第1章-生物医学工程概述

ElementsofBiomedicalEngineering(BME)CollegeofMaterialsSci.&Eng.,SCUResearchCenterofMBE,SCU3/27/20231第一页，共58页。Contacttome尹光福Tel.

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3/27/20232第二页，共58页。主要内容

1、绪论(尹光福教授)

2、生物医学材料(尹光福教授)

3、生物力学(蒋文涛副教授)4、人工器官(苏葆辉副教授)5、生物医学仪器(邹远文副教授)

6、生物医学图像(李德玉教授)3/27/20233第三页，共58页。主要参考书1郑昌琼、裴觉民主编，生物医学工程学，四川大学内部讲义，20002俞梦孙、蒋大宗主编，中国生物医学工程的今天与明天，天津科技翻译出版社，19983/27/20234第四页，共58页。第一章绪论3/27/20235第五页，共58页。1.1生物医学工程的定义WhatisBiomedicalEngineering(BME)3/27/20236第六页，共58页。边缘交叉科学

(Interdisciplinary)综合：

生物学医学工程学

理论和方法近几十年内建立与发展3/27/20237第七页，共58页。什么是生物医学工程学

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若干个生物医学工程学的奠基人和著名权威曾有过几个定义3/27/20238第八页，共58页。对生物医学工程三个有代表性的定义表述3/27/20239第九页，共58页。“三合一学说”生物学＋医学＋工程学＝生物医学工程学3/27/202310第十页，共58页。“工程应用学说”生物医学工程学是工程学在医学和生物学中的应用3/27/202311第十一页，共58页。“结合学说”

生物医学工程学是生物学、医学和其它非生物学科的结合3/27/202312第十二页，共58页。SomeExamples现代医学的主要任务：诊断－－治疗－－康复－－预防3/27/202313第十三页，共58页。(1)、疾病预防中的生物医学工程病毒与细菌的隔离病毒与细菌的杀灭有毒、有害物质的清除3/27/202314第十四页，共58页。医学图像

超声图像、CT、X-光片………生物信号

心电、脑电……….医学检验

核磁共振、内窥检验………..(2)、医学诊断中的生物医学工程3/27/202315第十五页，共58页。激光手术、γ-刀超声碎石癌症的放射治疗与化学治疗靶向药物与生物导弹器官修复中的组织工程人工胰－－血糖测定与胰岛素注射(3)、医学治疗中的生物医学工程3/27/202316第十六页，共58页。畸形矫正人工义肢可视义眼人工耳膜(4)、医学康复中的生物医学工程3/27/202317第十七页，共58页。总体概念都是说的生物学、医学和工程学相互融合、依存的关系。生物医学工程学是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的边缘学科3/27/202318第十八页，共58页。一般定义

“应用物理学和工程学的技术来解决生命系统中的问题，突出强调人类疾病的诊断、治疗和预防”

-----------生物医学工程学3/27/202319第十九页，共58页。生物医学工程工程学生物学医学3/27/202320第二十页，共58页。更详细说明：

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3/27/202321第二十一页，共58页。生物医学工程的目标

几乎所有工程学和物理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3/27/202322第二十二页，共58页。1.2生物医学工程：

研究内容和基本任务3/27/202323第二十三页，共58页。基本任务生物医学工程学的基本任务是运用工程技术手段，研究和解决生物学和医学中的有关问题3/27/202324第二十四页，共58页。研究方法生物医学工程学以应用基础性研究为主，研究的对象是人体(一个多层次的庞大系统)，所涉及的领域十分广泛，并在不断的扩展之中3/27/202325第二十五页，共58页。

从微观层次、组织器官层次和整体层次：(1)、研究探索人类正常生理学；(2)、表征组织与器官的病变机理；(3)、给出研究和技术开发的最佳手段；(4)、提供治疗与预防的有效方法研究内容3/27/202326第二十六页，共58页。目前涉及较多的学科

医学、生物学、物理学、化学、力学、材料学、制造学、电子学、计算机科学等……3/27/202327第二十七页，共58页。主要研究领域①生物力学②生物材料学③人工器官④生物系统建模与仿真⑤生物医学信号与传感器⑥生物医学信息处理⑦医学图像技术⑧物理因子在治疗中应用及生物学效应3/27/202328第二十八页，共58页。

各研究领域既相互独立，又相互交叉，相互支撑3/27/202329第二十九页，共58页。1.3生物医学工程的特点3/27/202330第三十页，共58页。

新兴、综合、交叉与边缘科学3/27/202331第三十一页，共58页。A、迅速发展的新兴学科

生物医学工程是在近几十年才从医学中分离而形成一门独立学科。当代高新科技的飞速发展，为它提供基础3/27/202332第三十二页，共58页。B、大跨度、多学科的综合性应用学科医学、生物学、物理学、化学、力学、材料学、制造学、电子学、计算机科学等学科的有机结合，甚至涉及社会、伦理、道德、法律等

非生命科学到生命科学

自然科学到人文科学3/27/202333第三十三页，共58页。C、生物医学工程是医学和生物学发展的重要动力一方面生物医学工程为医学、生物学提供技术与装备另一方面又为医学和生物学的发展开辟新路

－－带来生物学与医学的变革3/27/202334第三十四页，共58页。D、生物医学工程是社会效益与经济效益的综合

医学重于社会效益，工程重于经济效益，生物医学工程是医学与工程学的结合，则是社会效益与经济效益必然的结合3/27/202335第三十五页，共58页。1.4生物医学工程的发展3/27/202336第三十六页，共58页。生物医学工程发展历史3/27/202337第三十七页，共58页。

科学技术手段应用于生物医学领域已有很长的历史

但是生物医学工程形成一门独立学科却是近几十年的事3/27/202338第三十八页，共58页。二十世纪五十年代随着材料学、电子学、计算机科学、信息科学的飞速发展，这些科技愈来愈广泛地应用到生物医学领域中来同时，迅速发展的生物医学也向工程技术提出了愈来愈多、愈来愈高的要求3/27/202339第三十九页，共58页。形成独立学科逐渐的，生物医学工程的内容变得不再是生物医学的附属品生物医学工程学又是现代医学和生物学发展的基础和重要条件3/27/202340第四十页，共58页。生物医学工程发展现状3/27/202341第四十一页，共58页。当前，生物医学工程学已发展到一个相当高的水平，在医学的几乎所有领域已经发挥、将会发挥巨大的作用3/27/202342第四十二页，共58页。

生物力学在人体生理系统建模与仿真中的巨大作用

细胞力学、运动力学、血流动力学、呼吸力学……3/27/202343第四十三页，共58页。

生物医学材料在人体组织与器官修复(替代)中的巨大作用

硬组织修复与替代、软组织修复与替代、血管替代、人造皮肤、各类人工器官……3/27/202344第四十四页，共58页。

人工器官在人体生理功能恢复中的巨大作用

人工心脏、人工心脏瓣膜、人工肺、人工肾、人工胰……3/27/202345第四十五页，共58页。

生物医学电子学在生物医学工程中的巨大作用

生物医学信号检测、处理与识别是是医学图象处理的基础，与生物材料、生物力学、人工器官、生物医学仪器等关系密切……3/27/202346第四十六页，共58页。

生物医学图像技术在临床诊断中的巨大作用

X光片、CT图像、B型超声波图像、核磁共振……3/27/202347第四十七页，共58页。

生物医学仪器对提高医学整体水平的巨大作用

生理功能分析、放射治疗、超声碎石、γ刀、细胞刀、康复辅助系统……3/27/202348第四十八页，共58页。

1.4.3.生物医学工程产业发展3/27/202349第四十九页，共58页。

近20年，生物医学工程制品飞速发展并形成规模性产业，将成为21世纪国际经济的主要支柱产业之一3/27/202350第五十页，共58页。

社会需求量大，产品技术含量和产品附加值高

美国目前已有1100万人体内植入有一个人工器官，200万人体内有2个或2个以上人工器官3/27/202351第五十一页，共58页。

1995年世界生物医学工程产业产值约1200亿美元，目前超过2000亿美元，年增长率持续保持在15－20％，生物医学材料和人工器官所占市场份额已接近60％3/27/202352第五十二页，共58页。

美国、日本、西欧等发达国家都把生物医学工程列入高技术发展的前沿3/27/202353第五十三页，共58页。

我国有13亿人口，医疗保健基数大，生物医学材料和人工器官的需求量大

▲肢体不自由患者约1500万

▲每年骨缺损和骨损伤约300万

▲牙缺损(缺失)患者占总人口1/3▲大量血液病患者需人工肾

▲大量糖尿病患者需人工胰3/27/202354第五十四页，共58页。

我国生物医学工程产业基础薄弱，绝大部分依靠进口，目前