生物医学工程研究进展 PPT.pptx

1、生物医学工程研究生物医学工程研究进进展展BME在百年在百年诺贝诺贝尔尔生理与医学生理与医学奖奖中的份中的份额额美国美国了了20获获得得术术-百年百年总计总计(1901-2000)91(届次届次)100%属于属于BME范畴范畴1618%与与BME紧紧密相关密相关1314%不采不采纳纳BME方法、技方法、技术术、的 保的 保设 备设 备罗罗与与-劳劳材 料材 料特特就就布布不不尔尔能 完能 完和和成成英英的的国的国的03年年诺贝诺贝尔尔生理学或医生理学或医学学39彼得彼得-曼斯菲曼斯菲奖奖-核磁共核磁共43%尔尔德共同德共同振成像技振成像技与与BME无关无关的的三三维维图图象象2325%Laute

2、rbur,1929Mansfield 19332003 Nobel Prize in Physiology or MedicinePaul C、Lauterbur Prize Award PhotoSir Peter Mansfield Prize Award Photo10/6,2003A:+=75%B:=25%与与BME有有关关与与BME无无关关没有没有BME就没有生命科学的前沿就没有生命科学的前沿诺贝诺贝尔尔生理与医学生理与医学奖奖是生命科学的前沿是生命科学的前沿,由此得出由此得出:结论结论一美国美国BME技技术产术产品市品市场场与生物技与生物技术术(BT)市市场场比比较较项项目目产产品

3、用品用户户市市场场技技术术服服务务市市场场总计总计BME技技术产术产品品1000亿亿美元美元1000亿亿美元美元2000亿亿美元美元BT技技术产术产品品1000亿亿美元美元极少极少1000亿亿美元美元结论结论二二没有没有BME就没有生命科学行就没有生命科学行业业的巨大的巨大经济经济效益效益从学从学术术前沿角前沿角度度结论结论一结论结论二二从从经济经济效益角效益角度度+=主主题题:生物医学工生物医学工程程生命科学未来生命科学未来发发展的展的动动力力生物医？学工程的定义What is Biomedical Engineering(BME)什么是生物医学工程边缘边缘交叉科交叉科学学(Interdis

4、ciplinary)还还没有一个公没有一个公认认的定的定义义随科学技随科学技术术的的发发展而改展而改变变随生物医学工程研究随生物医学工程研究领领域而拓展域而拓展定定义义综综合运用合运用现现代自然科学和工程技代自然科学和工程技术术的原理的原理、方法方法,从工程学的角度从工程学的角度,在多种在多种层层次上研究生物体次上研究生物体,特特别别是人体的是人体的结结构、功能和其它生命构、功能和其它生命现现象象,揭示和揭示和论论证证生命运生命运动动的的规规律律,深化深化对对生命系生命系统统的的认识认识,提供提供防防病、治病、病、治病、卫卫生保健、康复、安全防生保健、康复、安全防护护的新理的新理论论和和新方法

5、新方法,设计设计和研制用于防病、治病等的新材料和研制用于防病、治病等的新材料、人工器官、装置与系人工器官、装置与系统统的新的新兴兴交叉学交叉学科科Biomedical engineering is a discipline that advances knowledge in engineering,biology and medicine,and improves human health through cross-disciplinary activities that integrate the engineering sciences with the biomedical scie

6、nces and clinical practice、It includes:1.The acquisition of new knowledge and understanding of living systems through the innovative and substantive application of experimental and analytical techniques based on the engineering sciences、2.The development of new devices,algorithms,processes and syste

7、ms that advance biology and medicine and improve medical practice and health care delivery、As used by the foundation,the term“biomedical engineering research”is thus defined in a broad sense:It includes not only the relevant applications of engineering to medicine but also to the basic life sciences

8、、生物医学工程的目生物医学工程的目标标几乎所有工程学和自然科学都可与生物几乎所有工程学和自然科学都可与生物医学相互医学相互结结合合探究人探究人类类正常生理学正常生理学表征表征组织组织与器官的病与器官的病变变机理机理给给出研究和技出研究和技术术开开发发的最佳手段的最佳手段提供治提供治疗疗与与预预防的有效方法防的有效方法生物医学工程的生物医学工程的历历史史1895年,德国物理学家伦琴X射线。X射线具有不同于阴极射线的新性质:不能被磁场所偏转,不仅能够使密封的底片感光,还能够穿过薄金属片、甚至在照片上能显示出衣服里藏匿的钱币。由于X射线能够穿透皮肉透视手掌、骨骼,在医疗上特别有用处。X射射线线之父之

9、父伦伦琴琴第一个诺贝尔物理奖生物医学工程的生物医学工程的历历史史伦伦琴夫人的手琴夫人的手指指伦伦琴的琴的实验实验室室生物医学工程做生物医学工程做为为一个学科最早出一个学科最早出现现在美国在美国,始于始于20世世纪纪50年代年代1958年在美国成立了国年在美国成立了国际际医学医学电电子学子学联联合会合会1965年年该组织该组织改称国改称国际际医学和生物工程医学和生物工程联联合会合会,后来成后来成为为国国际际生物医学工程学会生物医学工程学会1997年年,美国国家美国国家卫卫生研究院生物工程定生研究院生物工程定义义委委员员会会对对生物生物医学工程做出新的定医学工程做出新的定义义生物医学工程的生物医学

10、工程的历历史史生物医学工程的生物医学工程的历历史史BME创创始人黄家始人黄家驷驷院士院士1977年年:协协和医科大学生物医学工和医科大学生物医学工程程专业专业成立成立1978年年:生物医学工程生物医学工程专业专业学科学科组组成立成立1980年年:中国生物医学工程学会正中国生物医学工程学会正式成立式成立2005年年:哈工大生物医学工程研究哈工大生物医学工程研究中心成立中心成立以以应应用范畴用范畴为为依依据据医学工程医学工程(Meical Engineering)临临床工程床工程(Clinical Engineering)康复工程康复工程(Rehabilitation)环卫环卫工程工程(Envir

11、onmental Engineering)中医工程中医工程(Engineering of Chinese Traditional Medicine)生物医学工程的学科分生物医学工程的学科分类类以学科以学科专业为专业为依据依据生物医学材料(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 Instrument

12、s)生物医学信号处理(Biomedical Signal Processing)生物医学工程的学科分生物医学工程的学科分类类多学科、大跨度的多学科、大跨度的综综合性合性应应用学用学科科有多少理工科分支,就会有多少生物医学工程的领域,这种多学科的交叉融合涉及到几乎所有的理工学科和所有的生物学与医学分支,没有哪一个学者、哪一个学校(研究所)能够涉足其全部。另一方面,生物医学工程所指的学科交叉,不是生物医学同哪一个工程学科分支的简单结合,而是多学科、广范围、高层次上的融合。生物医学工程学科特点生物医学工程学科特点(1)对对相相应应的学科有的学科有较较大的依大的依赖赖性性因为没有一个特别的主题和技术绝

13、对属于生物医学工程,也不像物理、化学等一系列从基础理论到知识技能和应用都自成体系的传统学科。它没有自己独立的基础理论与知识体系,而是以相应的理工学科的分支和生物医学的分支的基础理论与知识体系为自己的基础,因此生物医学工程学对相应的学科有较大的依赖性。生物医学工程学科特点生物医学工程学科特点(2)介于基介于基础础科学和科学和专业专业技技术术、基、基础础研究研究与与应应用研究之用研究之间间的中的中间间学学科科以应用基础性研究为中心,以最终在生物医学领域应用为目的,在这一点上它有别于基础学科,也有别于某些纯应用性学科。同医同医疗疗器械器械产业产业有直截了当的有直截了当的联联系系,它的研究为医疗器械(

14、含医疗仪器、医疗装备、生物材料和制品)的开发提供工程原理和方法,因此,它是医疗器械产业发展的基础、动力和源泉。生物医学工程学科特点生物医学工程学科特点(3)特特别别的与生命科学密不可分的工程的与生命科学密不可分的工程学学分分支支生物医学工程用工程学解决生命科学的问题,而生命科学为工程的发展提供新思路。不仅为医学、生物学提供新的技术装备,也提供新技术、新方法甚至新概念,因此为医学和生物学的发展开辟了新道路,从而成为变革医学和生物学本身的一支重要力量。生物医学工程学科特点生物医学工程学科特点(4)是社会效益和是社会效益和经济经济效益的效益的综综合合医学更多的说应该是一门公益事业,因此重在社会效益,

15、而工程的目的就是成本最低最有效地解决问题,当然以经济效益为先。生物医学工程则是二者必定的结合。例如人工心脏起搏器和人工心脏瓣膜正在挽救和维持着世界数百万心脏病患者的生命;美国每年生物医学工程学带动的产业就达数百亿美元。生物医学工程学科特点生物医学工程学科特点(5)一.生生物物材材料料及及其其制制品品的的研研究究二.心心脑脑血血管管辅辅助助装装置置的的研研究究三.新新型型肿肿瘤瘤检检测测与与治治疗疗装装置置四.无无创创或微或微创诊疗创诊疗技技术术五.生物生物传传感器研制感器研制六.远远程医程医疗疗七.医学影像系医学影像系统统八.康复医康复医疗疗装置装置九.医学信号医学信号检测检测与与处处理理当前

16、生物医学工程的几个研究当前生物医学工程的几个研究热热点点一、一、生物材料及其制品的研究生物材料及其制品的研究骨修复材料纳米牙齿为研究新型医疗设备提供材料。特别是各种缓释材料、生物降解材料、抗凝血材料、植入材料、组织工程材料及纳米材料人工皮肤二、二、心心脑脑血管血管辅辅助装置的研究助装置的研究人造血管心脏起搏器人工心脏瓣膜血管支架当前心脑血管病仍是人类的重要杀手,防治心脑血管病是现代医学的首要任务之一。人工血管、血管内窥镜感应技术、心室辅助装置、人工心脏瓣膜防钙化、心脏骤停急救装置等都是当前的研究重点。三、三、新型新型肿肿瘤瘤检测检测与治与治疗疗装置装置分子靶向治分子靶向治疗疗癌癌症症分子靶向治

17、疗是近年来的一项新兴技术。其原理是,利用分子生物学技术,获得肿瘤相关抗原的单克隆抗体或特异性配体等靶向分子并将其藕连到抗癌药物上,抗癌药物就像“导弹”一样自动搜寻癌细胞并将其杀死,而不伤害正常细胞。目前三分之一的肿瘤能采纳分子靶向治疗,结合联合用药可将肿瘤治疗有效率提高二至九成,尤其对治疗转移性、复发性的中晚期肿瘤患者有重要作用,分子靶向治疗已在传统的手术、放疗、化疗及生物治疗的基础上发展成为肿瘤治疗的第四大手段。四、四、无无创创或微或微创诊疗创诊疗技技术术免疫细胞微囊化胰微囊化胰岛岛移植治移植治疗疗糖尿糖尿病病血管营养物质分泌的生物活性物质五、五、生物生物传传感器的研制感器的研制手掌型葡萄糖

18、分析手掌型葡萄糖分析仪仪检测生物信息的传感器是现代医疗仪器的一个薄弱环节。一个好的生物传感器应具备以下条件:可靠、少损伤或无损伤、微型化、重复性好、组织相容性好等。21 世纪将出现高性能光生物传感器在医学中广泛应用的革命性的变革,就像目前逐渐由光缆代替电缆传递信息的变革一样。六、六、远远程医程医疗疗南极膝关南极膝关节节手手术术美国美国马萨诸马萨诸塞塞总总医医院院双向声像双向声像连连接接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能够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能够得到专家的远程会诊咨询服务,一

19、方面病人无需旅途奔波,另一方面病情也可不能延误;能够改善医疗资源的配置,降低医疗成本。正正电电子子发发射射计计算机断算机断层扫层扫描描PET七、七、医学影像系医学影像系统统七、七、医学影像系医学影像系统统PPEETT简简介介PET是核医学发展的一项新技术,代表了当代最先进的无创伤性高品质影像诊断的新技术,是高水平核医学诊断的标志。主要被用来确定癌症的发生与严重性、神经系统的状况,及心血管方面的疾病。使用PET造影,需在病人身上注射放射性药物,放射性药物在病人体内释出讯号,而被体外的PET扫瞄仪所接收,继而形成影像,可显现出器官或组织(如肿瘤)的化学变化,指出某部位的新陈代谢异于常态的程度。PE

20、T-CT图示PET七、七、医学影像系医学影像系统统PET-CT图示PET七、七、医学影像系医学影像系统统八、八、康复医康复医疗疗装置装置德国德国Tbingen大学的大学的Birbaumer教授利用教授利用脑脑机机接口技接口技术术(脑电脑电信号信号)帮助一个完全帮助一个完全瘫痪瘫痪的患者的患者进进行交流行交流,病人甚至能病人甚至能够够在家上网在家上网关关爱爱老年人老年人: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500万人死于中风如何如何让让老年老年人人一一辈辈子活得子活得更更好好？1.各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化、远程医疗信

21、息网络化,对各种疾病的诊治更加快捷精确。21世世纪纪生物医学工程展望生物医学工程展望21世世纪纪生物医学工程展望生物医学工程展望2.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。描述的是纳米机器人在清理血管中的有害堆积物。由于纳米机器人能够小到在人的血管中自由的游动,关于象脑血栓、动脉硬化等病灶,它们能够特别容易的予以清理,而不用再进行危险的开颅、开胸手术。3.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。21世世纪纪生物医学工程展望生物医学工程展望肢体脏器量贩店随着人类生命神秘的揭晓,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

22、的修复将不再是件难事。4.材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有特别大发展,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。21世世纪纪生物医学工程展望生物医学工程展望植入型药物缓释棒高性能多孔-磷酸三钙(TCP)陶瓷人工骨5.未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。21世世纪纪生物医学工程展望生物医学工程展望预预防防保保健健未来医学模式将由治疗型向预防保健为主的模式转变,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”。21世世纪纪生

23、物医学工程展望生物医学工程展望6.除接着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。尿失禁生物反尿失禁生物反馈诊疗馈诊疗系系统统该诊疗系统是通过声音和图像系统直观地指导患者进行骨盆肌肉的生物反馈训练,7.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。21世世纪纪生物医学工程展望生物医学工程展望21世世纪纪生物医学工程展望生物医学工程展望8.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。

24、分子生物学和微电子技术相结合,生产出多种多样功能的生物芯片,如DNA芯片、各种蛋白芯片等将广泛用于医疗器械的研制,并创造出具有时代特征的新型诊疗技术,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。BME专业毕业专业毕业生特生特点点交叉学科基交叉学科基础础技技术术集成本集成本领领熟悉医熟悉医疗疗器械行器械行业规业规定与生物医学工定与生物医学工程程产业产业特点特点:门槛门槛高高,品种多品种多。1.医医疗疗器械注册管理方器械注册管理方法法2.医医疗疗器械分器械分类规类规则则3.医医疗疗器械

25、器械监监督管理条督管理条例例4.医医疗疗器械器械产产品上市周期品上市周期:3-6月月临临床床试验试验+法定法定90日注册日注册审审查查期期比比其他其他产产品晚近一品晚近一年年期期望望作作业业题题1生生物物医医学学工工程程是是以以为为对对象象,用用工工程程学学原原理理,研研究究开开发发防防病病、治治病病、人人体体辅辅助助功功能能等等为为医医学学应应用用服服务务的的人人工装置和系工装置和系统统。A 生命的人生命的人B 生物制品生物制品C 生物体生物体D 医医药药2以下哪些属于生物医学工程范畴？以下哪些属于生物医学工程范畴？智能胶囊内智能胶囊内窥镜窥镜,酶酶工程工程,发发酵工程酵工程,CT,B超超,

26、人工器官人工器官,细细胞工程胞工程,生物力学生物力学,生物制生物制药药,生物材料生物材料康复工程康复工程,超声波美容超声波美容,超声治癌。超声治癌。3什么是生物医学工程？并什么是生物医学工程？并请论请论述生物医学工程学科的特点？述生物医学工程学科的特点？Careers in Biomedical Engineering in AmericaWhat Will Be the 10 Hottest Jobs?Looking for a career change?A decade ago,who would have guessed that Web designer would be one o

27、f the hottest jobs of 2000?Here are some clues、1 TISSSUE ENGINEERS-With man-madeskin already on the market and artificial cartilage not far behind,25 years from now scientists expect to be pulling a pancreas out of a Petri dish、Or trying,anyway、Researchers have successfully grown new intestines and

28、bladders inside animals abdominal cavities,and work has begun on building liver,heart and kidney tissue、22 May 2000FAQsWhat sorts of panies hire biomedical engineers?Should I plan on getting a PhD?What is a typical career path in industry?How do I find my first job?What are salaries like?What charac

29、teristics are panies looking for?What are some of the tradeoffs between academia an industry？EmployersThree kinds of paniesPharmaceuticals:Prozac,Lipitor,tylenolMedical Device:pacemakers,dialyzersBiologics:vaccines,factor VIII,stem cellsWhich have an aggregate domestic business volume of over 800 bi

30、llion dollars,employ over 4 million workers,and are growing at 5 to 10%per yearRelated industries suitable for biomedical engineers include financial services;patent,regulatory;medicine;clinical specialists;advertising;and education-Medical Devices(Boston Scientific,Guidant,、)-Medical Equipment(Baxt

31、er,Bausch&Lomb,、)-Laboratory Equipment(Beckman,PerkinElmer,、)-Pharmaceuticals(Pfizer,John&Johnson,、)-Medical Imaging(General Electric,Siemens,、)BME IndustryPharmaceutical ProductsJust imagine life without themMedical DevicesTherapies enabled by“artificial organs”account for 8%of contemporary medicin

32、eIf I am interested in a career in biomedical engineering,should I get a PhD?YES,YES,YES,Unless you are interested in positions whose content is primarily non-technical(sales,human resources)But it is OK to work for a few years and then e back for the PhD(or MBA)Post docs dont hurt,but arent necessa

33、ryTypical Career Path:IGoing in positions:Project-level research programs,working under the close supervision of more senior engineers or scientists、Starting PhDs typically have an office,technician support,and their own lab space、After 3-8 years,engineers:Continue in laboratory and project work at the level of senior scientist or independent investigatorBee involved in technology management,often