1、生物机械工程研究,机械工程学院机电2011杜建忠（1179203135）,生物机械工程研究进展,生物机械工程(biomechamical engineering) 是生物医学工程学的重要组成部分, 它利用现代生物学、医学、工程学、信息科学与技术的理论和方法, 研究、创造新材料、新技术、新仪器设备, 用来治疗、康复、保健, 保障人民健康, 提高医疗水平, 是推动现代医学进步的一门新兴交叉学科, 同时也是一门边缘学科。该学科的研究内容涉及生物学、医学、生物力学和生物流变学、材料学、机械学、仿生学、电子学、计算机与信息科学、控制理论等, 其中人体适用材料、人工器官、医疗器械、远程诊疗系统、运动与康复
2、机械、医用与仿生机器人等内容的研究、设计、制造都与机械工程密切相关。,生物机械工程的研究现状及其意义,国外在生物机械工程方面的研究起步较早, 许多研究成果已进入实用化阶段。目前, 美国、日本及欧洲一些国家在该领域的研究处于领先地位, 许多发达国家在高等院校、科研机构建立了有关生物医学工程学的教学系、科和研究机构。日本政府从2002 年度实施“纳米医疗器械开发计划”; 同年秋, 日本冈山大学医学系的科研人员宣布, 他们已经研制出一种可以置入人体内部的小型人工肺, 开发毫米级的内窥镜等各种微型医疗器械, 力争510 年后达到实用化水平。在美国有近百所高校设立了生物医学工程专业。近年来, 美国一改传
3、统冠心病手术方案, 在植入心脏的金属动脉包裹一层特殊的药膜, 以预防心脏冠状动脉阻塞的复发。,目前, 我国医疗器械市场主要依赖进口,年销售额已达550 亿元。生物机械工程学的诞生和发展有力地推动了医学科学的进步, 加速了医学科学的现代化, 显著提高了医疗和诊断水平, 因此,机械科学与生物学、医学的结合, 是符合现代科学技术的发展规律和发展方向的。,国际上很早就非常重视生活质量。随着我国人民生活水平的提高, 人们也开始关注自身的健康问题, 对医疗水平和生活质量提出了更高的要求。先进的治疗手段人工器官的移植、运动与康复机械和医用与仿生机器人的使用将会愈来愈普遍。因此, 大力推动生物机械工程的研究与
4、开发, 将大大促进生物工程、生物医学工程学科的建设与发展,对提高我国医疗保健水平、保障人民健康、提高生活质量等将产生深远的影响, 具有重大的社会和经济效益。,生物机械工程主要研究领域与发展趋势,公元前500 年, 当时人们只能用肉眼观察研究人体的解剖结构。17 世纪发明了光学显微镜, 推动了解剖学向微观层次发展, 出现了细胞学研究。这时人们不但可以了解人体解剖的变化, 而且可以进一步观察细胞形态结构的变化, 随之诞生了组织学。光学显微镜的出现使医学的研究提高到细胞形态学水平。由于普通光学显微镜的分辨率只有数个微米, 只能观察细胞的形态变化, 而像病毒以及细胞的各种显微结构。20 世纪60 年代
5、出现了电子显微镜, 使人们的视力达到能看到千分之一微米的微小个体, 可以观察研究细胞的超微结构。由此可见, 光学显微镜、电子显微镜都是光学、精密机械、电子学等研究的成果, 它们对推动医学的发展起了重要作用。,生物医学材料,生物医学材料是指用来制作各种人工器官和与人体生理环境相接触的医疗用具和制品的材料, 它为医学的发展提供了丰富的物质基础。主要类型有: 天然高分子材料, 金属与合金材料, 无机非金属材料, 杂化材料与复合材料等。国内外生物材料开发研究的主要趋势是提高生物材料的生物相容性, 研究开发出生物相容性更好、更能适应人体生理需要的新材料。利用分子设计学方法和仿生学, 根据需要设计、研制具
6、有特定功能的材料, 发展仿生高性能工程材料, 最终达到材料本身具有生命性质而与生命体产生生物性结合的目的。,人工器官与人工肢体,人体除大脑外, 其他多数器官都在进行人工制造的研究, 而且不同程度地取得了进展, 有的已成功地用于临床, 如人工心脏瓣膜、人工血管、人工心肺机、人工血液、人工肾、人工肝、人工胰、人工关节、人工心脏及辅助循环、人工耳蜗、人工皮肤、人工肢体等等 。人工器官和人工肢体发展的总趋势是, 由体外型向体内型过渡, 由大型向小型化、微型化发展,由暂时应用向永久替代置换、长期应用发展, 功能逐步完善, 可靠性不断提高。,远程诊疗系统,远程诊疗系统始于20 世纪50 年代, 是计算机硬
7、件技术、网络通信技术和现代医疗技术的有机融合, 它通过摄像机、显微镜、计算机等硬件设备、网络系统和信息接受设备, 使异地之间进行有关医学诊断、治疗、护理、咨询以及教育等方面的信息和数据传递, 使医疗资源共享, 既可以为偏远地区的患者提供医疗服务, 降低医疗成本, 也可以作为医生之间进行交流及培训的工具, 逐步改变人们的生活、工作方式和传统的医疗模式, 已成为国际上广泛关注的跨学科高科技, 如医用机器人计算机辅助外科手术的研究; 如图像处理、信号传递、精密机械和外科手术的结合。,远程诊疗系统的研究热点,远程诊疗系统的研究热点是: 远程放射学和图像归档与通信系统、远程会诊和远程诊断(远程病理系统、
8、远程皮肤科诊断系统、远程牙科诊断系统、远程放射学系统) 、远程治疗、远程监护和家庭护理技术、远程教育、医学咨询、网上公共卫生和医学数据库建立、国际医疗联网技术, 应用人机工程学发展多媒体医学信息管理数据库, 为远程医疗研究服务等 。,医疗器械,医疗器械是用于人体疾病和伤残诊断、预防、监护、治疗、缓解、补偿人体结构或生理过程的研究、替代或修复, 计划生育等方面的仪器、设备、器具、材料或其他物品, 其品种、规格、功能多种多样 。,医用机器人,国内外已研究和开发了多种医学机器人系统, 大致可分为3 类: 医疗机器人社会福利机器人; 医学教育机器人。有的已应用于临床, 具有巨大的潜在经济和社会效益。,
9、生物机械工程研究存在的主要问题,国内生物机械工程方面的研究和应用, 虽然从1980 年以来在引进、消化及推广应用上已有一些成果, 但与发达国家相比差距太大。具体表现在:政府部门未能把人民群众的生活质量、医疗水平和生命保障问题放在足够重视的地位; 对生物机械工程技术研究开发的重大意义认识不足; 企业对研发生物机械产品和开拓市场显得信心不足和缺乏热情; 生物机械学科没有真正建立, 学术地位没有真正确立; 生物机械工程研究人员很少, 研究经费严重不足, 对基础理论、材料及工艺的研究不够, 设计制造水平不高, 等等。,对策,1) 大力宣传生物机械工程研究对提高人民生活质量和医疗保健水平、推动现代医学进步的重要意义。 2) 成立中国机械工程学会生物机械工程学科分会, 确立生物机械工程学科的学术地位, 推动生物机械工程学科的学术交流和推广应用。 3) 组织强有力的科研团队, 大力开展生物机械工程的基础理论研究, 强化生物机械工程与生物学、医学、信息学、多媒体通信技术、计算机技术、仿生学、人机工程学等学科交叉与综合的研究, 大力推动人体适用材料、人工器官、新型诊疗器械、医护机器人及远程诊疗系统等方面的研究和推广应用, 切实提高生物 4) 建立我国生物机械的生物学评价标准和产品标准。,谢谢观赏,
