辨率可達1毫米，能對腫瘤早期診斷、顱腦外傷、腦出血等做出正確定位，產(chǎn)生了驚人的治療效果。科馬克和豪恩斯菲爾德因此榮獲了1979年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。計算機斷層攝影的出現(xiàn)，使醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)生了革命性的變化，代表著20世紀影像技術(shù)設(shè)備發(fā)展的最高成就。

X-CT出現(xiàn)后僅一年，影像設(shè)備與技術(shù)就再次發(fā)生了新的革命性突破。1973年，美國化學(xué)家勞特布爾（Paul Lauterbur）提出核磁共振成像（NMR）的思想方法。英國科學(xué)家曼斯菲爾德（Peter Mansfield）又進一步驗證和改進了這種方法。在此二人成果的基礎(chǔ)上，1978年EMI公司研制出第一臺NMR-CT。1980年，第一臺可以用于臨床的全身NMR在美國福納（Fonar）公司誕生。1984年，第一臺醫(yī)用NMR-CT獲得美國FDA認證。此后，NMR-CT迅速走向市場。此時，美蘇核危機愈演愈烈。美國放射學(xué)會建議將NMR改為MRI以緩解公眾特別是患者對“N”（核醫(yī)學(xué)）的擔心，因此，NMR-CT變成了MRI，磁共振成像的術(shù)語沿用至今。勞特布爾和曼斯菲爾德因?qū)Υ殴舱癯上窦夹g(shù)做出的杰出貢獻獲得2003年諾貝爾獎生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。MRI-CT可以顯示體內(nèi)不同化學(xué)環(huán)境和代謝過程的清晰圖像，能發(fā)現(xiàn)人體生理和生化過程的早期變化，改變了過去依靠病理解剖了解病變的傳統(tǒng)方法，同樣具有劃時代的意義。

生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)裝備大事記

1806年

德國醫(yī)生波茲尼提出內(nèi)窺鏡概念，并設(shè)計制造了第一個以蠟燭為光源、用于觀察膀胱與直腸內(nèi)部的導(dǎo)光器。

1816年

法國醫(yī)生雷奈克發(fā)明了聽診器，把直接聽診改變?yōu)殚g接聽診。

1896年

德國工程師雷諾茲制成了人類歷史上第一臺X射線儀，使人類得以在沒切口的情況下觀看人體內(nèi)部情況。

1903年

荷蘭心理學(xué)家艾因特霍芬研制成功了第一臺心電圖機。

原子物理學(xué)、同位素技術(shù)、超聲技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展使影像技術(shù)設(shè)備再次邁向新臺階。1951年，美國科學(xué)家凱森（Benedict Cassen）發(fā)明同位素掃描儀并應(yīng)用于肝臟和甲狀腺核素檢查，核素顯像就此加入到了影像學(xué)的行列。1957年，美國科學(xué)家安格（Hal O. Anger）發(fā)明了第一臺γ照相機，使核醫(yī)學(xué)檢查技術(shù)將動態(tài)功能和圖像結(jié)合起來。1972年，美國內(nèi)科醫(yī)師庫赫（David Kuhl）應(yīng)用三維顯示法和18F-脫氧葡萄糖，為正電子CT（PET）和單光子CT（SPECT）的發(fā)明奠定了基礎(chǔ)，庫赫也因此被稱為“發(fā)射斷層之父”。1973年，美國華盛頓大學(xué)的費爾普斯（Michael E. Phelps）、霍夫曼（Edward J.Hoffman）等人研制成功第一臺原型PET掃描機。1977年，首臺全身PET掃描機正式推出。PET的出現(xiàn)使人們能在分子水平上了解腦的功能。20世紀80年代PET技術(shù)日漸成熟，90年代PET已成為發(fā)達國家影像學(xué)診斷的重要工具。PET技術(shù)由于本身分辨率低的原因，與傳統(tǒng)影像學(xué)相比，還不能揭示準確的解剖結(jié)構(gòu)，在一定程度上限制了它的發(fā)展。1998年，第一臺專用PET-CT原型機安裝在美國匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心，完成了真正意義上的功能與解剖影像的統(tǒng)一，使影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展向前邁出了具有歷史意義的決定性的一步。1979年，庫赫等人研制成功了第一臺SPECT。1991年，美國舊金山大學(xué)的長谷川（Bruce H.Hasegawa）和朗（Thomas F. Lang）等將一臺SPECT儀和一臺CT串聯(lián)在一起，并獲得很好的效果。1998年，美國通用電氣公司基于這一設(shè)計的SPECT/CT推向市場，獲得巨大的商業(yè)成功。2004年，德國西門子公司在第51屆美國核醫(yī)學(xué)年會上提出了一種新的融合影像技術(shù)概念，首次將SPECT的功能影像與多層診斷CT的豐富解剖細節(jié)進行了充分的結(jié)合，使SPECT技術(shù)得以繼續(xù)向前發(fā)展。

此外，自1942年奧地利科學(xué)家達西克（Karl T. Dussik）首次進行超聲波穿透顱腦的實驗后，醫(yī)用超聲成像技術(shù)也得到迅速發(fā)展。X-CT問世后，1974年美國科學(xué)家格林利夫（James F.Greenleaf）首次報告了U-CT實驗，開啟了超聲CT技術(shù)的發(fā)展。

1929年

德國醫(yī)學(xué)家貝格爾發(fā)明了腦電描記器。

1932年

美國胸科醫(yī)生海曼設(shè)計制作出第一臺發(fā)條驅(qū)動的人工心臟起搏器。

1943年

荷蘭醫(yī)生科爾夫研制出世界上第一臺轉(zhuǎn)鼓式人工腎，是第一個把人工腎帶進臨床應(yīng)用的人。

1953年

庫爾特公司推出第一代只能計數(shù)紅白細胞的血液細胞分析儀。

1957年

德國希爾維茨等人研制出世界上第一個光導(dǎo)纖維內(nèi)鏡原型，拉開纖維內(nèi)窺鏡發(fā)展的帷幕。

美國泰克爾康公司根據(jù)斯凱格斯教授的設(shè)計方案制造出第一臺全自動生化儀。

醫(yī)用光學(xué)技術(shù)設(shè)備豐富檢查手段

自17世紀荷蘭人列文虎克（Antony van Leeuwenhoek）發(fā)明了真正意義上的顯微鏡后，光學(xué)技術(shù)與設(shè)備就給現(xiàn)代醫(yī)學(xué)注入了新的生命力。借助顯微鏡，人們看到了人體微觀層次的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其變化；借助內(nèi)窺鏡，人們看到X射線不能顯示的病變。

顯微鏡是人類進入原子時代的標志，是醫(yī)學(xué)觀察、臨床檢驗的重要工具。顯微鏡大致可分光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡兩大類。光學(xué)顯微鏡主要用于臨床檢驗。17世紀列文虎克首次使用顯微鏡就發(fā)現(xiàn)了微生物、紅細胞和一些原生動物。英國顯微鏡之父胡克（Robert Hooke）改進了列文虎克的顯微鏡，并于1665年出版了《顯微鏡》一書，首次提出細胞一詞的概念。德國人蔡司（Carl Zeiss）在1861年首次設(shè)計出復(fù)合式顯微鏡。1911年，德國人黑姆斯泰特（Oskar Heimstadt）發(fā)明了第一臺熒光顯微鏡，成為生物醫(yī)學(xué)研究的重要工具。1929年，德國藥物學(xué)家埃林格爾（Philipp Ellinger）和解剖學(xué)家希爾特（August Hirt）發(fā)明了落射熒光顯微鏡。為了突破光學(xué)顯微鏡的局限性，人們把目光投向在真空中高速運動的電子上。1931年，德國人魯斯卡（Ernst Ruska）等人研制出第一臺透視電子顯微鏡。此后，經(jīng)過不斷改進，顯微鏡的分辨率大大提高。1952年，英國工程師奧特利（Charles Oatley）制造出了第一臺掃描電子顯微鏡（SEM）。1983年，IBM公司蘇黎世實驗室的德國物理學(xué)家賓尼希（Gerd Binnig）和瑞士物理學(xué)家羅雷爾（Heinrich Rohrer）發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM）。STM顛覆了傳統(tǒng)顯微鏡的概念，不使用鏡頭而用一根探針，利用“隧道效應(yīng)”，通過測量電流而知道物體表面的形狀，分辨率可以達到單個原子的級別。因為這項奇妙的發(fā)明，賓尼希和羅雷爾獲得了1986年諾貝爾物理學(xué)獎。電子顯微鏡的發(fā)明者魯斯卡在同一年與他們共享了諾貝爾物理學(xué)獎。電子顯微鏡在細胞生物學(xué)中的應(yīng)用奠定了現(xiàn)代細胞生物學(xué)的基礎(chǔ)，被廣泛用于病毒、細菌、真菌等表面及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察，是20世紀最為重要的發(fā)明之一。

內(nèi)窺鏡是醫(yī)學(xué)檢查、診斷和治療的重要檢測儀器，因其直觀性，具有獨一無二的價值。其發(fā)展歷程分為硬管式內(nèi)窺鏡、纖維內(nèi)窺鏡、電子內(nèi)窺鏡等三個階段。1806年，德國醫(yī)生波茲尼（Phillip Bozzini）提出內(nèi)窺鏡的概念，并設(shè)計制造了一種以蠟燭為光源的、用于觀察膀胱與直腸內(nèi)部的導(dǎo)光器，被譽為內(nèi)窺鏡發(fā)明第一人。盡管波茲尼在當時并沒有將這種器械用于人體，但還是因為這種“好奇心”受到醫(yī)院的處罰。1835年，法國外科醫(yī)生德索爾莫（Antonin J. Desormeaux）以煤油燈為光源將這種導(dǎo)光器用于膀胱檢查，并于1868年在自己文章中正式使用“內(nèi)窺鏡”一詞。白熾燈發(fā)明后不久，1879年德國泌尿外科醫(yī)生尼采（Maximilian Nitze）就制成了第一個含光學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)窺鏡，即膀胱鏡。1881年，波蘭醫(yī)生米庫利奇（Jan Mikulicz-Radecki）等人采用尼采的硬管光學(xué)系統(tǒng)成功研制出第一個適用于臨床的胃鏡。1897年，德國科學(xué)家基利安（Gustav Killian）研制并成功使用了第一個支氣管鏡。1901年，德國外科醫(yī)生克林（Georg Kelling）為觀察氣腹對狗腹腔內(nèi)器官的影響制作出第一個腹胸腔鏡。光導(dǎo)纖維的發(fā)明與應(yīng)用，使內(nèi)窺鏡有了歷史性的變革，進入了具有現(xiàn)代意義上的纖維內(nèi)窺鏡發(fā)展階段。1957年，德國胃腸病學(xué)家希爾維茨（Basil Hirschowitz）等人研制出世界上第一個用于胃、十二指腸檢查的光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡原型，拉開纖維內(nèi)窺鏡發(fā)展的帷幕。從20世紀60年代到80年代的20年里，各種纖維內(nèi)窺鏡不但完全取代了硬管式內(nèi)窺鏡，而且還可以進行手術(shù)治療。1987年，法國醫(yī)生莫雷茵（Philippe Mouret）在一位婦女身上完成了世界上第一例電視腹腔鏡膽囊切除術(shù)，從而在世界范圍掀起了一場腹腔鏡外科的革命。1983年，美國偉倫（Welch Allyn）公司研制并應(yīng)用微型圖像傳感器代替了內(nèi)窺鏡的光導(dǎo)纖維導(dǎo)像術(shù)，宣告了電子內(nèi)窺鏡的誕生，促成內(nèi)窺鏡發(fā)展史上又一次歷史性的突破。電子內(nèi)窺鏡主要由內(nèi)窺鏡、電視信息系統(tǒng)中心和電視監(jiān)視器三個部分組成，比普通光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡的圖像清晰，色澤逼真，分辨率更高，而且可供多人同時觀看。目前，內(nèi)窺鏡技術(shù)正從最初觀察診斷階段逐漸進入治療手術(shù)階段。此外，激光技術(shù)和紅外線技術(shù)也被廣泛用于醫(yī)學(xué)治療。

1960年

第一個專用心電圖波形自動識別系統(tǒng)建立起來。

1972年

英國EMI公司研制出第一臺用于腦部的X射線計算機斷層攝影X-CT。

1973年

美國華盛頓大學(xué)的費爾普斯、霍夫曼等人研制出第一臺原型PET掃描機。

1974年

美國科學(xué)家格林利夫首次報告了U-CT實驗，開啟了超聲CT技術(shù)的發(fā)展。

1976年

美國肖特利夫等人完成了世界上第一個用于血液感染病的診斷、治療和咨詢服務(wù)的醫(yī)療專家系統(tǒng)。

醫(yī)用電子技術(shù)設(shè)備必不可少

20世紀電子技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各個方面，并逐步形成了醫(yī)學(xué)電子學(xué)這門技術(shù)學(xué)科。電子醫(yī)療裝置已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診療的必要手段。

最早發(fā)明的電子診斷儀要首推荷蘭心理學(xué)家艾因特霍芬（Willem Einthoven）發(fā)明的心電描記器。心臟病的診斷在近代以前主要靠耳朵靠近患者的胸廓診察心肺聲音。1816年法國醫(yī)生雷奈克（René Laennec）發(fā)明了聽診器，才把直接聽診改變?yōu)殚g接聽診。1903年，艾因特霍芬通過不斷改進前人的弦線電流計，成功記錄了心臟跳動時心電變化的狀況，所得到的心電圖也被很快用于心率、傳導(dǎo)和冠狀動脈硬化等情況的診斷。從此，心電圖的臨床意義得到公認。隨后，1920年可移動的手推車式心電計面世，1928年攜帶式心電圖機面世。艾因特霍芬因在心電圖上的杰出貢獻及在心電理論上的卓越建樹榮獲了1924年諾貝爾獎生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。1960年，第一個專用心電圖波形自動識別系統(tǒng)建立起來。1978年，美國公司首次推出數(shù)字化12導(dǎo)聯(lián)同步心電圖機，開創(chuàng)了心電圖記錄、分析與診斷、保存與管理的新紀元，心電圖機就此進入數(shù)字化發(fā)展新時代。

腦電圖為腦病診斷學(xué)與神經(jīng)生理學(xué)的發(fā)展做出了重要貢獻。1929年，德國醫(yī)學(xué)家貝格爾（Hans Berger）發(fā)明了腦電圖機。人們最初是從動物實驗中發(fā)現(xiàn)了腦的電活動現(xiàn)象。1875年，英國外科醫(yī)師卡頓（Richard Caton）對兔、犬等動物暴露的大腦皮層進行了電流直接，以檢測腦內(nèi)電流活動情況。1903年，德國醫(yī)學(xué)家貝格爾受這些成就的啟發(fā)，利用艾因特霍芬的弦線電流計，開始了動物腦電流記錄實驗。1924年，貝格爾首次對人的腦電圖進行了測量和描述。1929年，他發(fā)明了腦電描記器，詳細記錄腦電活動的情況，并為癲癇、腦腫瘤、腦損傷定位提供了檢查方法，并發(fā)表《關(guān)于人的腦電圖》的研究論文。經(jīng)過腦電描記技術(shù)和記錄裝置的不斷改進，腦電圖與X射線檢查、心電圖檢查一樣成為癲癇、腦腫瘤及其他神經(jīng)疾病診斷的有力手段。

隨著控制論、自動化和計算機技術(shù)的進步，各種醫(yī)用自動分析儀器應(yīng)運而生。世界上第一臺自動生化儀是1957年美國泰克尼康（Technicon）公司根據(jù)斯凱格斯（Leonard Skeggs）教授的設(shè)計方案制造的，主要用于生化分析中的分享、取樣、識別樣品、加入試劑、攪拌混合、測定、顯示記錄等過程，并實現(xiàn)了全部自動化。此后，該類儀器發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了單通道、雙通道、多通道儀器，成為20世紀50年代到70年代末世界市場上銷售量最大的儀器。80年代，泰克爾康公司為克服樣品之間和試劑之間的交叉污染，又發(fā)明了任選式測定方式的儀器。90年代后，自動生化分析技術(shù)在準確性、精密度、高效率、低消耗和參與實驗室管理等方面有了不同程度的發(fā)展。

20世紀40年代末，血細胞分析主要采用光電法和電容法，主要是根據(jù)細胞稀釋液對光吸收程度的不同或血細胞通過電極時電容改變不同而進行計數(shù)的，但儀器靈敏度低和易受干擾等缺點使其在推廣應(yīng)用上大大受限。50年代初，美國人庫爾特（Wallace H. Coulter）提出利用通過小孔的顆粒會引起電路中電阻變化來實現(xiàn)血細胞計數(shù)自動化的設(shè)想，開辟了血細胞分析的新紀元。直到今天，全世界正在使用的血細胞分析儀，絕大部分仍然是根據(jù)這一原理制造的。1953年，庫爾特公司推出第一代只能計數(shù)紅白細胞的血液細胞分析儀。60年代，以庫爾特原理為基礎(chǔ)的各種類型血液分析儀得到廣泛應(yīng)用，并逐步替代了傳統(tǒng)的顯微鏡常規(guī)操作。1976年，分離式與流動式血細胞計數(shù)儀的出現(xiàn)，實現(xiàn)了白細胞、紅細胞和血小板計數(shù)全自動化。80年代初，雙通道儀器的推出，實現(xiàn)了血液細胞分析的全自動化。90年代后，血細胞分群技術(shù)獲得長足進步，許多血細胞分析儀都在不斷增加新的參數(shù)，以滿足臨床診療方面的需求。

心臟監(jiān)護自動分析可追溯至1962年北美洲建立了第一批冠心病監(jiān)護病房（CCU），這是近30年發(fā)展起來的醫(yī)療常用電子設(shè)備。心臟監(jiān)護自動分析儀主要采用微計算機技術(shù)對心電信息進行采集、分析、處理、實時記錄、記憶、存儲等。目前，心臟監(jiān)護儀正朝著便攜式、多通道、數(shù)字智能型、網(wǎng)絡(luò)共享型等方向發(fā)展。

此外，醫(yī)學(xué)電子設(shè)備還包含著一些輔助診斷和醫(yī)院管理中的應(yīng)用。20世紀70年代中后期，國外基于人工智能原理出現(xiàn)了一些專家知識庫咨詢系統(tǒng)，提出醫(yī)學(xué)決策思維的結(jié)構(gòu)模式來模擬醫(yī)生的推理，曾經(jīng)風(fēng)行一時。例如，1976年美國肖特利夫（Edward H.Shortliffe）等人完成的世界上第一個用于血液感染病的診斷、治療和咨詢服務(wù)的醫(yī)療專家系統(tǒng)（MYCIN）；1979年中國涂序彥、郭榮江等完成的世界上第一個中醫(yī)專家系統(tǒng)“中醫(yī)關(guān)幼波肝炎診斷治療程序”。計算機醫(yī)院管理系統(tǒng)的范圍大小不一，正從患者預(yù)約或疾病診斷的單一系統(tǒng)發(fā)展到醫(yī)院全面信息管理的復(fù)雜系統(tǒng)。

1978年

EMI公司研制出第一臺NMR-CT，成功地獲得了第一張人體頭部的 NMR斷層圖像。

1979年

美國內(nèi)科醫(yī)師庫赫等人研制成功了第一臺SPECT。

1983年

德國物理學(xué)家賓尼希和瑞士物理學(xué)家羅雷爾發(fā)明了掃描隧道顯微鏡（STM）。

1986年

瑞士醫(yī)生西格瓦特進行了第一例冠狀動脈支架置入術(shù)，介入心臟病學(xué)進入金屬支架時代。

1998年

第一臺專用PET-CT原型機安裝在美國匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)中心。

人工器官與介入治療技術(shù)設(shè)備日新月異

人工器官與介入治療技術(shù)設(shè)備是20世紀生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的又一重要標志。

人工腎又稱血液透析機，主要用于治療腎功能衰竭和尿毒癥患者。19世紀中葉，英國化學(xué)家格雷姆（Thomas Graham）發(fā)現(xiàn)了“透析”現(xiàn)象。1912年，美國生物化學(xué)家埃布爾（John J.Abel）通過實驗發(fā)現(xiàn)了火棉膠膜具有半透膜的功能，并設(shè)計出被稱為“人工腎”的一個簡單透析器。1943年，荷蘭醫(yī)生科爾夫（Willem J. Kolff）第一個把人工腎帶進臨床應(yīng)用，用塞璐芬膜代替火棉膠，研制出世界上第一臺轉(zhuǎn)鼓式人工腎。此后，隨著高分子材料的不斷改進，人工腎朝著多功能、小型化方向發(fā)展。1960年，挪威人希爾（Fredrik Kiil）研制出Kill型平板透析器，大大促進了血液透析儀的發(fā)展及普及。1967年，美國的里普斯（Ben J. Lipps）發(fā)明了全世界第一個空心纖維透析器，因體積小、透析效率高、脫水能力強，沿用至今。

心臟起搏器可以說是人類歷史上偉大的發(fā)現(xiàn)，在人類的科學(xué)技術(shù)發(fā)明中占有重要的地位。1791年，意大利科學(xué)家加爾瓦尼（Luigi Galvani）發(fā)表了對蛙肌肉和蛙心臟電刺激現(xiàn)象的研究結(jié)果。1804年，他的侄子阿爾迪尼（Giovanni Aldini）通過動物實驗，提出電刺激可以減輕或緩解心源性暈厥。1862年，英國醫(yī)生沃爾什（Walter H.Walshe）報道了電刺激治療心臟驟停的案例。1928年，澳大利亞麻醉醫(yī)生立德威爾（Mark C. Lidwill）與物理學(xué)家布特（Edgar H. Boot）合作設(shè)計了起搏器最初的雛形。1932年，美國胸科醫(yī)生海曼（Albert Hyman）設(shè)計制作出人類第一臺質(zhì)量達7.2千克由發(fā)條驅(qū)動的電脈沖發(fā)生器。海曼將其稱為“人工心臟起搏器”，這一術(shù)語一直沿用至今。1951年，加拿大醫(yī)生卡拉漢（John Callaghan）用心導(dǎo)管成功地進行了體外右心房起搏。1952年，美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)生佐爾（Paul Zoll）首次在人體胸壁的表面施行電脈沖刺激心臟，成功地為一位心臟停搏患者進行了心臟復(fù)蘇。臨時性心臟起搏器技術(shù)逐漸成為緩慢心律失常的一種常規(guī)治療方法，佐爾也因此被稱為“心臟起搏之父”。1958年，瑞典斯德哥爾摩的卡羅林斯卡醫(yī)院植入了世界首例全埋藏式人工心臟起搏器。1960年，美國醫(yī)生李拉海（Clarence W. Lillehei）完成了美國歷史上第一臺人工心臟起搏器的植入術(shù)。至今，心臟起搏技術(shù)還在迅猛發(fā)展，每年都有很多新的功能、新的技術(shù)問世。

介入治療技術(shù)是利用醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和特制的精密器械，協(xié)助對人體系統(tǒng)疾病進行診斷和治療的一種方法。1844年，法國生理學(xué)家貝爾納（Claude Bernard）首次嘗試從頸動脈將導(dǎo)管插入動物心臟進行血壓測量。1929年，德國醫(yī)生福斯曼（Werner Forssmann）在自己身上進行了導(dǎo)管插入實驗，開創(chuàng)了心導(dǎo)管造影術(shù)。1941年，美國的心臟科醫(yī)生庫南德（André F. Cournand）和理查茲（Dickinson W. Richards）利用心導(dǎo)管對右心及肺動脈壓和心輸出量檢查測定，用以診斷先天性和風(fēng)濕性心臟病。1953年，美國放射學(xué)家賽爾丁格（Sven I.Seldinger）首創(chuàng)經(jīng)皮穿刺導(dǎo)管技術(shù)，結(jié)束了血管造影需要外科醫(yī)師協(xié)助的歷史。1964年，美國放射科醫(yī)師多特（Charles T. Dotter）研制了一種新型導(dǎo)管，進行經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)，治療因動脈粥樣硬化引起的心血管狹窄。1974年，德國心血管醫(yī)生格林特茨格（Andreas Gruentzig）在瑞士蘇黎世大學(xué)醫(yī)院研制出圓柱形可膨脹的雙球囊導(dǎo)管，用來治療外周動脈狹窄、腎動脈狹窄、冠狀動脈狹窄等疾病。1977年，格林特茨格用一根球囊導(dǎo)管為一位心絞痛患者完成世界上第一臺冠脈球囊擴張術(shù)。1986年，瑞士醫(yī)生西格瓦特（Ulrich Sigwart）首次在冠狀動脈內(nèi)置入金屬支架，開啟了血管介入治療的歷史。2002年，第一個藥物涂層支架（Cypher）的出現(xiàn)，解決了置入支架術(shù)的又一個難題。

生物醫(yī)學(xué)工程重大技術(shù)裝備的不斷創(chuàng)新，大大突破了技術(shù)的范疇，逐步形成了一門獨立的學(xué)科。20世紀，美國、日本和西歐一些國家先后成立了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)組織，1965年國際生物醫(yī)學(xué)工程聯(lián)合會（IFMBE）正式成立。1979年，中國成立了以黃家駟為組長的中國國家科委生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科組。1980年，中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會正式成立。當前，新一輪科技的革命性進展及其交叉融合，使生物醫(yī)學(xué)技術(shù)裝備呈現(xiàn)出創(chuàng)新突破和加速演進的蓬勃發(fā)展局面，但在一定程度上弱化了醫(yī)生的主體地位，導(dǎo)致醫(yī)學(xué)人文精神缺失，引發(fā)社會對現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的倫理困惑。