第1讲生物医学工程发展历史
第1讲 生物医学工程的发展历史
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。
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)
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
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
生物医学工程的发展及应用前景
生物医学工程的发展及应用前景随着科技的发展，人们越来越重视自身健康和生命质量。
生物医学工程作为一种重要的交叉学科，将生物学、医学、工程学等多种学科结合起来，致力于开发新的技术和设备来解决人类的健康问题。
生物医学工程的发展出现在世界各地，其应用前景也是十分广阔的。
一、生物医学工程的发展历程生物医学工程的起源可以追溯到二十世纪初，当时医疗机构发现，在无效的药物治疗下，细菌可以进化出耐药性。
为了对抗细菌的进化，医疗机构开始利用工程技术开发更有效的药物和治疗方式。
因此第一个生物医学工程项目就由美国内布拉斯加大学于1950年创设，目的是开发造血机以及肾脏透析机。
此后，生物医学工程领域发展日益壮大，人们对生物医学工程的需求也不断提高。
二、生物医学工程的应用1.医学影像技术医学影像技术是生物医学工程领域的重要分支。
随着计算机技术的飞跃发展，各种影像技术也得到了极大的改善。
如CT、MRI、PET、SPECT等，这些技术的应用和发展，使得医学人员可以更加精确和快速地观察人体器官的结构和功能，进一步提高了疾病的诊断精度，也为手术和治疗提供了快速和富有成效的方案。
2.仿生学仿生学是生物医学工程领域的一个重要分支，它旨在研究生物体和不同材料之间的互动，以此设计仿生器官、仿生机器人或仿生手术设备。
在仿生学方面最重要的进展，是利用生物材料来开发人工器官并进行移植手术。
这种移植可以替代人体损失的器官，也可以治愈某些疾病。
3.生物传感器生物传感器是一种能够检测活细胞功能的技术，并利用信息技术及传感器技术进行数据处理和分析。
具有广阔的应用前景，如生物仪器的制造、神经疾病的监测、心脏病的治疗等等。
4.生物材料生物材料作为生物医学领域的重要分支，主要研究人体自然材料和合成材料，深入挖掘材料结构、特性及应用前景，并将这些材料用于临床治疗、医疗设备、移植等众多应用场景。
三、生物医学工程的未来随着生物医学工程的发展，我们相信其未来的应用前景将会越来越广阔。
生物医学工程的发展历程与趋势
生物医学工程的发展历程与趋势生物医学工程是指将工程学、物理学、化学等自然科学与医学相结合来开展研究的一门跨学科领域，主要涉及生物医学信号处理、医学影像学、生物医学传感器、生物医学控制技术等方面。
生物医学工程在医疗设备研发、疾病诊断、治疗方案制定等方面发挥着重要的作用。
下面分别从历程和趋势两个方面来讲述生物医学工程的发展。
一、生物医学工程的发展历程生物医学工程的发展可追溯至20世纪50年代，当时生物医学工程学科的国际学术组织和刊物相继出现，为生物医学工程的发展奠定了良好的基础。
1968年，美国国家科学基金会为生物医学工程设立专门的研究中心，确立了生物医学工程作为一门独立的学科领域。
20世纪70年代是生物医学工程迅速发展的时期，许多新的技术和方法应用到了生物医学工程领域，如图像处理、生物统计学、微电子学等。
同时，人工器官开发、计算机辅助诊断、医疗影像等技术成为了生物医学工程的研究热点。
80年代至90年代，随着生物信息学、生物纳米技术等新兴技术的发展，生物医学工程开始向更加复杂的领域进军，如基因工程、蛋白质学、细胞工程等领域。
当前，生物医学工程已成为跨学科合作和创新的前沿领域。
近年来，随着人们对健康医疗的需求日益增长，生物医学工程在检测、诊断、治疗、康复和辅助方面的应用也越来越广泛。
二、生物医学工程的发展趋势未来，随着人类医学需求的不断增加和技术的不断发展，生物医学工程将呈现出以下几个方面的发展趋势：1. 生物医学图像技术将不断提升：随着计算机硬件和软件的发展，生物医学图像处理技术会越来越普及，医学影像的质量、精度和分辨率都将得到提高，且对于安全、快速、准确的分析和处理需求也会迅速增长。
2. 生物医学控制工程将成为研究的热点：生物医学控制工程是执行医疗手术和治疗的基础，因此控制工程技术的发展水平越高，越能有效地发挥生物医学工程的优势。
未来生物医学控制领域将着力于自动化成分，为更过程更科学的治疗和康复提供更先进的控制技术。
生物医学工程的发展历史与研究进展
生物医学工程的发展历史与研究进展随着人们认识深入，人类对于生命和健康的理解逐渐深化，世界各国纷纷投入生物医学工程的研发和应用。
生物医学工程是指将工程学的理论和方法应用于解决生物医学问题的学科，目前已成为医学、工程学等交叉学科中的一个重要领域。
一、生物医学工程的历史生物医学工程的历史可以追溯到20世纪初，当时医学界对于疾病的治疗还处于粗放阶段，需要更多的技术手段进行研发。
直至20世纪上半叶，随着电子技术、计算机技术的快速发展，生物医学工程的研究逐渐走上正轨。
20世纪50年代，医学影像学开始在生物医学工程中发挥重要作用，使得人们可以通过影像来了解身体内部的情况。
随后，计算机技术的发展推动了医学图像的数字化处理，实现了计算机辅助诊断技术（CAD）的出现。
这种技术为医生提供了精准的医疗决策支持，使得医学诊断更加精准。
此外，生物医学工程在心电图、超声波、血压监测等方面也有着广泛的应用。
通过这些技术手段，医生可以对病人的生理状态进行实时监测和控制，提高治疗效果。
二、生物医学工程的研究进展随着科技的不断进步，生物医学工程的研究也在不断拓展。
以下介绍一些当前生物医学工程领域的研究进展：1.生物医学3D打印技术3D打印技术近年来发展迅速，同样也被广泛应用于生物医学工程领域。
通过3D打印技术，科研人员可以制造出生物组织、人体器官等模型，帮助医生进行手术模拟和医学教育，同时也可以研究新型医用材料。
2.生物医学图像处理技术生物医学图像处理技术一直是生物医学工程领域的重要研究方向。
在医学影像方面，新的算法和技术可以更细致地捕捉到系统内的异常情况，使医生更加精确地进行治疗和诊断。
3.生物传感技术生物传感技术是将传感器技术应用于生物体内测量和诊断方面的技术。
目前，该技术已成为生物医学工程的另一项热门研究方向。
通过传感器技术，研究人员可以实时监测病人的生理状态，包括血压、心率、体温等信息，从而帮助医生更好地掌握病情变化。
4.生物信息学随着大数据、人工智能的快速发展，生物信息学也成为生物医学工程领域的热门研究方向。
生物医学工程的发展与应用前沿
生物医学工程的发展与应用前沿生物医学工程是一门交叉学科，涵盖了生物、医学、工程和计算机科学等多个学科领域。
随着现代医学知识和技术的不断进步，生物医学工程也得到了广泛的应用发展。
本文将介绍生物医学工程的发展与应用前沿。
一、生物医学工程的发展历史生物医学工程学科的形成起源于20世纪60年代，其初衷是为了满足人类对健康的需求，利用工程技术和现代医学科学的知识来解决医学难题。
最早的生物医学工程学科主要涉及到医学影像、生物信号处理、人工器官等方面。
随着近年来生物医学工程学科的发展，科技进步推动了其广泛应用，生物医学工程不仅改变了传统的医学模式，而且对人类的健康和医疗水平都有着深远的影响。
二、生物医学工程在医疗应用方面的发展1.医学影像技术医学影像技术在现代医疗中得到了广泛的应用，如：CT、MRI、PET等技术已成为现代医学中不可或缺的重要手段。
生物医学工程技术的发展将坚实支撑这些影像技术的应用，为医生和患者建立更加精准和有效的诊断技术。
2.假体手术技术假体手术是一种用人工器代替体内损伤或缺失的器官的治疗方法，如心脏起搏器、人工关节等都是其中的代表。
生物医学工程技术的发展能为假体手术打造更加精准的工程模型，以此提高假体手术的效果和耐用性。
3.生物医学工程技术在大型医疗设备制造上的应用随着现代医学技术的不断发展，医疗设备的需求也在不断增长，如：综合病床、MR、CT等，这些设备的研究和制造对于医生诊断疾病及患者的治疗有着直接的关联。
生物医学工程技术的应用，为医疗科技做出了巨大的贡献。
三、生物医学工程在生命科学研究方面的发展1.组织工程与再生医学组织工程与再生医学是生物医学工程技术的重要应用场景。
它们旨在通过利用基因工程、细胞工程和材料工程等学科方向，将不同类型的细胞、材料与药物相结合，以再生方式来修复、替换破坏的组织和器官。
生物医学工程技术使得组织工程与再生医学技术变得更加成熟和精准，并为临床疾病的诊断和治疗提供了多种可能的途径。
生物医学工程的发展历史
人工器官与器官移植
人工器官与器官移植是生物医学 工程中的一项重要应用，旨在为 患者提供替代或辅助人体器官的
功能。
人工器官如人工心脏、人工肾等 已经广泛应用于临床，为患者提
供了有效的治疗手段。
器官移植技术也得到了不断发展 和完善，为许多终末期疾病患者
带来了新生。
康复工程与辅助技术
康复工程与辅助技术是生物医学工程中涉及康复医学和辅助技术的领域。
个性化医疗与精准医学
个性化医疗
基于个体基因、环境和生活习惯等因素，为患者提供定制化的治疗方案，提高治 疗效果和患者生活质量。
精准医学
通过大规模基因组测序和数据分析，实现对疾病的精准诊断和预测，为患者提供 个性化的预防和治疗策略。
人工智能与机器学习在生物医学工程中的应用
人工智能辅助诊断
利用人工智能技术对医学影像、病理切片等进行自动分析和 诊断，提高诊断准确性和效率。
02
生物医学工程的发展阶段
基础研究阶段
基础研究阶段是生物医学工程的起始阶段，主要集中在生物学、医学和工程学的理 论研究和实验探索。
这个阶段的主要目的是建立学科基础，为后续的应用研究和开发研究提供理论支持。
基础研究阶段涉及的领域包括细胞生物学、生理学、解剖学、生物化学等，以及相 关的工程学原理和实验技术。
康复工程与辅助技术旨在为残疾人和康复期患者提供功能恢复和日常生 活的辅助器具和技术。
康复工程与辅助技术包括假肢、矫形器、语音识别和合成等技术，为患 者提供更好的生活质量。
远程医疗与健康信息技术
远程医疗与健康信息技术是生物医学工 程中新兴的应用领域，旨在利用信息技
术为患者提供远程医疗服务。
通过远程医疗技术，医生可以远程诊断 健康信息技术则涉及电子病历、健康监 和治疗患者，提高医疗服务效率和质量。 测和数据分析等方面，能够实现个人健
生物医学工程发展历史
生物医学工程发展历史生物医学工程是一门融合了生物学、医学和工程学的跨学科领域，旨在利用工程学的原理和技术来解决生物医学领域的问题，从而改善医疗诊断、治疗和监测等方面的效率和效果。
随着科技的不断进步和人类对健康的不断追求，生物医学工程领域也在不断发展和壮大。
生物医学工程的发展历史可以追溯到20世纪中叶，当时医学和工程学开始密切合作，共同研究和解决医学领域的难题。
随着计算机技术的飞速发展，生物医学工程领域也迎来了蓬勃的发展。
计算机技术的应用使得医学影像诊断更加精准和高效，同时也促进了医疗设备的自动化和智能化。
生物医学工程的发展不仅促进了医学的进步，也为工程技术的发展提供了新的方向和动力。
随着生物医学工程领域的不断拓展，人们开始将工程学的原理和技术应用于生物材料的研究和开发。
生物材料作为生物医学工程领域的重要组成部分，广泛应用于医疗器械、组织工程、药物输送等方面。
生物材料的研究不仅促进了医疗器械的创新和发展，也为组织工程和再生医学提供了重要支持，为医学领域的发展开辟了新的道路。
随着生物医学工程领域的不断发展，生物信号处理和生物信息学等新兴领域也逐渐崭露头角。
生物信号处理技术的应用使得人们能够更好地理解和分析生物信号，从而提高医学诊断的准确性和效率。
生物信息学的发展则为基因组学、蛋白质组学等领域的研究提供了重要支持，推动了生物医学领域的深入发展。
在生物医学工程领域的发展过程中，人工智能和机器学习等技术也开始得到广泛应用。
人工智能技术的应用使得医学影像诊断更加智能化和精准，同时也为临床决策和药物研发提供了重要支持。
机器学习技术的发展则为个性化医疗和精准医学提供了新的思路和方法，为医疗领域的发展注入了新的活力。
总的来说，生物医学工程作为一门跨学科领域，不断吸收和整合各种学科的知识和技术，促进了医学领域的发展和进步。
随着科技的不断进步和人类对健康的不断追求，生物医学工程领域的发展前景将更加广阔，为人类的健康和福祉作出更大的贡献。
生物医学工程的发展
生物医学工程的发展生物医学工程是医学、生物学、物理学、化学等多学科交叉领域的一门科学，已经成为国际上一个重要的学科和前沿领域。
它是以医学应用为主要目标，运用各种工程原理，手段，技术，研究解决医学与生物学方面的问题，用工程手段设计出更先进的医疗设备和治疗方法。
生物医学工程发展的历史可以追溯到120多年前的1911年，第一次世界生物医学工程大会正式召开，标志着生物医学工程的诞生。
在接下来的几十年里，生物医学工程这个学科不断发展壮大，涌现出了许多具有代表性的研究成果和医疗应用。
例如，20世纪60年代，国际上首次进行了人工心脏置换手术，并成功实现了人类的生命延续。
90年代，随着基因工程、生物信息学、纳米技术等技术的出现和发展，生物医学工程得到了更大的发展。
可编程生物芯片、基因测序技术、蛋白质组学研究等应用得到广泛研究和应用，为生物医学工程和临床医学带来了革命性的改变。
目前，生物医学工程正在向着更加高效、精准、个性化的方向发展。
以下是其主要发展趋势的讨论。
1. 生物医学成像技术在现代医学中，影像学成像技术已经成为了一个不可或缺的部分。
目前广泛应用的CT、MRI、PET等医学成像技术，为医生们提供了许多关键信息。
近几年，随着计算机技术、机器学习、深度神经网络等技术的发展，生物医学成像技术将迎来更大的飞跃。
新一代CT技术可以在不同角度下进行三维成像，包括全身的CT、心脏CT、血管造影CT等，能够更加准确和快速地诊断疾病。
MRI技术在脑科学、神经科学、遗传学、肿瘤学等领域的应用更加广泛，可以提供更多的组织结构信息，例如功能性MRI、扫描电子显微镜(MRI)、磁共振弹性成像(MREI)、化学位移MRI等。
PET成像技术则因其高灵敏度，可以提供识别早期疾病灶、早期预测疾病趋势、评估治疗效果等优点而获得广泛应用。
相信未来生物医学成像技术将为人类的健康保驾护航。
2. 生物医学传感器技术生物医学传感器技术是生物医学工程中极为重要的一个领域，它的研究对象是在生物体内外采集生物信息并进行精确测量的微型传感器。
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(古希腊)西方医学之父：希波克拉底 (Hippocrates,B.C.460-377)
给医学注入科学精神：疾病是体内失平衡引起的，病症 是身体对抗疾病的反应，身体自身有自我康复的能力 ，医师的主要任务是帮助身体的自然力量恢复平衡。
盖伦 （Galenus,129-216 AD, Pergamon）
•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。
医疗保健体系的支柱 ——生物医学工程(BME)
生物医学工程学概论
刘常春 教授
我为什么要学BME？
• 好的健康保障体系 • 美国的MD制度 • 交叉学科、创新思维
迎接人类第三次生物革命
Envisions "Third Revolution" in Life Sciences
—美国麻省理工学院院长（MIT President Susan Hockfield）
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。
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。
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。
根据希氏文集、柏拉图和亚里士多德等人的思想，创立了医学综合体系 ，罗马历史上最伟大医师
实践研究与科学逻辑相结合，解剖与生理，细致观察与医疗实 践 。 撰写了“盖仑制剂”、《论解剖规程》等300部著作
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。
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。
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。
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。
• 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。
• 巫医利用巫术进行诊治（精神、心理） • 治病方式：植物或动物 • 治病术士或巫师们观察疾病的性质，凭经
验形成了原始医学（草药医生、接骨者、 手术者、接生婆等）
• 原始医学: 经验医学 ( 经验的、定性 的)
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。
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
平等的关系，并出现两者走向融合的迹象。
在未来，合作双方各自将从融合中获益匪浅
• 生命科学与物理学和工程学融合—生物医学工程领域
医疗保健体系的形成过程
• 远古时期人们对疾病的认识与诊治：神灵 的惩罚（礼拜、祷告）
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。
谈生命科学和工程学的融合
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。