生物医学工程专业ppt

临床医学生物医学工程学基础 知识
目
CONTENCT
录
• 生物医学工程学概述 • 生物医学信号处理技术 • 医学影像技术及其应用 • 生物材料与人工器官研究进展 • 医疗器械监管与法规政策解读 • 生物医学工程学前沿技术展望
01
生物医学工程学概述
定义与发展历程
定义
生物医学工程学是综合运用工程学、生物学和医学的理论和技术 ，研究人体结构和功能，以及疾病预防、诊断和治疗等方面的交 叉学科。
利用生物医学工程学的理论和 技术，设计和制造各种康复辅 助器具和设备，帮助患者恢复 功能和提高生活质量。
远程医疗
借助互联网和通信技术，实现 远程医疗服务和健康管理，为 偏远地区和行动不便的患者提 供便利
生物电信号的产生与传播
生物电信号是由生物体内离子浓度差和细胞膜电位 差引起的，通过生物体内的神经、肌肉等组织进行 传播。
生物电信号的特点
生物电信号具有微弱、低频、随机性强等特点，同 时受到生物体内外多种因素的干扰。
常见生物电信号
常见的生物电信号包括心电图、脑电图、肌电图等 ，它们分别反映了心脏、大脑、肌肉等器官的电活 动情况。
信号采集、放大与滤波技术
80%
信号采集技术
信号采集是生物医学信号处理的 第一步，包括选择合适的传感器 、确定采样频率和采样精度等。
在临床医学中应用
01
02
03
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疾病诊断
生物医学工程学为临床医学提 供了各种先进的诊断技术和设 备，如医学影像技术、内窥镜 技术等，使医生能够更准确地 诊断疾病。
治疗方法改进
通过生物医学工程学的研究， 不断改进和创新治疗方法，如 介入治疗、激光治疗、微波治 疗等，提高治疗效果和患者生 活质量。

生物医学信号检测系统
生物医学传感器是获取生物医学信息并将其转 换成易于测量和处理的信号的关键器件。生物 医学信号检测技术的研究已涉及生物体各层次 的广泛的生物信息。
应用电极可检测心电、脑电、肌电、眼电和神 经电等各种生物电信号；物理传感器已用于血 压、血流、体温，心音、脉搏、呼吸等各种生 理量的测量；应用化学传感器可检测血、尿等 体液中多种离子浓度；用于检测酶、抗原、抗 体、神经递质、激素、受体、DNA和 RNA等 生物活性物质的生物传感器亦在研究及迅速发 展之中；心磁、脑磁等生物磁信号的检测方法 的研究正在受到重视。
生物医学信号通过电极拾取或通过传感 器转换成电信号，经放大器及预处理器 进行信号放大和预处理，然后经A/D转 换器进行采样，将模拟信号转变为数字 信号，输入计算机，然后通过各种数字 信号处理算法进行信号分析处理，得到 有意义的结果。
心电电极、心音传感器、导联线
心电、心音信号放大器
数据采集卡（A/D转换卡）
对数字信号处理，系统可以抽象成一种 变换，或一种运算，将输入序列x(n)变换 成输出序列y(n)。
对系统T，输入x(t)时输出是y(t)，我们称y(t)是 系统T对x(t)的响应(Response)。
当输入是单位冲激信号 x(t)(t) 时，系统的输
出称为系统的单位冲激响应，用h(t)表示。h(t) 反映了系统T的固有的本质，若系统T是线性 时不变系统，只要知道了h(t)，那么对于任意 的输入x(t)，都可以通过公式求出其输出：
在脑电、心电、神经电活动、图像分割处理、三维图 像表面特征提取及建模等方面引入混沌与分形理论等， 已取得了许多重要的研究成果并得到了广泛的临床应 用。
5.2.3 数字信号处理的特点
自1960年以来，随着计算机技术和现代 信息技术的飞速发展，产生了一门新的 独 立 学 科 体 系 ： 数 字 信 号 处 理 （ Digital Signal Processing, DSP）。

学科内容
生物力学是运用力学的理论和方法，研究生物组织和器官的力学特性，研究机体力学特征与其功能的关系。 生物力学的研究成果对了解人体伤病机理，确定治疗方法有着重大意义，同时可为人工器官和组织的设计提供依 据。
生物力学中又包括有生物流变学（血液流变学、软组织力学和骨骼力学）、循环系统动力学和呼吸系统动力 学等。生物力学在骨骼力学方面进展较快。
本专业学生主要学习生命科学、电子技术、计算机技术和信息科学的基本理论和基本知识，受到电子技术、 信号检测与处理、计算机技术在医学中的应用的基本训练，具有生物医学工程领域中的研究和开发的基本能力。
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。
包括金工实习（3～4周）、电子设计（2～3周）、生产实习（3～4周）、毕业设计（12～16周）。
本专业培养具备生命科学、电子技术、计算机技术及信息科学有关的基础理论知识以及医学与工程技术相结 合的科学研究能力，能在生物医学工程领域、医学仪器以及其它电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研 究、开发、教学及管理的高级工程技术人才。
1.生物医用复合材料组分材料的选择要求
生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决 于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶 瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钴基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合 金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗 粒增强体。

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信号传导在细胞增殖、分化、凋 亡等过程中的作用
02
信号传导异常与疾病的关系及药 物研发前景
03
遗传与变异原理剖析
Chapter
遗传物质DNA/RNA结构特点
DNA双螺旋结构
由碱基对、磷酸和脱氧核 糖组成，具有稳定性和自 我复制能力。
RNA单链结构
由核糖核苷酸链组成，与 DNA相似但存在不同之处 ，如U替代T等。
细胞膜、质、核功能探讨
细胞膜的结构与功能 膜蛋白的种类与作用
膜脂的种类与作用
细胞膜、质、核功能探讨
膜受体的种类与作用 细胞质的功能
细胞质基质的作用
细胞膜、质、核功能探讨
线粒体的结构与功能 叶绿体的结构与功能
细胞核的功能
细胞膜、质、核功能探讨
染色质与染色体的关系 核仁的结构与功能 核孔的作用与意义
环境保护重要性及实践举措
重要性
保护生态系统多样性和稳定性，维持人类生存和发 展的基础；预防环境污染和生态破坏，保障人类健 康和福祉。
实践举措
制定和执行环境保护法律法规；推广清洁能源和绿 色技术；加强环境监测和评估；提高公众环保意识 和参与度。
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生物技术应用与发展前景
Chapter
基因工程在医学领域应用实例
遗传信息存储
DNA通过特定序列编码蛋 白质合成信息，实现遗传 信息在细胞内的传递和表 达。
基因表达调控过程揭示
转录过程
以DNA为模板合成RNA，包括启 动子识别、转录因子结合等步骤
。
翻译过程
以mRNA为模板合成蛋白质，涉及 核糖体、tRNA等参与。
基因表达调控
通过转录因子、表观遗传学修饰等 方式对基因表达进行精细调控，实 现细胞多样性和生物体复杂性。

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切除修复
对于较复杂的DNA损伤 ，如嘧啶二聚体或DNA 链断裂，通过切除损伤 部位并合成新的DNA片 段进行修复。
重组修复
在DNA双链断裂等严重 损伤情况下，通过DNA 重组机制进行修复，涉 及同源序列的搜索和交 换。
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DNA重组的方式与意义
同源重组
发生在同源序列之间的重组，通过交 换DNA片段实现遗传信息的重新组合
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02
基因与基因组
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基因的概念与结构
01 基因的定义
基因是遗传信息的基本单位，控制生物性状的遗 传。
02 基因的结构
基因由编码区和非编码区组成，编码区包括外显 子和内含子。
03 基因的遗传效应
基因通过控制蛋白质的合成来控制生物的性状。
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基因组的组成与特点
01 基因组的定义
基因表达的调控方式
基因表达受到多种因素的调控，包括 转录因子、表观遗传学修饰、 microRNA等。
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DNA复制、修复与重组
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DNA复制的过程与特点
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DNA复制的过程
起始、延伸和终止三个阶段，涉及多种酶和蛋白 质的参与，确保DNA的准确复制。
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DNA复制的特点
结合分子生物学指标，对 药物疗效进行评估，为新 药研发和临床应用提供依 据。
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分子生物学技术在个体化医疗中的应用
基因检测
通过基因检测分析个体基 因组信息，为个体化医疗 提供基础数据。
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个体化用药指导
根据基因检测结果和药物 代谢特点，为患者提供个 体化用药建议，提高药物 治疗效果。

生物医学工程的特点：
• 大跨度、多学科的综 合性应用学科。
• 既为医学、生物学提 供技术与装备，又为 医学、生物学的发展 开辟道路。
• 社会效益与经济效益 的结合。
生物医学工程专业的科学范围
• 生物力学 • 生物材料 • 生物系统建模与仿真 • 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
治疗、缓解。
我的体会
•虽然这是一门交叉学科 存在即有它存在的意义
•深爱着这个专业，也愿意在这个 朝阳学科中不断奔跑。
感谢您的聆听
THANK YOU !
课程设置
假肢矫形工程
•它是一门边缘性学科，涉及医学和工程学两 大学科的若干专业，涵盖了解剖学、人体生 物力学、机械学、电子学、高分子材料科学 等学科。
课程设置 ——听力学• 听觉解剖、生理病理学
• 耳鼻咽喉科学基础知识 • 耳科影像学的基础知识 • 声学与心理声学 • 应用教育学、临床心理学 • 语音学 • 社区听力学、 诊断听力学 • 放大听力学、康复听力学 • 教育听力学
专业介绍：
生物医学工程专业
1.专业简介
2.专业分支 3.课程介绍 4.培养要求 5.就业前景

生物医学工程专业 (Biomedical Engineering , BME)
BME是运用自然科学和 工程技术的原理和方法， 研究人的生理、病理过程， 揭示人体的生命现象，并 从工程角度解决防治病问 题的一门综合性高技术学 科。
能力培养
• 第二课堂、科技小组、专业竞赛等活动， 为学生提供丰富课外教育资源，提高学生 科研素质，
• 数学建模、物理竞赛、大学生电子竞赛等 竞赛。
1.专业简介 2.专业分支 3.课程介绍 4.培养要求

《人体生物医学研究国际道德指南》中规定：人体生物医学研究的伦理合理性在于有望 发现有益于人类健康的新方法。只有在研究的实施中尊重、保护和公平地对待受试者，并且 符合研究实施所在社会的道德规范时，其研究才具有伦理学上的合理性。
国际组织或部分国家对涉及人(或动物)的生物 医学研究的伦理审查规定
一、国际组织与伦理审查
国际组织或部分国家对涉及人(或动物)的生物 医学研究的伦理审查规定
二、部分国家对涉及人或动物的生物医学研究的伦理审查规定
3.中国 我国的伦理委员会制度与英美相比，建立较晚。直到20世纪80年代末期，我国才建立了 第一个伦理委员会。 在法律法规方面，国家卫生和计划生育委员会于2016年12月1日起开始施行《涉及人的 生物医学研究伦理审查办法》，对涉及人的科学研究进行了伦理规范。该办法公布了涉及人 的生物医学研究范围： (1)采用现代物理学、化学、生物学、中医药学和心理学等方法对人的生理、心理行为、 病理现象、疾病病因和发病机制，以及疾病的预防、诊断、治疗和康复进行研究的活动。
医疗卫生机构未设立伦理委员会的，不得开展涉及人的生物医学研究工作。
伦理委员会的目的与作用
一、建立伦理委员会的目的
为了保证科学的健康发展、相关技术的正确运用，保护受试者的尊严、权利、安全 和福利以及研究结果的可信性，成立伦理委员会已经成为国际国内常规的做法。根据国 际有关医学伦理规范文件和国内有关法律文件的规定，我国许多医疗机构、大学、学术 期刊和卫生行政机构等也纷纷成立了伦理委员会。
伦理委员会的目的与作用
一、建立伦理委员会的目的
1.新技术带来科学伦理界限的模糊问题
相对于诸如经济、社会、环境等其他领域，新技术应用对传统伦理的影响具有潜移默化 的特点，从而容易被人们忽视。从这个意义上说，新技术带来的这种社会文化问题是技术时 代的人们不得不面对的最重要的难题之一。

3期（phase 3）：又称快速复极末期。0mV左右→ -90mV，约 100~150ms。 机制：L型Ca2+通道关闭，Ca+内流停止，而K+外流进行性增加所致。 参与3期复极的K+通道 * IK 在平台期逐渐增大的IK电流导致平台期的终止和触发3期复极，直至3 期复极到-50mV左右才关闭。 * IK1 去极化关闭，复极化恢复开放，膜对K+通透性进行性增大，K+外流 不断增强，为再生性正反馈过程，导致膜快速复极化。
极化：指处于静息电位状态 心肌细胞：90mV 去极化：在静息电位基础上，膜电位减小 70mV 超极化：在静息电位基础上，膜电位增大 100mV 复极化：去极化 极化

各种可兴奋细胞动作电位波形的形状、幅度和持 续时间各不相同，但基本特征是均由去极相和复 极相两部分组成。
去极相：先慢后快
复极相：先快后慢
（一） 工作细胞 1.静息电位（resting potential） 心室肌细胞的静息电位约为-90mV，普 形成机制 主要是Ek，K+经IK1通道外流 但Ek 为-94 mV，而RP为-90mV，表明还有其它因素参与（如Na+的内流） 2.动作电位（action potential）
机制 （1）去极化过程：又称为0期（phase 0）从-90mV→+30mV，约1ms 去极化到阈电位（-70mV）→快Na+通道开放，出现再生性Na+内流Na+顺 电-化学梯度进入细胞内→去极化 快通道（fast channel） 快反应细胞（fast response cell） 快反应动作电位（fast response action potential） （2）复极过程：从0期去极化→静息电位 1期（phase 1） 从+30mV→0mV 约10ms，由短暂的一过性外向电流 （transient outward current, Ito）引起 Ito通道在去极化到约-20mV时激活，为K+外流 2期（Phase 2）：又称缓慢复极期。膜内电位停滞于0mV左右，常称平台 期（plateau），持续约100~150ms 平台期初期，内向Ca2+电流与外向K+电流处于相对平衡状态，膜电位稳定 在0mV左右。 平台期晚期，内向Ca2+电流逐渐减弱，外向K+电流逐渐增强，出现一种随 时间推移而逐渐增强的微弱的净外向电流，导致膜电位缓慢地复极化。

生物医用材料需要经过 严格的临床试验和安全 评估，确保其安全性和 有效性。
个性化与定制化
随着医疗技术的发展， 临床对个性化、定制化 的生物医用材料需求越 来越高。
未来发展方向与展望
01
创新性研究
加强新材料、新技术和新工艺的研究，推动生物医用材料的创新发展。
02
交叉学科合作
加强生物医学工程、化学、物理学等多个学科的交叉合作，共同推动生
分类
根据用途可分为药物载体、医疗 器械、组织工程和再生医学材料 等。
生物医用材料的特性
生物相容性
功能性
稳定性
可加工性
材料与人体组织、血液 等相互作用时不产生有
害反应。
具备所需要的功能，如 传导热量、机械支撑等。
在体内保持稳定，不发 生降解、变质或毒性反
应。
易于加工成所需形状和 大小，以满足医疗需求。
常见的金属生物医用材料
不锈钢、钛和钛合金、钴铬合金等。
金属生物医用材料的优缺点
优点包括良好的机械性能和加工性能，缺点包括可能引发过敏反应 和金属腐蚀。
高分子生物医用材料
高分子生物医用材料的特性
01
具有良好的化学稳定性、生物相容性和加工性能，广泛用于制
造医疗用品、人工器官和药物载体等。
常见的高分子生物医用材料
氧化铝、氧化锆、生物活性玻璃和玻璃陶瓷等。
陶瓷生物医用材料的优缺点
优点包括良好的化学稳定性和生物相容性，缺点包括脆性大、加工 困难。
复合生物医用材料
复合生物医用材料的特性
通过将两种或多种材料组合在一起，发挥各自的优势，弥补单一材 料的不足，具有良好的综合性能。
常见的复合生物医用材料
聚合物/陶瓷复合材料、聚合物/高分子复合材料、金属/陶瓷复合 材料等。

等。
超声内窥镜(EUC)检查
超声内窥镜检查是将内窥镜与超声两种技术相结合的检查方 法。具体说，是在内窥镜的引导下，把超声小探头经食管插入胃 腔内，进行腔内超声检查。高分辨率的超声探头，不仅能够清楚 准确地显示胃腔内各部分的层次结构，从而对早期胃癌进行诊断， 而且还能够对胃癌的浸润范围，胃周围的情况进行比较准确的了 解。是一种新型的内镜检查方法。
凸阵B型超声诊断仪
B超成像的基本原理：
向人体发射一组超声波,按一定的方向进 行扫描。根据监测其回声的延迟时间,强弱就 可以判断脏器的距离及性质。经过电子电路 和计算机的处理, 形成了我们今天的B超图像。 B超的关键部件就是我们所说的超声探头 (probe),其内部有一组超声换能器,是由一组 具有压电效应的特殊晶体制成。这种压电晶 体具有特殊的性质,就是在晶体特定方向上加 上电压,晶体会发生形变,反过来当晶体发生 形变时,对应方向上就会产生电压,实现了电 信号与超声波的转换。
四.胆道结石,肝内结石,胰管结石等的定位及大小的确定.
五.对生理性或病理性积液,B超可定位,定量及定性.例如胸水,腹水, 心包积液,输卵管积液,妊娠子宫内羊水过多或过少的检查等.
六.其他查环以及妊娠胎儿生长发育的观察及有无先天性畸形等都 可通过B超检查而确定.
彩色多普勒超声血流图（CDF）又称彩色多普勒超 声显像（CDI），它获得的回声信息来源和频谱多普勒 一致，血流的分布和方向呈二维显示，不同的速度以不 同的颜色加以别。双功多普勒超声系统，即是B型超声 图像显示血管的位置。多普勒测量血流，这种Ｂ型和多 普勒系统的结合能更精确地定位任一特定的血管。 1．血流方向 在频谱多普勒显示中，以零基线区分血流 方向。在零基线上方者示血流流向探头，零基线以下者 示血流离开探头。在CDI中，以彩色编码表示血流方问， 红色或黄色色谱表示血流流向探头（热色）；而以蓝色 或蓝绿色色谱表示血流流离探头（冷色）。 2．血管分布CDI显示血管管腔内的血流，因而属于流道 型显示，它不能显示血管壁及外膜。 3．鉴别癌结节的血管种类 用CDI可对肝癌结节的血管 进行分类。区分其为结节周围绕血管、给节内缘弧形血 管。结节的流人血管、结节内部血管及结节流出血管等。