第一篇：生物醫學工程的發展歷程和展望

生物醫學工程概論論文

—生物醫學工程的發展過程和未來展望

班級 醫電121 姓名 代新朝 學號 120411113 成績

2013年1月10日

生物醫學工程的發展過程和未來展望

生物醫學工程的發展歷程

摘要：生物醫學工程(Biomedical Engineering,BME)是一門生物、醫學和工學學 科交叉的邊緣科學，它是用現代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新儀器設備，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫學水平的一門新興學科。

關鍵詞：生物醫學工程

新興學科

新儀器設備

新技術

20世紀50年代生物醫學工程開始在國際上做為一個新的學科出現，而隨著宇航技術的進步、人類實現了登月計劃以來，生物醫學工程有了快速的發展。我國的生物醫學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫學科學院、中國協和醫科大學原院校長、我國著名 的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中國生物醫學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫學工 程的發展。目前，我國許多高校科研單位均設有生物醫學工程機構，從事著生物醫學的科研 教學工作，在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。

醫學影像系統的發展

顯微鏡的發明

“解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來，其意思是用 刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀Lee Wenhock發明了光學顯微鏡，推動了解剖學向 微觀層次發展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現，醫學領域相繼誕生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。

普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞的超微細結構、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡，使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電子顯微鏡的發明都是醫學工程研究 的成果，它們對推動醫學的發展起了重要作用。影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領 2

生物醫學工程的發展過程和未來展望

域 之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技術的出現 和應用，使影像學診斷水平發生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層攝影(computed tomography CT),即是利用計算機技術處理人體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經問世，能快速掃描和重建圖像，在臨床應用中取代了大多數傳統的CT，提高了診斷準確率。生物醫學工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonance)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI)，它不僅 可分辨病理解剖結構形態的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾 病在早期價段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認為MRI工程的進步，促進了醫學診斷學 向功能與形態相結合的方向發展，向超快速成像、準實時動態MRI、MRA、FMRI、MRS發展。根據核醫學示蹤，利用正電子發射核素(18F，11C，13N)的原理，創造 的正電子發射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體把PET列為十大 醫學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫瘤學、心臟病學、神經病 學、器官移植，新藥開發等研究領域的重要價值。影像學診斷水平的不斷提高 與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。

介入醫學問世 介入醫學是一種微創傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年)是最早使用介入技術治療疾病的創始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Radiology)，這是醫 學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創傷小、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發展，高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世，使介入性診療技術發生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、非血管管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術 3

生物醫學工程的發展過程和未來展望

視 為與藥物診療、手術診療并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發展起來的臨床醫學新領域--介入醫學。

人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時，現代臨床醫 療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟瓣膜病的治療，除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技術，在心臟停跳狀態下切開心臟，進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材料、新技術的結果［5］。

腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病晚期患者的生 命，腎病治療學也因此有了很大進步。

現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關節、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千萬萬的患者恢復了健康。可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。

此外，放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程醫療技術等先 進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果，綜上可見，20世紀生物醫學工 程的發展，顯著提高了醫學診斷和治療水平，有力地推動著醫學科學的進步。

生物醫學工程展望

縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史，從倫琴發現X線到今天X射線診療技術的發展，從朗茲萬發現超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用，從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發明CT到今天C T成像系統的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的醫學新技術。循著20世紀醫學發展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫學診療技術可能在以下10個方 面有重大突破和創新：

生物醫學工程的發展過程和未來展望

(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫療信 息網絡化，診療用機器人將被廣泛應用。［6］

(2)介入性微創，無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技術，納米技術 和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。

(3)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著PET的問世和應 用，形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診 查系統將在21世紀問世。

(4)生物材料和組織工程將有較大發展，生物機械結合型、生物型人工器官將有新突破，人 工器官將在臨床醫療中廣泛應用。

(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展，植入型藥物長效緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育材料、生物止血材料將有 新突破。

(6)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此，用于社區、家庭、個人醫 療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監測醫療器械和用品將有廣泛需求和應 用。

(7)除繼續努力加強生物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發，研制精神分析、心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫學工程的新起點。

(8)創傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創傷防護裝置、生命急救系統是未來生 物醫學工程的重要課題。

(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快速發展，遺傳、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪白芯片和診療系統將被 廣泛應用。

(10)空氣污染、環境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發勞動保護、家庭保健、個人防護 用的人工氣候微環境是未來不能忽視的問題。

1997年我國發布了關于衛生工作改革與發展的決定，提出了奮斗目標：“到2000年，基本實 現人人享有初級衛生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經濟發達地區達到或接近世界 中等發達國家水平，在欠發達地區達到發展中國家的先進水平。1999年國家科技部召開了“ 發展生物醫學工程技術 5

生物醫學工程的發展過程和未來展望

戰略研討會”，國家工程院開展了有關發展我國醫療器械工業戰略研 究等，對推動生物醫學工程產業發展、落實創新工程戰略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭，在醫學

診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰，我們要動員起 來，調整政策，制定規劃，改革醫學研究教學的舊模式，發揮現代科學多學科交叉合作的優 勢，創建全新的生物醫學，為人民造福。

第二篇：生物醫學工程回顧與展望

生物醫學工程回顧與展望

生物醫學工程回顧與展望

發布時間： 2003-4-14作者：楊子彬

生物醫學工程(Biomedical Engineering,BME)是一門生物、醫學和工程多學

科交叉的邊緣科學，它是用現代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新 儀器設備，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫學水平的一門新興學科。

生物醫學工程在國際上做為一個學科出現，始于20世紀50年代，特別是隨著宇 航技術的進步、人類實現了登月計劃以來，生物醫學工程有了快速的發展。在我 國，生物醫學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫學科學院、中 國協和醫科大學原院校長、我國著名 的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學 科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中 國生物醫學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫學工 程的發展。目前，我 國許多高校科研單位均設有生物醫學工程機構，從事著生物醫學的科研 教學工作，在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。

顯微鏡的發明 “解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來，其意思是用

刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀Lee Wenhock發明了光學顯微鏡，推動了 解剖學向 微觀層次發展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進 一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現，醫學領域相繼誕 生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。

普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞的超微細結構、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡，使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電 子顯微鏡的發明都是醫學工程研究 的成果，它們對推動醫學的發展起了重要作用。

影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技 術的出現 和應用，使影像學診斷水平發生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT),即是利用計算機技術處理人 體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀 察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經問世，能快速掃描 和重建圖像，在臨床應用中取代了多數傳統的CT，提高了診斷準確率［1］。醫學 工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc e)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI)，它不僅 可分辨病理解剖 結構形態的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾 病在 早期價段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認為MRI工程的進步，促進了醫學診 斷學 向功能與形態相結合的方向發展，向超快速成像、準實時動態MRI、MRA、FM RI、MRS發展。根據核醫學示蹤，利用正電子發射核素(18F，11C，13N)的原理，創造 的正電子發射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體

把PET列為十大 醫學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫 瘤學、心臟病學、神經病 學、器官移植，新藥開發等研究領域的重要價值［2］。影像學診斷水平的不斷提高，與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。

介入醫學問世 介入醫學是一種微創傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年)是最早使用介入技術治療疾病的創始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行 擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Ra diology)，這是醫 學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功 地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創傷小、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發 展，高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及 高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世，使介入性 診療技術發生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、非血管 管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視 為與藥物診療、手術診療 并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發展起來的 臨床醫學新領域--介入醫學［3，4］。

人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時，現代臨床醫療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們 稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟 瓣膜病的治療，除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難 修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技 術，在心臟停跳狀態下切開心臟，進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修 補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣 的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材 料、新技術的結果［5］。

腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病 晚期患者的生 命，腎病治療學也因此有了很大進步。

現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關 節、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千 萬萬的患者恢復了健康。可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。

此外，放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程 醫療技術等先 進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果，綜上 可見，20世紀生物醫學工 程的發展，顯著提高了醫學診斷和治療水平，有力地推 動著醫學科學的進步。

21世紀生物醫學工程展望 縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史，從倫琴發現

X線到今天X射線診療技術的發展，從朗茲萬發現超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用，從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發明CT到今天

C T成像系統的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的 醫學新技術。循著20世紀醫學發展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫學診療 技術可能在以下10個方 面有重大突破和創新：

(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫療信 息網絡化，診療用機器人將被廣泛應用。［6］

(2)介入性微創，無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技 術，納米技術 和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。

(3)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著 PET的問世和應 用，形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑 型心血管、腦血管影像診 查系統將在21世紀問世。

(4)生物材料和組織工程將有較大發展，生物機械結合型、生物型人工器官將 有新突破，人 工器官將在臨床醫療中廣泛應用。

(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展，植入型藥物長效 緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育 材料、生物止血材料將有 新突破。

(6)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此，用于社區、家庭、個人醫 療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監測醫療器械 和用品將有廣泛需求和應 用。

(7)除繼續努力加強生物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防 治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發，研制精神分析、心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫學工程的新起點。

(8)創傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創傷防護裝置、生命急救 系統是未來生 物醫學工程的重要課題。

(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快 速發展，遺傳、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪 白芯片和診療系統將被 廣泛應用。

(10)空氣污染、環境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發勞動保護、家庭保 健、個人防護 用的人工氣候微環境是未來不能忽視的問題。

1997年我國發布了關于衛生工作改革與發展的決定，提出了奮斗目標：“到2 000年，基本實 現人人享有初級衛生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經濟 發達地區達到或接近世界 中等發達國家水平，在欠發達地區達到發展中國家的先 進水平。1999年國家科技部召開了“ 發展生物醫學工程技術戰略研討會”，國家 工程院開展了有關發展我國醫療器械工業戰略研 究等，對推動生物醫學工程產業

發展、落實創新工程戰略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭，在醫學 診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰，我們要動員起 來，調整 政策，制定規劃，改革醫學研究教學的舊模式，發揮現代科學多學科交叉合作的優勢，創建全新的生物醫學，為人民造福。

參考文獻

［1］Ge Wang Micheal WV.Preliminary study on helical CT algorithms for

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［2］Minn H, Lapela M, Klemi PJ et al.Predication of surviva l with fl

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［4］楊于彬，生物醫學工程與介入性診療技術，世界醫療器械，1997，3(9)：5 0-52

［5］Katircioglu F , Yamak B,Battalogla B, et al.Long term re sults of

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Heart Valve Dis, 1996,5(3)：302

［6］Peredina A, Allen A.Telemedicine technology and clinical app

第三篇：生物醫學工程回顧與展望

生物醫學工程回顧與展望

生物醫學工程回顧與展望

發布時間： 2003-4-14 作者：楊子彬

生物醫學工程(Biomedical Engineering,BME)是一門生物、醫學和工程多學

科交叉的邊緣科學，它是用現代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新 儀器設備，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫學水平的一門新興學科。

生物醫學工程在國際上做為一個學科出現，始于20世紀50年代，特別是隨著宇 航技術的進步、人類實現了登月計劃以來，生物醫學工程有了快速的發展。在我 國，生物醫學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫學科學院、中 國協和醫科大學原院校長、我國著名 的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學 科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中 國生物醫學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫學工 程的發展。目前，我 國許多高校科研單位均設有生物醫學工程機構，從事著生物醫學的科研 教學工作，在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。

顯微鏡的發明 “解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來，其意思是用

刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀Lee Wenhock發明了光學顯微鏡，推動了 解剖學向 微觀層次發展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進 一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現，醫學領域相繼誕 生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。

普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞 的超微細結構、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡，使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電 子顯微鏡的發明都是醫學工程研究 的成果，它們對推動醫學的發展起了重要作用。

影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域

之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技 術的出現 和應用，使影像學診斷水平發生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT),即是利用計算機技術處理人

體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀 察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經問世，能快速掃描 和重建圖像，在臨床應用中取代了多數傳統的CT，提高了診斷準確率［1］。醫學 工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc e)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI)，它不僅 可分辨病理解剖 結構形態的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾 病在 早期價段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認為MRI工程的進步，促進了醫學診 斷學 向功能與形態相結合的方向發展，向超快速成像、準實時動態MRI、MRA、FM RI、MRS發展。根據核醫學示蹤，利用正電子發射核素(18F，11C，13N)的原理，創造 的正電子發射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體 把PET列為十大 醫學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫 瘤學、心臟病學、神經病 學、器官移植，新藥開發等研究領域的重要價值［2］。影像學診斷水平的不斷提高，與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。

介入醫學問世 介入醫學是一種微創傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年)是最早使用介入技術治療疾病的創始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行 擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Ra diology)，這是醫 學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功 地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創傷小、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎。20世紀80年代隨著生物醫學工程的發 展，高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及 高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世，使介入性 診療技術發生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、非血管 管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視 為與藥物診療、手術診療 并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發展起來的 臨床醫學新領域--介入醫學［3，4］。

人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時，現代臨床醫

療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們 稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟 瓣膜病的治療，除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難 修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技 術，在心臟停跳狀態下切開心臟，進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修 補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣 的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材 料、新技術的結果［5］。

腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病 晚期患者的生 命，腎病治療學也因此有了很大進步。

現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關 節、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千 萬萬的患者恢復了健康。可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。

此外，放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程 醫療技術等先 進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果，綜上 可見，20世紀生物醫學工 程的發展，顯著提高了醫學診斷和治療水平，有力地推 動著醫學科學的進步。

21世紀生物醫學工程展望 縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史，從倫琴發現

X線到今天X射線診療技術的發展，從朗茲萬發現超聲波到今天B超診斷的 廣泛應用，從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發明CT到今天 C T成像系統的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的 醫學新技術。循著20世紀醫學發展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫學診療 技術可能在以下10個方 面有重大突破和創新：

(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫療信 息網絡化，診療用機器人將被廣泛應用。［6］

(2)介入性微創，無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技 術，納米技術 和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。

(3)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著 PET的問世和應 用，形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑 型心血管、腦血管影像診 查系統將在21世紀問世。

(4)生物材料和組織工程將有較大發展，生物機械結合型、生物型人工器官將 有新突破，人 工器官將在臨床醫療中廣泛應用。

(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展，植入型藥物長效 緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育 材料、生物止血材料將有 新突破。

(6)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此，用于社區、家庭、個人醫 療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監測醫療器械 和用品將有廣泛需求和應 用。

(7)除繼續努力加強生物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防 治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發，研制精神分析、心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫學工程的新起點。

(8)創傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創傷防護裝置、生命急救 系統是未來生 物醫學工程的重要課題。

(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快 速發展，遺傳、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪 白芯片和診療系統將被 廣泛應用。

(10)空氣污染、環境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發勞動保護、家庭保 健、個人防護 用的人工氣候微環境是未來不能忽視的問題。

1997年我國發布了關于衛生工作改革與發展的決定，提出了奮斗目標：“到2 000年，基本實 現人人享有初級衛生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經濟 發達地區達到或接近世界 中等發達國家水平，在欠發達地區達到發展中國家的先 進水平。1999年國家科技部召開了“ 發展生物醫學工程技術戰略研討會”，國家 工程院開展了有關發展我國醫療器械工業戰略研 究等，對推動生物醫學工程產業 發展、落實創新工程戰略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭，在醫學 診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰，我們要動員起 來，調整 政策，制定規劃，改革醫學研究教學的舊模式，發揮現代科學多學科交叉合作的優

勢，創建全新的生物醫學，為人民造福。

參考文獻

［1］Ge Wang Micheal WV.Preliminary study on helical CT algorithms for pati ent motion estimation and compensation.IEEE Trans.Medical Imagi ng,1995,14(2)：205

［2］Minn H, Lapela M, Klemi PJ et al.Predication of surviva l with fl uorin-18-fluoro deoxyglucose and PET in head and neck caner.J Nucl M e d, 1997,38：1907

［3］Scheinman MM.Catheter Ablation.Circulation, 1991, 83：1489-1498

［4］楊于彬，生物醫學工程與介入性診療技術，世界醫療器械，1997，3(9)：5 0-52

［5］Katircioglu F , Yamak B,Battalogla B, et al.Long term re sults of mitral valve replacement with preservation of the posterior leaflet.J Heart Valve Dis, 1996,5(3)：302

［6］Peredina A, Allen A.Telemedicine technology and clinical app

第四篇：生物醫學工程回顧與展望

《學科進展專題》

課程論文

生物醫學工程回顧與展望

摘要：生物醫學工程(Biomedical Engineering,BME)是一門生物、醫學和工學學 科交叉的邊緣科學，它是用現代科學技術的理論和方法，研究新材料、新技術、新儀器設備，用于防病、治病、保護人民健康，提高醫學水平的一門新興學科。

關鍵詞：生物醫學工程新興學科新儀器設備新技術

生物醫學工程在國際上做為一個學科出現，始于20世紀50年代，特別是隨著宇航技術的進步、人類實現了登月計劃以來，生物醫學工程有了快速的發展。在我國，生物醫學工程做為一 個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫學科學院、中國協和醫科大學原院校長、我國著名 的醫學家黃家駟院士是我國生物醫學工程學科最早的倡導者。1977年中國協和醫科大學生物 醫學工程專業的創建、1980年中國生物醫學工程學會的成立，有力地推進了我國生物醫學工 程的發展。目前，我國許多高校科研單位均設有生物醫學工程機構，從事著生物醫學的科研 教學工作，在我國生物醫學工程科學事業的發展中發揮著重要作用。

顯微鏡的發明 “解剖”一詞由希臘語“Anatomia”轉譯而來，其意思是用刀剖割，肉眼觀察研究人體結構。17世紀Lee Wenhock發明了光學顯微鏡，推動了解剖學向 微觀層次發展，使人們不但可以了解人體大體解剖的變化，而且可以進一步觀察研究其細胞 形態結構的變化。隨著光學顯微鏡的出現，醫學領域相繼誕生了細胞學、組織學、細胞病理 學，從而將醫學研究提高到細胞形態學水平。

普通光學顯微鏡的分辨能力只能達到微米(μm)級水平，難以分辨病毒及細胞的超微細結構、核結構、DNA等大分子結構。而20世紀60年代出現的電子顯微鏡，使人們能觀察到納米(nm)級的微小個體，研究細胞的超微結構。光學顯微鏡和電子顯微鏡的發明都是醫學工程研究 的成果，它們對推動醫學的發展起了重要作用。影像學診斷飛躍進步 影像學診斷是20世紀醫學診斷最重要發展最快的領域 之一。50年代X光透視和攝片是臨床最常用的影像學診斷方法，而今天由于X線CT技術的出現 和應用，使影像學診斷水平發生了飛躍，從而極大地提高了臨床診斷水平。即計算機體斷層 攝影(computed tomography CT),即是利用計算機技術處理人體組織器官的切面顯像。X線CT 片提供給醫生的信息量，遠遠大于普通X線照片觀察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已經問世，能快速掃描和重建圖像，在臨床應用中取代了多數傳統的CT，提高了診斷準確率［1］。醫學 工程研究利用生物組織中氫、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc e)原理。研制成功了核磁共振計算機斷層成像系統(MRI)，它不僅 可分辨病理解剖結構形態的變化，還能做到早期識別組織生化功能變化的信息，顯示某些疾 病在早期價段的改變，有利于臨床早期診斷。可以認為MRI工程的進步，促進了醫學診斷學 向功能與形態相結合的方向發展，向超快速成像、準實時動態MRI、MRA、FMRI、MRS發展。根據核醫學示蹤，利用正電子發射核素(18F，11C，13N)的原理，創造 的正電子發射體層攝影(PET)，是目前最先進的影像診斷技術。美國新聞媒體把PET列為十大 醫學生物技術的榜首。PET問世不過30年歷史，但它已顯示出對腫

瘤學、心臟病學、神經病 學、器官移植，新藥開發等研究領域的重要價值［2］。影像學診斷水平的不斷提高，與20世紀生物醫學工程技術的發展密切相關。介入醫學問世 介入醫學是一種微創傷的診療技術。Dotter和Judkin(1964 年)是最早使用介入技術治療疾病的創始人，他們用導管對下肢動脈阻塞性病變進行擴張治 療取得成功。1967年Margulis首先使用過介入放射學(Interventional Radiology)，這是醫 學文獻出現“介入”一詞的最早記載。1977年 Gruenzing成功地進行了首例冠狀動脈球囊擴 張術獲得成功以后，介入性診療技術由于其創傷小、患者痛苦少，安全有效而倍受臨床歡迎。20

世紀80年代隨著生物醫學工程的發展，高精度計算機化影像診查儀器、數字減影血管造 影(DSA)、射頻消融技術以及高分子(high-polymer)新材料制成的介入技術用的各種導管相 繼問世，使介入性診療技術發生了飛速進步，臨床應用范圍不斷擴大，從心血管、腦血管、非血管管腔器官到某些惡性腫瘤等都具有使用介入診療的適應證，并使診療效果明顯提高，患者可減免許多大手術之苦。有人把介入診療技術視 為與藥物診療、手術診療并列的臨床三大診療技術之一，也有人把介入診療技術稱之為20世 紀發展起來的臨床醫學新領域--介入醫學［3，4］。

人工器官的應用 當人體器官因病傷已不能用常規方法救治時，現代臨床醫 療技術有可能使用一種人工制造的裝置來替代病損器官或補償其生理功能，人們稱這種裝置 為人工器官(artificial organ)。如20世紀50年代以前，風濕性心臟瓣膜病的治療，除了應 用抗風濕藥物、強心藥物對癥治療外，對病損的瓣膜很難修復改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以應用人工心肺機體外循環技術，在心臟停跳狀態下切開心臟，進行更換人 工瓣膜或進行房、室間隔缺損的修補，使心臟瓣膜病、先天性心臟病患者恢復健康。心外科 之所以能達到今天這樣的水平，主要是由于人工心肺機的問世和使用了人工心臟瓣膜、人工 血管等新材料、新技術的結果［5］。

腎功能衰竭、尿毒癥患者愈后不良，而人工腎血液透析技術已挽救了大量腎病晚期患者的生 命，腎病治療學也因此有了很大進步。

現代生物醫學工程中人工器官的發展也非常迅速，除上述人工器官外，人工關節、人工心臟 起搏器、人工心臟、人工肝、人工肺等在臨床都得到應用，使千千萬萬的患者恢復了健康。可以說，人體各種器官除大腦不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。

此外，放射醫學、超聲醫學、激光醫學、核醫學、醫用電子技術、計算機遠程醫療技術等先 進的醫療技術和儀器設備都是現代醫學工程研究開發的成果，綜上可見，20世紀生物醫學工 程的發展，顯著提高了醫學診斷和治療水平，有力地推動著醫學科學的進步。

21世紀生物醫學工程展望 縱觀醫學新技術誕生和發展的 歷史，從倫琴發現X線到今天X射線診療技術的發展，從朗茲萬發現超聲波到今天B

超診斷的 廣泛應用，從布洛赫和伯塞爾發現核磁共振到今天MRI的問世，從赫斯費爾德發明CT到今天C T成像系統的應用，都是以物理學工程技術為基礎、醫學需求為前提發展起來的醫學新技術。循著20世紀醫學發展的軌跡，我們有理由預測21世紀新的醫學診療技術可能在以下10個方 面有重大突破和創新：

(1)各種診療儀器、實驗裝置趨向計算機化、智能化，遠程醫療信 息網絡化，診療用機器人將被廣泛應用。［6］

(2)介入性微創，無創診療技術在臨床醫療中占有越來越重要的地位。激光技術，納米技術 和植入型超微機器人將在醫療各領域里發揮重要作用。

(3)醫療實踐發現單一形態影像診查儀器不能滿足疾病早期診斷的需要。隨著PET的問世和應 用，形態和功能相結合的新型檢測系統將有大發展。非影像增顯劑型心血管、腦血管影像診 查系統將在21世紀問世。

(4)生物材料和組織工程將有較大發展，生物機械結合型、生物型人工器官將有新突破，人 工器官將在臨床醫療中廣泛應用。

(5)材料和藥物相結合的新型給藥技術和裝置將有很大發展，植入型藥物長效緩釋材料，藥 物貼覆透入材料，促上皮、組織生長可降解材料，可逆抗生育絕育材料、生物止血材料將有 新突破。

(6)未來醫療將由治療型為主向預防保健型醫療模式轉變。為此，用于社區、家庭、個人醫 療保健診療儀器，康復保健裝置，以及微型健康自我監測醫療器械和用品將有廣泛需求和應 用。

(7)除繼續努力加強生物源性疾病防治外，對精神、心理、社會源性疾病的防治診療技術和 相應儀器設備的研制受到越來越多的重視與開發，研制精神分析、心理安撫、生物反饋型診 療技術和設備將是生物醫學工程的新起點。

(8)創傷是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型創傷防護裝置、生命急救系統是未來生 物醫學工程的重要課題。

(9)即將迎來的21世紀是分子生物學時代，有關分子生物學的診療新技術將快速發展，遺傳、疾病基因診療技術，生物技術和微電子技術相結合的DNA芯片、雪白芯片和診療系統將被 廣泛應用。

(10)空氣污染、環境污染嚴重危害著人類健康，研究和開發勞動保護、家庭保健、個人防護 用的人工氣候微環境是未來不能忽視的問題。

1997年我國發布了關于衛生工作改革與發展的決定，提出了奮斗目標：“到2000年，基本實 現人人享有初級衛生保健”，到2010年國民健康的主要指標在經濟發達地區達到或接近世界 中等發達國家水平，在欠發達地區達到發展中國家的先進水平。1999年國家科技部召開了“ 發展生物醫學工程技術戰略研討會”，國家工程院開展了有關發展我國醫療器械工業戰略研 究等，對推動生物醫學工程產業發展、落實創新工程戰略布置起著重要作用。20世紀人類與 疾病做斗爭，在醫學

診療技術上取得了重大成就；但面向21世紀的巨大挑戰，我們要動員起 來，調整政策，制定規劃，改革醫學研究教學的舊模式，發揮現代科學多學科交叉合作的優 勢，創建全新的生物醫學，為人民造福。

參考文獻

［1］Ge Wang Micheal WV.Preliminary study on helical CT algorithms forpati ent motion estimation and compensation.IEEE Trans.Medical Imagi ng,1995,14(2)：205

［2］Minn H, Lapela M, Klemi PJ et al.Predication of surviva l with fl

uorin-18-fluoro deoxyglucose and PET in head and neck caner.J Nucl M e d, 1997,38：1907

［3］Scheinman MM.Catheter Ablation.Circulation, 1991, 83：1489-1498

［4］楊于彬，生物醫學工程與介入性診療技術，世界醫療器械，1997，3(9)：5

0-52

［5］Katircioglu F , Yamak B,Battalogla B, et al.Long term re sults of

mitral valve replacement with preservation of the posterior leaflet.J

Heart Valve Dis, 1996,5(3)：302

［6］Peredina A, Allen A.Telemedicine technology and clinical app lica tion.JAMA,1995,273：483-488

第五篇：PLC的發展歷程和展望

PLC的發展歷程和展望

出處：PLCopen China for efficiency in automation（PLCopen 中國組織）

可編程序控制器的英文為Programmable Controller，在二十實際七十至八十年代一直簡稱為PC。由于到90年代，個人計算機發展起來，也簡稱為PC；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（PLC，Programmable Logic Controller），為了方便，仍簡稱PLC為可編程序控制器。有人把可編程序控制器組成的系統稱為PCS可編程序控制系統，強調可編程序控制器生產廠商向人們提供的已是完整的系統了。

PLC的發展和市場情況

1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術和計算機技術的發展，現在已有第五代PLC產品了。

在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業和以物理變化和化學變化將原料轉化成產品為特征的過程工業中，除了以連續量為主的反饋控制外，特別在制造工業中存在了大量的開關量為主的開環的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作；另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制；以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數器、模擬量的越限報警等狀態量為主的——離散量的數據采集監視。由于這些控制和監視的要求，所以PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產品。在多年的生產實踐中，逐漸形成了PLC、DCS與IPC三足鼎立之勢，還有其它的單回路智能式調節器等在市場上占有一定的百分比。

在八十年代至九十年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。由于PLC 人機聯系處理模擬能力和網絡方面功能的進步，擠占了一部分DCS的市場（過程控制）并逐漸壟斷了污水處理等行業，但是由于工業PC（IPC）的出現，特別是近年來現場總線技術的發展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場，所以近年來PLC增長速度總的說是漸緩。目前全世界有200多廠家生產300多品種PLC產品，主要應用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業。

國內PLC生產廠約三十家，但沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產，因此可以說PLC在我國未形成制造產業。作為原理、技術和工藝均無尖端技術難度的產品，只要努力，是能形成制造產業的。

在PLC應用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產品，年銷售額30億人民幣，應用的行業也很廣。但是與其它國家相比，在機械加工及生產線方面的應用，還需要加大投入。

我國市場上流行的有如下幾家PLC產品：

施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進莫迪康公司的產品，目前有Quantum、Premium、Momentum等產品；

羅克韋爾公司（包括AB公司）PLC產品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產品；

西門子公司的產品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產品；

GE公司的產品；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產品。

PLC的市場的潛力是巨大的，不僅在我國，即使在工業發達的日本也有調查表明，PLC配套的機電一體化產品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說，需要應用PLC的場合還很多，在我國就更是如此了。

從技術創新的角度看，我國大中型企業還要大力發展CIMS，在機械制造廠要形成FMS柔性制造系統，PLC是基礎，所以PLC市場是廣闊的。PLC具有穩定可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作維護方便的優點，這是它能持久的占有市場的根本原因，我們下面重點闡述幾個問題，并研究其發展趨勢。

PLC的硬件和軟件

PLC在90年代已經形成微、些 中、大、巨型多種PLC。按I/O點數分，可分為：微型PLC： 32 I/O

小型PLC： 256 I/O

中型PLC：1024 I/O

大型PLC：4096 I/O

巨型PLC：8195 I/O（注：近年來有單機支持300回路和65000點I/O的大型系統）

對應中型PLC以上，均采用16位~32位CPU，微、小型PLC原采用8位CPU，現在根據通訊等方面要求，有的也改用16位~32位CPU。由于I/O 64點以下PLC銷售額占整個PLC的47%，64點~256點的占31%，合計位整個PLC銷售額的78%，所以對微、小型PLC應多加研究。

PLC控制器本身的硬件采用積木式結構，各廠家產品結構大同小異。以日本歐姆龍C200HE為例，為總線模板框式結構，基本框架（CPU母板）上裝有CPU模板，其它槽位裝有I/O模板；如果I/O模板多時，可由CPU母板經I/O擴展電纜連接I/O擴展母板，在其上裝I/O模板；另一種方法是配備遠程I/O從站等。這些都說明了PLC廠家將硬件各部件均向用戶開發，便于用戶選用，配置成規模不等的PLC，而且這種硬件配置的開放性，為制造商、分銷商（代理商）、系統集成商、最終用戶帶來很多方便，為營銷供應鏈帶來很大便利，這是一大成功經驗。

PLC內的I/O模板，除一般的DI/DO、AD/DA模板外，還發展了一系列特殊功能的I/O模板，這為PLC用于各行各業打開了出路，如用于條形碼識別的ASCII/BASIC模板，用于反饋控制的PID模板，用于運行控制、機械加工的高速計數模板、單軸位置控制模板、雙軸位置控制模板、凸輪定位器模板、射頻識別接口模板等，這在以后還會有很大發展。另外在輸入、輸出的相關元件、強干擾場合的輸入、輸出電隔離、地隔離等方面也會更加完善。

PLC中的CPU與存儲器配合，完成控制功能。它與DCS系統處理溫度、壓力、流量等參數的系統不同，采用快速的巡回掃描周期，一般為0.1~0.2秒，更快的則選用50毫秒或更小的消滅周期。它是一個數字采樣控制系統。

為了完成控制策略，為了替代繼電器，使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊（或子程序），稱為指令系統，固化在存貯器ROM中，用戶在編制應用程序時可以調用。指令系統大致可以分為兩類，即基本指令和擴展指令。細分一般PLC的指令系統有：基本指令、定時器/計數器指令、移位指令、傳送指令、比較指令、轉換指令、BCD運算指令、二進制運算指令、增量/減量指令、邏輯運算指令、特殊運算指令等，這些指令多是類似匯編語言。另外PLC還提高了充足的計時器、計數器、內部繼電器、寄存器及存貯區等內部資源，為編程帶來極大方便。

由于各PLC廠家產品在指令系統上的差異及編程方法上用戶要求不同，近年來IEC制訂了基于Windows的編程語言標準IEC61131-3（注：1993年IEC頒布可編程序控制器的國際標準IEC1131），它規定了指令表（IL）、梯形圖（LD）、順序功能圖（SFC）、功能塊圖（FBD）、結構化文本（ST）五種編程語言。這包括了文本化編程（IL、ST）和圖形編程（LD、FBD）兩個方面，而SFC則在兩類編程

語言中均可使用。IEC技術委員會（TC65）進來開展了IEC61499項目，將IEC61131-3進行了擴展，它是針對通過通信網絡互聯的模塊化分布系統的體系結構的標準，將對IEC61131-3有所改善。這是以數字技術為基礎的可編程序邏輯控制裝置在高層次上走向開放性的標準化文件，是PLC發展的一大趨勢。

PLC的網絡及發展趨勢

一個或若干PLC與PC機聯出系統，PC機起到原編程器及人機界面操作站的作用，這20世紀90年代的新潮流，這樣為系統集成帶來了商機，同時編程軟件和人機界面軟件（監控軟件或稱組態軟件）及軟件接口（或稱驅動軟件）也得到了發展。

近年來，PLC廠家在原來CPU模板上提供物理層RS232/422/485接口的基礎，逐漸增加了各種通訊接口，而且提供完整的通訊網絡。由于近來數據通訊技術發展很快，用戶對開放性要求很強烈，現場總線技術及以太網技術也同步發展，所以PLC構成的PCS系統比DCS的開放性所處的現狀稍好一些。

目前羅克韋爾AB公司已形成了多層結構體系，即Ether Net、Control Net、Device Net及Asi等現場總線（原DH+網也可兼容）。西門子公司在Profibus-DP通訊網絡及Profibus-FMS網絡以外，提出了S7 Routing網絡，即Profibus-DP和Industrial Enternet兩層結構。網絡還在發展，我國應已積極的姿態投入其中。

2001年我國機械工業成為工業發展新亮點，總產值比上年增長17.15%，汽車產量為世界前10位，機床產量為世界第5位。機械工業利潤增長33.35%，占整個工業新增利潤六成多。出口同樣出現可喜的增長。現在機械工業提出要實施網絡化，對這一點，PLC從業人員應有清醒的認識，應對網絡化的開放性、網絡構成的性能/價格比和網絡的可靠性、安全性、先進性上特別下功夫。

網絡向上連是互聯網問題，向下連是現場總線問題，另外現有網絡能否用以太網“e網到底”方式、網絡采用客戶器/服務器方式、瀏覽器/服務器方式、生產者/消費者方式、接口軟件采用OPC方式等問題都有待進一步落實。PLC與智能MCC馬達控制中心、與數控機床配套的NC/CNC數控設備，以及與其它運行控制系統、電控設備、變頻器和軟起動器等連成系統；PLC要與DCS分工合作，充當DCS的遠程I/O站等；PLC要與IPC分工合作，除用IPC作人機界面外，作軟件PLC的I/O部件也是可行的；此外還有PLC與緊急停車安全系統（ESD，Emergency Shut Down Systems）的關系、與立體倉庫、機器人、CAD/CAM等等都要處理好關系。總之，PLC要兼容各種新技術，使PLC成為真正意義上的“電腦”。

PLC的應用領域是寬闊的，還有許多領域急待開拓，如用于海關過境車輛認證（深圳鹽田）、自動售藥小（若干中藥店）在我國已有實例。另外，在離散事件冬天系統中，如公路網交通流（車輛計數、乘客計數及停留時間計量）、物流系統、柔行制造系統（敏捷制造系統）及一切非標準隨服務系統中，均可以采用PLC，進而建模和采取對策并優化。PLC的前途一片美好，一切悲觀的論點是站不住腳的。至于技術進步，PLC與其它技術融合以至消失，那還需要一定的時間！