生物医学工程导论、概论课件.ppt

《生物医学工程导论、概论课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物医学工程导论、概论课件.ppt（52页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、BME Biomedical Engineering生物医学工程导论生物医学工程导论/概论概论生物医学工程学生物医学工程学知识体系知识体系生物医学工程学生物医学工程学基础理论基础理论生物医学工程学生物医学工程学生物医学工程学生物医学工程学发展趋势发展趋势生物医学工程学学科体系生物医学工程学学科体系1生物医学工程学与生命生物医学工程学与生命2生物医学工程学的定义生物医学工程学的定义3生物医学工程学的层次结构生物医学工程学的层次结构4生物医学工程学的特点生物医学工程学的特点5生物医学工程学的研究范围生物医学工程学的研究范围/内容内容6生物医学工程学对医学发展的贡献生物医学工程学对医学发展的贡献7生

2、物工程与生物医学工程生物工程与生物医学工程8生物医学工程教育与产业生物医学工程教育与产业一、生物医学工程学与生命一、生物医学工程学与生命l物质文明物质文明高度发达高度发达l人们人们对于自身的认识对于自身的认识比起对非生命的客观世界的比起对非生命的客观世界的认识要逊色得多认识要逊色得多l人人享有卫生保健人人享有卫生保健l健康健康是人类是人类生命存在生命存在的正常状态的正常状态l健康健康不仅是没有疾病或者虚弱，而且是指身体的，不仅是没有疾病或者虚弱，而且是指身体的，心理的和社会的良好状态。【心理的和社会的良好状态。【WHO】健康的三个层次（温饱）健康的三个层次（温饱）l第一层（一级健康）是满足第一

3、层（一级健康）是满足生存条件生存条件，包括：，包括：l无饥饿、无病、无体弱，能精力充沛地生活和劳动，无饥饿、无病、无体弱，能精力充沛地生活和劳动，满足基本卫生要求，对健康障碍的预防和治疗具有基本满足基本卫生要求，对健康障碍的预防和治疗具有基本知识。知识。l对有科学预防方法的疾病和灾害，能够做到采取合格对有科学预防方法的疾病和灾害，能够做到采取合格的预防措施。的预防措施。l对健康的障碍能够及时采取合理的治疗和康复措施。对健康的障碍能够及时采取合理的治疗和康复措施。健康的三个层次（富裕）健康的三个层次（富裕）l第三层（三级健康）为最高层次的健康，包括：第三层（三级健康）为最高层次的健康，包括：l通

4、过适当训练，掌握高深知识和技术并且有条件应用通过适当训练，掌握高深知识和技术并且有条件应用这些技术。这些技术。l能过着为社会做贡献的生活。能过着为社会做贡献的生活。如何才能健康地生活？如何才能健康地生活？l新陈代谢新陈代谢l异常异常l医学医学l生物医学工程生物医学工程l社会的发展社会的发展l医学模式的变革医学模式的变革二、生物医学工程学的定义二、生物医学工程学的定义l工程学工程学是建立在基础自然科学（主要是物理学，是建立在基础自然科学（主要是物理学，也涉及化学和生物学等）原理基础上的应用技术也涉及化学和生物学等）原理基础上的应用技术科学。科学。l医学医学主要致力于生命科学成果的实际应用（疾病主

5、要致力于生命科学成果的实际应用（疾病的预防、诊断和治疗的预防、诊断和治疗预防医学和临床医学）。预防医学和临床医学）。二、生物医学工程学的定义（二、生物医学工程学的定义（NIH）l生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学原理，从事生物学、医学、行算机科学与工程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的为学或卫生学的研究研究；提出基本概念，产生从分；提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的子水平到器官水平的知识知识；开发创新的生物学；开发创新的生物学制制品品、材料、加工方法、植入物、材料、加工方法、植入物、器械器械和信息学和信息学方方法法

6、；用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改；用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等善卫生状况等目的目的。三、生物医学工程学的层次结构三、生物医学工程学的层次结构l人体是一个多层次的人体是一个多层次的复杂的巨系统复杂的巨系统。因此，生物。因此，生物医学工程学必定具有层次结构。医学工程学必定具有层次结构。l生物医学工程学大体上可以分为三个层次生物医学工程学大体上可以分为三个层次l整体层次整体层次l器官和组织层次器官和组织层次l微观层次微观层次器官和组织层次器官和组织层次l发展人体器官、组织的某些功能的补偿技术或代发展人体器官、组织的某些功能的补偿技术或代用装置及人工生物医学材料。用装置及

7、人工生物医学材料。l如人工肾、人工肺、人工肝、人工胰、人工心瓣、人工如人工肾、人工肺、人工肝、人工胰、人工心瓣、人工血液、人工皮肤、人工感官、人工关节、假肢等等。血液、人工皮肤、人工感官、人工关节、假肢等等。l发展医用传感器和人体参数测量技术，特别是无发展医用传感器和人体参数测量技术，特别是无创诊断技术和装置。创诊断技术和装置。l如生物传感技术和各种成像技术。如生物传感技术和各种成像技术。l发展新型的医疗技术制备的发展新型的医疗技术制备的系统监测系统监测装置。装置。四、生物医学工程学的特点四、生物医学工程学的特点l新兴、综合、交叉与边缘科学新兴、综合、交叉与边缘科学l生物医学工程学将人体看作是

8、由许多子系统构成生物医学工程学将人体看作是由许多子系统构成的一个整体的一个整体系统系统，并将人体各层次上的生理过程，并将人体各层次上的生理过程看作是一个系统的状态变化的过程，把工程学的看作是一个系统的状态变化的过程，把工程学的理论和方法与生物医学的理论和方法有机地结合理论和方法与生物医学的理论和方法有机地结合起来，研究这类系统状态变化的规律。在此基础起来，研究这类系统状态变化的规律。在此基础上进而从上进而从工程学工程学角度去解决疾病的防治及康复问角度去解决疾病的防治及康复问题，即应用各种工程技术手段创建适宜的方法和题，即应用各种工程技术手段创建适宜的方法和仪器设备，以最有效的途径来人为地控制疾

9、病的仪器设备，以最有效的途径来人为地控制疾病的变化过程，以达到预期的防治疾病、保障人类健变化过程，以达到预期的防治疾病、保障人类健康的目的。康的目的。五、生物医学工程学的研究范围五、生物医学工程学的研究范围/内容内容l基础（理论）研究基础（理论）研究：指以认识自然现象，探索自：指以认识自然现象，探索自然规律为目的，不直接考虑应用目标的研究活动。然规律为目的，不直接考虑应用目标的研究活动。l应用基础应用基础/应用技术研究应用技术研究：指有广泛应用前景，但：指有广泛应用前景，但以获取新原理、新技术、新方法为主要目标的研以获取新原理、新技术、新方法为主要目标的研究。究。l应用研究（产品研发）应用研究

10、（产品研发）：根据在基础理论研究中：根据在基础理论研究中获得的知识，用现代技术手段具体地解决问题，获得的知识，用现代技术手段具体地解决问题，包括研制新仪器，发展新技术、探索新方法。包括研制新仪器，发展新技术、探索新方法。（二）应用研究与应用技术（二）应用研究与应用技术l生物医学传感器和检测技术生物医学传感器和检测技术l生物材料和人工器官生物材料和人工器官l医学图像技术医学图像技术l生物医学仪器生物医学仪器l纳米技术纳米技术l组织工程组织工程l六、生物医学工程学对医学发展的贡献六、生物医学工程学对医学发展的贡献l经验医学到实验医学经验医学到实验医学l医学听诊技术医学听诊技术l心电图学心电图学l放

11、射医学放射医学l超声医学超声医学l医用光学医用光学l人工器官人工器官l诊疗仪器与诊疗技术诊疗仪器与诊疗技术l社会发展社会发展（一）经验医学到实验医学的转变（一）经验医学到实验医学的转变l随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞生了细随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理学，从而将医学研究提胞学、组织学、细胞病理学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平，为现代医学奠定了基础。高到细胞形态学水平，为现代医学奠定了基础。l光学显微镜，推动了解剖学向微观层次发展。光学显微镜，推动了解剖学向微观层次发展。l电子显微镜使得人们能够研究细胞内核结构电子显微镜使得人们能够研究细胞内核结构D

12、NA、RNA等大分子变化，于是医学跨入了超微结构时等大分子变化，于是医学跨入了超微结构时代。代。（二）医学听诊技术的建立（二）医学听诊技术的建立l由由纸筒听诊器纸筒听诊器进化到包括拾音器、导管和耳塞三进化到包括拾音器、导管和耳塞三个部分组成的个部分组成的听诊器听诊器。l现在的电子听诊器现在的电子听诊器由传感器、放大器和电听筒等由传感器、放大器和电听筒等部分组成，可供多位医生同时听诊。电子听诊器部分组成，可供多位医生同时听诊。电子听诊器还可以配备一套自动记录、示波和运算设备，并还可以配备一套自动记录、示波和运算设备，并把听诊数据输入电子计算机。把听诊数据输入电子计算机。（三）心电图学的形成（三）

13、心电图学的形成l1903年，年，Einthoven制成了第一部用于记录心脏制成了第一部用于记录心脏电位的心电图机。电位的心电图机。l1912年研究了正常心电图的变动范围，提出了胸年研究了正常心电图的变动范围，提出了胸导联测量心电图，现在心电图已经成为最基本的导联测量心电图，现在心电图已经成为最基本的身体检查和疾病诊断的一个手段，形成了现在的身体检查和疾病诊断的一个手段，形成了现在的心电图学。心电图学。l1924年成为诺贝尔生理学或医学奖获奖者。年成为诺贝尔生理学或医学奖获奖者。（五）超声医学的创建（五）超声医学的创建lA型超声诊断仪型超声诊断仪l超声心动图仪超声心动图仪lB型超声诊断仪已经作为

14、具备自动、多功能、高型超声诊断仪已经作为具备自动、多功能、高分辨率等性能的临床诊断仪器而引起广泛的重视。分辨率等性能的临床诊断仪器而引起广泛的重视。（六）医用光学（六）医用光学l光学治疗光学治疗l光学内窥镜诊断光学内窥镜诊断l激光医学激光医学光学治疗光学治疗l1893年，丹麦医学家芬森首次发现年，丹麦医学家芬森首次发现红光红光可以屏除可以屏除普通光线中具有化学性能的所有光线普通光线中具有化学性能的所有光线治愈天花病治愈天花病。l1894年，发现阳光里所含的好多化学性光线年，发现阳光里所含的好多化学性光线主主要是要是蓝光蓝光和和紫外线紫外线，对天花一类病症有害无益。，对天花一类病症有害无益。进而

15、研究出阳光里有杀菌作用的光线。进而研究出阳光里有杀菌作用的光线。l1895年发现年发现紫外线治疗狼疮紫外线治疗狼疮的效果很佳。的效果很佳。（七）人工器官（七）人工器官l人工肾（人工透析机）人工肾（人工透析机）l人工心脏人工心脏l人造心瓣膜人造心瓣膜l生化人？电子人？生化人？电子人？（八）新的诊疗仪器与新的诊疗技术（八）新的诊疗仪器与新的诊疗技术l心脏起搏治疗技术心脏起搏治疗技术l动态心电图诊断技术动态心电图诊断技术l危重病人监护技术危重病人监护技术l生物控制技术生物控制技术l医学图像技术医学图像技术l生物医学仪器的全面更新生物医学仪器的全面更新七、生物工程与生物医学工程七、生物工程与生物医学工

16、程1.生物工程的定义生物工程的定义2.生物工程的研究内容生物工程的研究内容3.生物工程与生物医学工程的区分生物工程与生物医学工程的区分1.生物工程的定义生物工程的定义l生物工程也叫生物技术，它是通过工程技术手段，生物工程也叫生物技术，它是通过工程技术手段，利用生物有机体或生物过程，生产有经济价值产利用生物有机体或生物过程，生产有经济价值产品的品的技术科学技术科学。2.生物工程的研究内容生物工程的研究内容l生物工程涉及到许多学科，如微生物学、生物学、生物工程涉及到许多学科，如微生物学、生物学、遗传学、分子生物学、物理学、生物化学和化学遗传学、分子生物学、物理学、生物化学和化学工程等，还涉及到许多

17、生产部门，如工业、矿业、工程等，还涉及到许多生产部门，如工业、矿业、农业、食品、饲料、医药、能源和环境保护等。农业、食品、饲料、医药、能源和环境保护等。l细胞工程（细胞工程（Cell Engineering）l基因工程基因工程重组重组DNA技术技术 l微生物工程微生物工程l酶与酶工程酶与酶工程3.生物工程与生物医学工程的区分生物工程与生物医学工程的区分l生物医学工程生物医学工程更侧重于人体各个层次上生命过程更侧重于人体各个层次上生命过程（包括病理过程）系统的状态变化过程；用（包括病理过程）系统的状态变化过程；用工程工程学的理论和方法与医学的理论和方法有机地结合学的理论和方法与医学的理论和方法有

18、机地结合起来去研究这类系统状态变化的规律，并在此基起来去研究这类系统状态变化的规律，并在此基础上，应用各种工程技术手段，建立适宜的方法础上，应用各种工程技术手段，建立适宜的方法和装置，以最有效（目标的实现和经济成本）的和装置，以最有效（目标的实现和经济成本）的途径，人为地控制这种变化，以达到预定的目标。途径，人为地控制这种变化，以达到预定的目标。主要为保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治主要为保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。疗和康复服务。生物工程与生物医学工程的区分生物工程与生物医学工程的区分l生物工程更侧重于生物有机体或生物生化的特定生物工程更侧重于生物有机体或生物生化的特

19、定过程，生物工程的发展也是建立在一系列基础科过程，生物工程的发展也是建立在一系列基础科学研究所取得的重大进展基础上的。学研究所取得的重大进展基础上的。l主要是生物（遗传）化学、生物大分子晶体结构主要是生物（遗传）化学、生物大分子晶体结构学、量子力学、信息科学等做出的工作。学、量子力学、信息科学等做出的工作。八、生物医学工程教育与产业八、生物医学工程教育与产业1.生物医学工程教育生物医学工程教育生物医学工程学科类型生物医学工程学科类型国内外教育概况国内外教育概况2.生物医学工程研究与产业生物医学工程研究与产业国际生物医学工程研究与产业国际生物医学工程研究与产业我国生物医学工程发展战略我国生物医学

20、工程发展战略1.生物医学工程教育生物医学工程教育学科类型学科类型l信息技术型生物医学工程信息技术型生物医学工程l材料技术型生物医学工程材料技术型生物医学工程l生物技术型生物医学工程生物技术型生物医学工程l生物医学研究型生物医学工程生物医学研究型生物医学工程l医疗器械产业型生物医学工程医疗器械产业型生物医学工程信息技术型生物医学工程信息技术型生物医学工程l信息技术型生物医学工程知识体系的组成特点是信息技术型生物医学工程知识体系的组成特点是以以电子技术电子技术、计算机技术计算机技术、信息处理技术信息处理技术的知识的知识为主线，以生物医学方面相应的领域为交叉、结为主线，以生物医学方面相应的领域为交叉

21、、结合对象，对其中的问题进行研究。合对象，对其中的问题进行研究。材料技术型生物医学工程材料技术型生物医学工程l材料技术型生物医学工程知识体系包含材料技术型生物医学工程知识体系包含材料科学材料科学、生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算机技术、医学和生命科学的基本知识。机技术、医学和生命科学的基本知识。l主要研究对象是生物材料和人工器官，包含最近主要研究对象是生物材料和人工器官，包含最近发展起来的组织工程。发展起来的组织工程。生物技术型生物医学工程生物技术型生物医学工程l生物医学工程和分子水平的诊疗技术交叉结合，生物医学工程和分子水平的诊疗技术交叉结

22、合，其知识体系包含数学、计算机技术、信息技术、其知识体系包含数学、计算机技术、信息技术、生物学、分子生物学、遗传学等等。生物学、分子生物学、遗传学等等。生物医学研究型生物医学工程生物医学研究型生物医学工程l这类学科的着眼点和落脚点不在于应用，而在于这类学科的着眼点和落脚点不在于应用，而在于用目前的一切科学技术的理论、方法、技术以某用目前的一切科学技术的理论、方法、技术以某一生命过程为研究对象。所需的是所有理工科、一生命过程为研究对象。所需的是所有理工科、生物学、医学、哲学知识的交叉融合。生物学、医学、哲学知识的交叉融合。医疗器械产业型生物医学工程医疗器械产业型生物医学工程l生物医学工程所有的研

23、究的最终目的是以各种不生物医学工程所有的研究的最终目的是以各种不同的产品服务于社会。要过渡到产品必须有由实同的产品服务于社会。要过渡到产品必须有由实验室研究到产业化过度的研究阶段，就会形成产验室研究到产业化过度的研究阶段，就会形成产业型的生物医学工程。业型的生物医学工程。l其知识体系包含电子技术、计算机技术、精密机其知识体系包含电子技术、计算机技术、精密机械、管理学、市场经营等。械、管理学、市场经营等。1.生物医学工程教育生物医学工程教育教育概况教育概况2.生物医学工程研究与产业生物医学工程研究与产业l生物医学工程学对科学进步，对人类健康和生活生物医学工程学对科学进步，对人类健康和生活质量的提

24、高，对国民经济的发展，都具有重要的质量的提高，对国民经济的发展，都具有重要的战略意义。战略意义。l生物医学工程在保障人类健康和为疾病的预防、诊断、生物医学工程在保障人类健康和为疾病的预防、诊断、治疗、康复服务等方面所起的巨大作用，已成为当前医治疗、康复服务等方面所起的巨大作用，已成为当前医学领域的重要基础和支柱。学领域的重要基础和支柱。l生物医学工程学同生物医学工程学同医疗器械医疗器械乃至乃至医药医药产业产业有直接的联系，有直接的联系，为医疗器械（含医疗仪器、设备、材料和制品）的开发为医疗器械（含医疗仪器、设备、材料和制品）的开发提供工程原理和方法，因而是医疗器械和医疗保健性产提供工程原理和方

25、法，因而是医疗器械和医疗保健性产业发展的基础、动力和源泉，并可促进多种相关学科的业发展的基础、动力和源泉，并可促进多种相关学科的发展。发展。国际生物医学工程研究与产业国际生物医学工程研究与产业l生物医学工程产业生物医学工程产业（通常又称作（通常又称作医疗器械产业医疗器械产业）。）。l由于发展势头蒸蒸日上，被许多国家誉为朝阳工业。由于发展势头蒸蒸日上，被许多国家誉为朝阳工业。20世纪世纪90年代以来，全球医疗器械产品销售总额增长年代以来，全球医疗器械产品销售总额增长率保持在率保持在610之间，产品的国际贸易额每年以之间，产品的国际贸易额每年以25的速度增长，销售利润达的速度增长，销售利润达400

26、050，目前全球年销，目前全球年销售额在售额在1700亿美元以上，美国约占亿美元以上，美国约占40。l产业的发展又反过来激励生物医学工程本身不断的高速产业的发展又反过来激励生物医学工程本身不断的高速向前发展，由于各学科的新成果不断融人，使其突出成向前发展，由于各学科的新成果不断融人，使其突出成为众多先进技术聚集的边缘学科。为众多先进技术聚集的边缘学科。我国生物医学工程发展战略我国生物医学工程发展战略l我国医疗器械生产水平还较落后，每年国家需耗我国医疗器械生产水平还较落后，每年国家需耗费巨额外汇进口医疗器械，并因此加重了社会医费巨额外汇进口医疗器械，并因此加重了社会医疗费负担。疗费负担。l目前我

27、国生产的医疗器械品种很多，但先进程度目前我国生产的医疗器械品种很多，但先进程度和质量水平不高，究其技术原因，除受关联工业和质量水平不高，究其技术原因，除受关联工业基础和工艺条件的限制之外，也与缺乏自己深人基础和工艺条件的限制之外，也与缺乏自己深人的应用基础研究状况有重要关系。的应用基础研究状况有重要关系。l怎么办？怎么办？主要参考图书主要参考图书l邓玉林，生物医学工程学，北京：科学出版社，邓玉林，生物医学工程学，北京：科学出版社，2007年。年。l朱翠玲，现代生物医学工程，北京：中国科学技朱翠玲，现代生物医学工程，北京：中国科学技术出版社，术出版社，1992年。年。l董秀珍，生物医学工程导论（

28、董秀珍，生物医学工程导论（I），西安：第四军），西安：第四军医大学出版社，医大学出版社，2004年。年。l陈百万，生物医学工程学，北京：科学出版社，陈百万，生物医学工程学，北京：科学出版社，1997年。年。主要期刊主要期刊lIEEE Transactions on Biomedical Circuits and SystemslIEEE Transactions on Biomedical EngineeringlIEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine lIEEE Transactions on Medical Im

29、aging lIEEE Transactions on Image Processing lIEEE Engineering in Medicine and Biology MagazinelElsevier-Biomedical Signal Processing and ControllElsevier-Computers in Biology and MedicinelElsevier-Computers Methods and Programs in Biomedicine主要期刊主要期刊lChinese Journal of Biomedical Engineeringl中国生物医学工程学报中国生物医学工程学报l生物医学工程学杂志生物医学工程学杂志l中国生物化学与分子生物学报中国生物化学与分子生物学报l生物化学与生物物理进展生物化学与生物物理进展l生物物理学报生物物理学报ll中国国内相关期刊超过中国国内相关期刊超过5050种种主要期刊主要期刊作业作业l利用图书馆和网络了解国内外生物医学工程学科利用图书馆和网络了解国内外生物医学工程学科教育概况。教育概况。生物医学工程导论生物医学工程导论/概论概论生物医学工程学生物医学工程学知识体系知识体系生物医学工程学生物医学工程学基础理论基础理论生物医学工程学生物医学工程学应用技术应用技术生物医学工程学生物医学工程学发展趋势发展趋势