1、生物医学工程学学科体系,生物医学工程学与生命生物医学工程学的定义生物医学工程学的层次结构生物医学工程学的特点生物医学工程学的研究范围/内容生物医学工程学对医学发展的贡献生物工程与生物医学工程生物医学工程教育与产业,一、生物医学工程学与生命,物质文明高度发达人们对于自身的认识比起对非生命的客观世界的认识要逊色得多人人享有卫生保健健康是人类生命存在的正常状态健康不仅是没有疾病或者虚弱，而且是指身体的，心理的和社会的良好状态。【WHO】,健康的三个层次（温饱）,第一层（一级健康）是满足生存条件，包括：无饥饿、无病、无体弱，能精力充沛地生活和劳动，满足基本卫生要求，对健康障碍的预防和治疗具有基本知识。
2、对有科学预防方法的疾病和灾害，能够做到采取合格的预防措施。对健康的障碍能够及时采取合理的治疗和康复措施。,健康的三个层次（小康）,第二层（二级健康）为满意度条件，包括：一定的职业和收人，满足经济要求。日常生活中能享用最新科技成果。自由自在地生活。,健康的三个层次（富裕）,第三层（三级健康）为最高层次的健康，包括：通过适当训练，掌握高深知识和技术并且有条件应用这些技术。能过着为社会做贡献的生活。,如何才能健康地生活？,新陈代谢异常医学生物医学工程社会的发展医学模式的变革,二、生物医学工程学的定义,工程学是建立在基础自然科学（主要是物理学，也涉及化学和生物学等）原理基础上的应用技术科学。医学主要致
3、力于生命科学成果的实际应用（疾病的预防、诊断和治疗预防医学和临床医学）。,二、生物医学工程学的定义,生物医学工程学是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学的角度，在多层次上研究生物体特别是人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统的工程原理的学科。,二、生物医学工程学的定义（NIH）,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
4、康复，改善卫生状况等目的。,三、生物医学工程学的层次结构,人体是一个多层次的复杂的巨系统。因此，生物医学工程学必定具有层次结构。生物医学工程学大体上可以分为三个层次整体层次器官和组织层次微观层次,整体层次,把人看作一个整体，或者把人和环境（自然的和人为的）看作一个整体，考虑人的生命运动规律和影响因素，进而进行能动的协调和控制。人-机环境系统工程中的生物医学工程问题研究人和工作环境之间的相互关系。如：保障工作环境中人的安全（人对各种刺激因素的生理耐限与心理与生理耐限）和健康（职业病防治），进而提高工作效率的工程问题。航空航天医学工程、航天医学。 中医工程用现代技术对中医学问题进行多学科综合研究。
5、,器官和组织层次,发展人体器官、组织的某些功能的补偿技术或代用装置及人工生物医学材料。如人工肾、人工肺、人工肝、人工胰、人工心瓣、人工血液、人工皮肤、人工感官、人工关节、假肢等等。发展医用传感器和人体参数测量技术，特别是无创诊断技术和装置。如生物传感技术和各种成像技术。发展新型的医疗技术制备的系统监测装置。,微观层次生物技术和生物工程,主要是指细胞和生物大分子层次上的生物医学工程问题。 在人为环境下，按预定的目标，控制生物系统（如生物反应器）的功能，即生物反应器的设计和运转程序的优化问题。发展高效、快速的分离技术装置，以获得高纯度的保持生物活性的产品。发展在生物系统的控制和生物物质分离中需要的
6、生物传感器的检测、控制技术。生物芯片相关技术。如芯片分析。,四、生物医学工程学的特点,新兴、综合、交叉与边缘科学生物医学工程学将人体看作是由许多子系统构成的一个整体系统，并将人体各层次上的生理过程看作是一个系统的状态变化的过程，把工程学的理论和方法与生物医学的理论和方法有机地结合起来，研究这类系统状态变化的规律。在此基础上进而从工程学角度去解决疾病的防治及康复问题，即应用各种工程技术手段创建适宜的方法和仪器设备，以最有效的途径来人为地控制疾病的变化过程，以达到预期的防治疾病、保障人类健康的目的。,五、生物医学工程学的研究范围/内容,基础（理论）研究：指以认识自然现象，探索自然规律为目的，不直接
7、考虑应用目标的研究活动。应用基础/应用技术研究：指有广泛应用前景，但以获取新原理、新技术、新方法为主要目标的研究。应用研究（产品研发）：根据在基础理论研究中获得的知识，用现代技术手段具体地解决问题，包括研制新仪器，发展新技术、探索新方法。,（一）基础理论研究,生物物理生物力学生物技术与生物工程生物控制生物系统的建模仿真及控制,（二）应用研究与应用技术,生物医学传感器和检测技术生物材料和人工器官医学图像技术生物医学仪器纳米技术组织工程,六、生物医学工程学对医学发展的贡献,经验医学到实验医学医学听诊技术心电图学放射医学超声医学,医用光学人工器官诊疗仪器与诊疗技术社会发展,（一）经验医学到实验医学的
8、转变,随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平，为现代医学奠定了基础。 光学显微镜，推动了解剖学向微观层次发展。电子显微镜使得人们能够研究细胞内核结构DNA、RNA等大分子变化，于是医学跨入了超微结构时代。,（二）医学听诊技术的建立,由纸筒听诊器进化到包括拾音器、导管和耳塞三个部分组成的听诊器。现在的电子听诊器由传感器、放大器和电听筒等部分组成，可供多位医生同时听诊。电子听诊器还可以配备一套自动记录、示波和运算设备，并把听诊数据输入电子计算机。,（三）心电图学的形成,1903年，Einthoven制成了第一部用于记录心脏电位的心电图
9、机。1912年研究了正常心电图的变动范围，提出了胸导联测量心电图，现在心电图已经成为最基本的身体检查和疾病诊断的一个手段，形成了现在的心电图学。 1924年成为诺贝尔生理学或医学奖获奖者。,（四）放射医学的创建,1895年，德国科学家威廉伦琴发现了X射线，为他的妻子的手拍摄了有史以来第一张X射线的透视照片，由于X射线可以穿透皮肉透视手掌、骨骼，在医疗上很有用处。 1898-1904年，居里夫人和她的丈夫皮埃尔首次从铀矿中分离出强有力的放射性元素镭。镭在医学上作为癌症治疗的物质起过很重要的作用，从而有了放射治疗学的雏形。1910年，居里夫人和法国化学家德别爱尔诺一起分析出纯镭元素。,（五）超声医
10、学的创建,A型超声诊断仪超声心动图仪B型超声诊断仪已经作为具备自动、多功能、高分辨率等性能的临床诊断仪器而引起广泛的重视。,（六）医用光学,光学治疗光学内窥镜诊断激光医学,光学治疗,1893年，丹麦医学家芬森首次发现红光可以屏除普通光线中具有化学性能的所有光线治愈天花病。1894年，发现阳光里所含的好多化学性光线主要是蓝光和紫外线，对天花一类病症有害无益。进而研究出阳光里有杀菌作用的光线。1895年发现紫外线治疗狼疮的效果很佳。,激光医学,激光在临床上除气化、凝固、烧灼、光刀、焊接、照射等治疗应用外，在诊断和基础理论研究方面出现了许多新技术。如激光荧光显微检查，激光微束照射单细胞显微检查技术，
11、激光显微光谱分析，生物全息摄影及细胞或分子水平的激光检测和微光手术等充分显示激光一系列独特性能。,（七）人工器官,人工肾（人工透析机）人工心脏人造心瓣膜生化人？电子人？,（八）新的诊疗仪器与新的诊疗技术,心脏起搏治疗技术动态心电图诊断技术危重病人监护技术生物控制技术医学图像技术生物医学仪器的全面更新,（九）生物医学工程对社会发展的作用,生物医学工程作为一门独立学科的发展历史尚不足50年，但由于它在保障人类健康和为疾病的预防、诊断、治疗、康复服务等方面所起的巨大作用，已成为当前医学领域的重要基础和支柱。,人人享有卫生保健,七、生物工程与生物医学工程,生物工程的定义生物工程的研究内容生物工程与生物
12、医学工程的区分,生物工程的定义,生物工程也叫生物技术，它是通过工程技术手段，利用生物有机体或生物过程，生产有经济价值产品的技术科学。,生物工程的研究内容,生物工程涉及到许多学科，如微生物学、生物学、遗传学、分子生物学、物理学、生物化学和化学工程等，还涉及到许多生产部门，如工业、矿业、农业、食品、饲料、医药、能源和环境保护等。 细胞工程（Cell Engineering）基因工程重组DNA技术 微生物工程酶与酶工程,生物工程与生物医学工程的区分,生物医学工程更侧重于人体各个层次上生命过程（包括病理过程）系统的状态变化过程；用工程学的理论和方法与医学的理论和方法有机地结合起来去研究这类系统状态变化
13、的规律，并在此基础上，应用各种工程技术手段，建立适宜的方法和装置，以最有效（目标的实现和经济成本）的途径，人为地控制这种变化，以达到预定的目标。主要为保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。,生物工程与生物医学工程的区分,生物工程更侧重于生物有机体或生物生化的特定过程，生物工程的发展也是建立在一系列基础科学研究所取得的重大进展基础上的。主要是生物（遗传）化学、生物大分子晶体结构学、量子力学、信息科学等做出的工作。,八、生物医学工程教育与产业,生物医学工程教育生物医学工程学科类型国内外教育概况生物医学工程研究与产业国际生物医学工程研究与产业我国生物医学工程发展战略,生物医学工程教育学科
14、类型,信息技术型生物医学工程材料技术型生物医学工程生物技术型生物医学工程生物医学研究型生物医学工程医疗器械产业型生物医学工程,信息技术型生物医学工程,信息技术型生物医学工程知识体系的组成特点是以电子技术、计算机技术、信息处理技术的知识为主线，以生物医学方面相应的领域为交叉、结合对象，对其中的问题进行研究。,材料技术型生物医学工程,材料技术型生物医学工程知识体系包含材料科学、生物技术、力学、化学、生物化学、信息和计算机技术、医学和生命科学的基本知识。主要研究对象是生物材料和人工器官，包含最近发展起来的组织工程。,生物技术型生物医学工程,生物医学工程和分子水平的诊疗技术交叉结合，其知识体系包含数学
15、、计算机技术、信息技术、生物学、分子生物学、遗传学等等。,生物医学研究型生物医学工程,这类学科的着眼点和落脚点不在于应用，而在于用目前的一切科学技术的理论、方法、技术以某一生命过程为研究对象。所需的是所有理工科、生物学、医学、哲学知识的交叉融合。,医疗器械产业型生物医学工程,生物医学工程所有的研究的最终目的是以各种不同的产品服务于社会。要过渡到产品必须有由实验室研究到产业化过度的研究阶段，就会形成产业型的生物医学工程。其知识体系包含电子技术、计算机技术、精密机械、管理学、市场经营等。,生物医学工程教育教育概况,生物医学工程研究与产业,生物医学工程学对科学进步，对人类健康和生活质量的提高，对国民
16、经济的发展，都具有重要的战略意义。生物医学工程在保障人类健康和为疾病的预防、诊断、治疗、康复服务等方面所起的巨大作用，已成为当前医学领域的重要基础和支柱。生物医学工程学同医疗器械乃至医药产业有直接的联系，为医疗器械（含医疗仪器、设备、材料和制品）的开发提供工程原理和方法，因而是医疗器械和医疗保健性产业发展的基础、动力和源泉，并可促进多种相关学科的发展。,国际生物医学工程研究与产业,生物医学工程产业（通常又称作医疗器械产业）。由于发展势头蒸蒸日上，被许多国家誉为朝阳工业。20世纪90年代以来，全球医疗器械产品销售总额增长率保持在610之间，产品的国际贸易额每年以25的速度增长，销售利润达4000
17、50，目前全球年销售额在1700亿美元以上，美国约占40。产业的发展又反过来激励生物医学工程本身不断的高速向前发展，由于各学科的新成果不断融人，使其突出成为众多先进技术聚集的边缘学科。,我国生物医学工程发展战略,我国医疗器械生产水平还较落后，每年国家需耗费巨额外汇进口医疗器械，并因此加重了社会医疗费负担。目前我国生产的医疗器械品种很多，但先进程度和质量水平不高，究其技术原因，除受关联工业基础和工艺条件的限制之外，也与缺乏自己深人的应用基础研究状况有重要关系。怎么办？,主要参考图书,邓玉林，生物医学工程学，北京：科学出版社，2007年。 朱翠玲，现代生物医学工程，北京：中国科学技术出版社，199
18、2年。董秀珍，生物医学工程导论（I），西安：第四军医大学出版社，2004年。陈百万，生物医学工程学，北京：科学出版社，1997年。,主要期刊,IEEE Transactions on Biomedical Circuits and SystemsIEEE Transactions on Biomedical EngineeringIEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine IEEE Transactions on Medical Imaging,IEEE Transactions on Image Processing
19、IEEE Engineering in Medicine and Biology MagazineElsevier-Biomedical Signal Processing and ControlElsevier-Computers in Biology and MedicineElsevier-Computers Methods and Programs in Biomedicine,主要期刊,Chinese Journal of Biomedical Engineering中国生物医学工程学报生物医学工程学杂志中国生物化学与分子生物学报生物化学与生物物理进展生物物理学报中国国内相关期刊超过50种,主要期刊,作业,利用图书馆和网络了解国内外生物医学工程学科教育概况。,生物医学工程导论/概论,生物医学工程学知识体系生物医学工程学基础理论生物医学工程学应用技术生物医学工程学发展趋势,
