生物醫(yī)學(xué)工程

生物醫(yī)學(xué)工程第1頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一章概述什么叫生物醫(yī)學(xué)工程生物醫(yī)學(xué)工程（BiomedicalEngineering,BME）是運(yùn)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，研究人的生理、病理過(guò)程，揭示人體的生命現(xiàn)象，并從工程角度解決防病治病問(wèn)題的一門(mén)綜合性高技術(shù)學(xué)科。第2頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一我國(guó)著名科學(xué)家顧方舟先生在“中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程的今天與明天”一書(shū)中這樣寫(xiě)到“生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是這樣一門(mén)學(xué)科：它把人體各個(gè)層次上的生命過(guò)程（包括病理過(guò)程）看作是一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)變化的過(guò)程；把工程學(xué)的理論和方法與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的理論和方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)去研究這類(lèi)系統(tǒng)狀態(tài)變化的規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用各種工程技術(shù)手段，建立適宜的方法和裝置，以最有效的途徑，人為地控制這種變化，以達(dá)預(yù)定的目標(biāo)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的根本任務(wù)在于保障人類(lèi)健康，為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)服務(wù)。第3頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)工程是理、工、醫(yī)相結(jié)合的新興邊緣學(xué)科，是多種工程學(xué)科向生物學(xué)、醫(yī)學(xué)滲透并相互作用的結(jié)果。雖然它作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科發(fā)展的歷史尚不太長(zhǎng)（50年），但由于它在保障人類(lèi)健康方面所起的巨大作用，它已經(jīng)成為當(dāng)前醫(yī)療保健性產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)和支柱，許多國(guó)家都將其列為高技術(shù)領(lǐng)域。第4頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一以人工心臟瓣膜這一典型的生物醫(yī)學(xué)工程項(xiàng)目為例，為了進(jìn)行人工心臟瓣膜的設(shè)計(jì)和制造，人們需要作如下工作：1.了解心臟瓣膜開(kāi)啟和關(guān)閉的機(jī)理，弄清人體心臟瓣膜的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)特性（定量）；2.解決人工心臟瓣膜材料問(wèn)題（相容性、毒性、力學(xué)性質(zhì)和制備工藝等）；3.了解人工心臟機(jī)械瓣和生物瓣的力學(xué)特性和疲勞壽命，以及植入心臟后的長(zhǎng)期生物效應(yīng)等。人工心臟瓣膜的制作和質(zhì)量控制與監(jiān)測(cè)等還要涉及一系列工程問(wèn)題，此外還有成本控制問(wèn)題。風(fēng)濕性心臟病第5頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)工程的特點(diǎn)：大跨度的、多學(xué)科的綜合性應(yīng)用學(xué)科。以人工器官為例，它需要生物材料學(xué)、生物力學(xué)、生理學(xué)及有關(guān)機(jī)電、化工工程技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，甚至涉及社會(huì)倫理學(xué)。這種大跨度（從非生命科學(xué)到生命科學(xué)，乃至從自然科學(xué)到人文科學(xué)）的綜合，是傳統(tǒng)學(xué)科所沒(méi)有的，其發(fā)展需要工程技術(shù)與醫(yī)學(xué)兩方面人材的密切結(jié)合。既為醫(yī)學(xué)、生物學(xué)提供技術(shù)與裝備，又為醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的發(fā)展開(kāi)辟新路：因此它是變革醫(yī)學(xué)和生物學(xué)本身的一支重要力量。社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的結(jié)合。醫(yī)學(xué)注重社會(huì)效益，工程學(xué)注重經(jīng)濟(jì)效益，生物醫(yī)學(xué)工程才是二者必然的結(jié)合。第6頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.1生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r生物醫(yī)學(xué)工程是從20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著電子學(xué)、材料學(xué)、工程力學(xué)、信息科學(xué)和電子計(jì)算機(jī)等多種學(xué)科的進(jìn)步并廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域而逐漸形成和發(fā)展的。電子學(xué)的滲入使心電、腦電、心音、B超等實(shí)用診斷技術(shù)逐步地出現(xiàn)和應(yīng)用于臨床；人體植入性心臟起搏器研制成功挽救了成千上萬(wàn)心臟病患者的生命；與材料科學(xué)的結(jié)合，成功地研制出如醫(yī)用硅橡膠、醫(yī)用聚氨酯和有機(jī)玻璃制作的人工股骨等人體功能輔助及衛(wèi)生保健材料和制品；工程力學(xué)原理和方法的運(yùn)用，使人們能夠定量地研究血液在心血管中流動(dòng)特性，建立了本構(gòu)方程來(lái)刻畫(huà)血液的流動(dòng)行為；以醫(yī)用材料為基礎(chǔ)的多學(xué)科相結(jié)合，開(kāi)始早期的人工器官如人工腎、人工肺、人工晶體、人工心瓣膜的研制和臨床應(yīng)用。第7頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一本構(gòu)規(guī)律：指生物體、組織器官的力學(xué)性質(zhì)，特別是其應(yīng)力與應(yīng)變的規(guī)律，稱(chēng)為本構(gòu)規(guī)律。本構(gòu)方程：如果能將本構(gòu)規(guī)律以數(shù)學(xué)方程的形式表達(dá)出來(lái)，這一方程即稱(chēng)為本構(gòu)方程。第8頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一進(jìn)入60年代以后，微電子學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、工程力學(xué)及材料科學(xué)等的迅速發(fā)展并緊密地與醫(yī)學(xué)結(jié)合，導(dǎo)致大量的醫(yī)療儀器設(shè)備如X線(xiàn)機(jī)、超聲儀、心電圖、腦電圖及球式機(jī)械人工心臟瓣膜等廣泛地應(yīng)用于臨床。這些對(duì)醫(yī)學(xué)進(jìn)步，對(duì)臨床診療水平的提高起到了極大的推動(dòng)作用，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)效益；另外，醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)已形成規(guī)模，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由此，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)這一新興的邊緣學(xué)科作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科成立，成為時(shí)代的需要。第9頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一美國(guó)、日本和西方一些國(guó)家成立了醫(yī)學(xué)電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)組織。世界性的國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程聯(lián)合會(huì)于1965年正式成立。七十年代以后，生物醫(yī)學(xué)工程涉及到生物醫(yī)學(xué)的各個(gè)方面，并取得長(zhǎng)足的發(fā)展。理論研究方面，利用生物系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)對(duì)極為復(fù)雜的生命現(xiàn)象和生理過(guò)程的機(jī)制進(jìn)行定量描述，如胰島素釋放控制模型和傳染病流行模型等；生物力學(xué)對(duì)骨、軟組織和血液的流變特性作了系統(tǒng)的研究，對(duì)心血管中血液流動(dòng)建立了更接近生理的本構(gòu)方程；第10頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一 應(yīng)用技術(shù)方面，X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層掃描裝置（X-線(xiàn)CT,X-ComputedTomography）在短短的二十年間已發(fā)展到第五代，同位素?cái)鄬訄D像的放射型CT（ECT)，使單純形態(tài)檢查發(fā)展到功能診斷，多種斷層技術(shù)使醫(yī)學(xué)影像成為臨床診斷的支柱；第11頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物傳感器的問(wèn)世，使有機(jī)物的測(cè)量進(jìn)入了無(wú)試劑分析的時(shí)代，使連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)體內(nèi)有機(jī)成分成為可能；單板機(jī)、單片機(jī)使得醫(yī)療儀器微型化、智能化；高性能個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使醫(yī)療儀器具有了多功能化特征，集醫(yī)學(xué)信息采集、檢測(cè)、處理和管理為一體，大大地提高了醫(yī)療效能；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬技術(shù)的實(shí)用化，使遠(yuǎn)程醫(yī)療成為現(xiàn)實(shí).第12頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一現(xiàn)代醫(yī)學(xué)基本上是構(gòu)筑在生物醫(yī)學(xué)工程的基礎(chǔ)上。四大影像設(shè)備、各種生物電和器官壓力流量監(jiān)測(cè)等功能檢查設(shè)備、各種自動(dòng)生化分析儀器，是現(xiàn)代臨床診斷的基礎(chǔ)；射頻儀、碎石機(jī)治愈了不少的患者；除顫器、埋藏式心臟起搏器和人工心瓣膜挽救和維持了全世界數(shù)百萬(wàn)心臟病人的生命；人工腎等血液凈化技術(shù)，維持著數(shù)十萬(wàn)腎功能衰竭病人的正常生活；人工晶體、人工關(guān)節(jié)、功能性假體已廣泛用于傷殘人的康復(fù)和功能輔助；生物力學(xué)的研究，對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化的血栓形成認(rèn)識(shí)及對(duì)骨外科器具和人工器官的設(shè)計(jì)起了十分重要的作用?？傊?，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步離不開(kāi)生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，反過(guò)來(lái)又提出了新的課題，促進(jìn)生物醫(yī)學(xué)工程的進(jìn)步。第13頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一但是，另一方面，由于生物醫(yī)學(xué)工程的進(jìn)步，高技術(shù)的醫(yī)療儀器裝備層出不窮，使得醫(yī)療保健費(fèi)用呈指數(shù)曲線(xiàn)急劇上升，成為整個(gè)社會(huì)越來(lái)越沉重的負(fù)擔(dān)。目前這個(gè)負(fù)擔(dān)已經(jīng)沉重到北美、西歐等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家都難以承受的地步。具有諷刺意義的是，當(dāng)初推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的原因之一是指望借助于工程的方法來(lái)控制醫(yī)療費(fèi)用的膨脹。但結(jié)果卻事與愿違，生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)越發(fā)達(dá)，醫(yī)療費(fèi)用增長(zhǎng)所造成的社會(huì)負(fù)擔(dān)卻越沉重。第14頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一而從這種困境中解脫出來(lái)的唯一辦法，就是改變觀(guān)念，重視生物醫(yī)學(xué)工程的社會(huì)性。不能將生物醫(yī)學(xué)工程看成是一門(mén)單純的技術(shù)科學(xué)，看作是各種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)上的簡(jiǎn)單應(yīng)用。實(shí)際上生物醫(yī)學(xué)工程服務(wù)的對(duì)象是社會(huì)的每一個(gè)成員，因而必然受到社會(huì)經(jīng)濟(jì)承受能力的約束。如果忽略了這一點(diǎn)，片面地追求科學(xué)技術(shù)的先進(jìn)性，或一味地追求生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，其結(jié)果必然是使生物醫(yī)學(xué)工程自身陷于困境。第15頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科是1978年由國(guó)家科委正式確立的，并于1980年成立了中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院院長(zhǎng)黃家駟教授任首屆會(huì)長(zhǎng)。先后在18個(gè)省、直瞎市成立了分會(huì)，并于1986年正式加入IFMBE。至今設(shè)10個(gè)學(xué)科分會(huì)和專(zhuān)業(yè)委員會(huì)。目前全國(guó)有近四十所高校有相當(dāng)規(guī)模的生物醫(yī)學(xué)工程研究室、所，博士點(diǎn)十多個(gè)，碩士點(diǎn)幾十個(gè)，對(duì)我國(guó)的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)發(fā)展起了十分重要的作用。第16頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一我國(guó)的生物醫(yī)學(xué)工程是仿效西方的模式建立起來(lái)的。在學(xué)科形成的初期，這種仿效是必然的。但是在西方生物醫(yī)學(xué)工程的進(jìn)步與它的社會(huì)效應(yīng)的矛盾日益顯露的今天，中國(guó)的生物醫(yī)學(xué)工程要發(fā)展，就必須要充分認(rèn)識(shí)我國(guó)的基本國(guó)情，要以大多數(shù)中國(guó)人的衛(wèi)生保健的急需為目標(biāo)，立足于我國(guó)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的可能，在促進(jìn)我國(guó)醫(yī)學(xué)水平提高的同時(shí)，必須有助于社會(huì)醫(yī)療費(fèi)用的控制。第17頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

1.2生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的科學(xué)范圍生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是工程學(xué)與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，任何工程學(xué)科與生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的結(jié)合均屬于生物醫(yī)學(xué)工程的范疇，因此生物醫(yī)學(xué)工程的研究領(lǐng)域十分廣泛，并在不斷的發(fā)展，目前較成熟的領(lǐng)域有如下八個(gè)：生物力學(xué)生物材料生物系統(tǒng)建模與仿真第18頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物理因子在治療中的應(yīng)用及其生物效應(yīng)生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與傳感器生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)人工器官第19頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物力學(xué)（BiologicalMechanics）：生物力學(xué)是力學(xué)與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科之間相互滲透的邊緣學(xué)科。它的目的是試圖從力學(xué)的角度來(lái)了解生命。具體地說(shuō)，它將用經(jīng)典力學(xué)、固體力學(xué)、流體力學(xué)的知識(shí)來(lái)解釋生命的某些現(xiàn)象；用力學(xué)的方法定量地分析、研究生命系統(tǒng)的功能與構(gòu)造的關(guān)系，進(jìn)而探討生命的整個(gè)力學(xué)過(guò)程。第20頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物力學(xué)所涉及的領(lǐng)域很廣，目前認(rèn)為它主要包括骨骼生物力學(xué)、人體運(yùn)動(dòng)力學(xué)、血液循環(huán)力學(xué)、呼吸流變學(xué)和生物熱力學(xué)等分支學(xué)科。生物力學(xué)的研究，加深了對(duì)血液流變特性與疾病的關(guān)系，骨力學(xué)特性與骨折愈合的關(guān)系，血液流動(dòng)規(guī)律與心血管疾病的關(guān)系等的理解。應(yīng)用生物力學(xué)的研究成果，指導(dǎo)人工關(guān)節(jié)、人工心臟瓣膜等人工器官的設(shè)計(jì)。第21頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一近年來(lái)，由于醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展．仿生學(xué)、宇航技術(shù)的進(jìn)步，給生物力學(xué)提出了一系列問(wèn)題，促進(jìn)了生物力學(xué)的蓬勃發(fā)展。60年代后期，電子計(jì)算機(jī)開(kāi)始用于醫(yī)學(xué)，為生物力學(xué)開(kāi)辟了新的前景。生物力學(xué)的研究開(kāi)始于60年代。1960年，美國(guó)的第一屆仿生學(xué)討論會(huì)引起了人們對(duì)生物力學(xué)的注意和興趣。此后，美、歐、日、蘇、澳、加等國(guó)都相繼建立了專(zhuān)門(mén)的研究機(jī)構(gòu)，并多次召開(kāi)國(guó)際性生物流變學(xué)會(huì)議和生物力學(xué)討論會(huì)。第22頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1978年，在中國(guó)科學(xué)院組織的全國(guó)力學(xué)規(guī)劃會(huì)議上，將生物力學(xué)作為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科列入規(guī)劃中。與此同時(shí)，中國(guó)力學(xué)會(huì)組織了全國(guó)性的生物力學(xué)專(zhuān)業(yè)組。此后，國(guó)內(nèi)諸多著名大學(xué)相繼建立了生物力學(xué)研究所或研究機(jī)構(gòu)，并召開(kāi)了多次全國(guó)性和地方性生物力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議，通過(guò)交流更進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)生物力學(xué)的發(fā)展。第23頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一骨骼生物力學(xué)

(SkeletonBiologicalMechanics）骨骼生物力學(xué)是生物力學(xué)的重要分支。盡管骨力學(xué)的研究已有上百年的歷史，但至今仍有許多問(wèn)題處于有待深入研究的狀態(tài)。這是因?yàn)樯矬w是有生命的，與無(wú)生命的工程材料結(jié)構(gòu)有著根本的不同。因此．用力學(xué)原理來(lái)研究生物組織、器官和生物體是一件比較艱難和復(fù)雜的工作。第24頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一骨骼生物力學(xué)研究骨和骨骼體系的力學(xué)問(wèn)題、骨的微觀(guān)結(jié)構(gòu)與宏觀(guān)力學(xué)效應(yīng)的關(guān)系、骨的耦合力學(xué)效應(yīng)、骨的生長(zhǎng)與斷裂的力學(xué)問(wèn)題及骨骼生長(zhǎng)的控制論等。骨骼在生物體內(nèi)占有重要的地位。骨的組織結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，與生物材料力學(xué)的關(guān)系十分密切。第25頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一近年來(lái)還有對(duì)骨的一般力學(xué)性質(zhì)、骨的粘彈性性質(zhì)、人顱骨沖擊韌度的測(cè)定、脊柱力學(xué)的性質(zhì)、關(guān)節(jié)受力分析、人工關(guān)節(jié)、骨傷、骨愈合的臨床研究，骨科復(fù)位固定器的效應(yīng)分析等有成效的研究。目前，對(duì)于骨的動(dòng)力特性和骨作為一種有生命的組織的微觀(guān)力學(xué)效應(yīng)等方面，研究尚較少。骨骼生物力學(xué)在醫(yī)學(xué)方面的研究與應(yīng)用有著廣闊的前景，如骨的再造理論，骨的生長(zhǎng)與應(yīng)力關(guān)系的理論等，對(duì)于矯形外科、骨傷的治療、防護(hù)及輔助器具的設(shè)計(jì)等許多方面都有著重要的作用。第26頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一骨骼生物力學(xué)的臨床應(yīng)用舉例：人工關(guān)節(jié)材料的選擇人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是骨骼生物力學(xué)最活躍的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。人工關(guān)節(jié)的應(yīng)用已有近百年歷史。現(xiàn)在人工關(guān)節(jié)種類(lèi)繁多，從人工關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)、制造、植入和維護(hù)，既有工程問(wèn)題，也有骨力學(xué)問(wèn)題。選做工關(guān)節(jié)材料的基本要求是：與骨組織間有良好的生理相容性與耐腐蝕性；有足夠高的強(qiáng)度與疲勞壽命、較好的抗磨損性；良好的可加工性等。

第27頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一已被用做人工關(guān)節(jié)的材料有：超高分子聚乙烯、不銹鋼、鈦合金、鈷鉻鉬合金、陶瓷、硅橡膠和炭質(zhì)材料，其中陶瓷材料正逐漸被重視。由于以上材料的使用，使人工關(guān)節(jié)的適應(yīng)范圍和效果都有很大發(fā)展。從臨床的使用來(lái)看，以上材料的人工關(guān)節(jié)尚未引起抗原性反應(yīng)或致癌。第28頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一金屬材料的磨屑可增加感染率。單純的鈦抗磨損能力較差，但鈦合金則能提高抗磨損性能。鈷鉻鉬合金也有好的耐磨性，但與骨相比，其剛硬度太大：另外炭質(zhì)材料有優(yōu)良的生物相容性，其力學(xué)性質(zhì)上，有很強(qiáng)的耐磨損性。它的力學(xué)性質(zhì)與密質(zhì)骨也比較接近，其疲勞壽命也較長(zhǎng)，但其強(qiáng)度較低，目前只用于小關(guān)節(jié)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明：鈷鉻鉬合金有較好的生理相容性，但長(zhǎng)期使用這種臺(tái)金制成的人工關(guān)節(jié)，其血液與頭發(fā)中鈷的含量明顯增加。第29頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一超高分子聚乙烯有高度疏水性，耐磨性也好，多用來(lái)做人工關(guān)節(jié)臼。陶瓷材料有足夠的強(qiáng)度，耐磨性能好。硅橡膠有較好的生理相容性，但強(qiáng)度低，一般也只用于小關(guān)節(jié)。盡管人工關(guān)節(jié)材料有較多優(yōu)點(diǎn)，但也存在尚未克服的缺點(diǎn)．如金屬的電解、疲勞、腐蝕、磨損、松動(dòng)、骨質(zhì)吸收等；塑料材料的老化、變脆；陶瓷優(yōu)點(diǎn)較多，但其質(zhì)脆、易折。上述材料有否致癌作用，尚待進(jìn)一步研究。第30頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物材料（Biomaterial)：生物材料學(xué)是研究用以治療或替換機(jī)體內(nèi)的組織、器官或增強(qiáng)其功能的材料，以及這些材料與生物體之間的相互作用的學(xué)科。生物材料是與人體組織、體液或血液相接觸或作用而對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)副作用、不凝血、不溶血，不引起人體細(xì)胞突變、畸變和癌變，不引起免疫排異和過(guò)敏反應(yīng)的特殊功能材料。迄今，生物材料有近千種，但被廣泛應(yīng)用的僅十余種。這些材料主要分為醫(yī)用合成或天然高分子材料、醫(yī)用金屬材料、醫(yī)學(xué)陶瓷、醫(yī)用碳素材料，以及它們的復(fù)合材料等類(lèi)。第31頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一較活躍的研究開(kāi)發(fā)領(lǐng)域有高抗凝血材料、生物活性陶瓷及玻璃、鈦及鈦合金、生物活性緩釋及描靶藥物載體材料、生物粘合劑、可吸收性生物材料、甲殼素及其衍生物的醫(yī)學(xué)應(yīng)用等。生物材料的種類(lèi)十分繁多，用途非常廣泛。對(duì)生物材料的基本要求是：1.對(duì)生物體無(wú)害（生物性能）；2.有一定機(jī)械強(qiáng)度（機(jī)械性能）；3.有一定使用壽命（耐生物老化性能）。第32頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物材料已成功地就用于人工心臟瓣膜、人工血管、人工骨與關(guān)節(jié)、醫(yī)用導(dǎo)管、齒科材料、外科縫線(xiàn)、藥物緩釋載體、透析與超濾膜材料及一次性和植入性醫(yī)用制品等方面。材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一是尺度向越來(lái)越小的方向發(fā)展，以前組成材料的顆粒，其尺寸都在微米（百萬(wàn)分之一米）量級(jí)，而現(xiàn)在出現(xiàn)了向納米（十億分之一米）尺度發(fā)展的材料。納米技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)、基因之后人們關(guān)注的又一大熱點(diǎn)。第33頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一洞察微觀(guān)世界的秘密，需要借助儀器來(lái)開(kāi)拓視野、延伸雙手。８０年代初期，ＩＢＭ公司在世界上第一次研制成功表面分析儀器——掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ），使人類(lèi)第一次能夠觀(guān)察到單個(gè)原子或分子的排列狀態(tài)。它給我們提供了對(duì)納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量和處理的“眼睛”和“手指”。形象地說(shuō)，如果人站在月球上看地球，肉眼看見(jiàn)地球是一個(gè)球體，無(wú)法分辨出細(xì)節(jié)。用放大２０００倍的光學(xué)顯微鏡可以看到地球上的樓房。但如果使用放大上億倍的掃描隧道顯微鏡，則可以看到建筑物水泥墻或泥土中的沙粒。第34頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一什么是納米？納米(nanometer):長(zhǎng)度單位的一種，1納米=10-9米，即十億分之一米。大約相當(dāng)于頭發(fā)粗細(xì)的八萬(wàn)分之一。21世紀(jì)，信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和納米科學(xué)技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。人們普遍認(rèn)為，納米技術(shù)是信息和生命科學(xué)技術(shù)能夠進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)。納米技術(shù)所帶動(dòng)的技術(shù)革命及其對(duì)人類(lèi)的影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電子技術(shù)。

第35頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一90年代起，各國(guó)科學(xué)家紛紛投入一場(chǎng)“納米戰(zhàn)”：在0.10至100納米尺度的空間內(nèi)，研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性。而納米材料則是由許多的原子分子構(gòu)成的具有納米結(jié)構(gòu)特征的物質(zhì)。納米粒子就是納米尺寸大小的微小顆粒。這種納米粒子表面積很大，每克達(dá)幾百至幾千平方米。表面具有很大的能量，具有常規(guī)材料根本不可能出現(xiàn)的多種新的功能和特性。第36頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一納米材料中包含了若干個(gè)原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)行材料和器件的設(shè)計(jì)和制備。幾十個(gè)原子、分子或成千個(gè)原子、分子"組合"在一起時(shí)，表現(xiàn)出既不同于單個(gè)原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，如它的熔點(diǎn)、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有重大變化。第37頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一納米技術(shù)是在納米尺度內(nèi)，通過(guò)對(duì)物質(zhì)反應(yīng)、傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造新的材料、器件和充分利用它們的特殊的性能，并且探索在納米尺度內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的新現(xiàn)象和新規(guī)律。由于顆粒極度細(xì)化，晶界所占體積百分?jǐn)?shù)增加，使得材料的某些性能發(fā)生截然不同的變化，例如，以前給人極脆印象的陶瓷，納米化居然可以用來(lái)加工制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件，在醫(yī)學(xué)上被用于骨科及齒科材料.第38頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一納米技術(shù)的基本涵義：

是指在微觀(guān)環(huán)境下，即在納米尺寸范圍內(nèi)，人類(lèi)將認(rèn)識(shí)和改造自然的能力延伸到原子、分子水平，通過(guò)直接操縱和安排原子、分子，原子團(tuán)或分子團(tuán)，使其重新排列、組合，創(chuàng)造出新的物質(zhì)或物品的高新技術(shù)。

納米材料的主要特點(diǎn)是什么？

呈現(xiàn)出與常規(guī)材料完全不同的性質(zhì)，納米鐵具有極強(qiáng)的磁性、不導(dǎo)電材料變成導(dǎo)電、特殊的遠(yuǎn)紅外線(xiàn)輻射、強(qiáng)的紫外反射、強(qiáng)吸附性、強(qiáng)催化作用等等。第39頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一晶粒尺寸的減小將對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響，使材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大大提高。在人工器官制造、臨床應(yīng)用等方面，納米陶瓷材料比傳統(tǒng)陶瓷材料有更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。納米碳材料的應(yīng)用，使碳質(zhì)人工器官、人工骨、人工齒、人工肌腱的強(qiáng)度、硬度、韌度等多方面性能顯著提高。利用納米碳材料的高效吸附性，可將它用于血液的凈化，清除某些特定的病毒或成分。第40頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目前盡管已對(duì)納米材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了大量的研究，但在基礎(chǔ)理論及應(yīng)用開(kāi)發(fā)等方面尚有大量的問(wèn)題待探討。但其所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能預(yù)示它在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域尤其是在生物材料和人工器官、介入性治療、藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。第41頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一納米技術(shù)已經(jīng)滲透到：材料與制造、醫(yī)學(xué)與健康、環(huán)境與能源、納米電子學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、航空航天探測(cè)等領(lǐng)域。美國(guó)科學(xué)基金會(huì)發(fā)表了400頁(yè)的報(bào)告，來(lái)說(shuō)明納米技術(shù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)的影響。報(bào)告指出：在十到十五年間，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和一半以上的制藥工業(yè)，將依賴(lài)于納米技術(shù)。

2000年美國(guó)克林頓政府提出了一個(gè)國(guó)家納米技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃，2001撥款達(dá)為4.22億美元。第42頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物系統(tǒng)建模與仿真生物系統(tǒng)建模是對(duì)生物的細(xì)胞、器官和整體各個(gè)層次的行為、參數(shù)及其關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型的工作，最終希望用數(shù)學(xué)的形式表達(dá)出來(lái)。建模的目的是為了更好地了解生物系統(tǒng)的行為及規(guī)律，為生物控制奠定基礎(chǔ)。生物系統(tǒng)的仿真是用電子計(jì)算機(jī)求解生物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以分析和預(yù)測(cè)各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制和狀態(tài)的工作。第43頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物體是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，即使最簡(jiǎn)單的紅細(xì)胞也包含著約2000種代謝反應(yīng)，而大腦的復(fù)雜性就更是無(wú)法比擬的了。因此研究這種復(fù)雜的生物系統(tǒng)就需要十分復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，而對(duì)于某些條件下的生物系統(tǒng)研究，其實(shí)驗(yàn)往往難以進(jìn)行。生物系統(tǒng)建模與仿真可以將生物系統(tǒng)簡(jiǎn)化為數(shù)學(xué)模型并對(duì)此模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，從而代替實(shí)際的復(fù)雜、長(zhǎng)期、昂貴及至無(wú)法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，大大提高研究效率和定量性，并可研究人為施加控制條件以影響生物系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程。第44頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物系統(tǒng)建模與仿真可用于鑒別人體參數(shù)的異常以進(jìn)行疾病診斷、糖尿病等疾病的預(yù)報(bào)、血壓等參數(shù)的自適應(yīng)控制。此外，在醫(yī)療儀器的研制和生物學(xué)、生理學(xué)、仿生學(xué)等學(xué)科的發(fā)展中，生物系統(tǒng)建模與仿真也具有很大價(jià)值。第45頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物系統(tǒng)控制是人為地外加控制條件來(lái)影響生物系統(tǒng)的生命過(guò)程，以達(dá)到某種特定的目的。如我們研究血壓、PH、體溫與心率的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為研制按需型心臟起搏器提供理論基礎(chǔ)。建立流行病模型，為人們制定疾病的防疫措施提供理論依據(jù)。第46頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物理因子在治療中的應(yīng)用及其生物效應(yīng)應(yīng)用電、磁、輻射、超聲等物理能量作為治療疾病或緩解病痛是藥物和手術(shù)治療以外的重要的治療手段。研究電、磁、輻射、超聲等物理能量作用和機(jī)理，并確定其有效劑量和安全標(biāo)準(zhǔn)，從而發(fā)展應(yīng)用物理因子治療疾病的技術(shù)，并防止其可能的有害影響。第47頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一激光輻射生物體后，由于組織可能產(chǎn)生光致熱、化學(xué)、壓強(qiáng)、電磁場(chǎng)和生物刺激等效應(yīng)，發(fā)生組織形態(tài)和功能的變化，故可用于臨床治療。強(qiáng)激光用于光凝、汽化和切割等手術(shù)治療，弱激光用于一般理療和針灸等非手術(shù)治療，應(yīng)用激光光動(dòng)力學(xué)治療惡性腫瘤，激光治療已擴(kuò)展到臨床各領(lǐng)域。第48頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一以微波和超聲為熱源的腫瘤加熱療法，近年來(lái)進(jìn)行了大量的研究和開(kāi)發(fā)工作，已有產(chǎn)品應(yīng)用于臨床。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可在不損傷正常細(xì)胞情況下殺傷癌細(xì)胞。加熱療法的研究動(dòng)向主要在熱源、加熱區(qū)域定位、體內(nèi)測(cè)量與控制等方面。第49頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)圖像引導(dǎo)下，把精巧的手術(shù)器械經(jīng)腔口、小切口或血管導(dǎo)管送到病患的部位進(jìn)行手術(shù)治療的方法稱(chēng)作介入性療法，由于創(chuàng)傷小，危險(xiǎn)性小，費(fèi)用少，故近年來(lái)發(fā)展較快。最具代表性的是經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈腔內(nèi)成形手術(shù)，還可施行熱切除、射頻消融、除顫、高速旋切等操作。介入性治療中必須有超小型精巧的工具、符合臨床要求的材料和良好的工藝，這是工程性研究的主要內(nèi)容。第50頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一高能量電離輻射光子或高能粒子照射人體內(nèi)病變部位可起到治療作用，這種方法稱(chēng)為放射治療?，F(xiàn)已廣泛使用的是以鈷60的γ射線(xiàn)和直線(xiàn)加速器產(chǎn)生的電子流在靶上打出的硬X射線(xiàn)照射病變部位，主要用于治療惡性腫瘤。近年來(lái)用中子流和同步加速器中高能粒子束輻射出的連續(xù)硬X射線(xiàn)治療惡性腫瘤的報(bào)道很多，但這需要昂貴的設(shè)備和條件，難以推廣。第51頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一此外利用聚焦的連續(xù)超聲振動(dòng)或沖擊波振碎病變結(jié)石的沖擊波碎石技術(shù)近年來(lái)發(fā)展很快。各種低頻或直流電場(chǎng)、磁場(chǎng)已經(jīng)被用于治療，有的與中醫(yī)針灸療法相結(jié)合，在治療某些常見(jiàn)病上有一定療效，特別是已開(kāi)發(fā)了多種家用性電磁治療儀器。但這類(lèi)技術(shù)需要進(jìn)一步開(kāi)展生物學(xué)效應(yīng)的研究，以避免盲目性，提高治療效果，防止對(duì)人體的有害影響。第52頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與傳感器生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)是對(duì)生物體中包含的生命現(xiàn)象、狀態(tài)、性質(zhì)及變量和成分等信息的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和量化的技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)傳感器是獲取各種生物信息并將其轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量和處理的信號(hào)（一般為電信號(hào)）的器件，是生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。第53頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)信號(hào)涉及生物體各層次的生理、生化和生物信號(hào)，這些信息以物理量、化學(xué)量或生物量變化的形式表現(xiàn)出來(lái)，如心電、腦電、肌電、眼電、等生物電信號(hào)；血壓、體溫、呼吸、血流、脈搏等非電磁生理信號(hào)；血液、尿液、血?dú)獾壬锘瘜W(xué)量信號(hào)；酶、蛋白、抗體、抗原等生物量信號(hào)。利用生物醫(yī)學(xué)傳感器將這些生物信息轉(zhuǎn)換成易于測(cè)量和處理的信號(hào)，一般為電信號(hào)，以便進(jìn)一步處理，以了解生命活動(dòng)的規(guī)律和本質(zhì)，為醫(yī)學(xué)研究和臨床診斷服務(wù)。如血壓和血流等信息可以了解心血管系統(tǒng)的狀態(tài)。第54頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的特點(diǎn)是信號(hào)微弱，隨機(jī)性強(qiáng)，噪聲和干擾背景強(qiáng)，動(dòng)態(tài)變化和個(gè)體差異大，因此若要把摻雜在噪聲和干擾信號(hào)中的有用的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)出來(lái)，除要求用于檢測(cè)的傳感器系統(tǒng)具有靈敏度高、噪聲小、抗干擾能力強(qiáng)、分辨力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)特性好之外，對(duì)信號(hào)提取和分析的手段亦有較高的要求。第55頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)傳感器按被檢測(cè)量劃分為物理傳感器、化學(xué)傳感器和生物傳感器三類(lèi)。物理型傳感器已用于血壓、血流、體溫、呼吸等各種生理量的測(cè)量，化學(xué)型傳感器用于對(duì)體液中的各種無(wú)機(jī)離子的測(cè)量，生物型傳感器能對(duì)生物體的酶、抗原抗體、激素、神經(jīng)遞質(zhì)以及核糖核酸等生物活性物質(zhì)的測(cè)量。由于生物系統(tǒng)十分復(fù)雜，生物體內(nèi)的信息豐富，生物信號(hào)檢測(cè)技術(shù)十分重要。第56頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)因其關(guān)鍵地位而受到各發(fā)達(dá)國(guó)家的重視。８０年代以來(lái)，美國(guó)、日本等國(guó)先后將生物傳感器列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，１９８５年起創(chuàng)辦了國(guó)際性專(zhuān)門(mén)刊物《Biosensor》，由此推動(dòng)了生物傳感器的研究熱潮。生物體內(nèi)物質(zhì)互相作用或與外界物質(zhì)相互作用，常同時(shí)伴有物理變化及化學(xué)變化，故生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢出‘既可以用物理傳感器也可以用化學(xué)傳感器’,化學(xué)傳感器常受較多干擾，如電極電位漂移、電極表面中毒等，使這類(lèi)傳感器的性能提高受到限制。第57頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

與傳統(tǒng)的電化學(xué)傳感器相比，光纖化學(xué)傳感器（ＦＯＣＳ）有如下特點(diǎn)：（１）光纖及探頭均可微型化，生物兼容性好，加之良好的柔韌性和不帶電的安全性，使其更加適合臨床醫(yī)學(xué)上的實(shí)時(shí)、在體檢測(cè)；（２）光纖傳輸功率損耗小，傳輸信息容量大，抗電磁干擾，耐高溫、高壓，防腐，阻燃，防爆，使之可用于遠(yuǎn)距離遙測(cè)和某些特殊環(huán)境的分析；（３）可采用多波長(zhǎng)和時(shí)間分辨技術(shù)來(lái)提高方法的選擇性，可同時(shí)進(jìn)行多參數(shù)或連續(xù)多點(diǎn)檢測(cè)，以獲得大量信息；第58頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（４）適當(dāng)選擇化學(xué)試劑及其固定方法，可檢測(cè)多種物質(zhì)，靈活性很大；（５）不需要電位法的參比電極，用廉價(jià)光源照射樣品，可使成本大大降低；（６）在大多數(shù)情況下，ＦＯＣＳ不改變樣品的組成，是非破壞性分析。目前，光纖傳感器已成為生物醫(yī)學(xué)分析的一個(gè)重要發(fā)展方向。第59頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一物理傳感器主要包括熱敏生物傳感器、聲效應(yīng)管生物傳感器、光學(xué)生物傳感器、聲波道生物傳器。熱敏生物傳感器應(yīng)用范圍較廣，它具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，適用于對(duì)病人進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)。光學(xué)生物傳感器是利用生物發(fā)光或生物物質(zhì)對(duì)光波的擾動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，精度高，抗電磁干擾，非常靈敏，但線(xiàn)性范圍窄。聲效應(yīng)管生物傳感器是今后的重要發(fā)展方向之一，高度集成化后，可做成多功能微型傳感器。聲波道傳感器對(duì)力學(xué)及電學(xué)量都很敏感,它具有靈敏度高、易于集成化、微型化等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍較廣，越來(lái)越受到人們的重視。第60頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目前，物理傳感器已經(jīng)實(shí)用化，化學(xué)傳感器也多已達(dá)到實(shí)用水平，生物傳感器大多數(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)階段。隨著微電子、光電子技術(shù)的發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)傳感器也將繼續(xù)向微型化、多參數(shù)、實(shí)用化發(fā)展。微電子和微加工技術(shù)的進(jìn)步，將導(dǎo)致集微傳感器、微處理器和微執(zhí)行器集于一體的微系統(tǒng)的問(wèn)世與應(yīng)用。第61頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理生物醫(yī)學(xué)信號(hào)一般都是伴隨著噪聲和干擾的信號(hào)，如心電、肌電信號(hào)總是伴隨著因肢體動(dòng)作和精神緊張等帶來(lái)的假象，而且有較強(qiáng)的工頻干擾；誘發(fā)腦電信號(hào)，總是伴隨著較強(qiáng)的自發(fā)腦是信號(hào)；超聲回波信號(hào)總是伴隨著其它反射雜波。此外，信號(hào)中無(wú)用成份亦應(yīng)視為檢測(cè)中的干擾。第62頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物信息處理技術(shù)即是研究從被檢測(cè)的湮沒(méi)在干擾和噪聲中的生物醫(yī)學(xué)信號(hào)中提取有用的生物醫(yī)學(xué)信息的方法。生物醫(yī)學(xué)信號(hào)的檢測(cè)與處理的方法，包括在強(qiáng)噪聲背景下對(duì)微弱生理信號(hào)的動(dòng)態(tài)提取、多道生理信號(hào)的同步觀(guān)察與處理、生理信號(hào)的時(shí)間―頻率表示、自適應(yīng)處理、醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)等。另外，生物傳感器輸出的信號(hào)一般十分微弱，需要放大。第63頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一再者，生物信號(hào)的特征部分才包含著生物信息，把這些信號(hào)的特征識(shí)別出來(lái)也是生物醫(yī)學(xué)信號(hào)處理的主要任務(wù)。例如累加平均技術(shù)對(duì)誘發(fā)腦電，希氏束電位、心室晚位等微弱信號(hào)的提??；在心電和腦電的體表檢測(cè)中采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行多道信號(hào)的同步觀(guān)察與處理，并推求原始信號(hào)原的活動(dòng)；在生理信號(hào)的數(shù)據(jù)壓縮中開(kāi)始引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法；在醫(yī)藥學(xué)特別是中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中的醫(yī)學(xué)專(zhuān)家系統(tǒng)已在發(fā)揮實(shí)際效益。第64頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)信息處理技術(shù)的研究領(lǐng)域廣泛，但在發(fā)展之中，并存在大量的前沿性課題，均需繼續(xù)加強(qiáng)系統(tǒng)的、深入的研究，擴(kuò)大其實(shí)用價(jià)值。近年來(lái)，小波變換（WT）被廣泛地應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)的許多領(lǐng)域。特別是其在時(shí)間－頻率平面具有良好的定位特性。第65頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一在過(guò)去的幾年中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ArtificialNeuralNetworks，NN）在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用迅速擴(kuò)大。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供了一種與常規(guī)分析方法不同的計(jì)算方法。一般情況下，操作人員先用某種類(lèi)型的一組輸入輸出數(shù)據(jù)訓(xùn)練系統(tǒng)，讓系統(tǒng)學(xué)習(xí)，以后當(dāng)把屬于這種類(lèi)型的新數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)時(shí)，NN就能用學(xué)過(guò)的數(shù)據(jù)推測(cè)出而無(wú)需編制任何處理這類(lèi)事件的特殊程序。第66頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一雖然NN計(jì)算最初的重點(diǎn)是為了更好地了解大腦的活動(dòng)，但它卻已經(jīng)在許多神經(jīng)生物學(xué)以外的應(yīng)用領(lǐng)域獲得了驚人的成功。已有多種NN模型被提出，其中某些模型已取得了引人注目的成果。在高分子序列分析，包括蛋白質(zhì)和DNA的NN研究對(duì)于醫(yī)學(xué)有潛在的重要性。第67頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一NN在圖像分析及輔助診斷中的應(yīng)用，近年來(lái)受到了重視，用NN對(duì)胸部透視數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)于鑒別良性與惡性病灶很有幫助，同時(shí)還減少了不必要的活組織檢查。在單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像（SPECT）中，NN分析甚至比人工看片在病灶探測(cè)方面更為準(zhǔn)確。在診斷老年癡呆癥時(shí)NN能和專(zhuān)家相媲美。除圖像分析外，NN還被廣泛地應(yīng)用于心血管疾病的診斷及生化和化學(xué)分析等領(lǐng)域。第68頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于臨床檢查、病人監(jiān)護(hù)、醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)、在體控制、人工器官和運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，并成為生物醫(yī)學(xué)工種研究各領(lǐng)域的共用性技術(shù)。在各方面的應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)發(fā)揮了重要的作用。例如，在心電和腦電的體表檢測(cè)中，計(jì)算機(jī)對(duì)多種生理信號(hào)進(jìn)行同步觀(guān)察與處理，以利于更好地反應(yīng)信號(hào)源的活動(dòng)。第69頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一計(jì)算機(jī)心電圖診斷系統(tǒng)已被用戶(hù)所接受，成為知識(shí)處理在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域內(nèi)為數(shù)不多的幾個(gè)成功應(yīng)用的例子之一，在門(mén)診檢查、基礎(chǔ)護(hù)理、職業(yè)病防治、人口篩選和流行病研究等領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。雖然目前的心電圖診斷系統(tǒng)還比不上專(zhuān)業(yè)醫(yī)生的水平，但心電圖的自動(dòng)分析仍有改進(jìn)的余地，研究人員正從不同的著重點(diǎn)對(duì)診斷程序作進(jìn)一步的改進(jìn)，如：利用每一心跳中有用的信息；綜合不同程序的結(jié)果；吸收心電學(xué)其它領(lǐng)域的知識(shí)；采用非心電圖的數(shù)據(jù)；利用記錄完備的心電數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估心電圖診斷程序等。第70頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)從顯微鏡技術(shù)到CT、核磁共振以及各種內(nèi)窺鏡，醫(yī)學(xué)圖像一直是醫(yī)學(xué)信息的主要來(lái)源。醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)包括醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和圖像處理技術(shù)。醫(yī)學(xué)成像是把生物體中的有關(guān)信息以圖像形式提取并顯示出來(lái)。以成像的手段來(lái)分有X線(xiàn)成像、超聲成像、磁共振成像、放射性核素成像等;以圖像所包含的信息種類(lèi)來(lái)分有形態(tài)學(xué)成像、成分成像和功能成像。圖像處理則是對(duì)已獲得的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析、識(shí)別、分割、解釋、分類(lèi)以及作三維重建與顯示，其目的是把獲得的醫(yī)學(xué)圖像的某些部分增強(qiáng)，或提取某些特征，為醫(yī)生提供感興趣的信息。成像與圖像處理技術(shù)有時(shí)是結(jié)合成一體的。第71頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一醫(yī)學(xué)圖像具有直觀(guān)、形象和信息量豐富的特點(diǎn)，便于觀(guān)測(cè)和儲(chǔ)存，因而發(fā)展十分迅速，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床診斷中已占越來(lái)越重要的地位。各種醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備的產(chǎn)值也已在醫(yī)療裝備總產(chǎn)值中占有重要份額，并成為醫(yī)院診斷水平和裝備現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志。第72頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)種類(lèi)很多，傳統(tǒng)的顯微圖像、x線(xiàn)射線(xiàn)圖像和內(nèi)窺鏡圖像技術(shù)得到不斷發(fā)展；與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的超聲醫(yī)學(xué)圖像、x線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層圖像(x線(xiàn)CT)、磁共振圖像(MRI)和放射性核素圖像等也已得到迅速發(fā)展和普及應(yīng)用；熱成像、微波成像、電阻抗成像等技術(shù)亦在開(kāi)發(fā)或研究之中，有的已形成產(chǎn)品。第73頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目前，B型超聲成像技術(shù)已經(jīng)普及應(yīng)用，彩色超聲多普勒血流成像技術(shù)也已使用并日趨完善；x線(xiàn)CT已發(fā)展到第五代，掃描速度有了很大提高；MRI的磁體重量不斷減輕，并在血流成像和波譜分析方面取得顯著進(jìn)展；放射性核素成像可獲得組織化學(xué)及功能性圖像；應(yīng)用計(jì)算機(jī)的顯微圖像技術(shù)已成為進(jìn)行細(xì)胞和分子水平研究的重要手段。第74頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一今后的重要課題是提高已有成像技術(shù)的成像速度和分辨力；擴(kuò)展成像功能，特別是用于體內(nèi)化學(xué)成份和生理功能的檢查；努力降低成像設(shè)備的成本；提高圖像質(zhì)量。此外，保證足夠的圖像質(zhì)量和觀(guān)測(cè)精度的三維重建理論與技術(shù)的研究，也是受到重視的課題。

第75頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一醫(yī)學(xué)圖像處理方法很多。基于臨床知識(shí)、解剖學(xué)知識(shí)、成像技術(shù)知識(shí)和統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)等知識(shí)的綜合運(yùn)用，使圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速。此外，模糊處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像處理中已受到高度重視，三維圖像顯示技術(shù)亦是重要的發(fā)展方向。第76頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

人工器官

當(dāng)人體器官病傷而不能用常規(guī)方法醫(yī)治時(shí)，有可能給病人使用一種人工制造的裝置來(lái)部分或全部替代病損的自然器官，以補(bǔ)償、替代或修復(fù)自然器官的功能，這樣的器件或裝置稱(chēng)為人工器官。例如，人工心臟瓣膜、人工血管、人工血液和人工心臟及心臟輔助裝置，可補(bǔ)償血液循環(huán)功能；人工關(guān)節(jié)、人工脊椎、人工骨、人工肌腱和假肢具有支持運(yùn)動(dòng)功能；人工腎、人工肝具有血液凈化功能；人工肺、人工氣管和人工喉具有呼吸輔助功能；人工食管、人工膽管和人工腸具有支持消化功能；第77頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

人工膀胱、人工輸尿管、人工尿道具有排尿輔助功能；人工胰、人工胰島細(xì)胞具有內(nèi)分泌輔助功能；人工子宮、人工輸卵管、人工睪丸、人工陰道和陰莖假體具有生殖輔助功能；心臟起搏器、膈起搏器等具有神經(jīng)傳導(dǎo)功能的輔助作用；人工視覺(jué)、人工聽(tīng)覺(jué)、人工晶體、人工角膜、人工鼻等具有感覺(jué)輔助功能。可以說(shuō)，除大腦以外，對(duì)人體的其他器官都在進(jìn)行人工器官模擬和替代的研究，其中許多人工器官已不同程度地用于臨床，已形成了相當(dāng)規(guī)模的人工器官產(chǎn)業(yè)。第78頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人工器官是生物工程各領(lǐng)域知識(shí)和技術(shù)的綜合體現(xiàn)。這個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)展，取決于對(duì)自然器官功能的充分了解和諸如生物力學(xué)、生物材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)傳感器和控制系統(tǒng)、生物系統(tǒng)的建模與仿真等各領(lǐng)域的進(jìn)步。離開(kāi)生物相容性好和堅(jiān)固耐用的生物材料，離開(kāi)傳感器和控制系統(tǒng)的完善，人工器官是不可能實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)該說(shuō)，各種人工器官都存在許多問(wèn)題有待解決。其中，心肺器官的輔助或替代是人工器官研究的首要問(wèn)題。此外，血液凈化技術(shù)、內(nèi)分泌功能輔助、感覺(jué)功能輔助等人工器官的研究和應(yīng)用，對(duì)嚴(yán)重危害健康的腎功能疾病、糖尿病的治療和傷殘人的康復(fù)有重要意義，因此亦是重點(diǎn)發(fā)展的方向。第79頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人工器官的研究將愈來(lái)愈受到重視并得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，可以預(yù)言，人工器官將成為愈來(lái)愈重要的和廣泛應(yīng)用的治療手段，這將是二十一世紀(jì)醫(yī)學(xué)進(jìn)步的一個(gè)顯著特點(diǎn)。與自然器官相比，人工器官仍有一定的差異，大多數(shù)人工器官不能完全替代自然器官。隨著自然器官移植的進(jìn)展，人工器官作為自然器官移植的過(guò)渡，仍有一定的價(jià)值。第80頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一考試方法及要求方法：交一篇綜述要求：題目：不限，你所感興趣的生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的各個(gè)方面均可。字?jǐn)?shù)：3000字左右。不少于2000字。參考文獻(xiàn)：不少于3篇，且至少一篇英文文獻(xiàn)(應(yīng)選擇近5年來(lái)的作品。第81頁(yè)，共90頁(yè)，2023年，2月20日，星期一文獻(xiàn)綜述的撰寫(xiě)方法文獻(xiàn)綜述是對(duì)某一方面的專(zhuān)題搜集大量情報(bào)資料后經(jīng)綜合分析而寫(xiě)成的一種學(xué)術(shù)論文，它是科