生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第1頁內(nèi)容目錄生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)內(nèi)涵生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)理論生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)應(yīng)用技術(shù)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)新理論和新技術(shù)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第2頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第3頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)理論基礎(chǔ)生物電磁學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第4頁生物電磁學(xué)生物電磁學(xué)早期研究生物電磁學(xué)定義及其研究范圍生物電磁現(xiàn)象電磁波生物學(xué)效應(yīng)及其在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用生物電磁劑量學(xué)和電磁輻射安全標(biāo)準(zhǔn)生物電磁場熱點(diǎn)問題生命火花生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第5頁生物電磁學(xué)早期研究GalvaniVoltEinthovenBergerMcFee生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第6頁生物電磁學(xué)定義生物電磁學(xué)是碩士物體電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象以及生物電磁應(yīng)用一門學(xué)科。生物電磁學(xué)是建立在膜生物物理學(xué)基礎(chǔ)之上側(cè)重于從宏觀角度碩士物電現(xiàn)象和生物磁現(xiàn)象。當(dāng)代生物電磁學(xué)在很多方面都已深入到細(xì)胞級甚至是分子級研究水平。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第7頁生物電磁學(xué)研究范圍外界電磁波（場）與生物體相互作用主要包含生物組織介電特征、各層次生物學(xué)效應(yīng)及其作用機(jī)理、生物電磁劑量允許暴露限值、生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用及用于生物和醫(yī)療輻射系統(tǒng)等。Bioelectromagnetics生物體本身產(chǎn)生電磁現(xiàn)象主要包含電磁現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理，電磁信號測量、處理和應(yīng)用等。Bioelectromagnetism

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第8頁生物電磁現(xiàn)象生物電現(xiàn)象心電腦電肌電其它生物電生物磁場現(xiàn)象生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第9頁心電心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)是指由一系列特殊心臟細(xì)胞聯(lián)結(jié)組成傳導(dǎo)系統(tǒng)。心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)細(xì)胞組織現(xiàn)有自動產(chǎn)生興奮功效，又有較普通心肌細(xì)胞更加快傳導(dǎo)功效，使興奮有節(jié)律地按一定次序傳輸，使心臟保持正常有節(jié)律收縮和舒張，以維持血液循環(huán)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第10頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第11頁心臟在搏動之前，心肌首先發(fā)生興奮，在興奮過程中產(chǎn)生微弱電流，該電流經(jīng)人體組織向各個(gè)別傳導(dǎo)。因?yàn)樯眢w各個(gè)別組織不一樣，各個(gè)別與心臟間距離不一樣，所以在人體體表各部位，表現(xiàn)出不一樣電位改變，這種人體心臟內(nèi)電活動所產(chǎn)生表面電位與時(shí)間關(guān)系稱為心電圖，也稱體表心電圖。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第12頁心電活動信息能夠經(jīng)過固定在皮膚上電極取得。依據(jù)電極放置位置不一樣可組成各種導(dǎo)聯(lián)。在實(shí)用上為了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方便進(jìn)行對比分析，國際上均采取標(biāo)準(zhǔn)12導(dǎo)聯(lián)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第13頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第14頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第15頁心電基礎(chǔ)理論研究心導(dǎo)管術(shù)希氏束電圖心室晚電位體表等電位標(biāo)測Holter動態(tài)心電圖高頻心電圖生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第16頁心電正問題心電正問題是在已知心臟狀態(tài)下，依據(jù)心肌電生理特征參數(shù)，經(jīng)過建立心臟模型和人體軀干模型用仿真方法來研究心肌興奮是怎樣傳輸及如和形成體表電位。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第17頁正常心臟狀態(tài)下，竇房結(jié)周期性產(chǎn)生興奮按心房肌、房室結(jié)、His束、左右束支、浦肯野氏纖維網(wǎng)和心室肌這么一個(gè)次序傳輸。心電仿真首先按某一仿真算法模擬這個(gè)興奮傳輸過程，然后由心動周期中某一時(shí)刻各興奮心肌所產(chǎn)生動作電位求出該時(shí)刻心電源大小，再用邊界元法等數(shù)值算法求出心電源在體表產(chǎn)生電位。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第18頁有了心電仿真模型，經(jīng)過設(shè)置其模型參數(shù)能夠仿真各種心臟病。比如，經(jīng)過去除心臟模型中某一區(qū)域心肌單元能夠仿真心肌梗塞；經(jīng)過減慢束支興奮傳導(dǎo)速度能夠仿真束支傳導(dǎo)阻滯；經(jīng)過設(shè)置預(yù)激點(diǎn)能夠仿真預(yù)激綜合征；經(jīng)過增加心室心肌單元能夠仿真心室肥大等等。只要你有充分想象力，你能夠利專心電仿真模型來研究任意心臟生理病理狀態(tài)下電興奮傳輸過程及其在體表面產(chǎn)生電位分布。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第19頁應(yīng)專心電仿真模型還能夠研究許多心臟病形成機(jī)理。比如引發(fā)心律失常折返形成機(jī)理是什么?在什么樣情況下才能建立起折返?心肌興奮傳輸速度對心律失常有何影響？心肌缺血到達(dá)何種程度才能在心電圖上有所反應(yīng)？…這些對心臟病診療尤其是定量診療方面有主要意義。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第20頁心電逆問題心電逆問題是指依據(jù)體表電位分布、人體幾何形狀以及軀干容積導(dǎo)體電特征，經(jīng)過數(shù)學(xué)物理方法來求得心臟電活動定量解。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第21頁心電正問題：經(jīng)過設(shè)置心電仿真模型模型參數(shù)，能夠研究不一樣心臟生理病理狀態(tài)下體表電位分布情況。心電逆問題：假如能從體表電位逆推出心電仿真模型模型參數(shù)，那么由這些模型參數(shù)就可確定心臟所處狀態(tài)。利專心電逆問題解反應(yīng)出病變心肌位置、大小及病變程度等定量信息。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第22頁腦電人類大腦神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量達(dá)150億個(gè)。神經(jīng)元像人體中其它細(xì)胞一樣，含有生物電活動。大腦皮層中單個(gè)神經(jīng)元膜電位通常在頭皮上檢測不到，在頭皮上檢測到電位改變——腦電波是由大腦皮層中無數(shù)個(gè)神經(jīng)元同時(shí)化電活動所形成。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第23頁腦電圖醫(yī)學(xué)應(yīng)用腦功效臨床診療和神經(jīng)生理研究諸如診療顱內(nèi)占位性病變、癲癇、針麻觀察及航空神經(jīng)生理研究等。腦電圖統(tǒng)計(jì)方法電極在頭皮上安放方法通常采取國際標(biāo)準(zhǔn)10/20電極位置系統(tǒng)。和心電圖相同，腦電圖電極連接可采取單極或雙極導(dǎo)聯(lián)方式。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第24頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第25頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第26頁自發(fā)腦電圖（EEG）產(chǎn)生基礎(chǔ)原理腦神經(jīng)細(xì)胞生物電活動。同時(shí)化作用通常被認(rèn)為受腦干（皮下層中樞）控制。所以，大腦皮層含有連續(xù)、廣泛而有節(jié)律電位改變，這種不受外界刺激腦電改變稱為自發(fā)腦電位。誘發(fā)腦電位（EP）腦自發(fā)電活動（腦電）能夠?yàn)橹苯踊蛲饨绱_實(shí)定性刺激（電、光、聲等刺激）所影響，產(chǎn)生另一個(gè)局部化電位改變稱為誘發(fā)腦電位。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第27頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第28頁腦電圖特點(diǎn)腦電圖是一個(gè)隨機(jī)性很強(qiáng)生理信號，其規(guī)律性不如心電圖明確，通常將腦電圖振幅和頻率成份作為腦電診療時(shí)主要依據(jù)，而頻率成份顯得尤為主要，因?yàn)榇竽X活動程度與腦電圖平均頻率之間有親密關(guān)系。在國際上，普通將正常腦電活動相關(guān)腦電波頻率范圍劃分成五種類型，頻率由高到低依次為γ波、β波、α波、θ波、δ波。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第29頁α波通常在覺醒、平靜和閉眼時(shí)出現(xiàn)在枕葉。β波含有較高頻率，常見于擔(dān)心精神活動期間。θ波主要見于兒童和成人淺睡時(shí)，出現(xiàn)在頂部和顳部。δ波出現(xiàn)于成人深睡時(shí)，以及早產(chǎn)嬰兒和幼兒。成人極度疲勞和麻醉時(shí)也出現(xiàn)δ波。γ波是由注意或感覺刺激引發(fā)一個(gè)低幅高頻波。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第30頁自發(fā)腦電活動通常以一個(gè)占優(yōu)勢頻率為其標(biāo)志。自發(fā)腦電信號較弱，在正常情況下，從波峰到波谷（幅值）為10-100μV，其頻率范圍為1~50Hz。波形因不一樣腦部位置而異，并與覺醒和睡眠水平相關(guān)，且存在很大個(gè)體差異。也就是說腦電波在不一樣正常人中也存在著不一樣表現(xiàn)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第31頁腦電圖波能夠因大腦皮層和腦干病理所改變。比如皮層中電活動消失或阻尼可能是因?yàn)槟[瘤壓迫在神經(jīng)元上并使其損傷，也可能是因?yàn)檠h(huán)障礙引發(fā)缺氧，出血或栓塞。腦電圖波形也受影響意識水平腦干中病理過程所影響。腦電圖是診療一些精神疾患主要依據(jù)。比如在臨床上可檢驗(yàn)疑似癲癇和腦腫瘤病人，還能夠用于測定意識水平和確定大腦死亡。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第32頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第33頁采取誘發(fā)電位研究感覺系統(tǒng)投射部位及大腦皮層功效有主要作用。誘發(fā)電位可在腦皮層和中樞神經(jīng)系統(tǒng)其它部位（如丘腦、中腦等）引出。可從一個(gè)角度說明中樞神經(jīng)系統(tǒng)各個(gè)別之間、大腦皮層各個(gè)別以及皮層下不一樣細(xì)胞成份相互作用機(jī)制。人精神狀態(tài)對腦電活動有極大影響，所以，腦電圖對高級神經(jīng)活動尤其是心理活動含有主要意義，這對于模擬大腦功效及認(rèn)知研究、人工智能研究等都含有非常主要意義。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第34頁肌電人體骨骼肌數(shù)以百計(jì)。每塊肌肉都有許多肌細(xì)胞（肌纖維）借結(jié)締組織連接在一起，兩端和肌腱相連，加上供給它們神經(jīng)、血管和淋巴管共同形成。每塊肌肉附著在骨骼及其它結(jié)締組織上，在神經(jīng)系統(tǒng)管理下，成為一個(gè)含有執(zhí)行一定運(yùn)動機(jī)能機(jī)械效應(yīng)系統(tǒng)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第35頁興奮和收縮是骨骼肌最基礎(chǔ)機(jī)能，也是肌電圖形成基礎(chǔ)。肌電圖是不一樣機(jī)能狀態(tài)下骨骼肌電位改變統(tǒng)計(jì)，這種電位改變與肌肉結(jié)構(gòu)、收縮時(shí)化學(xué)改變相關(guān)。在肌細(xì)胞中存在4種不一樣生物電位：靜息電位（RP）、動作電位（AP）、終板電位（EPP）和損傷電位（IP）。肌電圖能直接反應(yīng)肌肉活動機(jī)能狀態(tài)，有利于了解各個(gè)別肌肉在完成某一動作中所表現(xiàn)作用。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第36頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第37頁肌電圖機(jī)臨床應(yīng)用在臨床上，肌電圖機(jī)可用來對各種肌肉/神經(jīng)性疾患進(jìn)行診療。比如可用肌電圖來判別神經(jīng)性肌萎縮以及肌源性肌萎縮；判別神經(jīng)損傷程度和部位；可作神經(jīng)再生和矯形手術(shù)前后肌肉功效分析；可用來作針灸、針麻、咀嚼肌功效、膀胱括約肌功效、子宮功效等研究伎倆。在運(yùn)動醫(yī)學(xué)方面，肌電圖機(jī)也可用來分析各種運(yùn)動時(shí)肌肉作用、力量和疲勞肌電圖指標(biāo)等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第38頁其它生物電生物體除心臟及腦活動能產(chǎn)生電現(xiàn)象外，許多其它器官、組織都存在不一樣程度電現(xiàn)象。視網(wǎng)膜電圖、眼電圖及眼震電圖胃電圖（EGG）生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第39頁電磁波生物學(xué)效應(yīng)熱效應(yīng)非熱效應(yīng)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第40頁電磁波在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用除利用電磁波生物效應(yīng)用于疾病治療或輔助治療外，利用外加電磁波進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)檢測臨床應(yīng)用和研究也深入深入。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第41頁電磁波生物醫(yī)學(xué)檢測就是利用外加電磁波作用于生物組織電磁能，經(jīng)組織傳輸、吸收和散射，被反射或透射信號將攜帶生物體物理或幾何信息，經(jīng)過檢測和分析這些信號可取得相關(guān)生物學(xué)信息，利用不一樣參數(shù)可進(jìn)行生物成份、結(jié)構(gòu)和功效檢測分析。如核磁共振技術(shù)和核磁共振成像技術(shù)、微波介電特征成像、微波熱彈性成像、微波多普勒檢測、生物介電譜技術(shù)等，都有不一樣程度實(shí)際應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第42頁微波生物效應(yīng)及其在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用微波醫(yī)學(xué)應(yīng)用包含有微波診療、微波治療、微波消毒、殺菌等。當(dāng)前，微波在透熱療法及腫瘤治療等方面也發(fā)揮了主要作用。微波輻射對人體和動物作用是熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)共同作用結(jié)果。當(dāng)輻射功率超出一定閾值后，以熱效應(yīng)為主，其生物學(xué)效應(yīng)與其它熱引發(fā)效應(yīng)相同。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第43頁微波選擇性局部加熱，是一個(gè)有效當(dāng)代化熱療方法，適量局部照射，可提升局部生物組織新陳代謝，誘導(dǎo)產(chǎn)生一系列物理化學(xué)改變，到達(dá)解痙鎮(zhèn)痛、抗炎脫敏、促進(jìn)生長等作用。依據(jù)照射能量不一樣可分為溫?zé)嶂委?、高溫消融、電灼、電凝、切割等熱療方法。依?jù)使用頻率不一樣，而對皮膚穿透深度不一樣，又可分為淺表熱療、深部透熱治療。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第44頁微波對人體和動物作用含有兩重性。首先，假如輻射劑量控制適當(dāng)，對人體和動物能夠產(chǎn)生良好刺激作用：加速血液循環(huán)，血管擴(kuò)張；刺激器官功效，促進(jìn)新陳代謝，改進(jìn)局部營養(yǎng)，從而促進(jìn)機(jī)體修復(fù)與再生；甚至選擇性殺滅腫瘤細(xì)胞，增強(qiáng)機(jī)體抗電離輻射能力。所以微波輻射療法已廣泛應(yīng)用于臨床。另首先，高強(qiáng)度微波輻射或低強(qiáng)度長久照射都有可能對人體健康產(chǎn)生不良影響，形成所謂“無線電波作用綜合征”。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第45頁毫米波生物學(xué)效應(yīng)及其在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用毫米波是指自由空間波長在1~10mm電磁波，對應(yīng)頻率范圍是30~300GHz，處于微波波段高頻段。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第46頁毫米波在生物效應(yīng)方面特點(diǎn)，使其在醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用中有一些特色和優(yōu)點(diǎn)。含有非侵入性，對機(jī)體無損傷，易于配合藥品或其它療法進(jìn)行治療。治療劑量小，基礎(chǔ)無變態(tài)反應(yīng)，無副作用和遠(yuǎn)期后遺癥。毫米波能提升機(jī)體總擔(dān)心度，從而使患者有舒適感覺；有抗應(yīng)激因子作用，能提升機(jī)體免疫力；還可鎮(zhèn)靜止痛。能改進(jìn)人體耐毒狀態(tài)，提升血液質(zhì)量，而且有顯著升白作用。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第47頁生物磁場起源生物電流是引發(fā)生物磁場源泉。由生物磁性材料產(chǎn)生感應(yīng)場。生物體本身含有磁性物質(zhì)產(chǎn)生磁場。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第48頁生物磁場檢測特點(diǎn)測定生物磁場時(shí)，無需使用電極就能測得生物組織內(nèi)源電流。能夠同時(shí)測量恒定生物磁場和交變生物磁場。能夠取得生物磁場三維空間分布。經(jīng)過測量體外磁場強(qiáng)度和分布，能夠了解體內(nèi)強(qiáng)磁性物質(zhì)含量和分布，有利于診療和檢驗(yàn)一些職業(yè)病。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第49頁生物磁測量人體磁性活動含有普遍性，但限于檢測水平和應(yīng)用，當(dāng)前探測到只有心磁場、腦磁場、肺磁場、肌磁場、眼磁場、肝磁場等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第50頁磁場生物學(xué)效應(yīng)1．磁場生物物理作用2．引發(fā)生物效應(yīng)磁場物理原因3．磁場對人體作用生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第51頁磁場療法（簡稱磁療）是在人體一定部位（經(jīng)穴或患處）施加恒定或改變磁場治療疾病方法。磁場含有鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜、上瀉、消炎等功效。臨床上已能治療急性扭挫傷、腰肌勞損、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、高血壓、神經(jīng)性頭痛、支氣管哮喘、功效性腹瀉、痛經(jīng)等數(shù)十種常見病和多發(fā)病。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第52頁生物電磁劑量學(xué)確定什么樣電磁場產(chǎn)生何種效應(yīng)，這就需要測定生物體在特定照射條件下所接收劑量。普通采取單位質(zhì)量吸收功率，描述生物體受到電磁場作用實(shí)際強(qiáng)度，方法學(xué)上又分為理論劑量學(xué)和試驗(yàn)計(jì)量學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第53頁電磁輻射安全標(biāo)準(zhǔn)為了預(yù)防電磁場有害效應(yīng)對人類健康產(chǎn)生危害，需要研究人體接收照射安全電平和各種電磁設(shè)備允許泄露電平，從而制訂出電磁輻射衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，為環(huán)境控制和預(yù)防醫(yī)學(xué)服務(wù)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第54頁生物磁場熱點(diǎn)問題一、低強(qiáng)度低頻磁場生物學(xué)效應(yīng)二、通信系統(tǒng)電磁場生物學(xué)效應(yīng)三、毫米波非熱生物學(xué)效應(yīng)四、電磁波熱療和電化學(xué)治療五、磁刺激醫(yī)學(xué)應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第55頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)理論生物力學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第56頁生物力學(xué)生物力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)原理和方法對生物體中力學(xué)問題進(jìn)行定量研究生物物理學(xué)分支，是研究力與生物體運(yùn)動、生理、病理之間關(guān)系學(xué)科。生物力學(xué)是力學(xué)與生物學(xué)和醫(yī)學(xué)交叉學(xué)科，為處理生命科學(xué)許多問題提供了力學(xué)基礎(chǔ)理論和分析方法，又為力學(xué)開辟了一個(gè)遼闊新領(lǐng)域。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第57頁生物力學(xué)生物力學(xué)發(fā)展簡史生物力學(xué)研究內(nèi)容生物力學(xué)研究方法生物力學(xué)研究特點(diǎn)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第58頁生物力學(xué)發(fā)展簡史哈維（Harvey）馬爾皮基（Malpighi）博雷利（Borelli）歐拉（Euler）蘭姆（Lamb）托馬斯·楊（Young）生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第59頁黑爾斯泊肅葉（Poiseuille）赫姆霍茲（Helmholtz）弗蘭克（Frank）斯塔林（Starling）克勞（Krogh）希爾（Hill）馮元禎（Y.C.Fung）生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第60頁生物力學(xué)研究內(nèi)容生物力學(xué)基礎(chǔ)是能量守恒、動量定律、質(zhì)量守恒三定律并加上描寫物性本構(gòu)方程。生物力學(xué)研究重點(diǎn)是與生理學(xué)、醫(yī)學(xué)相關(guān)力學(xué)問題。依研究對象不一樣可分為生物流體力學(xué)、生物固體力學(xué)和運(yùn)動生物力學(xué)等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第61頁生物力學(xué)研究方法生物力學(xué)研究方法和其它各種物理問題和工程問題研究方法有較多相同之處。主要經(jīng)過三條路徑來處理問題：用解析或數(shù)值方法來求解數(shù)學(xué)模型用試驗(yàn)方法來測定物理模型或?qū)嶋H試驗(yàn)樣品對現(xiàn)場進(jìn)行分析研究生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第62頁分析生物形態(tài)，器官解剖及組織結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)，以了解所研究對象幾何特點(diǎn)。測定組織和材料力學(xué)性質(zhì)，確定本構(gòu)關(guān)系。依據(jù)物理學(xué)中基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和組織本構(gòu)方程，導(dǎo)出其主要微分和積分方程。分析器官工作環(huán)境和情況，得到邊界條件。用解析方法或數(shù)值方法求解邊界值問題。做生理試驗(yàn)以驗(yàn)證上述問題理論和數(shù)值解。探討理論和試驗(yàn)在實(shí)際中應(yīng)用，并做深入改進(jìn)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第63頁生物力學(xué)研究特點(diǎn)生物力學(xué)研究對象是生物體。作為試驗(yàn)對象生物材料，有在體和離體。在體生物材料普通處于受力狀態(tài)（如血管、肌肉），一旦游離出來則處于自由狀態(tài)，即非生理狀態(tài)（如血管、肌肉一旦游離，即顯著收縮變短）。在體試驗(yàn)分為麻醉狀態(tài)和非麻醉狀態(tài)兩種情況。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第64頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)理論醫(yī)學(xué)超聲生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第65頁醫(yī)學(xué)超聲頻率在20kHz以上機(jī)械波稱為超聲波。超聲波是一個(gè)波動形式，能夠用于探測人體生理和病理信息，這便是診療超聲，其聲強(qiáng)大小在0.1~50mW/cm2，頻率在2~10MHz之間。超聲波又是一個(gè)能量形式。當(dāng)?shù)竭_(dá)一定劑量超聲波在生物體系內(nèi)傳輸時(shí)，經(jīng)過它們之間一定相互作用，可能引發(fā)生物體系功效或結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這便是功率超聲，其聲強(qiáng)大小從每平方厘米零點(diǎn)幾瓦到每平方厘米幾百瓦，頻率在20~50kHz之間。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第66頁研究超聲波與生物組織（主要指人體組織）相互作用機(jī)理、規(guī)律及其應(yīng)用學(xué)科分支稱為醫(yī)學(xué)超聲。醫(yī)學(xué)超聲：超聲診療和超聲治療。超聲診療研究怎樣利用各種組織差異來區(qū)分不一樣組織，尤其是區(qū)分正常和病變組織。超聲波在生物組織中傳輸規(guī)律及診療信息提取方法是超聲診療物理基礎(chǔ)。超聲治療則研究怎樣利用超聲波生物效應(yīng)來治療一些疾病，其物理基礎(chǔ)是超聲生物效應(yīng)機(jī)理和超聲計(jì)量學(xué)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第67頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第68頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第69頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第70頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第71頁超聲生物效應(yīng)及其在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第72頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)理論生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)BiomedicalPhotonics生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第73頁生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)1．光與生物關(guān)系2．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)定義3．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展（理論基礎(chǔ)、技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展動力）4．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展特點(diǎn)5．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究基礎(chǔ)步驟6．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究內(nèi)容生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第74頁1．光與生物關(guān)系人類利用光方法可分為三類將光作為能量載體將光作為信息載體將光作為科學(xué)研究工具

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第75頁2．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)定義生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)是關(guān)于光子在生物、醫(yī)學(xué)中應(yīng)用科學(xué)和技術(shù)。生物光子學(xué)是利用光子來碩士命科學(xué)，詳細(xì)地說是碩士物系統(tǒng)產(chǎn)生光子以及光子學(xué)在生物學(xué)研究、生物系統(tǒng)改造、農(nóng)業(yè)及環(huán)境檢測方面應(yīng)用。醫(yī)學(xué)光子學(xué)是光子學(xué)和當(dāng)代醫(yī)學(xué)相結(jié)合產(chǎn)物，主要包含醫(yī)學(xué)光子學(xué)基礎(chǔ)、醫(yī)學(xué)光學(xué)診療技術(shù)和醫(yī)學(xué)光學(xué)治療技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第76頁3．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展理論基礎(chǔ)應(yīng)該歸功于量子理論建立。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展技術(shù)基礎(chǔ)得益于20世紀(jì)一系列技術(shù)革命結(jié)果，其中最為主要應(yīng)該是激光技術(shù)、微電子技術(shù)和納米技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用。大家對認(rèn)識世界不停追求和對于本身健康及生活質(zhì)量日益關(guān)切，組成了而且會繼續(xù)成為生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展強(qiáng)大動力。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第77頁4．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)發(fā)展特點(diǎn)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)除了對生物或醫(yī)學(xué)學(xué)科本身發(fā)展含有促進(jìn)作用外，其本身也不停地對工學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等學(xué)科提出新課題，更主要是它發(fā)展需要并促進(jìn)了這些學(xué)科交叉和技術(shù)融合。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第78頁5．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究基礎(chǔ)步驟生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第79頁6．生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究內(nèi)容光與物質(zhì)相互作用原理、方法和特點(diǎn)。光在人體中傳輸規(guī)律。用于人體光發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。物理模型和定量方法。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第80頁光與物質(zhì)相互作用（尤其是光與生物組織體相互作用）中原理、方法和特點(diǎn)包含生物組織中主要吸收物質(zhì)、分子振動及分子吸收光譜基礎(chǔ)測量原理、組織體發(fā)光、組織體對光散射效應(yīng)、光與生物組織其它作用（光熱、光聲、光化學(xué)和光機(jī)械效應(yīng)）。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第81頁光在人體中傳輸規(guī)律光在組織體中傳輸數(shù)學(xué)模型組織體光學(xué)特征參數(shù)取得光在組織體內(nèi)傳輸特征方法生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第82頁用于人體光發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)通常起源于人體信號組成極其復(fù)雜且非常微弱，所以必須研究常見微弱信號檢測方法及系統(tǒng)。在選擇光發(fā)射和接收系統(tǒng)時(shí)所要考慮問題。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第83頁物理模型和定量方法從多成份或多分子信號疊加而成人體組織復(fù)雜光譜信號中定量地提取感興趣參數(shù)方法和技術(shù)。在光不走直線前提下實(shí)現(xiàn)人體組織結(jié)構(gòu)參數(shù)或功效參數(shù)三維成像數(shù)學(xué)方法和技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第84頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)理論生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第85頁生物醫(yī)學(xué)材料生物醫(yī)學(xué)材料概念和分類發(fā)展方向納米技術(shù)與生物材料藥品控釋技術(shù)與生物材料生物可降解和生物活性材料組織工程材料生物材料表面生物化技術(shù)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第86頁生物醫(yī)學(xué)材料概念生物醫(yī)學(xué)材料是生物醫(yī)學(xué)工程物質(zhì)基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)材料或叫生物材料，是和生物系統(tǒng)相作用，用以診療、治療修復(fù)或替換機(jī)體中組織、器官或促進(jìn)其功效材料。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第87頁發(fā)展歷程－舉例公元前3500年，古埃及人和中國人等就利用棉花纖維、馬鬃做縫合線，用柳樹枝和象牙修復(fù)失牙。16世紀(jì)開始大家用黃金板修復(fù)顆骨，陶材或金屬做齒根，用金屬作固定骨折內(nèi)骨板等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第88頁伴隨材料科學(xué)、生命科學(xué)和生物技術(shù)發(fā)展，使得人類在分子水平上去認(rèn)識材料和機(jī)體間相互作用，構(gòu)建生物結(jié)構(gòu)和功效，使傳統(tǒng)無生命材料經(jīng)過參加生命組織活動，成為有生命組織一個(gè)別。生物醫(yī)用材料科學(xué)將成為人類進(jìn)入“生物技術(shù)世紀(jì)”主要基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第89頁20世紀(jì)，高分子、新型金屬與陶瓷材料發(fā)展為生物醫(yī)學(xué)材料研究與應(yīng)用提供了新機(jī)會。醫(yī)療水平提升和生活質(zhì)量改進(jìn)反過來也促進(jìn)了生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展。當(dāng)前能夠說，從天靈蓋到腳趾骨，從人體內(nèi)臟到皮膚，從血液到五官，除了腦以及大多數(shù)內(nèi)分泌器官外，大都有了代用人工器官。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第90頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第91頁生物醫(yī)學(xué)材料特點(diǎn)材料無毒，不致癌、不致畸，不引發(fā)人體細(xì)胞突變和不良組織反應(yīng)與人體生物相容性好，不引發(fā)中毒、溶血、凝血、發(fā)燒和過敏等現(xiàn)象含有與天然組織相適應(yīng)力學(xué)性能針對不一樣使用目標(biāo)而含有特定功效必須含有良好生物或組織相容性

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第92頁生物醫(yī)學(xué)材料基礎(chǔ)性能要求A、生物功效性BiofunctionabilityB、生物相容性BiocompatibilityC、生物安全性BiologicalSafety生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第93頁A、生物醫(yī)學(xué)材料生物功效性生物醫(yī)學(xué)材料生物功效性是指生物醫(yī)學(xué)材料在植入后行使功效能力，或?yàn)閳?zhí)行功效，其本身和植入位置應(yīng)該滿足適當(dāng)物理化學(xué)要求。生物醫(yī)學(xué)材料能否有效行使功效，除與其本身物理化學(xué)性質(zhì)相關(guān)外，還和其所處生物環(huán)境相關(guān)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第94頁物理、化學(xué)性能要求人工心臟瓣膜——耐磨、耐蝕顱骨修復(fù)材料——強(qiáng)度、導(dǎo)熱性齒科修復(fù)材料——硬度、耐磨、導(dǎo)熱性血管修復(fù)材料——柔性、化學(xué)穩(wěn)定性骨修復(fù)材料——硬度、強(qiáng)度、彈性模量…生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第95頁B、生物醫(yī)學(xué)材料生物相容性生物相容性是指生命體組織與非生命材料產(chǎn)生合乎要求反應(yīng)（生物學(xué)行為）一個(gè)性能，決定于材料與活體間相互作用。生物醫(yī)學(xué)材料植入人體后，其宿主反應(yīng)和材料反應(yīng)必須保持在可接收水平。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第96頁宿主反應(yīng)包含局部和全身反應(yīng)，其結(jié)果造成對機(jī)體毒副作用和機(jī)體對材料排斥。炎癥、細(xì)胞毒性、溶血、刺激性、致敏、致癌、致誘變、致畸、免疫反應(yīng)等材料反應(yīng)主要來自生物環(huán)境對材料腐蝕和降解，可能使材料性質(zhì)腐蝕改變，甚至破壞。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第97頁材料生物相容性與其使用環(huán)境和條件親密相關(guān)。與血液直接接觸材料主要考查其與血液相互作用，稱為血液相容性。與肌肉、骨骼、皮膚等長久接觸材料生物相容性，稱為組織相容性。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第98頁C、生物醫(yī)學(xué)材料生物安全性采取生物學(xué)方法檢測材料對受體毒副作用，從而預(yù)測該材料在醫(yī)學(xué)實(shí)際應(yīng)用中安全性。包含材料對受體局部組織、血液和整體反應(yīng)，對受體遺傳效應(yīng)等。1992年，ISO制訂頒布了醫(yī)用裝置生物學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：ISO10993-1992。1997年，中國醫(yī)療器械生物學(xué)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB/T16886采取了國際標(biāo)準(zhǔn)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第99頁生物醫(yī)學(xué)材料分類按與活體組織作用方式分類按材料屬性分類生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第100頁按與活體組織作用方式分類依據(jù)與活體組織之間是否形成化學(xué)鍵合方式，生物醫(yī)學(xué)材料能夠分成兩類：生物惰性材料一些氧化物陶瓷、醫(yī)用碳素材料、及大多數(shù)醫(yī)用金屬和高分子材料都是生物惰性材料。生物活性材料生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第101頁生物惰性材料生物惰性材料是指在生物體內(nèi)能保持穩(wěn)定，幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)材料。生物惰性材料植入體內(nèi)后，基礎(chǔ)上不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和降解反應(yīng)，它所引發(fā)組織反應(yīng)，是圍繞植入體表面形成一層包被性纖維膜，與組織間結(jié)合主要是靠組織長入其粗糙不平表面或孔中，從而形成一個(gè)物理嵌合。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第102頁生物活性材料生物活性材料是指能在材料－組織界面上誘出特殊生物或化學(xué)反應(yīng)材料，這種反應(yīng)造成材料和組織之間形成化學(xué)鍵合。生物活性概念是由美國人L·亨奇在1969年首先提出，按他定義，生物醫(yī)學(xué)材料科學(xué)中所指“生物活性”，其原義是一個(gè)特殊能造成材料和組織在界面上形成化學(xué)鍵接性質(zhì)。但也有學(xué)者認(rèn)為生物活性是促進(jìn)細(xì)胞活性或促進(jìn)新組織再生性質(zhì)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第103頁按材料屬性分類①生物醫(yī)用金屬材料②生物醫(yī)用高分子材料③生物醫(yī)用陶瓷或稱生物陶瓷④生物醫(yī)用復(fù)合材料⑤生物衍生材料⑥組織工程材料生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第104頁①生物醫(yī)用金屬材料生物醫(yī)用金屬材料又稱醫(yī)用金屬材料，屬生物惰性材料。1963年Venable等人成功應(yīng)用合金作內(nèi)固定器具，確立了金屬植入物在醫(yī)學(xué)上地位。這類材料含有高機(jī)械強(qiáng)度和抗疲勞性能，是臨床應(yīng)用最廣泛承力植入體。除力學(xué)性能外，醫(yī)用金屬材料還必須含有優(yōu)良抗生理腐蝕性和生物相容性。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第105頁②生物醫(yī)用高分子材料第一階段始于1937年，特點(diǎn)是所用高分子材料都是已經(jīng)有現(xiàn)成材料，如用丙烯酸甲酯制造義齒牙床。第二階段始于1953年，以醫(yī)用有機(jī)硅橡膠出現(xiàn)為標(biāo)志。隨即，又發(fā)展了聚羥基乙酸酯縫合線以及聚酯類心血管材料——替換生物組織高分子合成材料。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第106頁當(dāng)前研究熱點(diǎn)含有主動誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織再生修復(fù)一類新材料。這種材料普通由活體組織或細(xì)胞與人工材料有機(jī)結(jié)合而成，在體內(nèi)以促進(jìn)周圍組織和細(xì)胞生長為目標(biāo)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第107頁生物醫(yī)用高分子材料－分類按性質(zhì)，生物醫(yī)用高分子材料可分為非降解和可生物降解兩大類。按使用目標(biāo)或用途，醫(yī)用高分子材料可分為心血管系統(tǒng)、軟組織和硬組織修復(fù)材料。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第108頁③生物陶瓷按體內(nèi)性質(zhì)可分為生物惰性陶瓷材料結(jié)構(gòu)都比較穩(wěn)定，分子中鍵力較強(qiáng)，而且都含有較高強(qiáng)度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。生物活性陶瓷在生理環(huán)境中可經(jīng)過其表面發(fā)生生化反應(yīng)與生物體組織形成化學(xué)鍵性結(jié)合。在體內(nèi)可發(fā)生降解和吸收生物陶瓷，在生理環(huán)境中可被逐步降解和吸收，并為新生組織所替換。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第109頁生物陶瓷－特點(diǎn)無機(jī)生物醫(yī)學(xué)材料，沒有毒、副作用，與生物體組織有良好生物相容性。生物陶瓷已在整形外科、齒科和骨科取得了廣泛應(yīng)用。因?yàn)樯锾沾刹牧吓c人體硬組織無機(jī)質(zhì)組成或結(jié)晶結(jié)構(gòu)差異很大，疲勞強(qiáng)度低，韌性差，制造復(fù)雜形態(tài)較為困難，因而在一定程度上限制了它臨床應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第110頁④生物醫(yī)用復(fù)合材料生物醫(yī)用復(fù)合材料是由兩種或兩種以上材料復(fù)合而成生物醫(yī)學(xué)材料。生物醫(yī)用復(fù)合材料不但要求各組分材料滿足生物相容性要求，而且復(fù)合后不會損害復(fù)合材料生物學(xué)性能。醫(yī)用高分子材料、醫(yī)用金屬和合金以及生物陶瓷均既可作為復(fù)合材料基材，又可作為其增強(qiáng)體或填料，它們相互搭配或組合形成了大量性質(zhì)各異生物醫(yī)用復(fù)合材料。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第111頁利用生物技術(shù)，將活體組織、細(xì)胞、生長因子或藥品引入相關(guān)生物醫(yī)用材料，可大大改進(jìn)其生物學(xué)性能，拓展其功效性，已成為一類新型生物醫(yī)用復(fù)合材料。實(shí)際上，人體中大多數(shù)組織均可視為復(fù)合材料，如存在于骨和牙中納米磷灰石－膠原復(fù)合材料。模擬人體組織成份、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能納米復(fù)合生物材料是一個(gè)十分主要發(fā)展方向。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第112頁生物醫(yī)用復(fù)合材料－分類沿用復(fù)合材料普通分類方法，分為高分子基、陶瓷基、金屬基等復(fù)合材料。按復(fù)合方式又可分為整體復(fù)合和表面復(fù)合材料。按增強(qiáng)體或填料性質(zhì)又可分為纖維增強(qiáng)、顆粒增強(qiáng)、相變增韌和生物活性物質(zhì)充填等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第113頁⑤生物醫(yī)用衍生材料生物醫(yī)用衍生材料是由天然生物組織經(jīng)過特殊處理而形成生物醫(yī)學(xué)材料。生物組織可取自同種或異種生物體。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第114頁特殊處理包含維持組織原有構(gòu)型而進(jìn)行固定、滅菌和消除抗原性較輕微處理，以及拆散原有構(gòu)型、重建新物理形態(tài)強(qiáng)烈處理。前者如經(jīng)戊二醛固定豬心瓣膜、牛心包、牛頸動脈、人臍動脈以及凍干骨片、豬皮、牛皮、羊膜、胚胎皮等。后者如用再生膠原、彈性蛋白、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素和殼聚糖等組成粉體、纖維、膜、海綿體等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第115頁生物醫(yī)用衍生材料－特點(diǎn)因?yàn)榻?jīng)過處理生物組織已失去生命力，生物醫(yī)用衍生材料是無生命活力活體組織材料。因?yàn)樯镝t(yī)用衍生材料有類似于自然組織構(gòu)型和功效，或其組成類似于自然組織，或仍含有各類生長因子。所以它在維持人體動態(tài)過程修復(fù)和替換中含有主要作用。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第116頁生物醫(yī)用衍生材料主要用途人工心瓣膜、血管修復(fù)體、皮膚掩膜、纖維蛋白制品、骨修復(fù)體、鞏膜修復(fù)體、鼻種植體、血漿增強(qiáng)劑和血液透析膜等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第117頁⑥組織工程材料人體組織和器官是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，不可能用單一無活性材料來修復(fù)或模仿其全部功效。在組織和器官供體起源非常有限情況下，怎樣在體外將材料與組織、細(xì)胞和蛋白結(jié)合培養(yǎng)出正常組織供臨床使用，是醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)材料研究追求目標(biāo)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第118頁組織工程材料－分類可降解性天然高分子材料合成高分子材料無機(jī)陶瓷玻璃珊瑚…生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第119頁生物醫(yī)學(xué)材料發(fā)展方向主要趨勢是致力于提升材料生物相容性、生物功效性、仿生性以及賦予材料生命活性，適應(yīng)臨床對各種組織和器官修復(fù)高級要求，為臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展提供新物質(zhì)基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第120頁因?yàn)榇蠹覍θ梭w組織結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，尤其是發(fā)生在細(xì)胞、分子和基因水平上反應(yīng)機(jī)制還缺乏透徹、詳細(xì)了解，生物醫(yī)學(xué)材料和人工器官設(shè)計(jì)與制造大多仍處于實(shí)現(xiàn)重大進(jìn)展中間階段，但發(fā)展勢頭迅猛。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第121頁納米技術(shù)與生物材料納米生物醫(yī)學(xué)材料未來發(fā)展趨勢以下納米生物醫(yī)用材料或器件進(jìn)行身體健康檢驗(yàn)和疾病治療。實(shí)現(xiàn)藥品器官靶向化和藥品細(xì)胞靶向化。使介人診療和治療向微型、微量、微創(chuàng)、快速、功效性和智能化方向發(fā)展。開發(fā)納米藥品控釋系統(tǒng)和納米基因載體。開發(fā)仿生納米復(fù)合生物醫(yī)學(xué)材料。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第122頁藥品控釋技術(shù)與生物材料實(shí)現(xiàn)對藥品制劑釋放定量和定位控制，是當(dāng)前給藥技術(shù)主要發(fā)展方向。當(dāng)前，蛋白質(zhì)和多膚藥品釋放體系已進(jìn)人臨床試驗(yàn)，亦將出現(xiàn)一些基因口服控制釋放產(chǎn)品。而器官和細(xì)胞靶向藥品釋放體系以及性價(jià)比高蛋白質(zhì)和多膚有效控釋體系仍是當(dāng)前研究開發(fā)重點(diǎn)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第123頁聚合物藥品釋放體系利用聚合物作為藥品載體，制成一定劑型，控制藥品在人體內(nèi)釋放速率，使藥品按照設(shè)計(jì)劑量，在要求時(shí)間范圍內(nèi)按一定速率在體內(nèi)遲緩釋放，以到達(dá)有效治療目標(biāo)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第124頁聚合物藥品控制釋放體系－特點(diǎn)與傳統(tǒng)給藥方法（口服或注射）相比，含有以下優(yōu)點(diǎn)：①提升藥品利用率，安全性和有效性。②降低給藥頻率。③藥品被定向釋放到病灶部位，可提升治療效果和降低劑量。④能夠釋放復(fù)合大分子藥品，防止其它方法不足。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第125頁納米控釋體系研究目標(biāo)①納米粒載體材料篩選與組合，以取得適宜釋藥速度。②改進(jìn)納米粒組織和細(xì)胞豁附性，方便提升局部定位效率。③改進(jìn)納米粒子表面血液相容性，延長在血液循環(huán)中壽命。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第126頁④提升納米粒子與靶細(xì)胞識別和結(jié)合能力。⑤提升基因轉(zhuǎn)染和表示能力。⑥將人造類病毒體系用于基因載體。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第127頁生物可降解和生物活性材料當(dāng)前廣泛研究和使用醫(yī)用生物降解材料包含以下幾個(gè)方面：天然高分子材料，主要是纖維素、殼聚糖、蛋白、膠原、明膠和脂質(zhì)體等；普通降解周期短?；瘜W(xué)合成高分子材料，主要是聚氨基酸、聚乳酸、聚經(jīng)基乙酸、聚乳酸和聚經(jīng)基乙酸共聚物、聚經(jīng)基丁酸醋、聚經(jīng)基戊酸等?；瘜W(xué)合成和生物合成生物降解材料其組成、結(jié)構(gòu)和降解行為易于控制。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第128頁組織工程材料組織工程是應(yīng)用生命科學(xué)和工程學(xué)原理與方法，研究、開發(fā)用于組織和器官修復(fù)與替換，或促進(jìn)其功效“體外活組織”。組織工程關(guān)鍵是構(gòu)建細(xì)胞和生物材料三維空間復(fù)合體，該結(jié)構(gòu)是細(xì)胞獲取營養(yǎng)、氣體交換、廢物排泄和生長代謝場所，是新含有形態(tài)和功效組織、器官基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第129頁組織工程材料－特點(diǎn)組織工程材料首先是無毒，含有良好生物相容性和組織相容性；其次是在組織形成過程中材料降解并被吸收。另外還要含有可加工性，能形成含有較大孔隙率三維結(jié)構(gòu)，以及良好材料－細(xì)胞界面，有利于細(xì)胞黏附、增殖、激活細(xì)胞特異基因表示等生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第130頁生物材料表面生物化技術(shù)生物材料植入體內(nèi)后，直接也是最先與組織、細(xì)胞相接觸、作用是材料表面。所以，材料表面性質(zhì)相當(dāng)主要，而且表面性質(zhì)不一樣還將影響細(xì)胞吸附、增殖、分化等一系列反應(yīng)。在生物環(huán)境中，細(xì)胞和材料相互作用實(shí)際上是細(xì)胞膜表面受體與細(xì)胞外生物材料所能提供對應(yīng)配體之間相互分子識別，產(chǎn)生特異性相互作用。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第131頁小結(jié)伴隨材料科學(xué)與生命科學(xué)發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)材料研究已從被動適應(yīng)生物環(huán)境，向功效性、生命化方向發(fā)展；已從應(yīng)用仿生原理、組織工程、基質(zhì)控制礦化思緒出發(fā)，用來研制成為組成、結(jié)構(gòu)和性能與人體自然組織相近生物醫(yī)學(xué)材料。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第132頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)理論生物技術(shù)/生物工程生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第133頁生物工程/生物技術(shù)生物技術(shù)是經(jīng)過工程技術(shù)伎倆，利用生物有機(jī)體或生物過程，生產(chǎn)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值產(chǎn)品技術(shù)科學(xué)。細(xì)胞工程基因工程微生物工程酶與酶工程生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第134頁細(xì)胞工程細(xì)胞工程是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)，按照預(yù)定設(shè)計(jì)改變或創(chuàng)造細(xì)胞遺傳物質(zhì)，使之取得新遺傳性狀，經(jīng)過體外培養(yǎng)，提供細(xì)胞產(chǎn)品，或培育出新品種，甚至新物種，能夠說是在細(xì)胞水平上生物工程。細(xì)胞工程發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第135頁第一階段到20世紀(jì)70年代中期為止這一階段確立了細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、核型分析技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)及其應(yīng)用，為體細(xì)胞遺傳學(xué)和單克隆抗體產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。70年代后期到80年代后期為止是第二階段在這一階段，基因工程與細(xì)胞工程結(jié)合，應(yīng)用DNA導(dǎo)入技術(shù)分析了人體基因微細(xì)結(jié)構(gòu)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第136頁從80年代后期起第三階段以胚胎發(fā)生工程與基因工程結(jié)合作為新研究發(fā)展趨勢，即在培養(yǎng)細(xì)胞水平上同源基因重組“基因打靶”。所謂“基因打靶”是指利用基因轉(zhuǎn)移方法，將外源DNA序列導(dǎo)入靶細(xì)胞后經(jīng)過外源DNA序列與靶細(xì)胞內(nèi)染色體上同源DNA序列間重組，將外源基因定點(diǎn)整合入靶細(xì)胞基因組上某一確定位點(diǎn)，或?qū)δ骋活A(yù)先確定靶位點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)突變技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第137頁細(xì)胞工程按其對象不一樣，可分為微生物細(xì)胞工程，植物細(xì)胞工程和動物細(xì)胞工程。依據(jù)不一樣研究層次，可將細(xì)胞工程分為基因工程（GenomeEngineering）染色體工程（ChromosomeEngineering）染色體組工程（GenomeEngineering）細(xì)胞質(zhì)工程（CytoplasmEngineering）細(xì)胞合并工程生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第138頁基因工程DNA重組或基因重組在物種變異、進(jìn)化和基因表示調(diào)控方面含有主要意義。從廣義上來講，基因重組可分為三個(gè)水平：整體水平，經(jīng)過生物有性雜交發(fā)生；細(xì)胞水平，如細(xì)胞融合等單克隆抗體技術(shù)；分子水平，指基因交換發(fā)生在同一染色體內(nèi)，或在兩個(gè)染色體之間，甚至一個(gè)生物體基因插人另一生物體染色體中。狹義生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第139頁伴隨分子生物學(xué)發(fā)展，在20世紀(jì)70年代誕生了重組DNA技術(shù)。因?yàn)樵摷夹g(shù)包含用分離純化或人工合成DNA（目標(biāo)基因）在體外與載體DNA連接成重組體，并以重組體轉(zhuǎn)化宿主細(xì)胞（細(xì)菌或其它細(xì)胞），進(jìn)而篩選出能表示重組DNA活宿主細(xì)胞，再使之繁殖和擴(kuò)增，直至表示出目標(biāo)基因所編碼多肽等一系列過程，類似一個(gè)連續(xù)和復(fù)雜工程，故將DNA重組技術(shù)亦稱為基因工程，或者稱為基因克隆，分子克隆。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第140頁基因工程技術(shù)主要步驟：①構(gòu)建DNA重組體；②DNA重組體擴(kuò)增和表示。基因在細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)增和表示后，其產(chǎn)物還需分離純化，即所謂生物工程后處理，主要包括產(chǎn)物（多肽或蛋白質(zhì)）分離和純化?；蚬こ讨饕繕?biāo)是按意圖生產(chǎn)基因產(chǎn)物；另外，還有制取一些DNA片段和DNA探針，用于基因診療和治療；以及經(jīng)過插入、替換等方法改造基因，探討基因結(jié)構(gòu)和功效。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第141頁微生物工程微生物發(fā)覺始于1676年，由荷蘭人列文·虎克用自磨鏡片制造了一架原始顯微鏡，正確描述了微生物形態(tài)有球形、桿狀和螺旋形等，為微生物存在提供了科學(xué)依據(jù)。19世紀(jì)60年代，法國科學(xué)家巴斯德首先用試驗(yàn)證實(shí)有機(jī)物質(zhì)發(fā)酵和腐敗是由微生物引發(fā)，而酒類變質(zhì)是因污染了雜菌，開始了微生物研究生理課時(shí)代。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第142頁發(fā)酵工程是以微生物作為基礎(chǔ)，經(jīng)過對微生物生長與代謝過程中各種調(diào)控，到達(dá)所需產(chǎn)物目標(biāo)。所以，發(fā)酵工程亦稱為微生物工程。伴隨發(fā)酵過程相關(guān)理論研究不停深入，生物反應(yīng)器及傳感器改進(jìn)以及自動控制技術(shù)發(fā)展，發(fā)酵工程這一技術(shù)日臻完善，成為當(dāng)代生物技術(shù)一個(gè)主要組成個(gè)別。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第143頁酶與酶工程酶（Enzyme）是生物體內(nèi)活細(xì)胞產(chǎn)生一個(gè)起催化劑作用蛋白質(zhì)。因?yàn)樗巧矬w內(nèi)催化各種化學(xué)反應(yīng)催化劑，故又稱為生物催化劑（BiologicalCatalyst）。酶與普通催化劑一樣，在一定條件下僅能影響化學(xué)反應(yīng)速度，而不改改變學(xué)反應(yīng)平衡點(diǎn)，并在反應(yīng)前后本身不發(fā)生改變。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第144頁與普通催化劑相比，酶特殊不一樣之處①反應(yīng)條件溫和，即能夠在中性介質(zhì)、常溫常壓等溫和條件下起催化作用。②選擇性尤其高（即專一性尤其強(qiáng)）。酶對底物有嚴(yán)格選擇性，某一個(gè)酶往往只能對某一類物質(zhì)或某一個(gè)物質(zhì)起催化作用，促進(jìn)一定反應(yīng)，生成一定產(chǎn)物。③催化效率尤其高，為普通無機(jī)催化劑106~1013倍。④酶活性可受調(diào)整控制。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第145頁生物體內(nèi)各種復(fù)雜代謝過程都是在酶催化下進(jìn)行，生命細(xì)胞復(fù)雜代謝是由成千上萬種不一樣酶控制。所以能夠說沒有酶就沒有生命。盡管酶僅在活細(xì)胞中形成，不過許多酶能從細(xì)胞中被分離出來，并在體外繼續(xù)發(fā)揮作用。酶在游離狀態(tài)下能夠催化特定化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)。酶這種獨(dú)特功效使它在工業(yè)過程中應(yīng)用逐步擴(kuò)充。這種應(yīng)用被統(tǒng)稱為酶工程或酶技術(shù)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第146頁酶工程包含酶生產(chǎn)、分離、純化、修飾、固定化以及酶以溶解狀態(tài)或固定化狀態(tài)使用和在各類反應(yīng)器系統(tǒng)中使用等。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第147頁生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)基礎(chǔ)理論生物系統(tǒng)建模仿真與控制生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第148頁生物系統(tǒng)建模仿真及控制從系統(tǒng)觀點(diǎn)來考查包括生物某種功效全體相關(guān)個(gè)別。它包括生物各個(gè)領(lǐng)域，包含人體生理系統(tǒng)，還包含生化、酶、蛋白質(zhì)及分子生物學(xué)所研究各個(gè)系統(tǒng)，如植物系統(tǒng)（如植物生長模型）、動物系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)。以上述系統(tǒng)為對象，以生物某種功效劃分系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，建立符合生物系統(tǒng)實(shí)際數(shù)學(xué)模型為其關(guān)鍵內(nèi)容。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第149頁生物系統(tǒng)建模仿真及控制所謂系統(tǒng)，是由相互制約各個(gè)成份排列和連結(jié)成含有一定功效整體。這些成份可能是物理、化學(xué)、生物、或者是這三種成份組合。在一定條件下，系統(tǒng)功效以其行為表現(xiàn)出來。系統(tǒng)行為取決于：成份或分系統(tǒng)特征；成份間聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)（通常包含反饋路徑）；以及系統(tǒng)輸入信號。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第150頁系統(tǒng)模型基礎(chǔ)概念一切客觀存在事物及其運(yùn)動形態(tài)統(tǒng)稱為實(shí)體。描述實(shí)體特征信息稱為屬性，屬性是對實(shí)體進(jìn)行模擬基礎(chǔ)單位。模型是對實(shí)體（系統(tǒng)）特征和改變規(guī)律一個(gè)定量抽象。生物體、器官、組織生物體、器官、組織形態(tài)、代謝情況生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第151頁系統(tǒng)模型分類系統(tǒng)模型靜態(tài)動態(tài)數(shù)值法解析法靜態(tài)動態(tài)數(shù)值法解析法系統(tǒng)模型描述模型（DM）物理模型（PM）數(shù)學(xué)模型（MM）生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第152頁物理模型－PhysicalModel物理模型是是簡化、類似于實(shí)際系統(tǒng)一些突出特征而構(gòu)想一個(gè)物理系統(tǒng)，它較之于真實(shí)系統(tǒng)更易于進(jìn)行分析研究。物理模型按其性質(zhì)不一樣又能夠分為兩類。靜態(tài)物理模型動態(tài)物理模型生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第153頁靜態(tài)物理模型最常見靜態(tài)模型是百分比模型，百分比模型是真實(shí)系統(tǒng)尺寸放大或縮小，模型與原型差異僅在于物理量及百分比大小不一樣，而現(xiàn)象物理本質(zhì)不變。這類模型突出特征是模型屬性值與時(shí)間無關(guān)，模型反應(yīng)是系統(tǒng)處于相對靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)情況，因而又叫靜態(tài)物理模型。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第154頁地球儀是地球（原型實(shí)體）縮小若干倍百分比模型。更大范圍有哥白尼太陽系模型、多普勒天體運(yùn)行模型，它們成為以后牛頓創(chuàng)建經(jīng)典力學(xué)基礎(chǔ)。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第155頁百分比模型例子1865年化學(xué)家Kekule提出苯分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)模型。該模型為今后有機(jī)化學(xué)重大突破作出了貢獻(xiàn)。1953年Jaines.D.Watson和FrancisCrick基于X射線衍射圖片提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。該模型建立成為分子生物發(fā)展史上一個(gè)偉大里程碑。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第156頁百分比模型苯分子式C6H6

苯分子環(huán)狀結(jié)構(gòu)模型原子結(jié)構(gòu)模型蛋白質(zhì)分子圖像DNA生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第157頁動態(tài)物理模型動態(tài)物理模型又叫類比模型。研究一些物理本質(zhì)不一樣，而變量關(guān)系類似物理系統(tǒng)時(shí)，往往要用到類比模型，比如電路系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)、電路系統(tǒng)與流體系統(tǒng)，以及這些系統(tǒng)與咱們所關(guān)注生理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)物理性質(zhì)各不相同，但支配系統(tǒng)行為原因有著本質(zhì)類似特征。將生理系統(tǒng)以電路系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)或流體系統(tǒng)等模擬。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第158頁動態(tài)物理模型類比模型可幫助咱們把比較了解和熟悉系統(tǒng)，推廣到還不甚了解和生疏系統(tǒng)中去。若兩個(gè)系統(tǒng)能夠用一樣微分（差分）方程描述時(shí)，則系統(tǒng)能夠相類比。類比模型是基于兩個(gè)系統(tǒng)間動態(tài)性質(zhì)相同，而不是外形上類似。所以，類比模型實(shí)際上就是真實(shí)系統(tǒng)動態(tài)物理模型。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論第159頁人體肌肉類比模型當(dāng)人體肌肉不受力時(shí)，其作用類似于無源機(jī)械元件。若施加一外力（比如提一重物）使肌肉拉