生理学与生物医学工程

人体解剖学humananatomy

正常人体形态、结构人体生理学humanphysiology

正常人体生命活动（功能）规律临床医学clinicalmedicine

研究、诊治疾病的学科群,应用科学

生物医学工程学biomedicalengineering

应用工程技术的原理和方法探索生命奥秘，诊治疾病的一门新兴交叉学科，为生命科学与工程学相结合的独立学科当前第1页\共有56页\编于星期四\19点人体解剖生理学、医学基础与生物医学工程学科的关系生物医学工程专业基础课医药学、功能性食品科学等的基础与生物化学、药理学、毒理学关系密切与我校开设的生物医学工程、制药工程、制药工程、功能性食品学科有关当前第2页\共有56页\编于星期四\19点为后续课程如：医学成像技术生物医学信号处理医学仪器及设备生物力学生物医学材料……的学习打下坚实的解剖学、生理学、医学基础

当前第3页\共有56页\编于星期四\19点人体的结构与功能

Structural&FunctionalOrganizations泌尿系的组成模式当前第4页\共有56页\编于星期四\19点人体的系统OrganSystemsoftheBody当前第5页\共有56页\编于星期四\19点人体的系统OrganSystemsoftheBody当前第6页\共有56页\编于星期四\19点人体的系统OrganSystemsoftheBody当前第7页\共有56页\编于星期四\19点细胞的基本结构及其功能细胞cell：

人体形态结构、生理活动的基本单位大小？形态？结构？

细胞膜细胞浆（细胞器）细胞核膜性结构微纤维结构微球体结构当前第8页\共有56页\编于星期四\19点细胞间质intercellularsubstance：存在于细胞之间的物质血浆组织液细胞间的纤维骨板

当前第9页\共有56页\编于星期四\19点基本组织

BasicTissues当前第10页\共有56页\编于星期四\19点人体组织的分类

TissueLevelofOrganization（根据起源、结构、功能）组织学Histology：采用显微镜研究组织的学科

上皮组织epithelialtissue结缔组织connectivetissue肌肉组织musculartissue神经组织nervoustissue

当前第11页\共有56页\编于星期四\19点组织tissue：由结构相似、功能相关的细胞、细胞间质集合形成组织

器官organ：由各种组织所组成的人体特定构件就是器官系统system：性质关联、能够完成一定生理功能的一些器官组成系统：鼻、喉、气管、肺等器官组成呼吸系统口腔、食道、胃、小肠、大肠等组成消化系统当前第12页\共有56页\编于星期四\19点心脏的结构当前第13页\共有56页\编于星期四\19点当前第14页\共有56页\编于星期四\19点心肌细胞的生物电现象心肌的生理特性

兴奋性自动节律性传导性收缩性心脏的泵血功能体表心电图心脏生理当前第15页\共有56页\编于星期四\19点新型的“生物－心理－社会医学模式”加拿大学者L、美国学者B

重视和肯定生物因素，增加心理、社会因素面向个体的医疗保健→面向群体的卫生保健更重视与心理、社会、环境因素密切相关的非传染病对人群的健康监护，提高生活质量

1984年《世界卫生组织宪章》：

健康＝体强无病＋健全的身心状态和社会适应能力当前第16页\共有56页\编于星期四\19点“生物－心理－社会医学模式”对卫生服务的要求病人：患有疾病、有心理活动、处于现实社会中卫生服务的目标应强调其整体观从局部到全身从医“病”到医“人”从个体到群体从生物医学范畴→心理医学、社会医学的广阔领域当前第17页\共有56页\编于星期四\19点临床医学的主要特征1、研究、服务对象的复杂性人的生命活动受到各种自然因素、社会因素、心理因素的综合作用，复杂性大生命科学中的未知领域比较多：肿瘤、原发性高血压的病因，SARS、AIDS的有效治疗技术2、临床工作的紧迫性缓解痛苦，挽救和延长生命，时间紧迫！不可耽误！疾病未知因素，想法控制症状，努力防治：门诊病因暂时无法搞清，积极防治：肿瘤当前第18页\共有56页\编于星期四\19点临床医学的主要特征3、医学上的重大课题多在临床实践中提出对疾病的新认识，临床医学启动：艾滋病AIDS

对疾病的认识，临床先总结表现规律临床医学激发科学发现、科研4、临床医学是检验医学成果的基础离体研究成果不一定适用于整体或在体动物实验结果不能完全取代人体实验结果当前第19页\共有56页\编于星期四\19点临床医学的学科分类

WHO《国际疾病分类》(第九版)：人类疾病1万多种1、按治疗手段建立的学科内科学：药物外科学：手术理疗学、放射治疗学、核医学、营养治疗学、心理治疗学

当前第20页\共有56页\编于星期四\19点2、按治疗对象建立的学科妇产科学儿科学老年病学：60岁以上围生医学：产妇(妊娠26周/28周～产后1个月/1周)

胎儿、新生儿危重病医学：多器官损伤的危重病人职业病学男性病学当前第21页\共有56页\编于星期四\19点3、按人体系统或解剖部位建立的学科口腔科学皮肤病学眼科学神经病学耳鼻喉科学内分泌学心血管内科呼吸内科肾脏内科骨科学泌尿外科胸外科数目不断增加注意人体的整体性当前第22页\共有56页\编于星期四\19点4、按病种建立的学科结核病学肿瘤学精神病学疾病累及多个系统疾病涉及内、外、妇、儿等多个学科结核病：结核性脑膜炎、结核性盆腔炎、肠结核、肾结核、结核性心包炎当前第23页\共有56页\编于星期四\19点5、按诊断手段建立的学科临床病理学医学检验学放射诊断学超声诊断学医学影像学(X线、CT、MRI、超声、同位素等)

特殊设备与技术多学科协同诊断新型诊断手段→新的学科当前第24页\共有56页\编于星期四\19点医学工程技术在临床医学发展中的地位和作用医学工程技术：广义，医学领域中使用的一切仪器设备、人工脏器等的开发、研制技术狭义，有关现代生物医学工程学应用研究的工程技术

20世纪60年代，生物医学工程学当前第25页\共有56页\编于星期四\19点1、深化了医学的认识水平

16世纪，显微镜，切片、染色技术→细胞水平电子显微镜，扫描电镜，超薄切片技术、冷冻切片技术、放射性同位素标记、荧光标记技术→超微结构的亚细胞水平近年来，遗传工程技术，分子生物学技术→分子水平当前第26页\共有56页\编于星期四\19点2、推动临床诊断和治疗水平的提高（1）临床诊断技术的提高提供先进设备和仪器：全自动生化分析仪电子计算机断层摄像CT

内窥镜当前第27页\共有56页\编于星期四\19点（2）治疗技术的提高介入性治疗：导管技术、相关器械经皮穿刺腔内冠状动脉成形术PTCA

冠脉内支架导管射谱热球囊冠脉成形术现代外科技术：外科手术与新技术相结合腔镜技术：人工低温术人工心肺机器官移植技术：移植外科（人工器官）激光手术刀超声波手术刀当前第28页\共有56页\编于星期四\19点现代医学发展的特点1、向微观深入与宏观扩展（1）以分子生物学为带头学科的分子医学学科群（2）全面研究群体、环境、社会与人的健康、疾病的关系按照“生物－心理－社会”医学模式环境医学、社会医学、职业医学、地理医学、宇宙医学、临床流行病学……当前第29页\共有56页\编于星期四\19点2、学科体系微分化、积分化并进（1）专业化程度越来越高，纵向、横向分化全世界医学专业学会500余个医学新兴学科、交叉学科219个当前第30页\共有56页\编于星期四\19点儿科学＋妇科学＋产科学→围生医学数学＋医学→卫生统计学临床药理学、介入诊治学、仿生学……2、学科体系微分化、积分化并进（2）各学科相互渗透与综合当前第31页\共有56页\编于星期四\19点3、人文社会科学与医学的交叉和渗透哲学、经济学、法学、伦理学……＋医学→社会医学、心理学、行为学、医学伦理学、卫生经济学……

哲学对医学的指导作用越来越受到重视循证医学Evidence-BasedMedicine应用最多的有关信息（最佳证据），通过谨慎、明确、明智的确认和评估，作出医学方面决策的实践活动。

当前第32页\共有56页\编于星期四\19点4、现代医学技术具有高科技的特色诊断方面的高科技特色：影像学医用光导纤维技术无创、微创性直视检查技术人体基因谱的分析治疗方面的高科技特色：高科技内窥镜操作手术心脏起搏器、人工器官基因治疗

当前第33页\共有56页\编于星期四\19点各种人造组织、器官人造皮肤人造骨骼人造关节人造眼球人造心脏、瓣膜。。。。。各种检测仪、治疗仪心电图仪、肌电仪、脑电仪

X检查仪、CT仪、MRI仪、超声仪、核医学仪

X治疗仪、红外治疗仪。。。。。。当前第34页\共有56页\编于星期四\19点生物医学工程科研简介医学信号处理及医学仪器：脑电信号的提取与分析（matlab编程）麻醉深度智能控制系统（单片机、C、VB/C++）手术导航系统（C、C++、matlab编程及相关硬件）远程医疗：基于J2ME的移动监护系统（java及传感器设计）面向社区家庭的医疗服务与检测仪器：基于手机的心音信号采集与处理技术（Android、java）当前第35页\共有56页\编于星期四\19点一、脑电信号特征提取及分类算法研究

降采样空间滤波导联选择频谱分析信号分类原始运动想象脑电信号预处理特征提取

2、信号特征提取——小波分析：小波多尺度分解的实质：将信号分解成低频的粗略部分与高频的细节部分3、整体框图：1、研究意义：识别正常老化与痴呆早期脑外伤康复评估特殊人群认知评估当前第36页\共有56页\编于星期四\19点二、麻醉深度智能控制系统1、研究意义：

现代麻醉中麻醉深度的监测与调控是人们关注的热点课题。麻醉深度监测对提高麻醉质量,保障病人的围术期安全与康复具有极为重要的意义。2、麻醉的基础知识：麻醉是一种利用药物或非药物的方法使病人的整个机体或机体的某一部分的知觉暂时性抑制或消失的方法。理想麻醉状态的五要素：镇静、镇痛、肌松、遗忘、适度控制应激。麻醉过深，可能有损于患者的脑组织引发痴呆症，甚至危及生命；麻醉过浅，患者本能体动导致手术困难，出现意外或术中知晓。3、麻醉深度的监测方法：（一）

临床体征：体动、流泪、出汗存在问题：肌松药可以掩盖躯体体征；缺少研究证据表明可以减少知晓的发生；不用肌松药并不能防止知晓发生。（二）

常规监测：血压、心率、呼吸率、呼气末麻醉气体浓度

存在问题：心血管药物可以掩盖症状；缺少研究证据表明可以减少知晓的发生；生命体征正常仍可能发生知晓。当前第37页\共有56页\编于星期四\19点听觉系统在接受声音刺激后,从耳蜗至各级听觉中枢产生的相应电活动脑电双频谱指数(BispectralIndex,BIS)监测听觉诱发电位(Auditoryevokedpotentials,AEP)监测熵指数（Entropy）监测等脑电和麻醉深度监测通过对脑电图进行处理计算得到的综合指数对大脑不规则意识活动程度的测量（三）脑功能检测（脑电）当前第38页\共有56页\编于星期四\19点麻醉深度监测方法BIS脑电AEPIEntropy肌电心率变异性肌松其他…BIS是一个无量纲的简单变量，范围从0~100，数值越大,越清醒,反之提示大脑皮质的抑制愈严重。一般认为BIS值：100-85代表完全清醒状态；65-85代表患者处于睡眠状态；40-65代表处于全麻状态；40以下人脑皮层处于暴发性抑制状态；0完全无脑电活动的状态。当前第39页\共有56页\编于星期四\19点4、静脉麻醉给药方法：单次静脉注射、重复静脉注射：不能维持麻醉药的有效浓度；重复给药血药浓度波动大；药物的血浆浓度与效应室浓度不能达到满意的平衡状态。持续静脉输注按一定量和速度以微量泵静脉持续输入：达稳态血浆浓度时间较长，不能满足临床麻醉诱导和维持。随输注时间延长，清除速率减慢，血药浓度逐渐升高产生蓄积作用，难以根据病人反应和手术刺激强度随时调节血药浓度。靶控输注（TCI）：可以维持恒定的血浆浓度、快速随意调节、保持血浆浓度和效应室浓度的平衡。5、靶控输注（TargetControlledInfusion,TCI

）在输注静脉麻醉药时应用药代动力学和药效动力学原理，通过调节目标或靶位（血浆或效应部位）的药物浓度来控制或维持麻醉在适当的深度，以满足临床要求的一种静脉给药方法。当前第40页\共有56页\编于星期四\19点房室模型的概念

药物经静脉注射进入血液，就会自血管向组织间液扩散，扩散范围的大小（容积）就是房室概念。如果扩散的容积只有1个，称之为一室模型，如果扩散的容积是2个，称之为二室模型，以此类推有三室、多室模型等。

临床常用的静脉麻醉药多为三室药代动力学模型（下图所示）。中央室代表血或血浆，第二室代表血液充盈多的组织，第三室代表血液充盈少的组织，作用部位（中枢）为效应室。三室模型PBPK模型当前第41页\共有56页\编于星期四\19点6、TCI闭合环路控制系统通过反馈控制微量泵输注麻醉药的速率，调节麻醉深度，从而做到用药个体化，以提高药物应用的质量。使麻醉用药更加精确，麻醉过程平稳、安全，并大大解放了麻醉医师的劳动力。闭环TCI是麻醉发展的新方向。

7、闭环TCI系统的构成：闭环TCI系统构建数据库选择最适宜的麻醉对象模型模型结构与灵敏度的分析与仿真闭环控制最佳算法及软件开发当前第42页\共有56页\编于星期四\19点8、TCI闭合环路控制系统---系统结构示意图其工作原理是：系统以反映药效的脑电双频指数为控制变量，采用PID控制算法，以PBPK对象生理模型来计算靶控所需的给药方案。具体操作是由上位机给定一个目标BIS值，单片机自动采集病人当前的BIS值，算法处理得出给药的输注量，控制输注泵的输注，从而让病人的BIS值逐渐达到我们设定的目标BIS值，实现麻醉深度的自动控制。手术中，医生只需在PC机的控制系统界面上输入病人的基本信息和设定的目标BIS值，通过命令提示即可指导医生对麻醉深度进行自动控制。系统仿真原理图当前第43页\共有56页\编于星期四\19点9、系统模拟实验当前第44页\共有56页\编于星期四\19点三、手术导航

1、研究背景及意义手术导航系统使得手术更加安全、精确和有效，提高手术成功率。2、手术导航系统的应用手术导航系统医学神经外科牙科与畸齿矫正整形外科介入治疗放射治疗3、手术导航系统组成立体定位图像显示组成图像工作站当前第45页\共有56页\编于星期四\19点系统标定三维数据获取手术器械注册器械匹配识别可视化跟踪显示双目立体视觉系统标定发光点亚像素提取三维坐标计算器械尖端位置计算发光点与尖端位置关系基于点编码和距离编码的匹配和自动识别手术器械三维显示映射纹理图像手术器械光学跟踪信息获取4、手术器械光学跟踪信息获取当前第46页\共有56页\编于星期四\19点5、定位平台--硬件构建构建定位平台-----采集数据、研究算法近红外光学定位系统平台近红外相机构造示意图实物图手术器械近红外发光点当前第47页\共有56页\编于星期四\19点立体定位方法：光学定位、超声定位、电磁定位、机械臂定位。

图像显示：设计实现光学定位定位跟踪系统的软件交互界面。Operate6、定位平台--软件构建当前第48页\共有56页\编于星期四\19点7、实