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1、生物醫(yī)學工程導論第一章概述什么叫生物醫(yī)學工程生物醫(yī)學工程（BiomedicalEngineering,BME）是運用自然科學和工程技術的原理和方法，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學科。我國著名科學家顧方舟先生在“中國生物醫(yī)學工程的今天與明天”一書中這樣寫到“生物醫(yī)學工程學是這樣一門學科：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；把工程學的理論和方法與生物學、醫(yī)學的理論和方法有機地結合起來去研究這類系統(tǒng)狀態(tài)變化的規(guī)律，并在此基礎上，應用各種工程技術手段，建立適宜的方法和裝置，以最有效的途徑
2、，人為地控制這種變化，以達預定的目標。生物醫(yī)學工程學的根本任務在于保障人類健康，為疾病的預防、診斷、治療和康復服務。生物醫(yī)學工程是理、工、醫(yī)相結合的新興邊緣學科，是多種工程學科向生物學、醫(yī)學滲透并相互作用的結果。雖然它作為一門獨立的學科發(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，它已經成為當前醫(yī)療保健性產業(yè)的重要基礎和支柱，許多國家都將其列為高技術領域。以人工心臟瓣膜這一典型的生物醫(yī)學工程項目為例，為了進行人工心臟瓣膜的設計和制造，人們需要作如下工作：1.了解心臟瓣膜開啟和關閉的機理，弄清人體心臟瓣膜的運動學和力學特性（定量）；2.解決人工心臟瓣膜材料
3、問題（相容性、毒性、力學性質和制備工藝等）；3.了解人工心臟機械瓣和生物瓣的力學特性和疲勞壽命，以及植入心臟后的長期生物效應等。人工心臟瓣膜的制作和質量控制與監(jiān)測等還要涉及一系列工程問題，此外還有成本控制問題。風濕性心臟病生物醫(yī)學工程的特點：大跨度的、多學科的綜合性應用學科。以人工器官為例，它需要生物材料學、生物力學、生理學及有關機電、化工工程技術的有機結合，甚至涉及社會倫理學。這種大跨度（從非生命科學到生命科學，乃至從自然科學到人文科學）的綜合，是傳統(tǒng)學科所沒有的，其發(fā)展需要工程技術與醫(yī)學兩方面人材的密切結合。既為醫(yī)學、生物學提供技術與裝備，又為醫(yī)學、生物學的發(fā)展開辟新路：因此
4、它是變革醫(yī)學和生物學本身的一支重要力量。社會效益與經濟效益的結合。醫(yī)學注重社會效益，工程學注重經濟效益，生物醫(yī)學工程才是二者必然的結合。1.1生物醫(yī)學工程學的發(fā)展狀況生物醫(yī)學工程是從20世紀50年代以來，隨著電子學、材料學、工程力學、信息科學和電子計算機等多種學科的進步并廣泛應用于醫(yī)學和生物學領域而逐漸形成和發(fā)展的。電子學的滲入使心電、腦電、心音、B超等實用診斷技術逐步地出現(xiàn)和應用于臨床；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；與材料科學的結合，成功地研制出如醫(yī)用硅橡膠、醫(yī)用聚氨酯和有機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；工程力學原理和方法的
5、運用，使人們能夠定量地研究血液在心血管中流動特性，建立了本構方程來刻畫血液的流動行為；以醫(yī)用材料為基礎的多學科相結合，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用。本構規(guī)律：指生物體、組織器官的力學性質，特別是其應力與應變的規(guī)律，稱為本構規(guī)律。本構方程：如果能將本構規(guī)律以數(shù)學方程的形式表達出來，這一方程即稱為本構方程。進入60年代以后，微電子學、信息科學、計算機科學、控制論、工程力學及材料科學等的迅速發(fā)展并緊密地與醫(yī)學結合，導致大量的醫(yī)療儀器設備如X線機、超聲儀、心電圖、腦電圖及球式機械人工心臟瓣膜等廣泛地應用于臨床。這些對醫(yī)學進步，對臨床診療水平的提
6、高起到了極大的推動作用，產生了巨大的社會效益；另外，醫(yī)療器械產業(yè)已形成規(guī)模，產生了巨大的經濟效益。由此，生物醫(yī)學工程學這一新興的邊緣學科作為一門獨立的學科成立，成為時代的需要。美國、日本和西方一些國家成立了醫(yī)學電子學和生物醫(yī)學工程學組織。世界性的國際生物醫(yī)學工程聯(lián)合會于1965年正式成立。七十年代以后，生物醫(yī)學工程涉及到生物醫(yī)學的各個方面，并取得長足的發(fā)展。理論研究方面，利用生物系統(tǒng)建模與仿真技術對極為復雜的生命現(xiàn)象和生理過程的機制進行定量描述，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方程
7、；應用技術方面，X射線計算機斷層掃描裝置（X-線CT,X-ComputedTomography）在短短的二十年間已發(fā)展到第五代，同位素斷層圖像的放射型CT（ECT)，使單純形態(tài)檢查發(fā)展到功能診斷，多種斷層技術使醫(yī)學影像成為臨床診斷的支柱；生物傳感器的問世，使有機物的測量進入了無試劑分析的時代，使連續(xù)動態(tài)監(jiān)測體內有機成分成為可能；單板機、單片機使得醫(yī)療儀器微型化、智能化；高性能個人計算機的出現(xiàn)，使醫(yī)療儀器具有了多功能化特征，集醫(yī)學信息采集、檢測、處理和管理為一體，大大地提高了醫(yī)療效
