生物医学工程的发展历史

1963年，美国物理学家cormack—图像重 建数学理论应用于放射医学研究
• 1972 年，英国豪斯菲尔德工程师在美国科学家 马克研究的基础上发明了X射线计算机断层扫描 仪（ Computed Tomography，CT ）。1979年 ，豪斯菲尔德和马克获得诺贝尔生理学和医学 奖。 • 1973 年，美国科学家劳特布尔和英国科学家曼 斯菲尔德研制出临床实用的磁共振成像仪（ Magnetic Resonance Imaging ,MRI）。同期上市 的医疗器械（仪器）还有：心脏起搏器，高频 电刀，激光刀，X线刀，超声刀，电子直线加速 器等。 • 20 世纪末，由于生物技术和微电子技术的迅速 发展，医用分析仪有了长足进步。
谈生命科学和工程学的融合
President Susan Hockfield）
生命科学与物理学和工程学融合 所带来的第三次生物革命
• 沃森和克里克于1953年发现的脱氧核糖核酸（DNA）结构为生命科学 • 的两次革命奠定了基石。
这两次革命分别是分子生物学和基因组学 前者揭示了编码在DNA内的信息是如何通过核糖核酸（RNA）解译给完成生命功能的蛋白质的，后者 帮助人们揭示了基因组所携带的信息。 沃森 克里克一对最佳搭档，沃森熟悉噬菌体方面的实验，他的博士论文即与此有关，而克里克则精通 数学、物理学这些被沃森视之为有点难度的学科，他俩的合作是生物学与物理学互补的最佳典范。
3.医学信息系统与设备 建立医院信息系统（hospital information System ，HIS) 是构建医学信息系统的关键步骤，HIS包括3个子系统：
PET：正电子发射计算机断层
显像。将放射性核素注入人体 该核素在人体内衰变放出正电子 与人体内的负电子相遇湮灭转化为 一对 光子，该光子被探测器探 测到，经计算机处理后产生清晰 的生理功能、代谢图像。
PET-CT：是上述二者的有机
一体化组合，产生二者结果的图 像融合，图像可提供人体的解剖 结构、生理生化功能信息。
靠什么来解决这些问题？ 加大生命科学与工程学的融合，发展生物医学工程 （健康系统工程）
2、以还原论为基础的现代医学科学不能 适应人体和疾病的复杂系统
我们应该看到还原论思想带来的科学进步、带来的现代 医学的发展和对生命体的由表及里的认知，但也必须清楚： 在还原论的指导下，我们对生命和疾病的认识是局部的、 分离的、缺乏系统的、综合的、整体的和本质的认识和理解。 －－韩启德院士在香山科学会议上的报告
他写的人体解剖学是根据对动物的研究结果画出的人体器官， 有蒙人的成分，他反对对人体解剖、傲慢、喜欢吹嘘，但由于他 当时主宰了医学界，又得到罗马天主教的支持， 他实际上也阻碍了医学的求真探索。
达芬奇等画家把盖仑用文字描述的人体画成实物图像， 勾画出了人体的心脏、肺、大脑和肌肉的结构
维萨里是近代人 体解剖学创始人。
生物医学工程作为一门新兴的边缘学科， 数十年来得到了巨大的发展，当代几乎所 有的高新技术都被他所吸收和利用，并形 成了一个庞大的新兴产业系统
一、现有医疗保障体系存在的问题 1、医学离完全了解人体和解决健康问题还很远
很多疾病得不到正确诊断 （误诊；待查；亚健康） 很多疾病得不到有效治疗
（无治疗办法；不肯定是否有效）
运用伽利略的运动和 力学定律，求解了血 液循环问题，测出了流 经动脉的血流量，用于 诊断心脏功能。
约翰·汤姆逊(Thomson，Joseph John。1856年（丙辰年）—— 1940年（庚辰年）)，著名的英 国物理学家，以其对电子和同位 素的实验著称。他是第三任卡文迪许 实险室主任。一幅他正在研究阴极射 线管的肖像挂在实验室的麦克斯韦讲 演厅里。看上去，他不善于具体操作 ，但对仪器工作原理的理解却是非常 敏捷的。他发现了电子，并且获得了 诺贝尔物理学奖。
我要掌握哪些知识？
我应该有何素质?
生物医学工程学科的产生
• 国际上起步于1958年法国巴黎，在1958—1961 年间主要以医学电子、生物医学电子学。参加 国家9个，与会学者50名。 • 1965年在东京召开第6次国际会议，确立了医学 电子和生物医学工程。
(Biomedical Engineering)
1.医学诊断技术与设备
现代医学中影像观察、生理参数检测、临床检验等是基本的辅 助诊断手段，相应的技术与设备： （1）影像检查设备:X射线（包括CR、DR）、X-CT、MRI、PET、 SPECT以及超声诊断仪、内窥镜、红外热成像、电阻抗成像等 （2）电生理检测、分析与监护设备：EEG （electroencephalograph） 、ECG、EMG（Electromyography）、 EOG（Electro-Oculogram）等电生理信号检测；
三尖瓣如同一个“单向活门”， 保证血液循环由右心房 一定向右心室方向流动和 通过一定流量。
• 1948---超声诊断仪 • 1958---植入式人体心脏起博器，医用超 声诊断仪发明 • 50年代生物医学材料和人工器官开始研 制与使用。如硅橡胶、聚氨脂；人工肾、 人工肺、人工心瓣膜、人工晶体等。
•德国物理学家布希（Busch,1926)----电子显微镜。 •1927---Drinker发明了呼吸机
•1939---有人创建了心肺搭桥； •1940---心导管血管造影； •1947---生物无线电遥测技术（心、脑电）；
CT:由英国物理学家hounsfield
在1971年研制成功，先用于颅 脑疾病诊断，后于1976年又扩 大到全身检查。CT是用X线束 对人体的某一部分按一定厚度 的层面进行扫描，当X线射向人 体组织时，部分射线被组织吸 收，部分射线穿过人体被检测 器接收，产生信号。经计算机 处理产生解剖图像。
特点：• 1978年我国将生物医学工程确定为独 立的学科，制定了学科发展规划---
生物医学仪器及工程
• 90年代正式列为生物医学工程学科
只有一级学科，无二级学科
生物医学工程定义
综合运用现代自然科学和工程技术的原理、方 法，从工程学的角度，在多种层次上研究生物 体，特别是人体的结构、功能和其它生命现象， 揭示和论证生命运动的规律，深化对生命系统 的认识，提供防病、治病、卫生保健、康复、 安全防护的新理论和新方法，设计和研制用于 防病、治病等的装置与系统、新材料、人工器 官的一门新兴交叉学科
放射性诊断
工欲善其事，必先利其器
现代医疗保健体系与生物医学工程相辅相成发展
现代无创呼吸机
现代有创呼吸机
与电子胃镜类似，是一种带 有微型摄像头的器械，腹腔 镜手术就是利用腹腔镜及其 相关器械进行的手术：使用 冷光源提供照明，将腹腔镜 头（直径为3～10mm）插入 腹腔内，运用数字摄像技术 与使腹腔镜镜头拍摄到的图 像通过光导纤维传导至后级 信号处理系统，并且实时显 示在专用监视器上。然后医 生通过监视器屏幕上所显示 患者器官不同角度的图像， 对病人的病情进行分析判断， 并且运用特殊的腹腔镜器械 进行手术。
二. 在保障全民健康中过于偏重疾病 诊治和医疗技术的发展
21世纪医学技术的发展从根本上改变了人类的生活，我们随 时都在享用着这些发展。
但是，随着医学技术的飞速发展，医学目的开始变得模糊， 医疗技术发展在很大程度上失去控制。 现实的后果
---全球性的医疗危机
1.非传染性慢病（NCD) 成为人类健康和生命的主要危险 2.巨大财力、人力的投入，但总体上控制不住NCD的发展 3.医疗费用消耗，远大于社会经济发展速率，是一种不可持 续的态势
16世纪（文艺复兴时期）开始了对疾病的 测量时代（从经验或定性到定量）
• 加里略（1592）温度计、脉搏计 • 胡克（hooke，1666）显微镜（cell) • 列文虎克（leeuwenhock,1676)发现细菌
• 荷兰生理学家艾因托分 （Einthovn,1894)---心电描记仪
• 德国物理学家伦琴（Roentgen,1895)---X线，开创了人类第一张医学影像。
病痛是随着原罪来到人间的。健康是上帝带给世俗最好的礼物，而上帝通过 瘟疫将苦难施加于有罪之人，上帝的臣民需虔诚地接收所有的痛苦。在瘟疫 或疾病发生的时候，人们往往聚集起来进行集体修炼，以鞭打自己或相互鞭 打来赎罪。
(古希腊)西方医学之父：希波克拉底 (Hippocrates,B.C.460-377)
心率、血压、脉搏、血氧、呼吸、体温等生命指征检测及分 析处理设备，动态心电监护、多道生理监护、母婴监护、胎 儿监护等监护设备。
（3）生化分析检验设备与方法： 生化分析（肝功类、肾功离子、其他）、 血液分析(血细胞分析仪)、 血气分析（ph,o2,co2)、尿 液分析等常规检验设备，荧光、免疫、基因芯片等新型 生物学检验方法 2.现代物理治疗技术与设备 物理治疗的原理： (a)病灶的损毁、杀灭、切除； (b)活体组织与器官的修补替代或功能辅助； (c)通 过功能刺激促进新陈代谢，恢复机体和组织的正常功能。 相应设备分6类： （1）放疗设备 （2）定向能量外科设备 （3）人工器官与功能辅助器械 （4）常规理疗设备 （5）康复医学设备 （6）医疗保健设备
• 单光子发射型计算机断层（Single photon Emission Computed Tomography,SPECT or ECT) • 正电子发射型断层（Positron Emission Tomography,PET) • 新近研制开发—电阻抗断层（Electronical Impedance Tomography,EIT)
伦琴，1845年（乙巳年）3月27日－1923年（癸亥 年）2月10日），德国物理学家，1895年（乙未年 ）1月5日，他发现伦琴射线（X射线，俗称X光） 。他因发现X光，于1901年获诺贝尔物理学奖，是 世界上第一位获这特殊荣耀的人。这种光有非常 强的穿透力，伦琴就根据《圣经》希伯来书，取 希腊文“基督”的第一个字母X为名，称为X光， 即基督之光。
• 在生命科学方面，人们看到的将是生命科学与物理学和工程学融合所 带来的第三次生物革命。 • 在生命科学和工程学间，这种合作表面看更像是工程师在为生物学家 和医学家提供服务，然而正是它们的合作才孕育了生命科学再次革命 的来临。 SUsan表示，两门学科紧密的关系现在已经演变进化成了强有力的、富有成效的新生体，它们逐渐形成