生物医学工程概论 INTRODUCE OF BIOMEDICAL ENGINEERING (BME) 西北工业大学生命学院 School of Life Sciences, NPU

Contact to me 卢婷利 lutinglixinxin@nwpu.edu.cn

授课内容 授课 教师 卢婷利 教 授 叶雅静 副教授 讲 师 杨鹏飞 1.绪论 3.组织工程 4.人工器官 7.纳米生物医学工程 教 授 授课 教师 叶雅静 副教授 2.生物医用材料 8.医学影像技术和 生物医学信息 5.生物力学与生物流体力学 6.生物医学传感器 9.现代科学新技术在生物医学工程中的应用 杨鹏飞 讲 师

第9章 现代科学新技术在生物医学工程中的应用 课程总体安排 教学顺序 日 期 周、节次 教学内容 到课人数 授课教师 备注 1 2014.9.28 周一、1.2节8:30-10:10 第1章 绪论   卢婷利 全体教师 2 2014.10.10 周五、7.8节16:00-17:40 第2章 生物材料 叶雅静 助教随堂听课  3 2014.10.13  助教随堂听课 4 2014.10.17 5 2014.10.20 第8章 医学影像技术和生物医学信息 6 2014.10.24 第3章 组织工程 7 2014.10.27 8 2014.10.31 第4章 人工器官 9 2014.11.3 第7章 纳米生物医学工程 10 2014.11.7 11 2014.11.10 第5章 生物力学与生物流体力学 杨鹏飞 12 2014.11.14 13 2014.11.17 第6章 生物医学传感器 14 2014.11.21 15 2014.11.24 第9章 现代科学新技术在生物医学工程中的应用 16 2014.11.28 学生实践教学环节

教材及主要参考书 刘昌胜 刘昌胜，博士、华东理工大学教授 教育部“长江学者计划”特聘教授 国家杰出青年基金获得者 主要研究方向 生物材料及相关纳米材料的研究

第一章　绪论 生物医学工程的定义 1 生物医学工程研究内容 2 生物医学工程发展历程 3 生物医学工程发展趋势 4

2017/3/4 教学目的 拓宽知识面，掌握生物医学工程的基本概念、研究对象、学科分类、发展历程、研究领域及发展趋势。

1.1 生物医学工程的定义 ？ What is Biomedical Engineering (BME)

三个有代表性的定义表述 “三合一学说” 生物学＋医学＋工程学＝生物医学工程学 “工程应用学说” 生物医学工程学是工程学在医学和生物学中的应用 “结合学说” 生物医学工程学是生物学、医学和其它非生物学科的结合

现代医学的主要任务： 诊断－－治疗－－康复－－预防 Diagnose Preventive Treat Rehabilitation

医学诊断中的生物医学工程 生化检测、遗传学检测 生物信号 心电、脑电………. 医学图像 超声图像、X-光片、 CT、核磁共振、 内窥镜、正电子发射断层成像(PET) ……….

血糖检测 生化检测：指用生物或化学的方法来对人进行身体检查

幽门螺旋杆菌HP抗原检测条 HP Blister Test

Robin Warren教授在我校 进行学术报告 2012年邀请两位诺贝尔奖获得者访问学院 Hartmut Michel教授在我校 进行学术报告 Robin Warren教授在我校 进行学术报告 哈特姆特·米歇尔 Hartmut Michel 1988年诺贝尔化学奖 罗宾•沃伦 J. Robin Warren 2005年诺贝尔生理学或医学奖

超声诊断仪 ？

X－胸片 X线胸片的特点： 能清晰地记录肺部的大体病变，如肺部炎症、肿块、结核等

计算机X线断层扫描 (computed tomography，CT) 原理：利用人体组织的不同密度，显示人体组织的细微差别。 CT的出现，是X-射线诊断学上的一次重大突破。第一台CT的原型设备于1971年9月安装。

磁共振造影 (nuclear magnetic resonance imaging，MRI) 断层成像，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息可以显示某种物理量（如密度）在空间中的分布。 应用于全身各系统的成像诊断

正电子发射断层成像 （Position Emission Tomography，PET） 是分子水平上的人体功能显像，向人体注射带有正电子同位素标记的化合物，同位素衰变产生的正电子与人体内负电子发生湮灭效应并产生γ光子，从而得到人体内标记化合物分布三维断层图像。 心脏疾病、肿瘤(葡萄糖)早期检测 PET-CT：代谢与解剖联合分析病变部位

“OMOM胶囊内镜”---消化道疾病的诊断 胶囊自带传感器、摄像头和微型芯片、无线传输装置，可拍摄5万张图片，从各个角度记录消化道及胃肠的细微病变，工作时间达6~8h，8~72h后胶囊排出体外。

纳米机器人进入人体消化系统工作示意图 思考：目前能取代传统胃镜？ 目前：只能通过传输图像“瞧病”，还不能治病。 未来：当发现可疑病变组织后： 伸“手”取样活检. 长“脚”对病变修复和治疗 自动释药 实现对患者的自动检查、诊断以及对症下药的全方位服务 思考：目前能取代传统胃镜？

医学治疗中的生物医学工程 激光手术、γ-刀 超声碎石 癌症的放射治疗与化学治疗 靶向药物与生物导弹 器官修复中的组织工程 人工胰－－血糖测定与胰岛素注射

治疗中的药物 阿司匹林(Aspirin, 1899.3发现)，解热镇痛药，广泛用于解热、镇痛和抗炎药，还可抑制血小板聚集，预防和治疗心脑血管疾病。 青霉素( Penicillin)：很常用的抗菌药品。是指分子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素。

医学康复中的生物医学工程 畸形矫正 人工义肢 可视义眼 人工耳膜 ……

总体而言 生物医学工程学是综合生物学、医学和工程学的理论和方法，而发展起来的边缘交叉学科(Interdisciplinary) 生物学 Biology 工程学 Engineering 医学 Medicine 生物医学工程学 BME

一般地 “应用物理学和工程学的技术来解决生命系统中的问题，突出强调人类疾病的诊断、治疗和预防” -----------生物医学工程学

更详细说明： 它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、功能和其他生命现象，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、治病等的新材料、人工器官、装置与系统的新兴交叉学科。

1.2生物医学工程研究内容  探索人体正常生理学  表征组织与器官的病变机理  给出研究和技术开发的最佳手段  提供治疗与预防的有效方法

生物医学工程的学科分类 以应用范畴为依据 医学工程（Medical Engineering） 2017/3/4 生物医学工程的学科分类 以应用范畴为依据 医学工程（Medical Engineering） 临床工程（Clinical Engineering） 康复工程（Rehabilitation） 环卫工程（Environmental Engineering） 中医工程（Engineering of Chinese Traditional Medicine) 我国科学家还将现代工程方法与中医相结合，进行了中医四诊客观化、中医专家系统和中医经络的初步研究，为中国传统医学的新发展注入了活力。现代医学的进步是和生物医学工程学的发展分不开的。

以学科专业为依据 生物医学材料（Biomaterials） 组织工程（Tissue Engineering） 2017/3/4 以学科专业为依据 生物医学材料（Biomaterials） 组织工程（Tissue Engineering） 人工器官（Artificial Organs） 生物力学（Biomechanics） 生物电磁学（Bioelectromagnetics) 生物信息学（Bioinformatics） 生物传感器（Biosensor） 医学图像技术与仪器（Medical Imaging and Instruments） 生物医学信号处理（Biomedical Signal Processing) •••••• 我国科学家还将现代工程方法与中医相结合，进行了中医四诊客观化、中医专家系统和中医经络的初步研究，为中国传统医学的新发展注入了活力。现代医学的进步是和生物医学工程学的发展分不开的。

一、生物材料(Biomaterials) 含避光剂（吸收UV）PVC 医用输液器（传统PVC，TPE）

药品（药用辅料） 药用辅料是指在制剂处方设计时，为解决制剂的成型性、有效性、稳定性、安全性加入处方中除主药以外的一切药用物料的统称。 　　药用辅料是指在制剂处方设计时，为解决制剂的成型性、有效性、稳定性、安全性加入处方中除主药以外的一切药用物料的统称。 主药：发挥治疗作用的药物 辅料 稀释剂（填充作用，如淀粉） 粘合剂（粘合作用） 崩解剂（崩解作用，如CMS-Na） 润滑剂（润滑作用） 着色剂（美观） 矫味剂（改善口味） 称配工序 制粒工序 压片工序 包衣工序 内包工序

药品（药用辅料） 掩盖药物异味（如抗生素）　　 　　 肠溶胶囊 剂量准确 缓释作用 胶囊：药用明胶（动物皮、骨、筋腱提取）和食用色素等按比例配成原料

药用高分子材料（缓控释） 35

生物 相容性 生物医学材料是用于诊断、治疗、修复或替代活体组织或器官，增进或恢复其功能的材料。 特点：人造/天然 血液相容性 体内/体外 活性/惰性 长期/短期 血液相容性 组织相容性 力学相容性 生物 相容性

二、组织工程(Tissue Engineering) 组织损伤 移植修复 自体移植 异体移植 药物治疗 供体不足 免疫排斥反应

1984年，美国科学家与医生将一颗狒狒的心脏移植到出生两周的女婴体内(手术后存活21天，抗排斥药物破坏了肾脏，死于肾功能衰竭)

组织工程学提出 20世纪80年代，Robert Langer & Joseph P Vacanti首次提出“组织工程学”概念。

组织工程原理

实施案例：人造皮肤率先在西安临床应用（2013.4） 直径6cm，厚2mm，外形像张饺子皮，植皮像贴创可贴，市场价3680元/张。 新生儿 包皮组织 真皮细胞 表皮 细胞 种植在I型牛胶蛋白基胶中，6天后细胞增殖胶原收缩，形成类真皮层组织 种植于类真皮组织，表皮细胞分化形成表皮层，继续培养，诱导表皮层成熟 人造皮肤

体外法

体内法

组织工程：应用生命科学和工程学的原理与方法，研究、开发用于修复、增进或改善人体各种组织或器官损伤后功能和形态的一门新兴学科。 关键：支架材料(生物活性与生物可降解性)

三、人工器官(Artificial organs) 人工器官：能够部分或全部替代人体病损的自然器官，具有补偿、替代或修复自然器官功能的人工装置。 特点：部分代替(目前为止) 体外使用(机械型人工器官) 组织工程型人工器官(发展方向，临床尚远)

机械型人工器官 人工肾 人工心脏 人工肺

假肢基本由硅胶树脂制成，指甲使用丙烯(美甲材料) 德国工程师生产逼真假肢(2014-7-14) 假肢基本由硅胶树脂制成，指甲使用丙烯(美甲材料)

组织工程型人工器官 2010年，美国科学家首次在实验室中，用干细胞人工培养出肺脏，植入老鼠体内可使其存活6h。 中国海洋大学，移植组织工程人工角膜内皮，已使新西兰兔角膜维持透明已长达343天http://www.ouc.edu.cn

四、生物力学与生物流体力学 (Biomechanics & Biofluid mechanics) 生物力学：研究生物体与力学有关问题的学科，主要内容是利用力学基本原理，结合生理学、医学和生物学来研究生物体特别人体的功能、生长、消亡及运动的规律。 涉及：血液、循环、呼吸、骨骼系统的力学问题

骨胳系统的几何建模 根据下肢骨胳的CT数据，利用MedGraphics 软件建立下肢骨胳的几何模型，利用快速成型技术建立下肢骨胳的实体模型 计算机模型 实体模型

五、生物医学传感器 (Sensor and transducer in biomedicine) 生物医学传感器：将各种生物信息(光、电、声、化学、热、力、射线等)转换成易于测量处理的有确定函数关系的电信号的转换装置。 用途：生物医学物质检测 提供临床检验的信息 生物工程技术生产药物时生化反应的监视

实现方法：生物传感器可将生物体的成分（酶、抗原、抗体、激素等）或生物体本身（细胞、细胞器、组织等）固定在一器件上作为敏感元件。

生物芯片(biochip/bioarray) 将大量探针分子固定于支持物上后与带荧光标记的DNA样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。 载体材料：玻璃片、聚丙烯酰氨凝胶、聚苯乙烯微珠、磁性微珠。

生物芯片制备原理

生物芯片用途 最大用途：疾病检测、药物筛选

六、纳米生物医学工程 (Nano Biomedicine and Engineering) 纳米技术在生物医学工程方面的应用 包含：纳米材料的可控制备 纳米药物的靶向递送 基因、蛋白质药物的纳米微囊化 纳米诊断治疗技术

七、生物医学信号处理与 医学图像技术 信号处理技术：是从强干扰和噪声的生物医学信号中提取有用的生物医学信息。 医学图像技术：医学成像技术和图像处理技术 医学成像技术：把生物体中有关的信息以图像形式提取并显示出来。 图像处理技术：对已获得的医学图像进行分析、识别、分割、解释、分类以及三维重建与显示等处理。

1.3生物医学工程发展历程 第一阶段 第二阶段 第三阶段 20世纪50年代以前 20世纪60年代 20世纪80年代以后

远古时期 人们对疾病的认识与诊治：神灵的惩罚（礼拜、祷告） 巫医利用巫术进行诊治（精神、心理） 治病方式：植物或动物 原始医学:经验医学(经验的、定性的)

开始了对疾病的测量时代 （从经验或定性到定量） 16世纪（文艺复兴时期） 加里略（1592）温度计、脉搏 胡克（hooke，1666）显微镜（cell) 列文虎克（leeuwenhock,1676)发现细菌 开始了对疾病的测量时代 （从经验或定性到定量）

~19世纪末 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。

X射线之父－伦琴 伦琴夫人的手指 伦琴的实验室

~20世纪初 德国物理学家布希（Busch,1926)----电子显微镜。 1927---Drinker呼吸机 1939---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）

工程技术多方位地向生物医学领域渗入 二战中：出现了很多先进技术 1947---Dassik发明了脑的A型超声显示 1950---Ballantine在MIT完成了颅内病变的超声检测。 1953---Holmes & Howry研制成二维超声实时成像仪。 Holter利用磁记录研制成了非卧床病人佩带的Holter系统。 工程技术多方位地向生物医学领域渗入

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。

1972年，英国Hounsfield爵士（1919-2004）发明了X射线计算机断层扫描仪CT,单位HU。1979年获得诺贝尔生理学和医学奖。

1973年，美国科学家Paul Lauterbur（1929-2007）和英国科学家Peter Mansfield研制磁共振成像仪MRI。2003年获得诺贝尔生理学和医学奖。 Lauterbur核磁共振技术(NMR)主要发明者，被称为“核磁共振成像之父”他一生有将近100篇论文的总引用量超过3000次

心脏起搏器 心律调节器（Pacemaker/Artificial pacemaker），是一种医疗器材，使用电击对于心脏的肌肉做持续与规律的刺激，以维持心脏的持续跳动。1988年，一位病人安装了一个核动力起搏器，可持续应用20年。

高频电刀 高频电刀(高频手术器， endotherm knife，electric knife) 是一种取代机械手术刀进行组织切割的电外科器械。它通过有效电极尖端产生的高频高压电流与肌体接触时对组织进行加热，实现对肌体组织的分离和凝固，从而起到切割和止血的目的。

1959年，国际生物医学工程联合会成立（法国巴黎） International Federation for Medical and Biological Engineering 　 http://www.ifmbe.org 2005年9月1日，首次在中国上海召开了第27届IFMBE

20世纪末，生物技术和微电子技术迅速发展，更先进医用仪器不断出现 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) 生物医学工程作为一门新兴的边缘学科，几乎所有的高新技术都被他所吸收和利用，并形成一个庞大的新兴产业系统

我国生物医学工程学科发展 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

黄家驷院士（1906-1984） 著名医学家、医学教育家，中国胸外科学的奠基人之一，也是中国生物医学工程学BME的奠基人

冯元桢教授 美籍华人，国际知名学者。生物力学开创者及奠基人，有“生物力学之父”美誉，美国三院院士，中国科学院外籍院士、台湾中央研究院院士。

1980年，成立了中国生物医学工程学会(CSBME)，总会下设了10余个专业委员会。 http://www.csbme.org 数字医疗及医疗信息化分会 介入工程分会 医学物理分会 体外循环分会 自然医学与中医药工程分会 生物材料分会 心律分会 ……

现在中国有100余高校和研究所培养本科生、硕士生和博士生，理论研究水平和国际水平差距不太大，但工艺和材料差距较大。 教育部公布2012年学科评估结果—生物医学工程

我院情况 学科建设 平台建设 国防重点学科实验室（2007年） ——“空间生物实验模拟技术重点实验室” 国防重点学科实验室（2007年）  ——“空间生物实验模拟技术重点实验室” “985工程”省部级创新平台（2004年） ——“空间生物技术实验室” 平台建设 生物医学工程（2010年） 一级学科博士点 生物学（2010年） 一级学科硕士点 生物技术（2009年） 本科专业 空间生物科学与技术（2008年） 国防特色学科 生物工程（2014年）专业学位

下设5个二级学科方向 航天医学工程 蛋白质工程与药物设计 生物电磁技术 生物医学材料 生物医学图像及信息处理

具有国际水平的产品：体外反博器 是一种无创的体外用于减轻和消除心绞痛治疗方法，它是在心脏堵塞的动脉周围通过扩张微细的血管网络，以建立新的通道来帮助增强心肌的血液流动，也用于脑缺血疾病恢复。

冲击波碎石机 优点在于治疗过程基本是非侵入性的，患者易于接受，而且它的治疗成功率高，对人体组织的损伤较少，目前在临床上已得到广泛的应用。 已出口到中南美洲、亚洲、欧洲、非洲

王智彪,重庆医科大学教授，海扶超声聚焦刀的创始人 海扶超声聚焦刀－无创治疗肿瘤新技术 王智彪,重庆医科大学教授，海扶超声聚焦刀的创始人

“达芬奇”手术机器人擅长高难精细手术 按人体工程学设计医生操作系统； 三个主要部分组成： 3个器械臂 1个摄像臂 3D成像系统 2006年底，中国第一台达芬奇手术机器人引入 301医院 2007.1，实施亚洲第一例全机器人不开胸微创心脏手术 我国目前共有20余台

1.4生物医学工程发展趋势

各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化、远程医疗信息网络化，对各种疾病的诊治更加快捷精确。 2017/3/4 各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化、远程医疗信息网络化，对各种疾病的诊治更加快捷精确。 我们有理由预测21世纪新的医学诊疗技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新： 各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，诊疗用机器人将被广泛应用。可以预料, 21 世纪将是医学研究定量化、客观化、系统化的时代, 对各种疾病的诊治更加快捷精确。 介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。 医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。 生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。人们预测, 21 世纪除脑以外的各种人工器官将广泛应用于临床, 医学将展现出一个新局面。 材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育材料、生物止血材料将有 新突破。　

纳米技术和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。 2017/3/4 纳米技术和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。 纳米机器人在清理血管中的有害堆积物。由于纳米机器人可以小到在人的血管中自由的游动，对于象脑血栓、动脉硬化等病灶，它们可以非常容易的予以清理，而不用再进行危险的开颅、开胸手术。 我们有理由预测21世纪新的医学诊疗技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新： 各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，诊疗用机器人将被广泛应用。可以预料, 21 世纪将是医学研究定量化、客观化、系统化的时代, 对各种疾病的诊治更加快捷精确。 介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。 医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。 生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。人们预测, 21 世纪除脑以外的各种人工器官将广泛应用于临床, 医学将展现出一个新局面。 材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育材料、生物止血材料将有 新突破。　

生物型人工器官将有新突破，除脑以外的各种人工器官将广泛应用于临床。 2017/3/4 生物型人工器官将有新突破，除脑以外的各种人工器官将广泛应用于临床。 肢体脏器量贩店 随着人类生命奥秘的揭晓，有朝一日人体就会像一辆汽车一样，哪个零件坏了，可再买一个新的换上，人体器官组织的修复将不再是件难事。 我们有理由预测21世纪新的医学诊疗技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新： 各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，诊疗用机器人将被广泛应用。可以预料, 21 世纪将是医学研究定量化、客观化、系统化的时代, 对各种疾病的诊治更加快捷精确。 介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。 医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。 生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。人们预测, 21 世纪除脑以外的各种人工器官将广泛应用于临床, 医学将展现出一个新局面。 材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育材料、生物止血材料将有 新突破。　

2017/3/4 材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展,植入型药物长效缓释材料，药物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，生物止血材料将有新突破。　 高性能多孔β-磷酸三钙（TCP）陶瓷人工骨 我们有理由预测21世纪新的医学诊疗技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新： 各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，诊疗用机器人将被广泛应用。可以预料, 21 世纪将是医学研究定量化、客观化、系统化的时代, 对各种疾病的诊治更加快捷精确。 介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。 医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着PET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。 生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。人们预测, 21 世纪除脑以外的各种人工器官将广泛应用于临床, 医学将展现出一个新局面。 材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育材料、生物止血材料将有 新突破。　 植入型药物缓释棒

2017/3/4 未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变，特别是个人健康意识增强，性能良好使用方便用于社区、家庭和个人保健及健身的设备、健康自我检测医疗设备将成为家庭中新的“家电”和“家私”。 预防 保健 我们有理由预测21世纪新的医学诊疗技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新：

创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救系统是未来生物医学工程的重要课题。 2017/3/4 除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防治诊疗技术和相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、心理安抚、生物反馈型诊疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。 创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救系统是未来生物医学工程的重要课题。 我们有理由预测21世纪新的医学诊疗技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新：

生物技术和微电子技术相结合的生物芯片和诊疗系统将被广泛应用。 2017/3/4 生物技术和微电子技术相结合的生物芯片和诊疗系统将被广泛应用。 生物芯片，如DNA芯片、蛋白芯片等将广泛形成新型诊疗技术，在基因普查、基因诊断、基因治疗中得到广泛应用。特别是与遗传有关的疾病，肝炎、艾滋病、心脑血管病、糖尿病、肿瘤等疾病的诊断治疗，快速准确，显著地提高了医疗水平。 我们有理由预测21世纪新的医学诊疗技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新： Nanowires In this diagram, nano sized sensing wires are laid down across a microfluidic channel. These nanowires by nature have incredible properties of selectivity and specificity. As particles flow through the microfluidic channel, the nanowire sensors pick up the molecular signatures of these particles and can immediately relay this information through a connection of electrodes to the outside world. These nanodevices are man-made constructs made with carbon, silicon and other materials that have the capability to monitor the complexity of biological phenomenon and relay the information, as it is monitored, to the medical care provider. They can detect the presence of altered genes associated with cancer and may help researchers pinpoint the exact location of those changes.

9. 远程医疗 双向声像连接 南极膝关节手术(2002) MGH, MA, USA 2017/3/4 9. 远程医疗 双向声像连接 南极膝关节手术(2002) MGH, MA, USA 远程医学是随着通信技术、计算机网络和多媒体技术的发展，并应用在医学上而不断发展起来的一门学科。其中的远程医疗会诊咨询可以使病人置身于自己熟悉的环境中，在节约大量的时间和费用的同时可以得到专家的远程会诊咨询服务，一方面病人无需旅途奔波，另一方面病情也不会延误；可以改善医疗资源的配置，降低医疗成本。

如何让老年人生活得更好？ 10. 康复医疗装置：健身、康复医疗设备，为身体健康、恢复伤残功能，市场需求量大。 关爱老年人： 2017/3/4 10. 康复医疗装置：健身、康复医疗设备，为身体健康、恢复伤残功能，市场需求量大。 关爱老年人： A 全世界老年人口占12% B 到2050年，全世界老年人口数量将第一次超过儿童人口数量。 C 每年有500万人死于中风 是生物医学工程专业里发展出来的新领域。各种健身、康复医疗设备为健康身体，恢复伤残功能发挥越来越大的作用，市场需求量大。 如何让老年人生活得更好？ 德国脑机接口技术

BME专业毕业生特点 交叉学科基础 技术集成本领 熟悉医疗器械行业规定与生物医学工程产业特点：门槛高，品种多。 期望

本课程教学与考核的 相关说明

1. 作业形式 1)记忆性作业：每个单元完成后，均有一定数量的知识性、记忆性书面性作业，每次题量为2-3道，要求下节课前必须上交。 2) 综合性大作业：安排3次，分别为生物材料、组织工程、医学传感器，要求学生以专题报告的形式进行，主要是就目前研究中的某一个热点问题，进行深入的自我学习与提高，报告内容包括：摘要、文献回顾与进展分析、存在问题、解决方案、自我收获等，作业时间为2周。 3) 团队作业：本课程安排1次大作业，以小组的形式进行，每组4人，团队协作，进行具有一定创新性的生物医学工程某个领域的前景设想、自我小创新等。内容包括：文献回顾、设想与假设、原理与实现方法、创新之处等。作业时间4周。 4) 教学实践环节：同学们可以从综合性大作业、团队作业中选出1个专题，以“学生亲自上讲台”讲解的形式进行，学时安排为1-2个学时。全体学生给台上的同学打分，进行互评与相互促进。教学实践环节安排在最后一节课进行。

2. 考核形式 实行以过程性考核与评价方式相结合的课程考核方法，开展以平时作业、综合性大作业、课堂专题讨论、团队作业、教学实践活动等形式为主的过程性考核。 1) 平时成绩(50%)：包括上述4种形式的作业，总成绩100分，记忆性作业(10%)+综合性大作业(30%)+团队作业(30%)+教学实践环节(30%) =100分 2) 期末成绩(50%)：闭卷，题型：简答题、判断题、分析与讨论题等，100分。 3) 评价环节：包含学生自我评价和老师评价两个部分。学生对自己课程学习情况进行总结性的书面评价，老师要对学生在整个课程中的整体表现给一个很客观地评价，评价可占3分的分值，体现在最后总成绩中。 4) 教师考核：学生可针对3个教师讲课情况，给每个教师一个评价，作为下一届上课教师人员认定的依据。

本章总结 1.什么是生物医学工程？ 2.研究内容 3.发展历程 4.展望

课后作业 1.认真学习课本本章内容，观看Yale教学视频 2.写出你自己所知道的一种医学器械及其工作原理及应用(要求：名称、用途、原理、有无缺陷、参考文献等，下节课交) 3.选做：针对生物医学工程未来发展的10个方面，设想可能实现的生物医学工程相关技术或产品，题目自拟(内容提纲：文献回顾，假设，基本原理，应用前景等，10.24日前交)

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