生物医学工程课件VIP

,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，提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，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，用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等为目的一门科学。,基本任务,生物医学工程学的根本任务是为疾病的预防、诊治和康复服务，以确保人类的健康。,A、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,生物医学工程的特点,B、各学科在高水平上交叉结合的产物,C、依赖于各个相关学科，又有自己的独特方法学,D、以工程学为主要手段，专门研究和解决医学方法问题的一门独立学科,E、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,F、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,生物医学工程学的研究范围一、基础理论研究1.生物力学2.生物物理3.生物系统的建模、仿真及控制二、应用技术研究1.生物医学材料2.人工器官3.生物医学信号检测与处理4.生物医学图像技术5.生物医学仪器,生物医学材料,生物医学材料定义,根据国际标准化组织(ISO)在1987年10月专门讨论后的定义，生物医学材料就是：以医疗为目的，用于和活组织接触以形成功能的无生命材料，包括那些具有生物相容性或生物降解性的材料。,从应用的角度来看，生物医学材料是对可用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、检查、治疗等医疗保健领域的一类具有特殊性能、特殊功能、满足特殊要求的材料的总称。,与生物系统相接触，用于评价、治疗、改善和替代机体的任何组织、器官与功能的材料。,2.1.3生物医学材料的基本性能要求,A、生物功能性(Biofunctionability)B、生物相容性(Biocompatibility)C、生物安全性(BiologicalSafety),2.1.3生物医学材料的基本性能要求,A、生物医学材料的生物功能性,2.1.3生物医学材料的基本性能要求,生物医学材料的生物功能性是指生物医学材料在植入后行使功能的能力，或为执行功能，其自身和植入位置应当满足的适当的物理化学要求,2.1.3生物医学材料的基本性能要求A、生物医学材料的生物功能性,生物医学材料能否有效行使功能，除与其自身物理化学性质相关外，还和其所处的生物环境相关,2.1.3生物医学材料的基本性能要求A、生物医学材料的生物功能性,物理、化学性能要求人工心脏瓣膜耐磨、耐蚀颅骨修复材料强度、导热性齿科修复材料硬度、耐磨、导热性血管修复材料柔性、化学稳定性骨修复材料硬度、强度、弹性模量,2.1.3生物医学材料的基本性能要求A、生物医学材料的生物功能性,B、生物医学材料的生物相容性,2.1.3生物医学材料的基本性能要求,生物相容性是指生命体组织与非生命材料产生合乎要求的反应(生物学行为)的一种性能，决定于材料与活体间的相互作用,2.1.3生物医学材料的基本性能要求B、生物医学材料的生物相容性,2.1.3生物医学材料的基本性能要求B、生物医学材料的生物相容性,宿主反应：包括局部和全身反应，其结果导致对机体的毒副作用和机体对材料的排斥炎症、细胞毒性、凝血、溶血、刺激性、致敏、致癌、致诱变、致畸、免疫反应等,2.1.3生物医学材料的基本性能要求B、生物医学材料的生物相容性,材料反应：主要来自生物环境对材料的腐蚀和降解，可能使材料性质腐蚀变化，甚至破坏,2.1.3生物医学材料的基本性能要求B、生物医学材料的生物相容性,生物医学材料植入人体后，其宿主反应和材料反应必须保持在可接受的水平,2.1.3生物医学材料的基本性能要求B、生物医学材料的生物相容性,材料的生物相容性与其使用的环境和条件密切相关与血液直接接触的材料主要考察其与血液的相互作用，称为血液相容性与肌肉、骨骼、皮肤等长期接触材料的生物相容性，称为组织相容性,2.1.3生物医学材料的基本性能要求B、生物医学材料的生物相容性,按材料的性质分类(1)金属生物材料。例如制作人工骨、人工关节的钛合金。(2)无机非金属生物材料。例如制作假牙的生物陶瓷。(3)高分子生物材料。例硅橡胶、聚氨酯等。生物医学材料有机部分和制品大多数是高分子材料。(4)复合生物材料。例如制作人工心脏瓣膜的牛心包，还有蛋白、多糖等。,人工器官,生物医学工程导论,定义：人工器官是人体自然器官的功能或器质的人工替代物。它主要研究和模拟人体器官的结构和功能，用生物医学材料和电子技术制成部分或全部替代人体自然器官功能的机械装置和电子装置。当人体器官病损而用常规方法不能医治时，有可能给病人使用一个人工制造的器官来取代或部分取代病损的自然器官，补偿或修复或辅助其功能。,生物电学,生物电学,概念：生物电学（bioelectricity）是研究生物和人体的电学特性和生物电活动规律的科学。,对生物电学的研究分两步进行：其一、利用各种电极把生物电信号采集出来，并用仪器进行记录。其二、解释记录到的大量生物电信号的含义。,生物电学,（一）心电图的描记,人体组织为一容积导体，心肌细胞除极和复极过程的电活动可以分布到全身各处，不仅可从心脏本身测出，也可由体表电极记录到。由于心肌活动对体表各点的影响是不同的，所以体表各点的电位分布也不同。因此在体表的任意相隔定距离的两个点之间存在一电位差。体表的电位分布随心肌的电活动而不断地变化，所以任意两点之间的电位差也是变化的，这个电位差的周期性曲线，称为心电图(electrocardiogram，ECG)。记录心电图时所采用的联线方法称为心电图的导联。,生物电学,1.心电图的导联,(1)标准导联。(2)加压单极肢体导联。(3)单极胸导联。,2.正常脑电图,生物电学,医学影像技术,医学影像技术,医学数字成像技术内容计算机X线摄影(computedradiography，CR)数字式X线摄影(digitalradiography，DR)直接数字X线摄影(directdigitalradiography，DDR)计算机体层摄影(computedtomography，CT)磁共振成像(magneticresonanceimage，MRI)超声成像(ultrasonography，USG)数字减影血管造影(digitalsubtractionangiography，DSA)正电子发射体层成像(positronemissiontomography，PET)单光子发射计算机体层成像(singlepositronemissioncomputedtomography，SPECT)医学数字成像和通信标准（DigitalImagingandCommunicationsinMedicine，DICOM）医学图像存档与通讯系统(picturearchivingandcommunicatingsystem，PACS),二、医学成像技术分类,医学影像技术,1、X线成像：测量穿过人体组织、器官后的X线强度；2、核磁共振成像：测量人体组织中同类元素原子核的磁共振信号；3、超声成像：测量人体组织、器官对超声的反射波或透射波；4、核素成像：测量放射性药物在体内放射出的射线；,医学影像技术,1、X线成像,普通X线成像（屏片系统成像）是一种模拟成像，是在X线摄影范围内，X线照片、荧光屏的记录或显示从几乎完全透明（白色）到几乎不透明（黑色）的一个连续的灰阶范围。它X线透过人体内部器官的投影，这种不同灰度差异即为任何一个局部所接受的辐射强度的模拟；从另一角度讲是相应的成像组织结构对X线衰减程度的模拟。,CT成像系统,医学影像技术-CT,X线首先经过准直器形成很细的直线射束，用以穿透人体被检测的体层平面。X线束经人体薄层内器官或组织衰减后射出到达检测器，检测器将含有一定图像信息的X线转变为相应的电信号。通过测量电路将电信号放大，再由A/D转换器变为数字信号，送给计算机处理系统处理。计算机系统按照预先设定好的图像重建方案，对数字信号进行一系列的计算和处理，得出人体体层平面上器官或组织密度值分布情况。计算出的器官或组织密度值先存入计算机存储器中，然后把它们按电视监视器扫描制式进行编码，以便在屏幕上依据不同器官或组织的密度表示出不同的灰度，显示人体这一体层平面上的器官或组织密度的图像。这就是CT成像的主要工作过程。,医学影像技术,2、磁共振成像,MRI是通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频RF（radiofrequency）脉冲，使人体组织中的氢质子受到激励而发生磁共振现象，当中止RF脉冲后，氢质子在弛豫过程中发射出射频信号，借助特定的感应线圈对氢质子受共振影响而变化的T1(自旋-晶格弛豫时间)和T2(自旋-自旋弛豫时间)，经过计算机处理和重建而形成不同成分、组织或器官的灰度图像分布图。,医学影像技术,3、超声成像,目前临床上应用的超声成像系统大多采用脉冲回波方式成像，即利用一个短暂的电脉冲激励换能器晶片，使之振动产生超声波并射入人体内，进入人体的超声波在遇到组织界面时，就会产生较强的回波信号。根据接收到的回波信号就可以直接获取扫描平面上的人体结构图像。,医学影像技术,4、放射性成像,放射性核素成像是利用人体内不同组织对放射性核素的吸收状况不同，通过示波剂在