生物医学工程研究进展演示文稿

生物医学工程研究进展演示文稿第一页，共六十页。优选生物医学工程研究进展第二页，共六十页。BME在百年诺贝尔生理与医学奖中的份额百年总计(1901-2000)91（届次）100%Ⅰ属于BME范畴1618%Ⅱ与BME密切相关1314%Ⅲ不采用BME方法、技术、设备与材料就不能完成的3943%Ⅳ与BME无关的2325%美国的保罗-劳特布尔和英国的彼得-曼斯菲尔德共同获得了2003年诺贝尔生理学或医学奖--核磁共振成像技术--三维图象第三页，共六十页。Lauterbur,1929Mansfield19332003NobelPrizeinPhysiologyorMedicine第四页，共六十页。PaulC.Lauterbur–PrizeAwardPhoto

SirPeterMansfield–PrizeAwardPhoto10/6,2003第五页，共六十页。A：Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ=75%与BME有关

B：Ⅳ=25%与BME无关

没有BME就没有生命科学的前沿诺贝尔生理与医学奖是生命科学的前沿，由此得出：结论一第六页，共六十页。美国BME技术产品市场与生物技术（BT）市场比较

项目产品用户市场技术服务市场总计BME技术产品1000亿美元1000亿美元2000亿美元BT技术产品1000亿美元极少1000亿美元结论二没有BME就没有生命科学行业的巨大经济效益第七页，共六十页。从学术前沿角度结论一结论二从经济效益角度生物医学工程

—生命科学未来发展的动力+=主题：第八页，共六十页。？生物医学工程的定义WhatisBiomedicalEngineering(BME)第九页，共六十页。什么是生物医学工程

边缘交叉科学

(Interdisciplinary)还没有一个公认的定义随科学技术的发展而改变随生物医学工程研究领域而拓展第十页，共六十页。

定义

综合运用现代自然科学和工程技术的原理、方法，从工程学的角度，在多种层次上研究生物体，特别是人体的结构、功能和其它生命现象，揭示和论证生命运动的规律，深化对生命系统的认识，提供防病、治病、卫生保健、康复、安全防护的新理论和新方法，设计和研制用于防病、治病等的新材料、人工器官、装置与系统的新兴交叉学科第十一页，共六十页。Biomedicalengineeringisadisciplinethatadvancesknowledgein

engineering,biologyandmedicine,andimproveshumanhealththroughcross-disciplinaryactivitiesthatintegratetheengineeringscienceswiththebiomedicalsciencesandclinicalpractice.Itincludes:Theacquisitionofnewknowledgeandunderstandingoflivingsystemsthroughtheinnovativeandsubstantiveapplicationofexperimentalandanalyticaltechniquesbasedontheengineeringsciences.Thedevelopmentofnewdevices,algorithms,processesandsystemsthatadvancebiologyandmedicineandimprovemedicalpracticeandhealthcaredelivery.Asusedbythefoundation,theterm“biomedicalengineeringresearch”isthusdefinedinabroadsense:Itincludesnotonlytherelevantapplicationsofengineeringtomedicinebutalsotothebasiclifesciences.第十二页，共六十页。生物医学工程的目标

几乎所有工程学和自然科学都可与生物医学相互结合

探索人类正常生理学

表征组织与器官的病变机理

给出研究和技术开发的最佳手段

提供治疗与预防的有效方法第十三页，共六十页。生物医学工程的历史X射线之父－伦琴1895年，德国物理学家伦琴X射线。X射线具有不同于阴极射线的新性质：不能被磁场所偏转，不仅可以使密封的底片感光，还可以穿过薄金属片、甚至在照片上能显示出衣服里藏匿的钱币。由于X射线可以穿透皮肉透视手掌、骨骼，在医疗上很有用处。第一个诺贝尔物理奖第十四页，共六十页。生物医学工程的历史伦琴夫人的手指伦琴的实验室第十五页，共六十页。生物医学工程做为一个学科最早出现在美国，始于20世纪50年代1958年在美国成立了国际医学电子学联合会1965年该组织改称国际医学和生物工程联合会，后来成为国际生物医学工程学会1997年，美国国家卫生研究院生物工程定义委员会对生物医学工程做出新的定义生物医学工程的历史第十六页，共六十页。生物医学工程的历史BME创始人－黄家驷院士1977年:协和医科大学生物医学工程专业成立1980年:中国生物医学工程学会正式成立1978年:生物医学工程专业学科组成立2005年:哈工大生物医学工程研究中心成立第十七页，共六十页。以应用范畴为依据医学工程（MeicalEngineering）临床工程（ClinicalEngineering）康复工程（Rehabilitation）环卫工程（EnvironmentalEngineering）中医工程（EngineeringofChineseTraditionalMedicine)生物医学工程的学科分类第十八页，共六十页。以学科专业为依据生物医学材料（Biomaterials）组织工程（TissueEngineering）人工器官（ArtificialOrgans）生物力学（Biomechanics）生物电磁学（Bioelectromagnetics)生物信息学（Bioinformatics）生物传感器（Biosensor）医学图像技术与仪器（MedicalImagingandInstruments）生物医学信号处理（BiomedicalSignalProcessing)••••••生物医学工程的学科分类第十九页，共六十页。多学科、大跨度的综合性应用学科有多少理工科分支，就会有多少生物医学工程的领域，这种多学科的交叉融合涉及到几乎所有的理工学科和所有的生物学与医学分支，没有哪一个学者、哪一个学校（研究所）可以涉足其全部。另一方面，生物医学工程所指的学科交叉，不是生物医学同哪一个工程学科分支的简单结合，而是多学科、广范围、高层次上的融合。生物医学工程学科特点（1）第二十页，共六十页。对相应的学科有较大的依赖性因为没有一个特殊的主题和技术绝对属于生物医学工程，也不像物理、化学等一系列从基础理论到知识技能和应用都自成体系的传统学科。它没有自己独立的基础理论与知识体系，而是以相应的理工学科的分支和生物医学的分支的基础理论与知识体系为自己的基础，因此生物医学工程学对相应的学科有较大的依赖性。生物医学工程学科特点（2）第二十一页，共六十页。介于基础科学和专业技术、基础研究与应用研究之间的中间学科以应用基础性研究为中心，以最终在生物医学领域应用为目的，在这一点上它有别于基础学科，也有别于某些纯应用性学科。同医疗器械产业有直接的联系，它的研究为医疗器械（含医疗仪器、医疗装备、生物材料和制品）的开发提供工程原理和方法，因此，它是医疗器械产业发展的基础、动力和源泉。生物医学工程学科特点（3）第二十二页，共六十页。特殊的与生命科学密不可分的工程学分支生物医学工程用工程学解决生命科学的问题，而生命科学为工程的发展提供新思路。不仅为医学、生物学提供新的技术装备，也提供新技术、新方法甚至新概念，因此为医学和生物学的发展开辟了新道路，从而成为变革医学和生物学本身的一支重要力量。生物医学工程学科特点（4）第二十三页，共六十页。是社会效益和经济效益的综合医学更多的说应该是一门公益事业，因此重在社会效益，而工程的目的就是成本最低最有效地解决问题，当然以经济效益为先。生物医学工程则是二者必然的结合。例如人工心脏起搏器和人工心脏瓣膜正在挽救和维持着世界数百万心脏病患者的生命；美国每年生物医学工程学带动的产业就达数百亿美元。生物医学工程学科特点（5）第二十四页，共六十页。

生物材料及其制品的研究心脑血管辅助装置的研究新型肿瘤检测与治疗装置无创或微创诊疗技术生物传感器研制远程医疗医学影像系统康复医疗装置医学信号检测与处理

••••••当前生物医学工程的几个研究热点第二十五页，共六十页。一.生物材料及其制品的研究骨修复材料纳米牙齿人工皮肤为研究新型医疗设备提供材料。特别是各种缓释材料、生物降解材料、抗凝血材料、植入材料、组织工程材料及纳米材料第二十六页，共六十页。二.心脑血管辅助装置的研究人造血管心脏起搏器人工心脏瓣膜血管支架当前心脑血管病仍是人类的重要杀手，防治心脑血管病是现代医学的首要任务之一。人工血管、血管内窥镜感应技术、心室辅助装置、人工心脏瓣膜防钙化、心脏骤停急救装置等都是当前的研究重点。第二十七页，共六十页。三.新型肿瘤检测与治疗装置分子靶向治疗癌症分子靶向治疗是近年来的一项新兴技术。其原理是，利用分子生物学技术，获得肿瘤相关抗原的单克隆抗体或特异性配体等靶向分子并将其藕连到抗癌药物上，抗癌药物就像“导弹”一样自动搜寻癌细胞并将其杀死，而不伤害正常细胞。目前三分之一的肿瘤能采用分子靶向治疗，结合联合用药可将肿瘤治疗有效率提高二至九成，尤其对治疗转移性、复发性的中晚期肿瘤患者有重要作用，分子靶向治疗已在传统的手术、放疗、化疗及生物治疗的基础上发展成为肿瘤治疗的第四大手段。第二十八页，共六十页。四.无创或微创诊疗技术微囊化胰岛移植治疗糖尿病免疫细胞血管营养物质分泌的生物活性物质第二十九页，共六十页。五.生物传感器的研制手掌型葡萄糖分析仪检测生物信息的传感器是现代医疗仪器的一个薄弱环节。一个好的生物传感器应具备以下条件：可靠、少损伤或无损伤、微型化、重复性好、组织相容性好等。21世纪将出现高性能光生物传感器在医学中广泛应用的革命性的变革,就像目前逐渐由光缆代替电缆传递信息的变革一样。第三十页，共六十页。六.远程医疗南极膝关节手术美国马萨诸塞总医院双向声像连接远程医学是随着通信技术、计算机网络和多媒体技术的发展，并应用在医学上而不断发展起来的一门学科。其中的远程医疗会诊咨询可以使病人置身于自己熟悉的环境中，在节约大量的时间和费用的同时可以得到专家的远程会诊咨询服务，一方面病人无需旅途奔波，另一方面病情也不会延误；可以改善医疗资源的配置，降低医疗成本。第三十一页，共六十页。正电子发射计算机断层扫描

PET七.医学影像系统第三十二页，共六十页。PET七.医学影像系统PET简介PET是核医学发展的一项新技术，代表了当代最先进的无创伤性高品质影像诊断的新技术，是高水平核医学诊断的标志。主要被用来确定癌症的发生与严重性、神经系统的状况，及心血管方面的疾病。使用PET造影，需在病人身上注射放射性药物，放射性药物在病人体内释出讯号，而被体外的PET扫瞄仪所接收，继而形成影像，可显现出器官或组织（如肿瘤）的化学变化，指出某部位的新陈代谢异于常态的程度。第三十三页，共六十页。PET-CT图示PET七.医学影像系统第三十四页，共六十页。PET-CT图示PET七.医学影像系统第三十五页，共六十页。八.康复医疗装置德国Tübingen大学的Birbaumer教授利用脑机接口技术(脑电信号)帮助一个完全瘫痪的患者进行交流，病人甚至可以在家上网关爱老年人：A全世界老年人口占12%

B到2050年，全世界老年人口数量将第一次超过儿童人口数量。C每年有500万人死于中风如何让老年人生活得更好？第三十六页，共六十页。各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化、远程医疗信

息网络化，对各种疾病的诊治更加快捷精确。

21世纪生物医学工程展望第三十七页，共六十页。纳米技术

和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。

21世纪生物医学工程展望描述的是纳米机器人在清理血管中的有害堆积物。由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由的游动，对于象脑血栓、动脉硬化等病灶，它们可以非常容易的予以清理，而不用再进行危险的开颅、开胸手术。第三十八页，共六十页。生物型人工器官将有新突破，除脑以外的各种人工器官将广泛应用于临床。

21世纪生物医学工程展望肢体脏器量贩店随着人类生命奥秘的揭晓，有朝一日人体就会像一辆汽车一样，哪个零件坏了，可再买一个新的换上，人体器官组织的修复将不再是件难事。第三十九页，共六十页。材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展,植入型药物长效缓释材料，药

物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育材料、生物止血材料将有

新突破。21世纪生物医学工程展望植入型药物缓释棒高性能多孔β-磷酸三钙（TCP）陶瓷人工骨第四十页，共六十页。未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。21世纪生物医学工程展望预防保健未来医学模式将由治疗型向预防保健为主的模式转变，特别是个人健康意识增强，性能良好使用方便用于社区、家庭和个人保健及健身的设备、健康自我检测医疗设备将成为家庭中新的“家电”和“家私”。

第四十一页，共六十页。除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防治诊疗技术和相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、心理安抚、生物反馈型诊疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。

21世纪生物医学工程展望该诊疗系统是通过声音和图像系统直观地指导患者进行骨盆肌肉的生物反馈训练，

尿失禁生物反馈诊疗系统第四十二页，共六十页。创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救系统是未来生

物医学工程的重要课题。21世纪生物医学工程展望第四十三页，共六十页。生物技术和微电子技术相结合的生物芯片和诊疗系统将被

广泛应用。21世纪生物医学工程展望分子生物学和微电子技术相结合，生产出多种多样功能的生物芯片，如DNA芯片、各种蛋白芯片等将广泛用于医疗器械的研制，并创造出具有时代特征的新型诊疗技术，在基因普查、基因诊断、基因治疗中得到广泛应用。特别是与遗传有关的疾病，肝炎、艾滋病、心脑血管病、糖尿病、肿瘤等疾病的诊断治疗，快速准确，显著地提高了医疗水平。第四十四页，共六十页。BME专业毕业生特点交叉学科基础技术集成本领熟悉医疗器械行业规定与生物医学工程产业特点：门槛高，品种多。医疗器械注册管理办法医疗器械分类规则医疗器械监督管理条例医疗器械产品上市周期：3-6月临床试验+法定90日注册审查期比其他产品晚近一年期望第四十五页，共六十页。作业题1生物医学工程是以————为对象，用工程学原理，研究开发防病、治病、人体辅助功能等为医学应用服务的人工装置和系统。

A生命的人B生物制品C生物体D医药

2以下哪些属于生物医学工程范畴？智能胶囊内窥镜，酶工程，发酵工程，CT，B超，人工器官，细胞工程，生物力学，生物制药，生物材料康复工程，超声波美容，超声治癌。3什么是生物医学工程？并请论述生物医学工程学科的特点？

第四十六页，共六十页。CareersinBiomedicalEngineeringinAmerica第四十七页，共六十页。WhatWillBethe10HottestJobs?Lookingforacareerchange?Adecadeago,whowouldhaveguessedthatWebdesignerwouldbeoneofthehottestjobsof2000?Herearesomeclues.1

TISSSUEENGINEERS-

Withman-madeskinalreadyonthemarketandartificialcartilagenotfarbehind,25yearsfromnowscientistsexpecttobepullingapancreasoutofaPetridish.Ortrying,anyway.Researchershavesuccessfullygrownnewintestinesandbladdersinsideanimals'abdominalcavities,andworkhasbegunonbuildingliver,heartandkidneytissue.22May2000第四十八页，共六十页。FAQ’sWhatsortsofcompanieshirebiomedicalengineers?ShouldIplanongettingaPhD?Whatisatypicalcareerpathinindustry?HowdoIfindmyfirstjob?Whataresalarieslike?Whatcharacteristicsarecompanieslookingfor?Whataresomeofthetradeoffsbetweenacademiaandindustry？第四十九页，共六十页。EmployersThreekindsofcompaniesPharmaceuticals:

Prozac,Lipitor,tylenolMedicalDevice:

pacemakers,dialyzersBiologics:vaccines,factorVIII,stemcellsWhichhaveanaggregatedomesticbusinessvolumeofover800billiondollars,employover4millionworkers,andaregrowingat5to10%peryear

Relatedindustriessuitableforbiomedicalengineersincludefinancialservices;patent,regulatory;medicine;clinicalspecialists;advertising;andeducation第五十页，共六十页。-MedicalDevices(BostonScientific,Guidant,...)-MedicalEquipment(Baxter,Bausch&Lomb,...)-LaboratoryEquipment(Beckman,PerkinElmer,...)-Pharmaceuticals(Pfizer,John&Johnson,...)-MedicalImaging(GeneralElectric,Siemens,...)-Biotechnology(Genetech,Celera,...)-Biomaterials(3M,SulzerMedica,...)BMEIndustry第五十一页，共六十页。Pharmaceutical

ProductsJustimaginelifewithoutthem第五十二页，共六十页。MedicalDevicesTherapiesenabledby“artificialorgans”accountfor~8%ofcontemporarymedicine第五十三页，共六十页。IfIaminterestedinacareerinbiomedicalengineering,shouldIgetaPhD?YES,YES,YES,

Unlessyouareinterestedinpositionswhosecontentisprimarilynon-technical(sales,humanresources)• ButitisOKtoworkforafewyearsandthencomebackforthePhD(orMBA)• Postdoc’sdon’thurt,butaren’tnecessary第五十四页，共六十页。TypicalCareerPath:IGoinginpositions:Project-levelresearchprograms,workingundertheclosesupervisionofmoreseniorengineersorscientists.StartingPhD’stypicallyhaveanoffice,techniciansupport,andtheirownlabspace.After3-8years,engineers:ContinueinlaboratoryandprojectworkatthelevelofseniorscientistorindependentinvestigatorBecomeinvolvedintechnologymanagement,oftenrotatingthroughotherareas(regulatory,marketing,documentation,clinicalliaisonetcAfteranother3-8yearsThepackbeginstospreadout,andindividualsidentifyasmanagers,scientificleaders第五十五页，共六十页。TypicalCareerPath:IIExpecttochangejobsevery5to10yearsandworkfor7-8companiesduringyourcareerConsidertakingone“pre-industry”courseatUniversityEntrepreneurship（创业）BiotechnologyManagementManagementofOrganizationsManagerialDecisionMakingLeadershipinOrganizations第五十六页，共六十页。ShowmethemoneyStartingsalariesvarywidely.Factorsincludelocation,applicant’sprofileandspecialties.BioengineerstendtostartslightlyhigherthanmostotherengineersPhD $70-90KBachelor $50-65KAnMBAwith2-3yearsofrelevantexperi