绪论生物医学工程基础教案2014课件

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1、生物医学工程基础 主讲教师 陈俊英 常向荣 Email:,主 要 内 容,第一部分： 第一章 概论 第二章 生物力学 第三章 生物医学材料 第四章 人工器官 第五章 生物医学传感器基础 第二部分： ,1. 生物医学工程基础讲义，陈俊英编，西南交通大学，2006年； 2. 现代生物医学工程，朱翠玲等编著，中国科学技术出版社，1992年； 3. 生物医学信号的处理和识别，杨福生等主编，天津科技翻译出版公司，1997年； 4. 当代医学新理论与新技术丛书-基础医学卷-生物医学工程学，杨子彬主编，黑龙江科学技术出版社，2000年； 5. 中国生物医学工程的今天与明天，俞梦孙等主编，天津科技翻译出版公司

2、，1998年； 6. 生物医学工程学，陈百万主编，科学出版社。,主要教学参考书,第一章 绪 论,20多年前，美国阿波罗登月计划结束后，大批工程技术人员和数学、物理、化学等基础科学人员，纷纷离开宇航领域，先后进入医学领域，遂之形成一门崭新的科学生物医学工程。 近20多年来，这门科学得到蓬勃发展。以人工医用材料和器件而言，人体各种组织和器官的功能，除大脑外，大都可用人工材料或装置去代替。,在1969年具有历史性的探月之旅中，阿姆斯特朗和同伴巴兹奥尔德林登上了月球 。,登月第一人披露首次月球漫步细节,阿姆斯特朗当年登陆月球的情景,据美国太空网报道，“阿波罗11号”宇航员尼尔阿姆斯特朗是一个神秘人物，

3、向来口风很严。最近，这位登月第一人对美国国家公共广播网站刊登的博客做出回应，分享其月球漫步的细节，这些细节此前并未对外界透露。在1969年具有历史性的探月之旅中，阿姆斯特朗和同伴巴兹奥尔德林登上了月球，他本人更是因为第一个登上月球成为家喻户晓的人物。 12月7日，美国国家公共广播网站刊登了一篇博客，对阿姆斯特朗及其同伴奥尔德林1969年7月20日上演的人类历史上第一次月球漫步进行了分析。对于他们为何只在月球表面行进了很短一段距离，这篇博客也提出了疑问。 国家公共广播的罗伯特克鲁尔维奇拿到了美国宇航局提供的一张地图，上面标出了阿姆斯特朗和奥尔德林在月表上的所有行进方向。随后，他将地图与足球场和棒

4、球场的地图叠加。结果发现，两位宇航员从月球登陆器出发进行的历史性月球漫步不足100码(约合91.44 米)。他说：“从棒球场的角度上说，阿姆斯特朗最长最大胆的月球漫步距离大约相当于乔迪马吉奥一局的奔跑距离从本垒跑到大约球场中央的位置。” 第二天，克鲁尔维奇刊登了一份后续帖子，上面有阿姆斯特朗本人发来的一封电子邮件。这位曾经的“阿波罗11号”任务指挥官在邮件中列出了很多理由，解释为何只行进了很短的距离，这些理由包括月球表面的高温、周围环境的不确定性以及宇航局的要求。由于周围环境的不确定性，他们不知道航天服的水冷式内部结构能否经受住考验，此外，宇航局方面也要求两位宇航员在一台固定摄像机前做实验。

5、阿姆斯特朗在邮件中写道：“我们没有任何数据告能够告诉我们，背包内的小水箱能够支撑多长时间。宇航局官员将我们第一次探索月表的工作时间限制在3/4至2小时，以确保我们不会因为温度过高面临生命危险。在返回加压月球舱之后，我们排出背包里的水并测量水量，最后证实了此前的预测。” 阿姆斯特朗指出，如果有更多自由活动时间，他和奥尔德林会在月球表面进行更多探索。他说：“我们都希望在表面停留更长时间，到距离月球舱和电视摄像机更远的地方探索。但我们需要进行大量实验，记录和提取样本并拍摄照片。可用时间被全部分配掉，我们需要抓紧时间工作，完成任务。” 他表示，由于使用了月球车，后来的“阿波罗”号任务中，宇航员能够在月

6、表停留更长时间，但月球毕竟是一个巨大的世界，仍有很多地方等待我们去探索和发现。他说：“美国人曾6次造访月球，共对6个不同月球区域进行探索，有的面积与一座城市的郊区相当，有的则相当于一座小镇。我们仍有超过1400万平方英里(约合3625万平方公里)的月球区域尚未进行探索。”,1.1 现代健康医疗体系的发展史 1.2 现代健康医疗体系 1.3 什么是生物医学工程 1.4 生物医学工程学的角色、地位与作用 1.5 生物医学工程学的研究内容和基本任务 1.6 生物医学工程学的特点 1.7 生物医学工程学的现状与发展趋势,1.1 现代健康医疗体系的发展史,一、国外医疗体系的发展过程,古希腊、古罗马 -,

7、远古 - 335AD of Constantine I时代 - 15、16世纪的文艺复兴时期 - 1592年 - 今天,英国 -,美国 -,二、我国医疗体系的发展过程,我国在20世纪50年代初，医疗体系才逐渐发展与建立起来。以下是一组发展概况的数据：,纵观医学的发展历史，生物医学、工程学与医学的结合有力地推动了医学的发展。Anatomia是希腊语中的一个词，意思是用刀切割，肉眼观察人体结构变化，这是公元前500年的事了，因为当时受科学水平的限制，只能如此。现在医学界把Anatomia与人体解剖看成了同义语。到17世纪LeeWenhoch发明了光学显微镜，使医学研究提高到细胞水平，医学里诞生了细

8、胞学、组织学、细胞病理学。到20世纪60年代，赫斯费尔德发明的电子显微镜，人们能够观察研究细胞内核结构DNA、RNA等大分子变化，于是医学跨进了超微结构时代。21世纪是生命科学大发展的时代，工程技术与生命科学进一步地互相渗透结合，必将推动医学跨入一个崭新的时代。,1.2 现代健康医疗体系,20世纪60年代，赫斯费尔德发明电子显微镜，用它可以观察细胞超微结构、核结构、DNA结构等 （具有nm级以及级 1m=109nm=1010 ）,一、在解剖学方面,以解剖学Anatomic/Anatomy为基础，医学逐渐取得了进步。,公元前500年，肉眼观察人体结构。 （只有mm级 1m=103mm ）,17世

9、纪，LeeWenhock发明光学显微镜，用它可观察人体细胞形态结构，由此产生/诞生了组织学、细胞学等。 （具有m级 1m=106m）,二、在影像学方面,现在：CT、核磁共振，使影像学出现飞跃。,50年代： X光透视、摄影是临床常用的影像学诊断方法。,（1）CT：Computed Tomograpgy，即：计算机化体层照相术，利用计算机技术处理人体组织器官的切面显像。 （2）NMR：Nuclear Magnetic Resonance，即：核磁共振。 利用NMR技术，可以显示出生理生化方面的病理改变，比如，脊髓侧索硬化、脊髓空洞症等。,最近：数字减影ECT、PET、SPET以及全息成像技术等，解

10、决了三维成像实时显示等问题。,（1）ECT：Emission Computed Tomograpgy； （2）PET：Positon Emission Tomograpgy，即：正电子发射型断层显像仪； （3）SPET：Single Photon Emission Tomograpgy，即：单光子发射型断层显像仪。,三、在心脏外科方面,eg2：人工心脏助搏器、血管支架等的应用，人工血管的应用等。,eg1：风湿性心脏病,50年代治疗,抗风湿药物，强心药物等,今天,用人工心肺机+体外循环术，可切开心脏，进行瓣膜、房室间隔缺损的修补，甚至更换病变的心脏瓣膜。,四、手术室,19世纪：简陋，直射灯、无灭

11、菌、水洗手； 20世纪20年代：改进，无影灯、灭菌、无监控设备； 现在：先进，无影灯、灭菌、大量监控设备与检测仪器。,五、其它,尿毒症-今天可以用人工肾血液透析治疗； 肾功能衰竭-人工肾更换； 此外，还有人工皮肤、人工角膜、人工关节、人工骨、人工肺、人工血液等。 总之，除脑不能用人工器官代替外，其余各器官都可以用人工器官代替。 另外，还诞生了远程医疗服务等。,1.3 什么是生物医学工程,?,生物医学工程(Biomedical Engineering) （含义）：是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学角度，在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、

12、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的科学。 生物医学工程的主要任务：它主要以临床医学为对象，以数理化生等学科为基础，融材料、电子、机械、化工、计算机信息、力学为一体，为临床诊断、治疗和预防疾病做出了巨大的贡献。 生物医学工程的主要特点：它是一门科学技术与工程高度综合的新学科领域。,生物医学工程学的内涵(覆盖所学课程)如下:,生物医学工程和生物技术（Biotechnology）是构成生物工程（Bioengineering）的两个基本组成部分，是二十一世纪人类知识经济的制高点，是人类健康与高质量生活的基础。,附注：,从目前发展来看，生物医学工程学科分类有两种（按应用范畴、

13、学科）：,二、生物医学工程的学科分类,生物医学工程学是各种工程学科同生物医学相结合的新兴边缘学科，它具有相关学科的属性，但更具有独立学科的自身特点。它为认识和控制生命现象提供工程学原理和方法(如生物力学、生物系统建模等)，为医疗器械(含医学仪器设备与人工材料等)的开发提供新的原理、方法和技术基础。,（一）按应用范畴分： 1. 医学工程（Medical Engineering） 2. 临床工程（Clinical Engineering） 3. 康复工程（Rehabilitation） 4. 环卫工程（Environmental Engineering） 5.中医工程（The Engineerin

14、g of Chinese Traditional Medicine）,1. 生物材料（Biomaterials）； 2. 人工器官（Artifical Organs）； 3. 生物信息（Bioinformation）； 4. 生物控制（Biocybernetic）； 5. 生物效应（Bioeffect）； 6. 生物反馈（Biofeedback）； 7. 生物能量与质量传递（Bioenergy and Mass Transfer）； 8. 生物力学（Biomechanics）； 9. 医学电子（Medical Electronics）；,（二）按学科专业分：,10. 医学仪器及装备（Medic

15、al device & Instrument）； 11. 人工智能（Artificial Intelligence）； 12. 医用超声（Medical Ultrosound）； 13. 医用激光（Medical Laser）； 14. 辐射医学（Medical Radiation）； 15. 核医学（Nuclear Medicine）； 16. 医用计算机以及医学物理（Medical Physics）。,1.4 生物医学工程学的角色、地位与作用,主要体现在如下几个方面：,1. 生物医学工程学的诞生和发展，有力地推动了医学科学的进步，加速了医学科学的现代化，显著地提高了医学防病治病的水平。 2

16、. 生物医学工程学的发展，有利于临床医学工作者在工作中应用相关新技术、新方法提高诊断和治疗水平。 3. 生物医学工程学的发展，有利于工程技术科技工作者了解临床医学对工程技术的需要和存在的问题。,4. 生物医学工程学的发展，为振兴民族医疗器械工业发挥作用，为促进21世纪医学科学的进步做贡献。 5. 生物医学工程是研制医疗仪器的技术基础，是推动医学进步的重要动力。 我国拥有13亿人口，随经济的发展，人民生活水平的改善，保护人民健康，提高医疗水平将提高国家的重要议事日程。因此必须更新知识和观念，从生物学+医学+工程学+行为学+心理卫生学的概念出发，将生物医学工程不断推向前进，才能推动医学卫生科学的发展，加速实现医学科学现代化。,6. 由于新型医疗仪器不断问世，从而增强了医务人员对生命现象的认识能力。由于对人体生理、病理信息能精确地提取、采集，所以可以进行