生物医学工程概论1

生物医学工程学概论重庆大学生物工程学院主要内容•生物医学工程学发展简况•生物医学工程学研究的主要内容•专题讲座考试要求1.闭卷2.以前三周学习内容为主一、生物医学工程学发展简况•远古时期人们对疾病的认识与诊治：神灵的惩罚（礼拜、祷告）•巫医利用巫术进行诊治（精神、心理）•治病方式：植物或动物•治病术士或巫师们观察疾病的性质，凭经验形成了原始医学（草药医生、接骨者、手术者、接生婆等）•原始医学:经验医学(经验的、定性的)16世纪（文艺复兴时期）开始了对疾病的测量时代（从经验或定性到定量）•加里略（1592）温度计、脉搏•胡克（hooke，1666）显微镜（cell)•列文虎克（leeuwenhock,1676)发现细菌•荷兰生理学家艾因托分（Einthovn,1894)---心电描记仪•德国物理学家伦琴（Roentgen,1895)----X线，开创了人类第一张医学影像。•德国物理学家布希（Busch,1926)----电子显微镜。•1927---Drinker呼吸机•1939---心肺搭桥；1940---心导管血管造影•1947---生物无线电遥测技术（心、脑电）二战前后的快速发展•二战中：出现了很多先进技术。中间经历了通信，自动化技术，核技术，生化，超声等发展过程。•二战后：裁军，裁员，大批科学家转入了造福于人类健康的学科。一些人找到了工作，一些人就去学习，学工程的又去学医学。很多科学家就转入了大学研究所，实验室工作。1963年，美国物理学家cormack—图像重建数学理论应用于放射医学研究•1948---超声诊断仪•1958---植入式人体心脏起博器，医用超声诊断仪发明•50年代生物医学材料和人工器官开始研制与使用。如硅橡胶、聚氨脂；人工肾、人工肺、人工心瓣膜、人工晶体等。•1972年，英国豪斯菲尔德工程师在美国科学家马克研究的基础上发明了X射线计算机断层扫描仪（ComputedTomography，CT）。1979年，豪斯菲尔德和马克获得诺贝尔生理学和医学奖。•1973年，美国科学家劳特布尔和英国科学家曼斯菲尔德研制出临床实用的磁共振成像仪（MagneticResonanceImaging,MRI）。同期上市的医疗器械（仪器）还有：心脏起搏器，高频电刀，激光刀，X线刀，超声刀，电子直线加速器等。•20世纪末，由于生物技术和微电子技术的迅速发展，医用分析仪有了长足进步。生物医学工程作为一门新兴的边缘学科，数十年来得到了巨大的发展，当代几乎所有的高新技术都被他所吸收和利用，并形成了一个庞大的新兴产业系统•单光子发射型计算机断层（SinglephotonEmissionComputedTomography,SPECTorECT)•正电子发射型断层（PositronEmissionTomography,PET)•新近研制开发—电阻抗断层（ElectronicalImpedanceTomography,EIT)二、生物医学学科及研究内容科学与学科的关系？•科学自身的规律决定学科的规律•不是所有的科学研究都能发展成一个学科•学科：科学研究发展成熟的产物科学研究发展成熟而作为一个独立学科的标志：•必须有独立的研究内容•成熟的研究方法•规范的学科体制教育体制研究体制应用体制“学科”划分可有多种11个门类:哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学我国普通高等学校五个门类:A自然科学、B农业科学、C医药科学、D工程与技术科学、E人文与社会科学国标GBTl3735-92共有58个一级学科生物医学工程学科的产生•国际起步于1958年法国巴黎，在1958—1961年间主要以医学电子、生物医学电子学。参加国家9个，与会学者50名。•1965年在东京召开第6次国际会议，确立了医学电子和生物医学工程。(BiomedicalEngineering)特点：医用电子学为主导的医学工程我国生物医学工程•1978年我国将生物医学工程确定为独立的学科，制定了学科发展规划---生物医学仪器及工程•90年代正式列为生物医学工程学科只有一级学科，无二级学科生物医学工程学科:是综合生命科学和工程技术，理、工、医相结合的新兴交叉学科;是一门多学科交融的边缘学科，体现了新知识的综合和发展，在生物医学研究、知识产生、转化研究和卫生保健中扮演了许多重要角色，对提高医学水平，促进医学科学的现代化发挥着关键性的作用;同时，对促进电子、信息、材料科学、生物物理、生物化学等多种学科的发展起着重要的作用。（摘自中国生物医学工程学会网页）2019年3月国家计委就组织实施生物医学工程高技术产业化专项发布公告，其产业范围为：“生物医学材料制品、(生物)人工器官、医学影像和诊断设备、医学电子仪器和监护装置、现代医学治疗设备、医学信息技术、康复工程技术和装置、组织工程等”。生物医学工程的定义生物学Biology医学Medicine工程学Engineering生物医学工程BiologicalMedicalEngineeringBME生物学医学工程学生物医学工程学科学迅猛发展工程学（含电子技术、计算机技术、信息技术、材料科学）生命科学（生物技术将产生分子医学）理、工学科与生命科学交叉结合而产生的生物医学工程学必须有新的认识。美国国立卫生研究院有关名词命名专家组最近对生物医学工程学的定义：生物医学工程学是结合物理学、化学、数学和计算机科学与工程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究：①提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识；②开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法；③用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的。•早期的生物医学工程也称为医学工程学：一般将综合运用数理科学原理和现代工程技术研究和解决基础医学和临床医学中问题的分支学科称为医学工程学(MedicalEngineering)•把综合运用数理科学原理和现代工程技术的理论和方法研究、解决临床医学实际问题的分支学科称为临床工程学（或临床医学工程）(ClinicalEngineering)生物医学工程是工程学与生物医学结合的产物•理念上是综合与分析的结合•结果上是工程技术或产品为生物医学服务工程学（综合）生物医学工程学科的内涵工程学（综合）信息反馈市场产品生物医学（分析）医学检验装置开发理论想法1、立于现实的“想法”•计划始于想法，科学技术的发达，好的创意将有可能激发一次特定的技术革命，“没有做不到的，只有想不到的”。•但想法必须立足于现实，不能盲目空想。2、理论指导与支持•为“想法”寻求现有的理论支持。•以此立足现实的“想法”形成新的理论3、设计与开发•根据理论原理，设计和开发设备或装置•应用先进方法及软件满足生物医学的需要以上仅仅是工程学的工作4、信息反馈与调整•对所建的设备或方法进行临床试用，为装置或方法提供非常有用的反馈信息。•检验设计的合理性和可用性，为进一步开发和研究提供改进依据。5、临床医学检验•广泛周密的临床检验，选择大样本，包括正常、异常样本的比较•检验开发设备的可靠性、准确性和重复性，并反馈信息，完善设计•减少设计、制造或方法学误差，降低使用风险本过程完成生物医学学科的理念表现6、产品推广•通过上述5个过程，实现了“理念”的体现•将具有真正意义的生物医学工程产品推向市场。“结果”是工程技术或产品为生物医学服务生物医学工程学科的特点生物医学工程学工程学电子学计算机科学力学材料科学机械制造学-----------生物医学生物学神经科学内科学外科学矫形科学--------综合分析国际生物医学工程联合会的成立国际生物医学工程联合会于1965年成立。至今已有40年历史，2019年9月1日首次在中国上海召开了第27届IFMBE，说明中国的生物医学工程有了很大的发展，这40余年来国际上生物医学工程发生了巨大变化。中国生物医学工程发展简况•1978年，国家科学技术委员会决定成立了生物医学工程学科组。•1979年，美国三院（科学院，工程院，医科院）院士冯元桢教授回国，邓小平接见了冯元桢教授，同时参加接见的有黄家驷、陈方允。随后在重庆召开了第一次学科组会议。•1980年，成立了中国生物医学工程学会，总会下设了10余个专业委员会。•现在中国有100余高校和研究所培养本科生，硕士生和博士生。理论研究水平和国际水平差距不太大，但工艺和材料差距较大。•具有国际水平的产品有体外反博器，冲击波碎石机，高强度超声聚焦刀。现状与趋势生物医学工程研究领域十分广泛，并在不断扩展。目前，生物医学工程学的研究与应用已经在医学各领域发挥了巨大作用，今后需继续加强现有主要研究领域，并对应用于分子生物学、微创、无创手术、老年医学和家庭健康监护等方面的研究给予特别注意。此外，生物医学工程在农业、营养学、生态学和动物学等领域应用研究应高度重视。培养目标三类人才：•医疗保健系统的临床工程师•工业界的生物医学设计工程师•研究型科学家专业学（协）会•美国医学与生物工程学会（AmericanInstituteforMedicalandBiologicalEngineering,AIMBE）•IEEE生物医学工程学会（IEEEEngineeringinMedicineandBiologySociety,EMBS）•美国生物医学工程协会（BiomedicalEngineeringSociety,BMES）•中国生物医学工程学会（ChineseSocietyofBiomedicalEngineering）主要企业•美国强生：创建于1886年，目前在全球57个国家有230多家分公司，全球最具综合性、业务范围分布最广的卫生保健品制造商和相关服务提供商。•美国GE：隶属美国通用电气，是医学影像、信息技术、医疗诊断、监护、药物研发和生物制药等领域的全球领先者。•美国美敦力：成立于1949年，是全球领先的医疗科技公司，现在120多个国家开展业务，致力于为慢性病患者提供终生的治疗方案。•深圳迈瑞：中国最大医疗器械企业，主营生命信息与支持、临床检验、数字超声、放射影像等。重庆医疗器械行业现状•生产企业近200家，从业人员1万多人。•主要集中在高新区、九龙坡区、北部新区和沙坪坝区。•近40家有千万以上规模，上亿的有几家（海扶、金山、华伦、山外山等）。重庆大学生物工程学院于2019年正式建院，其前身是1979年设立的国内第一个生物力学研究室和生物医电教研室。6.重庆大学生物医学工程学科1958年9月，钱学森来校参观无线电实验室1979年设立国内第一个生物力学研究室和生物医电教研室。•1980年，获得我国第一个生物力学硕士点•1985年，获得生物医学仪器硕士点•1986年，获得我国第一批两个生物力学博士点之一•1988年，获得教育部生物力学重点学科•1989年，设立生物医学仪器本科专业•1994年，成立教育部生物力学及生物流变学开放实验室•2019年，学科调整，生物力学和生物医学仪器归属生物医学工程学科•1个博士后流动站，•1个一级学科博士学位授权点，•5个二级学科博士学位授权点，•3个一级学科硕士学位授权点（覆盖23个二级学科硕士学位授权点）学科发展至今已有30多年历史，是全国最早建立的生物医学工程学科点之一。是具有本科专业、硕士点、博士点和博士后流动站的人才培养的重要基地，也是我国生物医学工程专业最重要的研究开发基地和信息中心之一。主要研究方向——生物医学信息检测与仪器•医学信号检测关键技术研究（心电、脑电、脑磁、肌电、心力等）•心脑血管生理参数检测及诊疗仪器（小脑神经电刺激仪、心力检测仪、冠心病诊断仪、血液流变仪、电动人工心脏、心功能无创检测分析仪、颅内压无创综合检测分析仪等）•上肢运动学和动力学参数检测以及神经调控机理研究（神经电磁刺激、运动生理参数检测等）•数字化医疗仪器（生物医学传感器、嵌入式系统等）主要研究方向——生物医学微系统•微流控关键技术研究（微通道、微泵、微阀、微推进器）•消化道诊疗微系统（定点遥控释药胶囊、胶囊内窥镜、智能胶囊等）•细胞微流控芯片研究（细胞融合芯片、细胞传感芯片等）•高通量生物医学检