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生物医学工程基础生医图象2-林江莉

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生物医学工程基础

生物医学工程基础

2017/8/3
7
主要参考书
• 郑昌琼、裴觉民主编，生物医学工程学，四川 大学内部讲义，2000 11 • 俞梦孙、蒋大宗主编，中国生物医学工程的今 天与明天，天津科技翻译出版社，1998 12 • 陈百万主编，生物医学工程学，科学出版社， 1997年
2017/8Leabharlann 3 8边缘交叉科学(Interdisciplinary)
36
2017/8/3
各研究领域既相互独 立，又相互交叉，相互 支撑
2017/8/3
37
1.3 生物医学工程的特点
2017/8/3
38
新兴、综合、交 叉与边缘科学
2017/8/3
39
A、迅速发展的新兴学科
生物医学工程是在近几十年才
从医学中分离而形成一门独立学科。
当代高新科技的飞速发展，为它提
供基础
2017/8/3
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B、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
2017/8/3 41
C、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
2017/8/3 29
生物医学工程的目标
几乎所有工程学和物理学都可与生 物医学相互结合 探索人类正常生理学
表征组织与器官的病变机理
给出研究和技术开发的最佳手段
提供治疗与预防的有效方法
2017/8/3 30
1.2 生物医学工程：
研究内容和基本任务

《生物医学工程基础》教案共55页PPT

《生物医学工程基础》教案共55页PPT
业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
《生物医学工程基础》教案
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本 身就是 讲道理 ……法 律，也 ----即 明示道 理。— —爱·科 克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科 克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一 定颓败 。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律 面前人 人是平 等的。 ——波 洛克

《生物医学工程概论》课件

《生物医学工程概论》课件

临床应用
基因编辑和细胞治疗在临床试验阶段取得了一定的成果， 未来有望为遗传性疾病、癌症和免疫相关疾病的治疗提供 新的解决方案。
05
生物医学工程伦理与社会责
任
伦理问题与挑战
隐私保护
在生物医学工程中，涉及大 量个人健康数据，如何确保 数据安全和隐私不被侵犯是 一个重要伦理问题。
安全性与有效性
在开发和应用生物医学工程 产品时，如何确保其安全性 、有效性和可靠性，避免对 使用者造成伤害或误导。
生物流体力学
研究生物体内的流体流动，如血液流动、呼吸过程等。
医学影像技术与信号处理
医学影像技术
利用X射线、超声、MRI等技术获取人体内部结构的图像。
信号处理
对医学影像进行数字化处理和分析，提取有用的诊断信息。
03
生物医学工程研究方法
实验研究
实验研究是生物医学工程中常用的研 究方法，通过实验设计和实施，获取 第一手数据和资料，以验证和发现新 的科学规律和现象。
应用实例
AI辅助诊断系统已经应用于多 个疾病领域，如肺癌、乳腺癌 和糖尿病视网膜病变等。
未来展望
随着AI技术的不断发展，医学 影像诊断的准确性和效率有望 得到进一步提高。
基于微纳技术的生物传感器应用
生物传感器概述
生物传感器是一种用于检测生物分子或 细胞活动的装置，基于微纳技术制造。
应用实例
生物传感器已被应用于多个领域，如 生物安全、环境监测和医疗诊断等。
公平性与可及性
如何确保生物医学工程产品 和服务能够公平地覆盖所有 使用者，特别是弱势群体和 地区。
利益冲突
在生物医学工程实践中，如 何避免利益冲突，确保研究 的公正性和客观性。
法规与监管

《生物医学工程导论》课件

《生物医学工程导论》课件

系统实现
根据系统设计，利用 适当的材料和技术实 现系统，并进行测试
和验证。
系统优化
根据测试结果和实际 应用反馈，对系统进 行优化和改进，提高 系统的性能和可靠性
。
04
生物医学工程实践案例
人工器官与移植技术
1 2
3
人工心脏
通过机械或生物材料制成的泵，模拟心脏的收缩功能，为严 重心脏疾病患者提供支持或替代。
医学影像技术
X射线
用于观察骨骼结构和肺 部疾病。
超声波
无创观察人体内部结构 的技术。
核磁共振
观察软组织的精细结构 和功能。
生物传感器与仪器
生物传感器
用于检测生理参数（如 血糖、血压）的设备。
医疗电子设备
如心脏起搏器、人工耳 蜗等。
诊断仪器
用于检测疾病和病情的 设备，如实验室仪器、
内窥镜等。
03
性和安全性。
社会影响
生物医学工程技术的应用对社会 产生深远影响，如改善医疗质量 、提高人类生活水平等，需要加 强社会宣传和推广，促进技术的
普及和应用。
未来发展趋势与展望
发展趋势
未来生物医学工程技术将朝着个性化、精准化、智能化的方向发展，如基因治 疗、细胞治疗、智能医疗等。
展望
随着技术的不断进步和应用范围的扩大，生物医学工程技术将为人类健康事业 做出更大的贡献，如延长寿命、提高生活质量等。同时，需要加强人才培养和 科技创新，推动生物医学工程技术的可持续发展。
人工肾
使用过滤器、吸附剂等装置，模拟肾脏的滤过和排泄功能， 用于治疗尿毒症等疾病。
人工关节
由金属、陶瓷等材料制成的关节，用于替换病变或损伤的关 节，提高患者生活质量。

生物医学工程概论之生物医学图像

生物医学工程概论之生物医学图像

生物医学图像的三维重建与可视化
总结词
三维重建与可视化技术可以将二维的图像数据转化为三维的立体结构，以便更全面、直 观地展示组织和器官的形态。
详细描述
通过三维重建，医生可以更准确地判断病变的位置、大小和深度，有助于制定更精确的 治疗方案。可视化技术还可以帮助医生更好地理解病变与周围组织的关系，提高诊断的
生物医学图像技术的临床应用规范与监管问题
临床应用规范
制定生物医学图像技术的临床应用规范，明确适应症、禁忌症等，确保技术的安 全有效应用。
监管问题
加强生物医学图像技术的监管，建立完善的审批、监测和评估机制，确保技术的 合规发展。
THANKS
趋势
人工智能辅助图像分析、多模态融合成像、实时动态成像等 。
02 生物医学图像的采集与处理
生物医学图像采集设备与技术
设备种类
CT（计算机断层扫描）、MRI（磁共振成像）、US（超声成像）、X-ray（X 射线成像）等。
技术特点
各种设备有其独特的成像原理和应用范围，需根据研究或诊断需求选择合适的 设备。
知识产权归属
生物医学图像可能涉及知识产权问题，包括数据的所 有权、研究结果的专利申请等。
知识产权保护措施
应尊重原作者的知识产权，采取合理使用、注明出处等 措施，防止侵权行为的发生。
生物医学图像的误诊风险与责任问题
误诊风险
生物医学图像可能存在误诊风险，如影像解读错误、技术误差等。
责任问题
医疗机构和研究者应建立完善的误诊处理机制，明确责任归属，保障患者的合法权益。
分类
根据成像方式，可分为X射线、超 声、核磁共振、正电子发射断层 扫描等类型。
生物医学图像的重要性与应用领域

《生物医学工程》课件

《生物医学工程》课件
系统生物学
从整体和系统的角度研究生物体的结 构和功能，以揭示生命活动的规律和 机制。
03
生物医学工程的应用
医疗器械设计与制造
总结词
医疗器械是生物医学工程的重要应用领域，涉及医疗设备的设计、制造和优化 。
详细描述
医疗器械设计与制造涵盖了各种医疗设备，如诊断仪器、治疗设备、手术器械 等。生物医学工程师通过运用工程原理和先进技术，不断优化医疗器械的性能 ，提高其安全性和有效性。
设计理念
人工心脏的设计需要充分考虑血流动力学、材料选择、能源供应等 因素，以确保其安全、有效和持久。
制造工艺
制造人工心脏需要高精度的加工和组装技术，以确保其性能和可靠性 。
医学影像AI技术的应用
1 2
AI技术在医学影像中的应用
AI技术可以帮助医生更准确地解读和分析医学影 像，从而提高诊断的准确性和效率。
法律规范
遵守相关法律法规，确保生物医学工程实践的合法性和安全性。
社会影响
评估生物医学工程实践对社会的影响，促进其积极的社会效益。
未来发展趋势与展望
01
02
03
04
技术融合
生物医学工程将与其他技术领 域进一步融合，推动医疗健康
领域的创新和发展。
个性化医疗
个性化医疗将成为未来发展的 重要方向，通过精准医疗和定
图像处理
对医学影像进行数字化处 理和分析的技术。
图像识别
利用计算机算法自动识别 医学影像中的病变和异常 。
医疗机器人与自动化技术
医疗机器人
用于辅助医生进行手术操作、康 复训练等医疗活动的机器人。
自动化技术
利用计算机和传感器等技术实现 医疗流程的自动化和智能化。
远程医疗

生物医学工程(BME)导论ppt课件


近年来，由于医学科学技术的发展．仿 生学、宇航技术的进步，给生物力学提出了 一系列问题，促进了生物力学的蓬勃发展。 60年代后期，电子计算机开始用于医学，为 生物力学开辟了新的前景。 生物力学的研究开始于60年代。1960年， 美国的第一届仿生学讨论会引起了人们对生 物力学的注意和兴趣。此后，美、欧、日、 苏、澳、加等国都相继建立了专门的研究机 构，并多次召开国际性生物流变学会议和生 物力学讨论会。
8.
物理因子在治疗中的应用及其生 物效应 生物医学信号检测与传感器 生物医学信号处理 医学图像技术 人工器官

生物力学 （Biological Mechanics） ：
生物力学是力学与生物学、医学等学科 之间相互渗透的边缘学科。它的目的是试图 从力学的角度来了解生命。具体地说，它将 用经典力学、固体力学、流体力学的知识来 解释生命的某些现象；用力学的方法定量地 分析、研究生命系统的功能与构造的关系， 进而探讨生命的整个力学过程。
我国的生物医学工程是仿效西方的模式建 立起来的。在学科形成的初期，这种仿效是 必然的。但是在西方生物医学工程的进步与 它的社会效应的矛盾日益显露的今天，中国 的生物医学工程要发展，就必须要充分认识 我国的基本国情，要以大多数中国人的卫生 保健的急需为目标，立足于我国经济和技术 的可能，在促进我国医学水平提高的同时， 必须有助于社会医疗费用的控制。
生物医学工程 (BME)导论
我国著名科学家顾方舟先生在“中国生物医学 工程的今天与明天”一书中这样写到“生物医学工 程学是这样一门学科：它把人体各个层次上的生命 过程（包括病理过程）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学、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，以最有效的途径，人为地 控制这种变化，以达预定的目标。生物医学工程学 的根本任务在于保障人类健康，为疾病的预防、诊 断、治疗和康复服务。

生物医学工程教案课件


精准医疗与个性化治疗
结合基因组学、蛋白质组学等技 术，实现疾病的精准诊断和个性 化治疗，提高治疗效果和患者生 活质量。
未来发展前景
随着科技的不断进步和医疗需求 的不断增长，生物医学工程领域 将持续发展，为人类健康事业做 出更大贡献。
02
生物医学工程基础知识
生物学基础
细胞生物学
研究细胞的结构、功能、生长 、分裂和死亡等过程。
在生物医学工程研究中，应严格保护研究对 象的个人隐私和数据安全，避免信息泄露和 滥用。
法律法规与政策环境
法律法规体系
介绍国内外生物医学工程领域的法律法规体系，如《医疗器械监 督管理条例》、《人类遗传资源管理条例》等。
伦理审查与监管机制
阐述生物医学工程研究与应用中的伦理审查程序、监管机构及其职 责，以确保研究活动的合规性。
加强与国际先进生物医学工程领域的交流与合作，提升我 国在国际舞台上的影响力和竞争力。
THANKS
感谢观看
细胞培养技术
在体外模拟体内环境，对细胞进行扩 增、分化和功能研究，用于生产生物 制品、药物筛选等。
生物打印技术
通过逐层堆积生物材料、细胞或组织 等，制造复杂的三维生物结构，实现 个性化医疗和精准治疗。
组织工程技术
利用细胞、生物材料和生长因子等， 构建具有特定形态和功能的组织或器 官，用于修复或替代受损组织。
应用领域及前景
生物材料与组织工程
研究生物相容性材料、组织工程 支架等，用于人体组织和器官的 修复、替代和再生。
医疗设备与仪器
设计和开发各种医疗设备，如医 用影像设备、诊断仪器、治疗设 备等，提高医疗诊断和治疗水平 。
生物传感器与微流控技术
开发用于生物分子检测和分析的 生物传感器，以及用于生物医学 研究的微流控芯片和系统。

生物医学工程基础四—生物医学图象2


Shared 1952 N obel prize in physics for their independent discove ries
2019/8/25
四川大学材料学院生物医学工程系
7
V a r i a b-lset r e n g t h M a g n e t
Purcell’s Experim ent
生物医学图象(Biomedical Imaging)
Imaging technologies are changing the way science is done
(R.P. Crease, Science, Vol. 261, July 1993)
生物医学工程基础（四）
核磁共振成象
Lin Jiangli (Associate Prof.) （2019.11）
核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害 的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立 体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病， 特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部 位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可 以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌 症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被 诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。
他发表于3/16/1973 Nature的论文 "Image formation by induced local interaction; examples employing magnetic resonance"。Nature的编辑 原先将此文退稿，理由是不具有科学价值。 在此文中，Lauterbur描述了如何用迭加 于强磁场上的弱梯度磁场来得到两支装水 试管的空间位置。

最新[医学]生物医学工程专业医学成像2ppt课件

1。内照射防护 阻断进入途径、减少进入机会
2。外照射防护 减时、增距、屏蔽
2.2 X线成像的物理基础
2.2.1 X线的产生 一、X线发生的基本条件 1。高速运动的粒子流 2。适当的阻止粒子流运动的障碍
二、发射形式
1。连续放射
当高速电子进入到原子附近的强电场区 域，电子与原子电场相互作用后飞离强电场 区，电子的速度大小和方向必然发生变化， 即电子做减速运动，按电磁学理论，电子将 向外辐射电磁波而损失能量，电子的这种能 量辐射就称韧致辐射。
[医学]生物医学工程专业 医学成像2
第二章 X线成像系统
2.1电离辐射的基本知识 一、电离与电离辐射
电离：指原子的轨道电子逸离原子的 过程，包括直接电离（足够动能的带电粒子， 原子中的电子）和间接电离（不带电粒子产 生的新高能离子，直接或间接引起电离）
四、电离辐射的防护 电离辐射对人体的作用方式：内外照射两种
2.2.3 X线的量与质
1。X线的量：X线管的管电流与曝光时间之积 mA*S。
2。X线的质：管电压KVp
3。X射线的辐射强度
定义：单位时间内通过与射线方向垂直的单
位面积的辐射能量。单位：
。
强度的调节：调节管电流（改变光子数目）。
医学上用管电流大小代表X射线的强度：用 管电流毫安数与辐射时间的乘积来衡量总辐 射的能量。即X射线的量。单位：mA*S。
2。产物：荧光放射、光电子、正离子
3。光电子的角分布 光电子的角分布与入射X光子能量有关 能量低 — 大角度分散 能量高 —小角度集中 （电离方向）
4。放射诊断学中的光电效应 （1）优点：提高成像质量 因光电转换减少散射线，故减少照片灰雾
利用造影剂可增加对比度 放疗时增加对肿瘤组织的剂量
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胶片摄影系统
用摄影胶片代替透视的荧光屏
• X射线在胶片上形成潜影，经过显影、定影，将影像固 定在胶片上
临床中使用屏-胶片系统：它是由涂上感光乳胶的胶片和 与胶片紧密接触的一个或两个荧光增强屏组成的。
• X射线的能量由增强屏吸收，并将大约5～20%转变为光 线，使胶片曝光。这样胶片曝光所需的实际X射线辐射 剂量大幅度地降低。但……产生一定的模糊
(d)生物效应:X线是一种电离辐射。生物细胞经一定量的X线 照射后会受到损害甚至坏死。放射治疗破坏肿瘤组织；也
会导致一2定021正/2/2常4 组织的损伤四川大学材料学院生物
9
医学工程系
3. X线与人体组织的作用
• 当X射线穿过物体时，能量…… • 物质的吸收，转换成其它形式的能量 • 散射，改变了原来的传播方向 • 透射，穿过被探查物体沿原方向继续向前
Imaging technologies are changing the way science is done
生物医学图象 (R.P. Crease, Science, Vol. 261, July 1993) (Biomedical Image)
生物医学工程基础（四）
X射线断层成象
林江莉 （2007.11）
四川大学材料学院生物
2
医学工程系
1.5 X射线断层成象
2021/2/24
四川大学材料学院生物
3
医学工程系
The History
• Johan Radon (1917) showed how a reconstruction from pr ojections was possible.
• Cormack (1963,1964) introduced Fourier transforms into the reconstruction algorithms.
2021/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
1
第一部分：医学成像
• 1.1 医学成像过程的组成部分及成像系统模型 • 1.2 基本概念 • 1.3 主要的成像系统及其应用 • 1.4 评价图像系统与图像质量 • 1.5 X射线断层成象 • 1.6 核磁共振成象 • 1.7 超声医学成象
2021/2/24
2021/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
8
2.X线的性质
(a)穿透作用: 波长短，能量大，能穿透一般光线不能穿透的 物质，0.5～0.001A，25Kev～1Mev。
(b)荧光作用: 当X线照射某些物质时可产生荧光，利用这一 性质，可以在荧光屏上直接观察X线图像。
(c)电离作用:具有足够能量的X线光子不仅能击脱物质原子轨 道上的电子，使该物质产生一次电离，而且脱离原子的电 子又与其它原子相碰，还会产生二次电离。可根据气体分 子电离电荷的多少来测定X线的剂量。
传播，称为透射分量。
2021/2/24
四川大学材料学院生物
10
医学工程系
二、投影X线成像系统
最早的X线成像方法是靠投影成像 投影成像分为： 透视： 荧光透视成像系统 摄影： 胶片摄影系统
2021/2/24
四川大学材料学院生物
11
医学工程系
第一代的荧光透视接收器
平板荧光屏 优点：观察组织形态、位置外，还可以观察脏器的
2021/2/24
四川大学材料学院生物
4
医学工程系
X-CT的发展历程
• 1917 • 奥地利数学家Radon：从投影重建图像的原理
• 1920-60 • 美国物理学家A.M.Cormack：可行性证明、试验研究、仿真
• 1972 • G.N.Housfield：装置和断层成像结果
2021/2/24
2021/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
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现代的投影X射线成像设备
• 采用影像增强管-电视系统 • 包含影像增强管、光学图像分配系统和一个包括摄像机、监视器的闭路视频系统及辅
助电子设备 • 视频系统的引入是荧光透视成像系统的又一项重大改进
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
• Hounsfield (1972) invented the X-ray Computer scanner for medical work (for which Cormack and Hounsfield shared a Nobel prize).
• EMI Ltd (1971) announced development of the EMI scanner which combined X-ray measurements and sophisticated alg orithms solved by digital computers.
四川大学材料学院生物
5
医学工程系
X-CT成像的演变
1901年(投影） 1975年（1/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
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第一幅脑CT图象
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
一.投影X线成像技术
1. X线的产生 X线管 加热的灯丝发射出电子 30~200千伏高压作用 灯丝射出电子 吸引到阳极靶子上 电子与靶内的原子相互作用产生X射线(少于1%的入射电子能量转换成了X射线，旋 转阳极) X射线穿过管壁发射出来
运动 缺点：屏的亮度比较低，观察起来比较吃力。
放射科医生一般要在黑暗环境中待15分钟左右 才能使自己的眼睛适应，可观察到的信息也较 少）
2021/2/24
四川大学材料学院生物
12
医学工程系
解决方案
采用影像增强管 影像增强管的引入 是透视X射线成像系 统的一项重大改进。
使亮度的总增益达到5000倍左右
四川大学材料学院生物
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医学工程系
三、 数字减影技术DSA
• 最早应用于血管系统的研究 • 在病人的血管中注入造影剂（造影剂对X线的
衰减系数大于人体的骨骼和软组织） • 摄下同一部位注入造影剂前后的两帧图像。原
数字X射线摄影
2021/2/24
四川大学材料学院生物
15
医学工程系
数字电视X射线摄影系统
2021/2/24
四川大学材料学院生物
16
医学工程系
投影X线成像的问题？
重叠：三维物体结构投影在一个二维平面上
办法：设法获取某一指定断面的图像，或者是
人为突出人体中某种结构（如血管、骨 骼）的形象。
2021/2/24