美国研究生专业介绍之生物医学工程

1.1 专业简介

生物工程（ Bioengineerig）

是20世纪70年代初开始兴起的一门新兴的综合性应用学科，90年代诞 生了基于系统论的生物工程，即系统生物工程的概念。所谓生物工程，一般认为是以生物学（特别是其 中的分子生物学、微生物学、遗传学、生物化学和细胞学）的理论和技术为基础，结合化工、机械、电 子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或 其功能，短期内创造出具有超远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类“工程菌”或“工程 细胞株”进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。

生物医学工程（ Biomeical Engineering，简称BME）是结合物理、化学、数学和计算机与工程学原 理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究；提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识， 开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法，用与疾病预防、诊断和治疗， 病人康复，改善卫生状况等目的。

1.2 生物工程和生医工程的区别

生物工程： The application of engineering skills an analysis to eveloping proucts utilizing biological processes, incluing pharmaceutical proucts, foo supplements, preservatives, bio- nanotechnology, an biomass-base energy. Biological Engineering also inclues machinery evelopment, protecting the environment from erosion an pollution, an structural esign. 利用生物过程的工程技术和分析的应用，以开发产品：药品，食品补充剂，防腐剂，生物纳米技术，生质能源等。生物工程还包括机械开发，保护环境免受侵蚀和污染，结构设计。

生物医学工程： The application of engineering skills an analysis to innovation in the health care inustry an to quantitative unerstaning of biological systems. Biomeical engineers evelop new meical evices, esign iagnostic an therapeutic tools, an moel physiological systems.

工程技术的应用和分析在卫生保健行业的创新和定量 理解生物系统。生物医学工程师开发新的医疗设备 ,设 计诊断和治疗工具和模型的生理系统。

备注：参考 Penn State University的定义。虽然BE和BME有细小差别，不过学生们可同时申请两个专业。

1.3 生物医学工程常见分支

1.生物成像和信号处理（ Bioimaging an Signal Processing）生物医学成像、图像处理和信号处理等各个方面。包括核磁工程、 CT 等几个方向。那么后期的图像处理是更接地气的一个方向，比如说是给医生一个核磁共振的图，现在大多都是用肉眼去看，以后肯定是要通过计算机的算法去看，这是由 BME 下的图像处理来完成的。

2.生物力学和机械生物学 （ Biomechanics an Mechanobiology）生物力学和机械生物学是由生物对作用力和应变的反应联系起来的。要了解负荷对生物系统的整体影响，重要的是不仅要考虑力应用所导致的变形和剪切速率，还要考虑短期和长期的生物反应。

3.生物微机电/生物纳米（ BioMEMs / BioNANO）BioMEMs将微小芯片用于生物和医学应用方面。因其形状简单，在先进的生物技术领域中，利用微细加工和微加工等技术来快速的、经济的建成可进行自动化测量的纳米级实验室。在更复杂的情形下，BioMEMS设备为人造器官、独特的药物疗法及观察细胞交流的新途径提供了一个宽广的渠道。

4.生化和生物环境工程 （ Biochemical an Bioenvironmental Engineering）药物生物处理、生物材料、组织工程、药物输送、环境微生物学、生物处理/生物修复和环境建模方面。

5.电机控制（Motor Control） 一个跨学科的分支，目的是了解感知运动过程，控制和协调人类运动。对正常行为的学习和协调的洞察力将 为更好地理解诸如中风、帕金森氏症和他们的康复等神经系统疾病的异常行为提供基础。是神经科学、生物 学、控制理论、力学和动力学的交叉学科。

6. 计算生物学（Computational biology） 利用计算机工程和计算的优势应用于生物工程。比如说我们检测到一个 人的 DNA ，我们想要预测他以后会长多高、多胖。那么这个手段就要依靠计算生物学来完成。计算机生物学还有另外一个方面，就是基于常微分方程的一个方向，比如我们知道心脏的收缩是通过生物电在心脏表面的传输，收缩的节律完全是由生物电传输的速度来调控的。那么在什么情况下我们才能让心脏的收缩更节律呢，这就是计算生物学下一个大的方向。

7. 细胞和组织工程（Cell an Tissue Engineering） 生物分子工程、计算建模、发育生物学、成像、材料科学、纳米流体、机械生物学、分子细胞生物学和系统生物的交叉学科。是国外 BME下的一个大的方向。主要是指用细胞或者基因工程的手段对细胞或者组织进行改造。比如说我硕士做的组织工程，人可能会随着年龄的老化，他身上的器官或者组织会有变化，我可以给他在体外为他人造一个，重新更换。

国内外BME项目特点

1、国内：更偏向于应用及临床。 比如国内有一个生物医学工程的方向叫医疗数据库系统。现在我们去医院看病的时候我们一般会拿一张卡。去看病的地方刷一下，这样你过去的检查情况、病历等都会呈现出来，让看病的医生得到了解。这个外国的 BME是不做的。其次是国内生物医学工程的学科设置会根据国内学校的侧重点不同会放在不同的学院以及他们会有不同的主攻方向，比如说国内的北大医学院和首都医科大学其实是和医学紧密相关的，他们的 BME 方向可能会更偏向于细胞及组织工程这个方向。而那些传统的比较工科的学校如浙大、清华、上海交大和东南大学，他们对生物医学工程这方面的侧重点更多。

2、国外：更偏向于科研 。比如说现在很热门的哈佛做的基因编辑的系统。这个系统在国内一定是生科院或者相关的方向在做，生物医学工程是不做的。其次，国外的伯克利就比较偏向于生物与医学相关的科学，但是 Stanfor 和 UCLA的生物学工程就更偏向于工程。

1.4 常见学位

MS in BME： 这个项目一般开设在 工程学院 下，项目长度多为 一年至一年半 ，申请者 一般学医的、学生物或者工程的比较多 ，毕竟是交叉学科。 MS是有机会进入实验室做研究的，很多学生MS之后继续Ph.D了。

MEng in BME： 同 MS相比，MEng 是偏向职业发展 的，培养职业化工程师的。有的学校还可以和MBA一起读一个双学位。

Ph.D. in BME： 博士学位，学制为 5年，主要跟随教授做学术研究。毕业后可在高校任教，也可以进入企业的研发部门，主要培养高端学术科研人才。

2.1 基本背景和课程要求

专业背景： 工程类专业，或者数学，生物化相关专业，国内常见有生物工程 , 生物医学工程，生物技术，制药工程，临床医学，医疗器械工程，医学影像等专业。

课程方面： 建议修过数学，生物，化学，物理，计算机和工程方面的课程。

数学课程：多变量微积分，微积分方程

2.2 研究经历

需要有跟生物医学工程相关的研究经历，如暑研、助理研究员、教授实验室项目等。

2.3 转专业 方向

（1）转电子工程（EE）： BME和EE关系密切，有的在电子工程下面开设了生物工程这个方向。生物、生命科学是21世纪的最活跃学科之一，利用电气电子技术进行生物生命研究是美欧大学电气学科的特点之一。此方向同时要求申请者具有一定的生物和医学背景，申请的人不是很多，相对较冷，但前景非常好。该领域研究方向包括生物仪器，生物传感器，计算神经网络，生物医学超声学，微机电系统(MEMS)，神经系统中信号的传递与编码，高能粒子与生命物质的相互作用，高能粒子束与高能X光在治疗肿瘤中的临床应用，医学成像，生物图象处理，磁共振成像，发射型计算机断层摄影术(PET和SPET)，超声成像，超声成像的三维重建，心脏成像的特征提取，或是PET／SPET成像中衰减校正，神经微电子界面，血管内的成像，聋瞎病人感官辅助系统，盲人阅读机，自动语言识别等。

（2）转数据科学（DS） ： Data Science是新型方向，最近特别火，当然就业也是很强的。因为BME里面也会涉及到很多数据、编程相关的知识，认识一些BME专业的同学毕业后从事了Data Scientist的工作。建议修一些DS相关的课程：

数学统计课：

· Calculus One — Coursera

· Linear Algebra - Founations to Frontiers —Ex Introuction to Linear Moels an Matrix Algebra —Ex Statistics with R Specialization — Coursera Introuction to Probability an Data – Coursera

工具及数据库语言：

· An Introuction to Interactive Programming in Python - Rice, Coursera Introuction to Computer Science an Programming Using Python - MIT, eX R Programming — Coursera, Excel to MySQL: Analytic Techniques for Business Specialization— Coursera Managing Big Data with MySQL— Coursera, Data Visualization — Coursera

数据挖掘及算法：

· Data Science Specialization - 10 courses —John Hopkins. University of Michigan Applie Data Science with Python Specialization – 5 courses -

· University of Michigan. Mining the Massive Datasets - Stanfor, Coursera.

· Data Mining Specialization — Coursera. Machine Learning - Stanfor, Coursera. Statistical Learning - Stanfor, Stanfor Online.

（3）转计算机（CS）： BME会用到很多编程和计算机架构的课程，也有不少学生希望读研期间转CS。但是CS申请太热门，希望理性考虑申请难度，当然也可以转ECE多修一些CS的课程，为就业做准备。CS是目前美国最好找工作的专业，并且优势明显。如果你想转CS的话，一定要对CS感兴趣，喜欢编程, 算法，再选择转。 如果你真的不喜欢，那么还是不要因为好找工作就走上这条道路。转学 CS 的同学需要修读一些网络先修课，这些课程基本可以分为： CS 入门必须，以及 CS 提高进修。一般来讲，虽然绝大部分 CS 申请学校不会有要求的 pre-requirement 课程，但是对于想要入门 CS 的同学，这些课程基本算是 CS 的基础必修课：至少精通一门编程语言（常见 Java, Python, C++）, 数据算法与结构，操作系统，数据库。剩余课程如 Machine Learning 就是升级需要了。

4.1 常见职业方向

生物医学工程专业毕业生适宜于医药、食品、环保、商检等部门中生物产品的技术开发、工程设计、生产管理及产 品性能检测分析等工作及教学部门的研究与教学工作。本科生直接从事科研方面工作的可能性不大， 部分毕业生转向其它行业，部分毕业生从事相关专业的下游技术工作。毕业直接在医药，食品等方向就业，工作内容一般较单调的技术工作，且需要进一步的经验积累和实践操作能力培养。在美国，生物医学工程专业比很多其他的工科专业就业好不少，主要有以下三个方向 : （1）影像学: 飞利浦、西门子等都是影像学专业的出口。但是除非你去非常小的公司，做 imaging 的同学这几家大公司是他唯 一的出口。（2）对于细胞及组织工程研究方向，无论是中国人还是外国人，毕业以后大多都直接去当教授了。工作的也有，比如在食品药品监督局工作。（3）计算生物学由于这几年比较热门，就业情况相对于其他比较好一些。比如可以进药厂，现在很多的临床试验，需要你用生物统计和生物信息方面的知识来进行分析。可以进一些诸如华大这类公司。或者如果学生以后对生物没有兴趣了，也可以进一些 google、facebook 这类的公司。如果编程背景够强的话，那么你去这些公司是肯定也是很有希望的。

4.2 就业情况

以下是美国劳工部公布的截止至 2018年5月生物医疗工程师相关行业的一些就业信息。如下图所示是招聘岗位最多的行业以及待遇情况。