《生物医学工程概论》PPT课件

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1、生物医学工程概论王伟jmcar@126.comwangw@cqupt.edu.cn生物医学工程概论一、什么叫生物医学工程运用现代自然科学和技术工程的原理和方法，从工程学角度研究人体的结构、功能及其他生命现象，研究和开发为防病治病及人体功能辅助等医学应用服务的人工装置和系统的一门综合性高技术学科。根本任务:为疾病的预防、诊治和康复服务，确保人类健康我国著名科学家顾方舟先生在“中国生物医学工程的今天与明天”一书中写到“生物医学工程学是这样一门学科：它把人体各个层次上的生命过程（包括病理过程）看作是一个系统的状态

2、变化的过程；把工程学的理论和方法与生物学、医学的理论和方法有机地结合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，建立适宜的方法和装置，以最有效的途径，人为地控制这种变化，以达预定的目标。人工心脏瓣膜进行人工心脏瓣膜的设计和制造，需要作如下工作：1.了解心脏瓣膜开启和关闭的机理，弄清人体心脏瓣膜的运动学和力学特性（定量）；2.解决人工心脏瓣膜材料问题（相容性、毒性、力学性质和制备工艺等）；3.了解人工心脏机械瓣和生物瓣的力学特性和疲劳寿命，以及植入心脏后的长期生物效应等。人工心脏瓣膜

3、的制作和质量控制与监测等还要涉及一系列工程问题，此外还有成本控制问题。心脏瓣膜示意图生物医学工程特点大跨度的、多学科的综合性应用学科。以人工器官为例，它需要生物材料学、生物力学、生理学及有关机电、化工工程技术的有机结合，甚至涉及社会伦理学。这种大跨度（从非生命科学到生命科学，乃至从自然科学到人文科学）的综合，是传统学科所没有的，其发展需要工程技术与医学两方面人材的密切结合。既为医学、生物学提供技术与装备，又为医学、生物学的发展开辟新路：因此它是变革医学和生物学本身的一支重要力量。社会效益与经济效益的结合。医

4、学注重社会效益，工程学注重经济效益，生物医学工程才是二者必然的结合。二、学科分类以应用范畴为依据分类医学工程（MedicalEngineering）临床工程（ClinicalEngineering）康复工程（Rehabilitation）环卫工程（EnvironmentalEngineering）中医工程（theEngineeringofChineseTraditionalMedical）以学科专业为依据分类生物材料（Biomaterial）人工器官（ArtificialOrgans）生物信息（Bioinf

5、ormation）生物控制（Biocybernetic）生物效应（Bioeffect）生物反馈（Biofeedback）生物能量与质量传递（BioenergyandMassTransfer）生物力学（Biomechanics）医学电子（MedicalElectronics）医学仪器及装备（Medicaldevice&Instrument）人工智能（ArtificialIntelligence）医用超声（MedicalUltrasound）医用激光（MedicalLaser）辐照医学（MedicalRadia

6、tion）核医学（NuclearMedicine）生物医学工程学的发展状况生物医学工程是从20世纪50年代以来，随电子学、材料学、工程力学、信息科学和电子计算机等学科的进步并广泛应用于医学和生物学领域而逐渐形成和发展的。电子学的渗入使心电、脑电、心音、B超等实用诊断技术逐步地出现和应用于临床；植入性心脏起搏器研制成功挽救了成千上万心脏病患者的生命；与材料科学的结合，成功地研制出如医用硅橡胶、医用聚氨酯和有机玻璃制作的人工股骨等人体功能辅助及卫生保健材料和制品；工程力学原理和方法的运用，使人们能够定量地研究血

7、液在心血管中流动特性，建立了本构方程来刻画血液的流动行为；以医用材料为基础的多学科相结合，开始早期的人工器官如人工肾、人工肺、人工晶体、人工心瓣膜的研制和临床应用。进入60年代以后，微电子学、信息科学、计算机科学、控制论、工程力学及材料科学等的迅速发展并紧密地与医学结合，导致大量的医疗仪器设备如X线机、超声仪、心电图、脑电图及球式机械人工心脏瓣膜等广泛地应用于临床。这些对医学进步，对临床诊疗水平的提高起到了极大的推动作用，产生了巨大的社会效益；另外，医疗器械产业已形成规模，产生了巨大的经济效益。由此，生物医

8、学工程学这一新兴的边缘学科作为一门独立的学科成立，成为时代的需要。七十年代以后，生物医学工程涉及到生物医学的各个方面，并取得长足的发展。理论研究方面：利用生物系统建模与仿真技术对极为复杂的生命现象和生理过程的机制进行定量描述，如胰岛素释放控制模型和传染病流行模型等；生物力学对骨、软组织和血液的流变特性作了系统的研究，对心血管中血液流动建立了更接近生理的本构方程；应用技术方面：X射线计算机断层扫描装置、同位素断层图