淺談大數據時代下的生物醫學工程發展趨勢

邵帥 汪鵬飛

摘要：隨著我國越來越強大，中國經濟也在發展，科技信息技術不斷發展，中國已經進入了大數據時代。大數據時代已經對社會的各個方面產生了巨大的影響，并擴展到了各個領域。在大數據時代背景下，生物醫學工程領域呈現出新的面貌并不斷發展。

關鍵詞：淺談;大數據時代;生物醫學工程;發展趨勢

1生物醫學工程概述

生物醫學技術是連接現代生命科學、醫學和技術的一門新興邊緣學科。它的發展主要得益于物理、化學和工程技術的不同原理和方法在醫療行業的應用，為了提高醫療設備、材料和研究工具的質量，充分滿足醫療行業臨床診療的實際需要。近年來，隨著我國科學技術的發展，一些技術在醫學領域得到了廣泛的應用，同時也獲得了許多醫療產品，為中國醫療產業的發展做出了重大貢獻。20世紀以來，我國圖像的診斷和功能形成方法迅速發展，出現了幾種新的醫療方法，并使用了基于新材料的輔助醫療設備[1]。根據研究目標，生物醫學工程可分為四個領域：生物醫學材料、生物醫學工程器械、生物醫學康復和遠程診斷與治療系統。這亦需要不斷更新醫生在醫學方面的知識，以應付現階段對這方面專業人才的真正需求。

2生物醫學工程與大數據的密切聯系

2.1生物醫學工程的基本概念及其應用技術

生物醫學工程是一系列更廣泛的學科，包括生物學、醫學、電子和材料工程的理論和方法。主要目的是利用工程技術和方法研究生物和醫學問題，以期加以解決。所采用的技術主要包括生物醫學傳感器、信號處理和檢測方法、醫學圖像處理方法，臨床處理和實驗室分析方法[2]。

2.2生物醫學工程數據的特點

生物醫學工程數據主要包括生物學、醫學、工程等。這些數據有五個主要優點：

2.2.1有相當大數量的數據：這些數據來自多個方面，因此收集的數據情況復雜多樣;

2.2.2數據結構不同：主要原因是在數據庫中表示非建設性數據不太方便;

2.2.3數據無法合理量化：主要原因是數據結構和相關特征無法用定義的公式表示;

2.2.4數據冗余會導致冗余數據量增加，導致大量數據毫無意義，并非所有數據都很重要;

2.2.5數據的總體準確性相對較低：在收集生物信號時，空氣中的噪聲污染無法很好地避免，這將導致差生數據中的錯誤[3]。

3生物醫學工程的數據挖掘方法

3.1基于大數據大量、多樣特征的NoSQL數據庫

NoSQL即NotOnlySQL，它不再是傳統關系數據庫的領先存儲庫，這種關系數據庫是一個快速增長、互不關聯的數據庫。這種類型的數據存儲不需要對表結構進行初步設計，也不會導致表連接或水平分割。

NoSQL支持非關系型數據存儲（如下圖），不需要創建完整的數據字段，并且必須始終提前搜索有效的存儲。但是，在關系數據庫中，很難添加或刪除完整的字段。例如，在提供有效數據收集的生物醫學過程中，大量數據沒有特定的存儲結構，這時，就體現了大數據和非建設性數據的存儲的重要性。

3.2基于大數據高速、價值特征的Hadoop技術

Hadoop是一個處理大量數據的軟件框架，主要包括兩個方面：（1）Hadoop分布式文件系統：它主要用作存儲系統。其主要工作方式是將源數據復制并分發到服務器集群點，然后使用一個或多個應用程序對節點進行分析和處理;（2）MapReducer建立的軟件框架和編程模型可以在很大程度上管理分布式應用程序。

4大數據時代下生物醫學工程在影像及介入醫學的應用

4.1影像介入技術

隨著醫療技術的發展，計算機影像學也在發展（如圖所示），特別是在有前途的微創新技術方面。根據透射器件的不同，結合大數據，微透視方法主要包括：X射線/CT、超聲和磁共振治療。介入超聲由于其設備輕便、操作簡便、無輻射等優點，深受醫護人員及病人歡迎。

4.2介入放射學

介入放射學技術在1895年血管造影后提出并應用，引起了全世界醫學界的廣泛關注。從那時起，全世界的研究和應用都在增加。其范圍正在擴大。

介入放射學具有創傷小、療效好的特點。世界上大多數醫療機構都建立了不同規模的獨立干預部門。介入放射學技術外科治療已變得司空見慣，甚至取代了國內外對某些疾病的外科治療[5]。

4.3CT引導下的微創

隨著數字技術、大數據和醫學的融合，生物醫學不僅在診斷和治療設備方面取得了重大進展，也在徹底改變診治方法。它包括基于CT的組織穿刺活檢、腦血腫切除和腰椎間盤突出癥定位等立體定位方法。

4.4超聲引導微創技術

在中國，半個多世紀前，超聲被應用于臨床診斷。與其他醫學圖像相比，超聲具有許多優點（如無放射性、無創傷、成本低、設備簡單、比率快、便于更多的隨訪等），而且還可以動態觀察身體或器官，更直觀地了解身體的病理變化，因此，此外，在超聲手段的作用下，在治療甲狀腺、乳腺、肝臟等疾病方面取得了良好的效果。目前，在臨床治療中的應用越來越廣泛，特別是在小腫瘤的治療中，可以獲得超聲治療。它不僅反映了21世紀現代醫學的發展方向，而且以精確的定義論證了其醫學發展模式。介入超聲手段的臨床應用使其成為最具發展前景和學術性的醫療體系。近十年來，這項由超聲成像和醫學工作專家創造和開發的新的主題技術，應用于泌尿外科、肝膽外科、血管外科、麻醉和骨科等多個診所，這不僅加速了這一手術的推廣和認可，此外，腫瘤和各種技術的全球應用取得了巨大進展，生物醫學工程在臨床實踐中的重要作用也得到了證實。

5生物醫學工程在臨床中的應用及發展

5.1微創技術

“微創技術”貫穿于整個醫學發展過程。通過大量的數據分析，這是未來醫學發展的方向。其概念是基于微創手術的概念，其實質是內窺鏡技術。它是一種通過微創手段達到最佳治療效果，這是傳統手段所不具備的，被歸類為“微創方法”，如超聲介入、放射學、內鏡檢查、內鏡檢查和顯微手術。這些創新和發明得到了生物、工程、醫學和其他學科整合的補充。

5.2內鏡技術

在中國，內鏡技術起步較晚，但發展迅速。目前，纖維內窺鏡已廣泛應用于國內臨床工作。隨著科學技術和醫學的發展，內鏡得到了不同程度的發展和改進。診斷和治療過程變得越來越簡單和微創。這是最全面、最先進的新型微創技術。例如，有更輕的膠囊內窺鏡，反映了生物醫學工程的重要性。

5.3腔鏡技術

上世紀80年代末，腔鏡技術的發展取得了質的飛躍，最重要的是腹腔境技術的發展。1992年，荀祖武第一次開始做膽囊腹腔鏡手術后，腔鏡技術發展迅速。到目前為止，腔鏡技術已廣泛應用于外科的各個領域，并且目前，三維腹腔鏡和達芬奇機器人操作在國內外廣泛存在。

6生物醫學工程展望

6.1生物醫學工程學與其他學科的多學科合作

微創新技術需要不斷的研究，這就需要我們形成臨床思維，即微創技術的創新——微創醫學的長期發展;在微觀層面，利用偉大的國家衛生改革政策，有望在未來五年內，將繼續發展和推廣微型創新技術，例如作為對現有非侵入性技術的綜合系統改進，整合各種技術，創新發展新技術。但是，微創醫學的發展今天仍然面臨著巨大的挑戰，特別是學科間的激烈競爭，醫療資源配置和專業優勢可以體現。因此，我們不僅要進一步加快科學和人才的發展，還要在預防醫學、基礎醫學、臨床醫學等領域發展多邊合作，進一步加快生物醫學工程步伐，創造新的醫學方法，生產新的設備，最終造福于所有學科、患者和醫生。

6.2通過數據完成醫療整合

近年來，隨著臨床亞專業和亞?？频倪M一步完善，醫學發展模式在診斷和治療水平上有了一定程度的提高，但伴隨著醫學知識和診斷和治療方法的碎片化和機械化，還是改變不了“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的問題。許多著名醫學學者和專家在中國綜合醫學大會上的發言中指出，要通過大數據，整合醫學，實現醫學模式的轉變，這決定著未來醫學發展的方向。對保護人類健康有著積極的意義，而不是像今天這樣簡單地“看醫生”。

6.3應用大數據進行精準醫療

美國前總統奧巴馬在2015年1月30日的國情咨文中表示，美國正式啟動了“精確醫學”計劃。從2011年初開始，美國科學院工程研究所國家衛生研究所和美國科學委員會聯合發起了“精準醫學”倡議。前四個研究機構在大數據支持下的聯合舉措，指出了未來醫學的方向，代表了未來精準醫學的發展方向。以往的研究模式都是以試驗為基礎，不但不涉及臨床問題，根本不符合臨床需要。一種新的臨床驅動醫學模式目前提供了精確的醫學。精確醫學的發展旨在應用更精確的醫療工具和設備，通過大數據的加持，完成生物醫學工程和其他學科的整合，最后達到精準醫療的目的。

6.4診療遠程網絡化

在醫院診斷過程中，遠程醫療網絡主要是指醫生在遠程醫療的基礎上，利用互聯網技術對患者進行體檢。同時，通過檢查獲得的診斷數據通過互聯網傳輸，并存儲在醫療報告中，以確保正確執行某些操作。此外，通過醫療管理信息平臺，還可以將原紙病例轉化為電子病例，大大提高了所有病例的保存概率，減少了損失。同時，使用電子日歷也可以方便醫生就醫，病人可以檢查自己的病情，從而提供更方便的與醫生溝通，處理醫生與患者之間的關系。

6.5醫療儀器智能小型化

新診斷工具的出現，體積小，智能，適應人體結構，使醫生能夠方便快捷地控制患者。例如，當患者佩戴智能手環時，醫生可以實時跟蹤人體的微小變化，包括血糖水平的變化，血壓、血液蛋白等，并提出合理的建議和解決方案，將其與普通人體相關的數據進行比較。

總的來說，生物醫學工程是一門新興的科學，它充分利用了現代工程研究的成果來解決與醫學有關的問題。滲透到自然科學和醫學領域的工程技術是一個跨學科領域。它已成為推動醫學發展的日益強大的動力，醫學的發展又有利于生物醫學工程的發展。二者形成了相互依存、相輔相成的關系。因此，要取得科研成果，必須以養護為基礎，以科研為先導，走科學、工程、醫學全球化發展的道路。只有這樣，才能促進其鞏固和發展，占據其學術地位，促進生物醫學工程的發展和創新。在大數據時代，生物醫學工程將得到更快的發展，使人類健康發展，合理配置醫院資源和設備，有利于最大限度地利用醫院資源，確保醫院的良好發展。

參考文獻：

[1]漆家學，栗文彬，尤富生.淺談生物醫學工程專業任職教育的發展趨勢[C].中國醫藥教育協會成人教育委員會.中國成人醫藥教育論壇（4）.中國醫藥教育協會成人教育委員會：中國醫藥教育協會，2011：87-88.

[2]顧忠偉.生物醫學材料：現狀與發展趨勢[C].中國科學技術協會、河南省人民政府.第十屆中國科協年會論文集（三）.中國科學技術協會、河南省人民政府：中國科學技術協會學會學術部，2008：506-510.