生物医学工程发展史与方法论研究

摘要

20世纪初生物学领域机体论与还原论之争，促成了一般系统论的诞生。尽管会遇到各种困难，但这的确是促进科学统一的一次科学革命。科学发展过程中，在承认机械还原论优点的同时，更需要一个比之更完善的方法论指导。系统论思想强调低层次的事物和高层次的事物都需要关注，系统局部的变化会引起其它局部和整体的反应，具体到生命系统而言，就是要既关心化学层次或分子层次上的事物，又关心较高的生命组织层次上的事物。生物医学工程学是促进生命健康的工程学科，无论是学科基础理论的发展，还是工程技术的研发，都需要从整体的角度和动态的角度研究人体系统的变化规律，尤其是针对局部问题的解决方案，需要综合考虑与生命系统整体的切合性。
　　本文根据系统哲学原理对生物医学工程发展史与方法论进行了探讨。主要包括以下四部分内容:
　　一、生物医学工程发展史概述。生物医学工程学的快速发展始于20世纪50年代，“生命”和“工程”是生物医学工程的两个核心要素。这里的生命，包括生命个体的健康和生命群体的延续，而这也一直是其使命之源。工程则包括个体生命的健康问题工程和群体生命的公平公正工程。相伴医学的发展，通过解决生命系统健康问题成就健康的个体生命;通过促进诊断治疗的简便化和低成本化，成就健康的群体生命。
　　本文根据系统哲学的事物发展演化的基本规律重新审视生物医学工程学的概念和特点，并在分析生物医学工程学发展概况的基础上，发现了解决特殊问题和局部问题时遇到的困境，而这些很多已被证实是由于对系统整体涌现产生的新特性和功能认识的缺失所致。
　　二、科学技术发展演化的系统哲学方法论探讨。基于多种视角，人类在审视自己的同时，不断尝试着解读大自然。人们不断发现或创造事物之间的多种联系方式，试图追问自然。而我们在扫描这些解读自然和追问自然的过程、方式、内容和结果时，亦在试着描述系统的物质、能量和信息的交换及其方式，并极力探索其要素、结构和功能的变化。
　　本文试图从事物发展所遵循的系统哲学的差异协同律、层次转化律和整体优化律角度，对科学技术这一复杂系统演化的实质、动力、形式、过程进行探讨。多元性、差异性、相关性、整体性是这个复杂系统的特点，差异是促成这个系统的发展动力，协同则在差异基础上成就了系统的整个发展历程，自组织涌现表达了系统发展演化的形式，层级转化和整体优化则表达了科学技术系统的发展过程。
　　三、人体组织器官的协同优化及自组织行为分析。开放性、多元性、层次性、相关性、动态性、整体性充分表达了人体系统的特点，协同优化和自组织行为是其典型的系统行为。本文对骨骼结构和功能的认识历程进行了简单梳理，并进行了骨的协同优化及其自组织行为分析，提出开放与非平衡是骨力学自组织行为的前提条件，差异信息是骨力学自组织行为的源动力。骨的功能适应性原理充分证实了骨的协同优化及自组织行为。
　　四、生物医学工程发展史研究的方法论探讨。生物医学问题诉求，研究过程的实践介入，研究方法的实证性表达了生物医学工程发展史研究的实证性原则;问题生成的生态环境，交叉学科的整体关照，影响因子的综合考量表达了生物医学工程发展史研究的整体性原则;研究基础的历史性积淀，研究过程的历史性考察，研究体系的历史性结合表达了生物医学工程发展史研究的历史性原则;尊重生命的历史轨迹，聚焦人体系统的历史轨迹，人与外界的作用轨迹表达了生物医学工程发展史研究的生命适切性原则;传统分析方法的不足使其隐匿，系统分析方法以全新的活力面对生命系统，系统分析方法本就是表达系统自组织演化方式的一种方法。
　　本文把人体视为一个复杂的巨系统，研究其运行中会产生诸多只因系统整体的存在而涌现出的新的特性、结构和功能，这些新生事物是系统各部分不能产生的，也是系统各部分简单叠加后不能产生的，只有在各部分因某种需要和某些联系形成“牵一发而动全身”的有机整体方可产生。必须在系统论指导下审视人体生命系统的特性、结构和功能，并运用强调整体和动态的系统方法论，指导生物医学工程研究（这也是生物医学工程学学科本身性质使然），进而回答生命个体或群体的健康问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义

1．2 研究方法的基础理论

1．3 研究内容

第二章 生物医学工程发展史概述

2．1 什么是生物医学工程学

2．1．1 生物医学工程学的概念表达

2．1．2 生物医学工程学概念的内涵

2．1．3 生物医学工程学概念的外延

2．2 生物医学工程学的发展概况

2．2．1 医学的发展概况

2．2．2 生物力学的发展概况

2．2．3 生物医学工程相关技术的发展概况

2．3 本章小结

第三章 科学技术发展演化的系统哲学方法论探讨

3．1 科学技术发展演化的实质

3．1．1 科学技术是一个复杂系统

3．1．2 科学技术发展演化的时空性

3．2 科学技术发展演化的动力

3．2．1 差异的引发作用

3．2．2 协同的成就作用

3．2．3 科学技术发展演化中差异协同作用的数学表达

3．3 科学技术发展演化的形式

3．3．1 科学技术是一个自组织开放系统

3．3．2 科学技术发展演化形式的数学表达

3．3．3 新兴交叉学科的形成与自组(织)涌现的哲学

3．4 科学技术发展演化的过程

3．4．1 科学技术系统的层级转化

3．4．2 科学技术系统的整体优化

3．4．3 科学技术发展演化过程的数学表达

3．5 本章小结

第四章 人体组织器官的协同优化及自组织行为分析

4．1 人体—一个开放的复杂巨系统

4．1．1 人体系统的开放性

4．1．2 人体系统的多元性

4．1．3 人体系统的层次性

4．1．4 人体系统的相关性

4．1．5 人体系统的动态性

4．1．6 人体系统的整体性

4．2 关于骨骼结构和功能的认识

4．2．1 应功能而生的骨骼结构

4．2．2 力学角度对骨骼结构的诠释

4．2．3 材料学角度对骨骼结构的诠释

4．2．4 基于系统思想的骨重建认识

4．2．5 骨及骨的结构

4．3 骨的整体优化及其自组织行为分析

4．3．1 关于协同与自组织的表达

4．3．2 骨的结构优化和协同行为

4．3．3 人体骨骼系统的自组织行为

4．4 本章小结

第五章 生物医学工程发展史研究的方法论探讨

5．1 实证性原则

5．1．1 生物医学问题诉求

5．1．2 研究过程的实践介入

5．1．3 研究方法的实证性

5．2 整体性原则

5．2．1 问题生成的生态环境

5．2．2 交叉学科的整体关照

5．2．3 影响因子的综合考量

5．3 历史性原则

5．3．1 研究基础的历史性积淀

5．3．2 研究过程的历史性考察

5．3．3 研究体系的历史性结合

5．4 生命适切性原则

5．4．1 尊重生命的历史轨迹

5．4．2 聚焦人体系统的历史轨迹

5．4．3 人体与外界的作用轨迹

5．5 系统分析方法(以骨骼系统为例)

5．5．1 两种传统的分析方法

5．5．2 系统分析方法

5．5．3 系统自组织演化方式

5．6 本章小结

第六章 工作总结与研究展望

6．1 工作总结

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文