《生物医学工程基础》教案

第二天，克鲁尔维奇刊登了一份后续帖子，上面有阿姆斯特朗本人发来的一封电子邮件。这位曾经的“阿波罗11号”任务指挥官在邮件中列出了很多理由，解释为何只行进了很短的距离，这些理由包括月球表面的高温、周围环境的不确定性以及宇航局的要求。由于周围环境的不确定性，他们不知道航天服的水冷式内部结构能否经受住考验，此外，宇航局方面也要求两位宇航员在一台固定摄像机前，美国阿波罗登月计划结束后，大批工程技术人员和数学、物理、化学等基础科学人员，纷纷离开宇航领域，先后进入医学领域，遂之形成一门崭新的科学———生物医学工程。
近20多年来，这门科学得到蓬勃发展。以人工医用材料和器件而言，人体各种组织和器官的功能，除大脑外，大都可用人工材料或装置去代替。
阿姆斯特朗在邮件中写道：“我们没有任何数据告能够告诉我们，背包内的小水箱能够支撑多长时间。宇航局官员将我们第一次探索月表的工作时间限制在3/4至2小时，以确保我们不会因为温度过高面临生命危险。在返回加压月球舱之后，我们排出背包里的水并测量水量，最后证实了此前的预测。”
阿姆斯特朗指出，如果有更多自由活动时间，他和奥尔德林会在月球表面进行更多探索。他说： “我们都希望在表面停留更长时间，到距离月球舱和电视摄像机更远的地方探索。但我们需要进行大量实验，记录和提取样本并拍摄照片。可用时间被全部分配掉，我们需要抓紧时间工作，完成任务。”
§1.2 现代健康医疗体系
一、在解剖学方面
以解剖学Anatomic/Anatomy为基础，医学逐渐取得了进步。公元前500年，肉眼观察人体结构。（只有mm级 1m=103mm ）
17世纪，LeeWenhock发明光学显微镜，用它可观察人体细胞形态结构，由此产生/诞生了组织学、细胞学等。
指标
卫生技术人员数

《生物医学工程基础》教案

《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。

2-ch2-生物力学-生物医学工程基础教案

▲
▲ ▲
临床血液流变学；
体液的粘弹性（关节滑液、粘液等）；人工代用材料。
2. 器官力学 ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ 器官、组织的功能、应用和生长（骨重建、零应肺力学；心脏力学（人工瓣膜，左心辅助泵）；颅脑——脊柱力学；运动关节力学（人工关节，假肢）；
力状态和残余应力）；
▲
感觉器官力学（耳蜗力学）。
115kg
120kg 125kg 140kg
185kg
390kg 210kg 205kg
跳跃
140kg
俯身拱腰
180kg
例 2 ： J.P.Panl(1970 年 ) 测量了水平步行时人的髋关节和膝关节的平均载荷随着步长 —— 身高比的变化，发现步行时髋、膝关节所承受的载荷要比人的体重大得多（由于相关肌群的收缩作用）。可见，由于肌肉的收缩作用，在建
I ij
d j dt

I
(e) I FI
I
式中： m ——质点质量； a ——加速度；
I ij ----惯量矩(i=j)或惯量积(i≠j)；
F ——外力的合力； ——刚体旋转角速度；
I 1 (e) I k
I 11 [ I ij ] I 21 I 31 I ——质点相对于质心的向量；
上述现象，需要了解为什么？
三、生物力学所涉及的主题
（一）以人（高等哺乳动物）的生命运动为核心的生物力学——生物力学的主体。
背景与目标：医学、生物医学工程、体育、人-机工效等。
该主题包括如下内容。
1. 活组织的力学性质——生物流变学 ▲ 骨和软骨； ▲ ▲ ▲ ▲ 软组织（韧带、腱、皮肤、血管等）；肌肉力学（骨胳机、心肌、平滑肌）；血液流变学（全血、血浆、血细胞、凝血、血栓等）；血液微流变学；

生物医学工程教学设计

知识目标
掌握生物医学工程的基本理论、方法和技术，了解相关领域的前沿动态。
能力目标
培养学生具备独立分析和解决生物医学工程问题的能力，以及创新实践的能力。
素质目标
培养学生的团队协作精神、职业道德素养和社会责任感。
课程安排与考核方式
课程安排
介绍课程的总体安排，包括教学内容、教学方法、教学资源等方面的规划。
诊断仪器设计原理及应用实例
医学影像诊断仪器
利用X射线、CT、MRI等技术获取生物体内部结构和功能信息，辅助医生进行疾病诊断。
电生理诊断仪器
通过心电图、脑电图等电生理信号检测和分析，评估心脏、大脑等器官功能状态。
生化分析诊断仪器
利用光谱、色谱等技术对生物样本进行化学成分分析，为疾病诊断和治疗提供依据。
生物医学工程设计与制作实验
包括生物医学工程产品的设计、制作、测试和评估等步骤。
实验报告格式和提交方式
实验报告格式
应包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果、数据分析与讨论、结论与建议等部分。
提交方式
实验报告应以电子文档形式提交，同时需要提供实验过程中的相关数据、图表和代码等资料。
07
课程总结与展望
课程重点内容回顾
生物医学工程基础知识
涵盖了生物医学工程的基本概念、原理和方法，包括生物材料、生物力学、生
物信号处理等。
生物医学仪器与设备
讲解了生物医学仪器与设备的设计、制造和应用，如心电图机、血压计、
人工器官等。
医学影像技术
介绍了医学影像技术的原理和应用，包括X射线、CT、MRI、超声等影像技术。
05
生物医学仪器设计与应用
生理参数检测仪器设计原理

3-ch3-生物材料-生物医学工程基础教案

医学材料学科与其它相关技术的交叉与渗透更趋深入。
近20年，生物医学材料及其制品飞速发展并形成规模性产业，将成为21世纪国际经济的主要支柱产业之一。
社会需求量大，产品技术含量和产品附加值高。
美国目前已有1100万人体内植入有一个人工器官，200 万人体内有2个或2个以上人工器官。近5年生物材料和制品产值占医疗器械产值的比值由 45%增加到约70%。
“生物医学材料是用于取代、修复活体组织的人造或天然的材料”
－－－1980‘s
类别：人造/天然，体内/体外，活性/惰性，长期/短期特征：医用、生物相容除医学中使用的生物材料外，还有大量应用于生物学领域的材料，如细胞培养、蛋白质处理等，目前也将
其划入生物材料的范畴。
Biomaterials
Biomedical Materials
1755年，用金属固定体内骨折 1809年，用黄金制种植牙齿 1851年，有人报道使用硫化天然橡胶制人工牙托和颚骨； 1940年，人工器官临床使用开始人工胃 1940年
仿真手臂
人工尿道 1950年
人工关节 1954年
人工关节
人工肝
1958年
人工血液 1970年人工心脏 1982年
进入20世纪，高分子材料的应用带来了生物医学材料的巨大发展。－ 1937年， PMMA用于牙科－ 1940‘s，维尼龙用于血管修复－ 1958年，涤纶用于动脉修复－ 1960’s，PMMA、UHMPE全髋关节自20世纪50年代，各种复杂人工器官的出现，标志着生物医学材料及人工关节的发展进入了新的阶段－－生物
美国在“先进材料加工计划”中，将生物医学材料列
为第一位发展的材料。日本将生物医学材料列入高技术新材料发展的前沿。

生物医学工程学教学设计

THANK YOU
• 智能化与自动化趋势：随着人工智能和机器学习等技术的不断发展，生物医学工程学将实现更高程度的智能化和自动化。例如，智能医疗设备可以实时监测患者的生理参数并提供个性化的治疗方案；自动化实验室系统可以高效地完成生物医学实验和分析任务。
• 伦理与法律问题关注：随着生物医学工程学的快速发展和应用拓展，相关的伦理和法律问题也将越来越受到关注。例如，基因编辑技术的伦理边界、个人隐私保护与数据安全问题等。未来需要更多的探讨和研究来制定相应的伦理规范和法律法规，以确保生物医学工程学的健康发展。
对未来生物医学工程领域的展望
• 技术创新与应用拓展：随着科技的不断发展，生物医学工程学将在更多领域发挥重要作用，如基因编辑、细胞治疗、再生医学等。同时，新的技术和方法将不断涌现，推动生物医学工程学不断向前发展。
• 跨学科融合与合作：生物医学工程学将与更多相关学科进行交叉融合，如生物学、医学、信息科学、材料科学等。这种跨学科的合作将为解决生物医学领域的难题提供更多可能性和创新思路。
机器人辅助手术
利用机器人技术辅助医生进行手术操作，提高手术精度和效率。
纳米技术在生物医学工程中的应用
1 2
纳米药物
利用纳米技术制备的药物具有更高的生物利用度和靶向性，能够减少副作用并提高疗效。
纳米诊断
利用纳米技术制备的诊断试剂能够更准确地检测生物标志物，提高诊断准确性。
3
纳米治疗
利用纳米技术将药物或基因等直接输送到病变部位，实现精准治疗。
光学成像技术
利用光学原理和技术，如荧光成像、光学显微镜等，观察生物体的微观结构和动态过程。
分子成像技术
应用分子影像学方法，如 PET、SPECT等，在分子水平上研究生物体的生理和病理过程。

ch3-生物材料-生物医学工程基础教案

02 生物材料的特性与要求
生物相容性
总结词
生物相容性是指材料与生物体之间的相互作用，是评估生物材料质量的重要指标。
详细描述
生物相容性主要表现在材料对细胞的亲和性、血液相容性和免疫相容性等方面。理想的生物材料应具备与生物体组织相似的性质，能够与生物体组织有效结合，不引起炎症、排异反应等不良反应。
由生物材料制成的关节可以替代因关节炎、骨折或肿瘤等原因导致的人体关节损伤，提高患者的生活质量。
药物传递系统
药物载体
利用生物材料制成的药物载体可以包裹药物分子，控制药物的释放速度和部位，提高药物的疗效
并降低副作用。
药物缓释剂
通过生物材料制成的药物缓释剂可以将药物缓慢释放到体内，实现长效治疗，减少服药次数和剂量。
详细描述
溶液法可以用于制备各种纳米颗粒、微球、薄膜等。通过控制溶液的浓度、温度、pH值等条件，可以调节材料的形貌和性能。
静电纺丝法
总结词
静电纺丝法是一种利用静电场力使聚合物溶液或熔体形成纤维的方法。
VS
详细描述
静电纺丝法可以制备出连续的纳米纤维和微纤维，具有可调的孔径和孔隙率，因此在过滤、组织工程和药物传递等领域有广泛应用。通过选择不同的聚合物溶液或熔体，可以制备出具有不同性能的纤维材料。
再生和修复。
03 生物材料的制备技术
熔融共混法
总结词
熔融共混法是一种常用的制备生物材料的方法，通过将两种或多种材料加热至熔融状态，然后混合均匀，最后冷却固化。
详细描述
熔融共混法具有操作简单、混合均匀等优点，适用于制备各种聚合物复合材料。在熔融共混过程中，可以添加一些填料或改性剂以改善材料的性能。
组织工程血管

教案大学一年级生物医学工程教学计划

教案大学一年级生物医学工程教学计划一、课程信息1. 课程名称：生物医学工程导论2. 学时安排：72学时3. 课程性质：必修课4. 授课对象：大一新生，生物医学工程专业学生二、课程目标本课程旨在引导学生全面了解生物医学工程领域的基本概念、原理和应用，培养学生的科学研究及工程实践能力，为学生提供建立扎实的专业基础。

三、教学内容1. 课程简介1.1 生物医学工程的定义和发展历程1.2 生物医学工程的交叉学科性质及其与其他学科的关系1.3 生物医学工程的应用领域和前沿技术1.4 生物医学工程专业的就业前景和发展方向2. 生物医学信号与图像处理2.1 生物医学信号的定义和分类2.2 生物医学图像的获取和处理技术2.3 生物医学信号与图像的分析与识别方法3. 生物医学传感技术3.1 传感器的基本原理及分类3.2 生物医学传感技术的应用案例3.3 生物医学传感技术的设计与实现方法4. 生物医学信号处理与分析4.1 生物医学信号处理的基本概念和方法4.2 生物医学信号的数字滤波与特征提取4.3 生物医学信号的模型建立和参数估计5. 生物医学图像处理与分析5.1 生物医学图像处理的基本方法和技术5.2 生物医学图像的增强和恢复5.3 生物医学图像的分割和识别四、教学方法1. 讲授课程内容通过授课介绍基本理论、原理和应用案例，让学生全面了解生物医学工程领域的知识。

2. 实践与案例分析组织学生参与生物医学工程实践项目，进行实验操作、数据分析和解读，提高学生的实际动手能力和解决问题的能力。

3. 课堂讨论与互动鼓励学生积极参与课堂讨论，提出问题、交流意见和观点，加深对课程内容的理解和应用。

五、教学评估1. 平时成绩评定包括课堂表现、作业完成情况、实验报告等多种形式评定，占总评成绩的30%。

2. 期末考试开卷形式的考试，考察学生对课程理论和应用的掌握程度，占总评成绩的70%。

3. 实验报告评估对学生实验操作及数据分析的实际能力进行评估，作为实践能力的重要衡量指标。

医学生物工程学教学设计

生物医学仪器使用与维护实验
组织学生操作常用生物医学仪器，如心电图机、监护仪等，了解其结构、功能及使用方法，并进行简单的维护与保养。
03
学生特点与需求分析
学生背景及特点
01 学科背景
医学生物工程学涉及生物学、医学、工程学等多个学科，学生需要具备相关基础知识。
02 学习风格
学生可能具有不同的学习风格和习惯，如视觉型、听觉型、动手实践型等。
课后复习与巩固
复习笔记
学生应整理课堂笔记，回顾所学知识点，加深理解和记忆。
拓展阅读
推荐相关领域的拓展阅读材料，引导学生深入了解医学生物工程学的最新
研究成果和应用前景。
作业练习
布置适当的课后作业，帮助学生巩固所学内容，提高解题能力。
学习反馈
鼓励学生进行学习反馈，及时向教师反映学习情况和问题，以便教师调整教学策略和提供个性化指导。
课程特点与挑战
课程特点
内容更新快，涉及领域广，实践性强。
教学挑战
需要不断更新教学内容，提高教师的专业素养。
学生挑战
需要具备一定的医学、生物学和工程元化教学方法，激发学生的学习兴趣和主动性。
02
教学内容与方法
核心知识点梳理
生物医学工程学基本概念与原理
教师培训与发展
加强教师培训和发展，提高教师的教学水平和专业素养，为教学质量提升提供有力保障。
06
教学资源与支持
教材选择与使用建议
01
选择权威、经典的医学生物工程学教材，确保知识体系的完整性和准确性。
02
根据教学目标和学生实际情况，有针对性地选择教材内容和章节。
03
鼓励学生阅读教材，理解基本概念和原理，培养自主学习和独立思考的能力。

4-ch4-人工器官-生物医学工程基础教案

19
4. 按功能分：（1）支持运动功能的人工器官：
人工关节、人工脊椎、人工骨骼、人工肌腱、人工假肢等。
（2）支持血液循环功能的人工器官：
人工心脏瓣膜、人工心脏循环辅助装置、全人工心脏、人工血管、人工血浆、全人工血液等。
（3）支持呼吸系统功能的人工器官：
人工肺、人工气管、人工喉等。
（4）具有血液净化功能的人工器官：
（常有人工器官植入的身边患者与报道等）
15
Ç ¹ í ¹ È Ç ¤ô Æ · ¡ ì ¼ ë /È Í ´ ø Ä Ñ Ð ª ¹ Ü Ï µ Í ³ Ú Ä Ã î Ï µ Í ³ ä Ë Æ ü 0 500 1000 US$° Ù Í î 1500 2000 2000 2002
美国几种医用植入体的市场估计*
人工导管人工尿道
47
7、支持内分泌功能的人工器官
人工胰、人工胰岛细胞等。
人工胰腺
48
8、支持生殖功能的人工器官
人工子宫、人工乳房、人工输卵管、人工睾丸、人工阴道、阴茎假体等。
人工乳房
49
9、具有神经传导功能的人工器官：
心脏起搏器、膈起搏器等。
50
10、具有感觉功能的人工器官：
人工角膜、人工眼、人工耳、人工晶体、人工接触镜片、人工听小
60
61
二、血管支架植入术
冠状动脉
62
63
股动脉
64
冠状动脉堵塞处
65
66
67
68
69
70
三、心脏移植术
主动脉上腔静脉
71
心肌病
72
73Biblioteka 捐赠缝合74
75
四、心肺移植术
主动脉