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《生物医学工程基础》教案
四川大学材料科学与工程学院
尹光福
适用专业：生物医学工程专业本科
适用年级： 2003级
使用日期： 2005－2006学年第1学期
2005年8月
《生物医学工程基础》课堂教学
课程总体安排
《生物医学工程基础》课程课堂教学共68学时，分为6部分讲授：第一部分生物医学工程概述(尹光福教授承担)；第二部分生物医学材料(尹光福教授承担);第三部分人工器官(苏葆辉副教授承担)；第四部分生物医学图像(李德玉教授承担)；第五部分生物医学仪器(邹远文教授承担)；第六部分生物力学(蒋文涛副教授承担)。
各部分课堂讲授学时安排：
第一部分：生物医学工程概述 4学时
第二部分：生物医学材料 14学时
第三部分：人工器官 12学时
第四部分：生物医学图像 14学时
第五部分：生物医学仪器 12学时
第六部分：生物力学 12学时。
生物医学工程综合浙大考试纲要
1.生物医学工程基础知识：介绍生物医学工程的定义、发展历程、研究内容等基础知识，并介绍生物医学工程与其他学科的关系。
2. 生物医学信号处理：介绍生物信号的种类、特征、采集技术和处理方法，以及常用的生物医学信号处理软件和工具。
3. 生物医学成像技术：介绍常用的生物医学成像技术，包括X 射线成像、CT成像、MRI成像、超声成像等，以及它们的原理、优缺点和应用领域。
4. 生物医学传感技术：介绍生物医学传感技术的基本原理、分类和应用，并重点介绍血氧饱和度传感器、心电传感器和脑电传感器等常用传感器的原理和应用。
5. 生物医学光学技术：介绍生物医学光学技术的基本原理、种类和应用，并重点介绍光纤光谱仪、光学微镜和荧光显微镜等常用光学仪器的原理和应用。
6. 生物医学信号分析与识别：介绍生物医学信号分析与识别的基本原理、方法和技术，包括滤波、时频分析、模式识别等，以及它们在生物医学工程领域的应用。
7. 生物医学控制与仿真：介绍生物医学控制与仿真的基本原理、方法和技术，包括生物医学控制系统的设计与实现、仿真模型的建立和验证等。
8. 生物医学工程应用：介绍生物医学工程在医学、生物科学、农业、环境保护等领域的应用，以及未来发展趋势和前景。
本考试纲要旨在全面、系统地介绍生物医学工程的基本知识和应用技术，对于生物医学工程专业学生和从事相关研究工作的人员具有重要的参考价值。
《生物医学工程概论》课程教课纲领【课程编号】： 22315313【英文译名】： Introduction to BiomedicalEngineering 【合用专业】：生物医学工程【学分数】：2【总学时】： 32【实践学时】： 0一、本课程教课目标和课程性质本课程是生物医学工程专业本科生开设的专业基础必修课。
主要介绍生物医学工程学科的发展史，学科内涵和研究领域，以及将来展望。
目的在于使学生了解生物医学工程专业的研究内容，为后续课程的学习作好铺垫。
二、本课程的基本要求1、经过该课程的学习应该对这个学科有一个较全面的认识，对这个学科中的几个主要研究领域有一个较归纳的认识。
2、认识现代医学电子仪器、医学成像技术（如CT，MRI ，DSA 等）、生物资料等方向的研究内容及发展情况。
3、认识信息论、控制论、系统论在医学中的应用，计算机在医学中的应用等。
三、本课程与其余课程的关系前修课程：无后继课程：医学成像技术、医学图像办理、医学信号办理、医学仪器四、课程内容第一章：医学电子仪器内容系统：人体电生理参数检测仪器；人体非电生理参数检测技术及仪器；病人监护仪器‘临床化学技术与仪器；生理功能协助仪器；医用光学技术与仪器；治疗用电子仪器知识点：主要介绍临床上应用的医疗仪器的种类、构造、功能特色。
要点：熟习目前临床上的医学仪器的技术方法；认识医学仪器的发展方向。
1第二章：医学成像系统内容系统：医学图像办理；医学图像研究的若干新进展知识点：主要介绍目前医学成像的技术水平、设施种类及功能特色，医学图像的重修原理，图像办理方法。
第三章：生物医学传感器内容系统：生物医学信号办理知识点：主要介绍生物医学传感器的种类、特色；生物医学信号的特色、收集和办理方法。
第四章：人工智能内容系统：模式辨别；医学专家系统知识点：主要介绍人工智能、模式辨别、医学专家系统的观点及应用。
第四章：人体运动信息检测技术与仪器内容系统：生理系统模型与控制知识点：主要介绍生理系统模型的分类、计算机仿真的基本方法；人体运动信息的检测方法与技术水平。
♣定义：为了统一描述人体各部分以及各部分的相对位置关系，特规定一标准姿势，称为解♣剖学姿势：身体直立，面向前，两眼平视前方，两足并立，足尖向前，上肢垂于躯干两侧，手掌朝向前方。
♣运动系统的总论1、组成：由骨、关节和骨骼肌组成，约占成人体重的60%。
骨：在运动中，骨起着杠杆作用。
关节：关节是运动的枢纽。
♣骨骼肌：骨骼肌是动力器官。
2、运动的产生：骨骼肌附着于骨上，在神经系统支配下产生收缩与舒张，以关节为支点牵引另一骨改变位置，从而产生运动。
3、运动系统的主动部分：在神经系统支配下的骨骼肌。
运动系统的被动部分：骨和关节。
♣一、骨学♣组成：成人有206块骨，由骨连结相连，形成骨骼。
♣骨骼的功能：1）支持体重；2）保护内脏；3）赋予人体基本形态。
1、骨的分类♣根据骨在体内的位置：颅骨、躯干骨和四肢骨3类。
♣根据骨的发生：膜化骨和软骨化骨2类。
♣根据骨的形态：长骨、短骨、扁骨和不规则骨4类。
♣分层：骨膜内层和骨膜外层。
骨髓：充填在骨髓腔内和骨松质空隙中的松软的固有结缔组织，有红骨髓和黄骨髓两种。
（1）红骨髓：胎儿和幼儿的骨髓内含有不同发育阶段的红细胞和某些白细胞，呈红色称为红骨髓，有造血功能。
（2）黄骨髓：5岁以后，长骨骨髓腔内的红骨髓逐渐被脂肪组织所代替，呈黄色称为黄骨髓，失去造血能力。
6、颅骨1）颅骨的组成（1）颅骨由23块扁骨和不规则骨组成（中耳的3对听小骨未计入）。
（2）颅骨可分为上部的脑颅骨和下部的面颅骨，二者以眶上缘和外耳门上缘的连线为其分界线。
（3）脑颅骨构成容纳脑的颅腔；面颅骨围成眶腔、鼻腔和口腔。
♣颅盖骨的三个缝1、冠状缝：额骨与2块顶骨之间形成的缝。
2、矢状缝：2块顶骨之间形成的缝。
3、人字缝：2块顶骨与枕骨之间形成的缝。
2）新生儿颅的特征（1）脑颅比面颅大得多：胎儿时期咀嚼和呼吸器官的发育迟于脑及感觉器官的发育。
新生儿面颅占全颅的1／8，而成人为1／4。
（2）颅囟：新生儿颅顶各骨尚未完全发育，骨缝间充满纤维组织膜，在多骨交接处，间隙的膜较大，称颅囟。
生物医学工程教学大纲一、课程简介生物医学工程是交叉学科领域，涉及医学、工程学、生物学和计算机科学等多个学科知识。
本课程旨在培养学生具备扎实的理论基础和实践能力，从而为未来从事相关领域的工作做好准备。
二、课程目标1. 了解生物医学工程的基本概念和发展历程；2. 掌握生物医学工程的相关技术和方法；3. 熟悉生物医学工程在医学领域的应用。
三、课程内容1. 生物医学信号处理- 生物信号的获取和处理- 信号处理方法及实践- 生物医学图像处理2. 生物信息学- 基因组学和蛋白质组学- 生物信息学分析工具的应用- 生物信息学数据分析案例3. 医学成像技术- X射线成像- 核磁共振成像- 超声成像- 医学成像技术的原理和应用4. 生物医学器械- 生体医学传感器- 医用仪器设备的设计与制造- 医用器械的检测与维护四、教学方法1. 理论课程- 知识讲解- 理论模型分析- 案例讨论2. 实践课程- 实验操作- 项目设计与实施- 实际案例分析五、考核方式1. 平时表现- 出勤情况- 课堂参与2. 作业- 书面作业- 实验报告3. 期末考试- 理论知识考核- 实际操作能力考核六、参考教材1. 《生物医学工程导论》2. 《生物医学信息学导论》3. 《医学成像技术原理》七、教学团队本课程由资深医学工程师和生物医学专家共同组成教学团队，保证教学内容的权威性和实用性。
通过本课程的学习，学生将掌握生物医学工程领域的基础知识和相关技术，为将来的就业和研究打下扎实的基础。
希望每位学生认真对待本门课程，勤奋学习，取得优异的成绩。
祝愿学生们在生物医学工程领域有所作为，为推动医学科技的发展贡献自己的力量。
⽣物医学⼯程学复习提纲（完整版）绪论⼀、本章学习⽬标：1、掌握⽣物医学⼯程学（BME）概念。
2、了解⽣物医学⼯程学的近代发展史。
3、熟悉BME涵盖的学科内容及学科分⽀。
4、了解BME研究的重⼤课题及研发趋势。
⼆、本章纲要：1、掌握⽣物医学⼯程的概念、特点、发展中国⽣物医学⼯程学科的战略原则。
2、了解⽣物医学⼯程的发展史、研究现状、未来的展望。
3、熟悉⽣物医学⼯程涵盖的学科内容及学科分⽀。
三、思考题：1、⽣物医学⼯程的概念、内涵和特点？答：（1）、概念：是包含多种技术并相互交叉融合的⼀门科学。
它综合了⽣物学、医学与⼯程学的理论和⽅法，研究⽣命体的构造、功能、状态和变化，研究新材料、新技术、新仪器设备，⽤于防病、治病、保护⼈民健康和提⾼医学⽔平。
（2）、内涵：是⼯程科学原理和⽅法与⽣命科学的原理和⽅法相结合，认识并解决⼈类⼼⾝健康的问题，并使有限的卫⽣资源为全社会共享。
①、是⼤跨度、多学科和多种技术的深度交叉、结合。
不仅要发现规律，解释现象，还解决实际问题。
⽽且后者更为重要。
②、是科学研究、技术发展、产品开发和产业发展，密切结合。
这⾥，不仅有经济效益的追求(市场导向)，更重要的是，它必须服从全社会医疗保健系统整体⽬标的需要。
（3）、特点：是⼯程科学的原理和⽅法与⽣命科学的原理和⽅法相结合，从不同的层次(整体、系统、器官、组织、细胞、亚细胞结构和⽣物⼤分⼦等)研究⼈的⽣命运动的规律(定量)并发展相应的技术和装置，应⽤于医学和保健，维持和促进⼈类的健康。
2、⽣物医学⼯程学涵盖的主要学科？答：⼈体系统⼯程；⽣物医学传感器；医学图像技术与仪器；⽣物材料；⼈⼯器官；组织⼯程学；康复⼯程；家庭医疗保健⼯程；远程医疗系统；仿⽣学；医⽤机器⼈。
3、⽣物医学⼯程学发展的战略原则？答：①、“医学应该努⼒使其⽬的适应经济现实”；②、“公正的和公平的医学”；③、“供得起的和可持续的医学”；4、⽣物医学⼯程学的发展趋势？答：①、从宏观向微观深⼊，宏观与微观相结合。
生物医学工程教学大纲1. 教学目标生物医学工程是将工程学、生物学和医学知识相结合的学科，旨在培养具备跨学科知识和技能的人才。
本课程旨在帮助学生全面了解生物医学工程的基础理论和实践应用，掌握相关技术和方法，培养跨学科思维和问题解决能力，为未来的职业发展打下坚实基础。
2. 教学内容（1）生物医学工程概述：介绍生物医学工程的定义、发展历史、研究领域和应用前景。
（2）生物医学信号处理：讲解信号处理的基本概念、信号采集与处理技术、生物医学信号处理方法等。
（3）生物医学成像技术：介绍各种生物医学成像技术的工作原理、应用范围和发展趋势。
（4）仿生医学工程：探讨生物学中的启示和工程实践之间的关系，介绍仿生医学工程的发展历程和应用案例。
（5）生物医学材料：学习生物医学材料的特性、选择、设计和应用，了解生物医学材料的研究进展和未来发展趋势。
（6）生物医学信息学：介绍生物医学信息学的基本概念、应用和发展前景，培养学生信息处理和分析能力。
3. 教学方法将理论教学与实践教学相结合，采用案例分析、课堂讨论、实验操作等教学方法，激发学生学习兴趣，培养学生的创新能力和实践能力。
同时，鼓励学生积极参与学术交流和科研实践活动，提升综合素质和竞争力。
4. 考核方式考核方式包括平时表现、期中考试、实验报告、课程设计等多种形式，综合评定学生的学习成绩。
鼓励学生积极参与课堂讨论、小组合作和学术研究，加强理论与实践的结合，提高学习效果。
5. 教学资源充分利用学校实验室、图书馆、网络资源等，开展实验教学和科研活动，支持学生自主学习和科研实践。
鼓励学生参加学术会议、学术竞赛等活动，拓宽学术视野，提升专业水平。
6. 教学团队教学团队由具有丰富教学经验和科研实践的专业教师组成，注重教学与科研的结合，指导学生开展创新实践和科研项目，启发学生的思维和潜力。
通过本课程的学习，学生将全面了解生物医学工程的基本概念和相关理论，掌握生物医学工程的核心技术和方法，培养跨学科思维和创新能力，为将来的学术研究和职业发展打下坚实基础。
生物医学工程是一门综合性的交叉学科，结合了物理、化学、数学、计算机和工程学原理，应用于生物学、医学、行为学或卫生学的研究。
以下是生物医学工程课程大纲的概述：
1. 专业基础课程：
- 大学物理
- 大学化学
- 计算机基础
2. 专业核心课程：
- 模拟电子技术
- 数字电子技术
- 人体解剖学
- 生理学
- 基础生物学
- 生物化学
- 信号与系统
- 算法与数据结构
- 数据库原理
- 数字信号处理
- EDA技术
- 数字图像处理
- 自动控制原理
- 医学成像原理
- 生物信息学
3. 专业选修课程：
- 生物医学传感
- 生物力学
- 生物医学系统建模与仿真
- 医学与健康互联网
- 云计算与大数据
- 嵌入式微机系统
- 数理统计
- 生物材料学基础
- 生物材料制备工艺原理
- 生物材料性能测试与评价
- 生物医学材料
- 人工器官
- 组织工程
- 生物物理
- 基因组科学与技术
- 基因与疾病
- 细胞与分子生物学
4. 实践与创新能力培养：
- 实验课程
- 实习实践
- 科研训练
- 创新项目
5. 课程思政：
- 爱国主义教育
- 专业伦理
- 社会责任感
以上是生物医学工程课程大纲的概述，不同高校和专业方向可能会有所调整。
通过这些课程的学习，学生可以全面了解生物医学工程领域的知识体系，为未来的研究和应用打下坚实基础。
天津大学硕士研究生入学考试业务课考试大纲
课程编号：810 课程名称：生物医学工程基础
一、考试的总体要求
掌握生物医学工程的基础知识和基本理论，并能合理运用解决实际问题。
二、考试的内容及比例
考试内容分为A、B、C两个模块，考生可任选其中一个模块。
A模块为医学成像基础，B 模块为医用传感基础，C模块为生物医学信号处理基础。
（一）A模块：医学成像基础
1. 传统X射线成像
（1）X射线物理基础（X线产生条件及性质；韧致辐射、特征辐射与其对应射线谱； X 射线管的技术参数；X线与物质的相互作用； X线强度与硬度；X线的硬化；X线透射与衰减）
（2）X射线透视成像（传统X射线成像原理、系统及方式；影响X射线成像质量的主要因素；典型H-D曲线形态，其横纵坐标及各参数含义；原发/客观/主观对比度概念，定义公式，相关性推导；传统X射线成像缺点）
（3）X线影像质量评价（像素、分辨率、对比度的概念）
（4）经典X射线断层成像（X线断层成像的基本原理）
（5）数字减影（数字剪影原理及方法；时序减影、能量减影、混和剪影原理；K吸收带及K吸收边缘法概念）
（6）数字化X线摄影（CR成像原理、 DR成像原理、二者区别与成像优点）
2. 计算机断层成像
（1）X-CT定义、成像参数和扫描方式（CT成像概念；像素与体元概念；衰减系数与CT值定义；CT与胶片分辨率差异及原因；窗口技术与窗宽、窗位定义；第一代到第五代CT 特点）
（2）CT图像重建原理和方法（投影概念与实质；正弦图概念及公式；CT图象重建方法分类及典型代表算法比较；直接反投影重建法原理、计算及“灰雾”成因）（3）CT图像显示和质量评价方法（CT图像重建显示的代表性图像处理技术；CT图像特点，与X射线透视影像的区别；CT图像质量参数、三种评价参数公式及表征）（4）CT装置结构（CT装置组成； CT机房要求）
3. 放射性核素成像
（1）放射性同位素及射线检测物理基础（放射性同位素概念、性质、衰变规律、在医学中的应用；粒子探测器各部分组成、定义、分类、特性等；放射线检测前置放大器的作用）（2）放射性同位素扫描与γ照相机（放射性核素成像概念；放射性同位素扫描原理、结构；γ照相机结构、工作原理；）
（3）ECT成像（ECT成像原理与分类；SPECT分类、原理、组成、特点； PET原理，符合湮灭测量与飞行时间差作用、探测器类型、成像过程；PET成像优缺点及主要应用）
4. 超声波成像
（1）超声波物理性质（超声波产生及各种物理参数定义、公式；超声波传播和衰减特性；超声辐射声场特性；超声对生物媒质作用）
（2）医用超声换能器（超声辐射声场指向性、近场与远场特性；超声换能器的压电效应原理；超声换能器结构）
（3）超声诊断仪原理（超声波成像基本原理及优势；超声脉冲反射法/脉冲回波法原理；脉冲工作频率（波长）选取考虑因素，与脉冲重复频率间的区别；超声相控阵扫描原理；超声成像基本类型；超声成像回波信号e(t)公式及TGC原理；A超、B超、M超在显示方面的区别）
（4）超声Doppler诊断技术（Doppler效应原理及公式；超声Doppler血流速度测量主要方法；连续波Doppler速度测量基本原理；脉冲波Doppler速度测量基本原理及特点；超声Doppler测量取得血流方向信息；彩色血流映射主要技术思路；运动目标显示技术和相位检测基本知识）
5. 磁共振成像
（1）核磁共振现象（NMR）及其物理基础（原子核磁矩、核磁子、自旋量子数定义；核磁矩与自旋角动量关系；拉莫尔进动概念与进动频率公式；力学动量矩原理；核磁矩的能级分布与核磁共振现象原理）
（2）核磁共振（NMR）信号产生与检测（宏观磁化原理；引入射频RF场原因；自由感应衰减信号FID概念；驰豫时间检测方法）
（3）NMR成像方法（磁共振成像的基本原理；MRI图象重建方法）
（4）MRI装置（磁体系统；NMR波谱仪；图像重建和显示系统）
（5）MRI应用（临床诊断应用范围；MRI 与其它成像方法比较）
参考材料：
[1] 高上凯著, 医学成像技术, 清华大学出版社, 2001年2月
（二）B模块：为医用传感基础
1. 医用传感器基本概念
（1）医用传感器的定义
（2）医用传感器的分类与组成
（3）人体信息检测的特殊性
（4）医用传感器的发展方向
2. 医用传感器的基本特性
（1）传感器信息模型的建立
（2）传感器的静态特性
（3）传感器的动态特性
3. 常用医用传感器工作原理
（1）电阻应变式传感器
（2）电容式传感器（电容式压力传感器、直流极化型电容传感器、测量电路及分布电容消除方法）
（3）变磁阻式传感器（电杆传感器差动变压器式传感器、变磁阻式传感器的应用）（4）电动式传感器（附有力学系统的电动式传感器、电磁血流量传感器）
（5）压电式传感器和超声换能器（换能器的结构与超声场、压电式传感器、医用压电超声换能器、医学超声仪器）
（6）热敏式传感器(金属热电偶传感器、热敏电阻温度传感器、PN结二极管和集成电路温度传感器、热释电传感器)
（7）光敏式传感器（光电倍增管、光电导元件、光生伏特元件、光敏管、各种光敏传感器的性能比较）
（8）电化学与生物传感器测量基础（参比电极、离子选择性电极及其应用、气敏电极和气体扩散电极）
4. 检测生物电及电刺激生物体用电极
（1）极化现象及对生物电检测的影响、不极化电极、电极的阻抗
（2）电极的运动伪差及市电干扰
（3）生物电检测类宏电极的类型
（4）微电极
5. 生物传感器及在医学中的应用
（1）生物传感器原理及典型应用
（2）酶电极原理及典型应用
（3）微生物传感器原理及典型应用
（4）免疫传感器原理及典型应用
（5）细胞器及组织传感器典型应用
（6）多功能及微型生物片传感器典型应用
参考材料：
[1] 《医用传感器与人体信息检测》，作者：王明时，天津科学技术出版社
（三）C模块：为生物医学信号处理基础
1. 生物医学信号概论
（1）生物医学信号处理目的
（2）典型的生物医学信号及其特点
（3）生物医学信号的数学表达（信号概率描述、数字特征以及信号平稳性与遍历性）（4）生物医学信号通过线性系统
2. 数字信号处理的基本概念
（1）离散时间信号（典型离散信号、离散信号的运算）
（2）离散时间系统（离散时间系统的基本概念、输入输出关系
（3）Z变换(Z变换定义、Z变换收敛域、Z变换的性质
（4）离散时间系统的转移函数、频率响应、零极点分析
3. 生物医学信号的数字滤波方法
（1）奈奎斯特采样定律（掌握理想采样、频谱混叠、频谱泄露、栅栏效应等概念以及数字频率、归一化频率、频谱分辨率的计算）
（2）线性卷积与循环卷积（图表法、公式法计算卷积）
（3）IIR数字滤波器（掌握基本概念以及给定特性的滤波器设计）
（4）FIR数字滤波器（掌握基本概念以及给定特性的滤波器设计）
（5）匹配滤波器（基本原理和构成、神经传导速度测量用信号模型、非白噪声背景下的匹配滤波器、信号波形未知时的匹配滤波器构造方法）
4. 生物医学信号的现代滤波方法
（1）信号功率谱（定义、非参数估计以及基于DFT的功率谱计算）
（2）维纳滤波(原理及公式推倒、滤波器优化、时间离散的维纳滤波器设计)
（3）参数模型（信号的成形滤波器、AR模型阶次估计、ARMA模型参数估计）
（4）自适应滤波及其应用（自适应的概念和原理、LMS自适应滤波器、自适应消噪声、自适应谱线增强和窄带信号分离、自适应系统辨识）
参考材料：
[1]《数字信号处理导论》，作者：胡广书，清华大学出版社 (2006-07)
[2]《生物医学信号处理》，作者：杨福生高上凯编著，高等教育出版社（1998－05)。
