《生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論》PPT課件

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1、生物醫(yī)學(xué)工程導(dǎo)論第一章概述什么叫生物醫(yī)學(xué)工程生物醫(yī)學(xué)工程（BiomedicalEngineering,BME）是運(yùn)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，研究人的生理、病理過程，揭示人體的生命現(xiàn)象，并從工程角度解決防病治病問題的一門綜合性高技術(shù)學(xué)科。我國著名科學(xué)家顧方舟先生在“中國生物醫(yī)學(xué)工程的今天與明天”一書中這樣寫到“生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是這樣一門學(xué)科：它把人體各個層次上的生命過程（包括病理過程）看作是一個系統(tǒng)的狀態(tài)變化的過程；把工程學(xué)的理論和方法與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的理論和方法有機(jī)地結(jié)合起來去研究這類系統(tǒng)狀態(tài)變化的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用

2、各種工程技術(shù)手段，建立適宜的方法和裝置，以最有效的途徑，人為地控制這種變化，以達(dá)預(yù)定的目標(biāo)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的根本任務(wù)在于保障人類健康，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)服務(wù)。生物醫(yī)學(xué)工程是理、工、醫(yī)相結(jié)合的新興邊緣學(xué)科，是多種工程學(xué)科向生物學(xué)、醫(yī)學(xué)滲透并相互作用的結(jié)果。雖然它作為一門獨(dú)立的學(xué)科發(fā)展的歷史尚不太長（50年），但由于它在保障人類健康方面所起的巨大作用，它已經(jīng)成為當(dāng)前醫(yī)療保健性產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)和支柱，許多國家都將其列為高技術(shù)領(lǐng)域。以人工心臟瓣膜這一典型的生物醫(yī)學(xué)工程項(xiàng)目為例，為了進(jìn)行人工心臟瓣膜的設(shè)計(jì)和制造，人們需要作如下

3、工作：1.了解心臟瓣膜開啟和關(guān)閉的機(jī)理，弄清人體心臟瓣膜的運(yùn)動學(xué)和力學(xué)特性（定量）；2.解決人工心臟瓣膜材料問題（相容性、毒性、力學(xué)性質(zhì)和制備工藝等）；3.了解人工心臟機(jī)械瓣和生物瓣的力學(xué)特性和疲勞壽命，以及植入心臟后的長期生物效應(yīng)等。人工心臟瓣膜的制作和質(zhì)量控制與監(jiān)測等還要涉及一系列工程問題，此外還有成本控制問題。風(fēng)濕性心臟病生物醫(yī)學(xué)工程的特點(diǎn)：大跨度的、多學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。以人工器官為例，它需要生物材料學(xué)、生物力學(xué)、生理學(xué)及有關(guān)機(jī)電、化工工程技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，甚至涉及社會倫理學(xué)。這種大跨度（從非生命科學(xué)到生命科學(xué)，乃至從

4、自然科學(xué)到人文科學(xué)）的綜合，是傳統(tǒng)學(xué)科所沒有的，其發(fā)展需要工程技術(shù)與醫(yī)學(xué)兩方面人材的密切結(jié)合。既為醫(yī)學(xué)、生物學(xué)提供技術(shù)與裝備，又為醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的發(fā)展開辟新路：因此它是變革醫(yī)學(xué)和生物學(xué)本身的一支重要力量。社會效益與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合。醫(yī)學(xué)注重社會效益，工程學(xué)注重經(jīng)濟(jì)效益，生物醫(yī)學(xué)工程才是二者必然的結(jié)合。1.1生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r生物醫(yī)學(xué)工程是從20世紀(jì)50年代以來，隨著電子學(xué)、材料學(xué)、工程力學(xué)、信息科學(xué)和電子計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科的進(jìn)步并廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域而逐漸形成和發(fā)展的。電子學(xué)的滲入使心電、腦電、心音、B超等實(shí)用診斷技術(shù)逐

5、步地出現(xiàn)和應(yīng)用于臨床；人體植入性心臟起搏器研制成功挽救了成千上萬心臟病患者的生命；與材料科學(xué)的結(jié)合，成功地研制出如醫(yī)用硅橡膠、醫(yī)用聚氨酯和有機(jī)玻璃制作的人工股骨等人體功能輔助及衛(wèi)生保健材料和制品；工程力學(xué)原理和方法的運(yùn)用，使人們能夠定量地研究血液在心血管中流動特性，建立了本構(gòu)方程來刻畫血液的流動行為；以醫(yī)用材料為基礎(chǔ)的多學(xué)科相結(jié)合，開始早期的人工器官如人工腎、人工肺、人工晶體、人工心瓣膜的研制和臨床應(yīng)用。本構(gòu)規(guī)律：指生物體、組織器官的力學(xué)性質(zhì)，特別是其應(yīng)力與應(yīng)變的規(guī)律，稱為本構(gòu)規(guī)律。本構(gòu)方程：如果能將本構(gòu)規(guī)律以數(shù)學(xué)方程的形式表

6、達(dá)出來，這一方程即稱為本構(gòu)方程。進(jìn)入60年代以后，微電子學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、工程力學(xué)及材料科學(xué)等的迅速發(fā)展并緊密地與醫(yī)學(xué)結(jié)合，導(dǎo)致大量的醫(yī)療儀器設(shè)備如X線機(jī)、超聲儀、心電圖、腦電圖及球式機(jī)械人工心臟瓣膜等廣泛地應(yīng)用于臨床。這些對醫(yī)學(xué)進(jìn)步，對臨床診療水平的提高起到了極大的推動作用，產(chǎn)生了巨大的社會效益；另外，醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)已形成規(guī)模，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由此，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)這一新興的邊緣學(xué)科作為一門獨(dú)立的學(xué)科成立，成為時代的需要。美國、日本和西方一些國家成立了醫(yī)學(xué)電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)組織。世界性的國際生物醫(yī)學(xué)工程

7、聯(lián)合會于1965年正式成立。七十年代以后，生物醫(yī)學(xué)工程涉及到生物醫(yī)學(xué)的各個方面，并取得長足的發(fā)展。理論研究方面，利用生物系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)對極為復(fù)雜的生命現(xiàn)象和生理過程的機(jī)制進(jìn)行定量描述，如胰島素釋放控制模型和傳染病流行模型等；生物力學(xué)對骨、軟組織和血液的流變特性作了系統(tǒng)的研究，對心血管中血液流動建立了更接近生理的本構(gòu)方程；應(yīng)用技術(shù)方面，X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描裝置（X-線CT,X-ComputedTomography）在短短的二十年間已發(fā)展到第五代，同位素?cái)鄬訄D像的放射型CT（ECT)，使單純形態(tài)檢查發(fā)展到功能診斷，多種斷層技術(shù)

8、使醫(yī)學(xué)影像成為臨床診斷的支柱；生物傳感器的問世，使有機(jī)物的測量進(jìn)入了無試劑分析的時代，使連續(xù)動態(tài)監(jiān)測體內(nèi)有機(jī)成分成為可能；單板機(jī)、單片機(jī)使得醫(yī)療儀器微型化、智能化；高性能個人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使醫(yī)療儀器具有了多功能化特征，集醫(yī)學(xué)信息采集、檢測、處理和管理為一體，大大地提高了醫(yī)療效