生物医学工程基础第1章(2014-2).ppt

生物医学工程基础生物医学工程基础汪天富、陈昕、覃正笛、钱建庭、刘维湘、汪天富、陈昕、覃正笛、钱建庭、刘维湘、孙怡雯、张会生、沈圆圆、彭珏、周光前孙怡雯、张会生、沈圆圆、彭珏、周光前深圳大学医学院深圳大学医学院课程简介课程简介生生物物医医学学工工程程是是基基于于工工程程学学和和生生命命科科学学的的交交叉叉学学科科，运运用用工工程程学学的的原原理理、知知识识和和方方法法解解决决医医学学问问题题，如如用用电电学学、化化学学、光光学学、力力学学和和其其他他工工程程学学原原理理来来解解释释、修修改改、控控制制生生物物体体系系统统，是工程学和临床医学之间的桥梁。是工程学和临床医学之间的桥梁。本本课课程程是是生生物物医医学学工工程程专专业业学学生生的的专专业业必必修修课课程程，对对于于全全面面掌掌握握生生物物医医学学工工程程的的主主要要研研究究领领域具有重要的引导作用。域具有重要的引导作用。课程简介课程简介主要内容主要内容历史回顾、道德与伦理问题历史回顾、道德与伦理问题解剖生理学、生物电现象解剖生理学、生物电现象生物力学、康复工程及辅助技术生物力学、康复工程及辅助技术生物材料、组织工程生物材料、组织工程生物医学传感器、生物医学仪器生物医学传感器、生物医学仪器生物医学信号处理生物医学信号处理生理系统建模与仿真生理系统建模与仿真基因与生物信息学基因与生物信息学医学成像、放射成像医学成像、放射成像计算细胞生物学与计算复杂性计算细胞生物学与计算复杂性生物医学光学与激光生物医学光学与激光体外诊断仪器体外诊断仪器原版原版英文英文教材教材名称名称作作 者者出出 版版 社社Introduction to Biomedical EngineeringJohn Enderle,Susan Blanchard,Joseph BronzinoAcademic Press,2005,Second Edition翻译翻译教材教材生物医学工程概论生物医学工程概论封洲燕译封洲燕译机机械械工工业业出出版版 社社，2010年年7月第月第1版版课程教材课程教材考核形式考核形式n平时成绩平时成绩30+期末成绩期末成绩70n平时成绩包括作业、考勤、课堂提问、课堂平时成绩包括作业、考勤、课堂提问、课堂测验等测验等n期末考试方式是撰写课程报告（文献综述）。期末考试方式是撰写课程报告（文献综述）。第一章第一章 历史回顾历史回顾 生物医学工程基础生物医学工程基础汪天富汪天富深圳大学医学院深圳大学医学院主要内容主要内容n现代医疗保健系统的演变现代医疗保健系统的演变n现代医疗保健体系现代医疗保健体系n什么是生物医学工程什么是生物医学工程n生物医学工程师的职能生物医学工程师的职能n生物医学工程的专业状况生物医学工程的专业状况n几个生物医学工程协会几个生物医学工程协会本章要求本章要求通过通过学习，学生应该能够：学习，学生应该能够：n理解先进医疗技术的巨大进步在建立现代健理解先进医疗技术的巨大进步在建立现代健康医疗保健系统中所扮演的重要角色康医疗保健系统中所扮演的重要角色n明确什么是生物医学工程，并能理解生物医明确什么是生物医学工程，并能理解生物医学工程师在健康医疗服务系统中的重要作用学工程师在健康医疗服务系统中的重要作用n能够解释为什么生物医学工程师是专业人士能够解释为什么生物医学工程师是专业人士医疗保健系统的医疗保健系统的演变演变依靠经验依靠经验和神学和神学巫巫医医观观察察某某些些疾疾病病的的特特点点，然然后后把把经经验验辈辈辈辈流流传。传。例例如如，通通过过一一些些实实践践经经验验而而发发展展起起来来的的先先进进科科学学有有药药草草学学、接接骨骨术术、外外科科手手术术、助产术等。助产术等。n长长期期以以来来，埃埃及及人人敬敬重重伊伊姆姆霍霍特特普普（Imhotep），并并不不是是因因为为他他是是第第一一个个金金字字塔塔（3000BC）的的建建造造者者，而而是是因因为为他他是是一一位位著著名名的的医医生。生。n他他能能让让病病人人安安静静地地入入睡睡，所所以以他他的的名名字字代代表表着着“安安宁宁莅临者莅临者”n在在早早期期的的埃埃及及文文化化中中他他因因医术高明被尊称为康复之神。医术高明被尊称为康复之神。n埃埃及及的的神神学学和和最最初初的的宗宗教教一一样样，高高度度强强调调超超自自然然和和个人健康之间的相互关系。个人健康之间的相互关系。n例例如如今今天天的的处处方方中中常常用用的的神神秘秘性性标标志志Rx来来源源于于古古埃埃及地传说及地传说“太阳神和鲁斯（太阳神和鲁斯（Horus）的眼睛）的眼睛”。nHorus幼幼年年时时遭遭恶恶魔魔赛赛斯斯（Seth）的的攻攻击击眼眼睛睛失失明明，他他的的妈妈妈妈（Isis）求求助助于于健健康康之之神神Thoth，Thoth立立即诊治使即诊治使Horus的眼睛的视力和神力都得以恢复。的眼睛的视力和神力都得以恢复。n因因此此，Horus的的眼眼睛睛成成为为埃埃及及神神灵灵解解除除灾灾难难和和保保护护的的标标志志，之之后后Rx便便被被用用作作来来连连接接古古代代和和现现代代医医学学的的纽带。纽带。nImhotep的的思思想想和和他他所所实实践践的的医医术术被被许许多多人人记记录录在蒲草纸书上（古墓中发现）。在蒲草纸书上（古墓中发现）。n1873年年George Elbers 获获得得的的一一个个书书稿稿（日日期期标标注注公公元元前前1500年年）就就记记录录了了几几百百种种疾疾病病的的治治疗疗方方法法，从鳄鱼咬伤到便秘无所不有。从鳄鱼咬伤到便秘无所不有。n1862年年Edwin Smith发发现现的的莎莎草草书书稿稿（日日期期标标注注公公元元前前1700年年），被被认认为为是是古古代代最最重重要要最最完完整整的的外外科手术著作。科手术著作。n这这些些文文稿稿描描述述了了一一系系列列手手术术病病例例的的诊诊断断、预预后后和和治治疗方法疗方法n这两本文稿无疑是医学史上的杰出著作。这两本文稿无疑是医学史上的杰出著作。n受受古古埃埃及及Imhotep的的影影响响，希希腊腊人人树树立立了了自自己己的的医医神神艾斯库累普（艾斯库累普（Aesculapius）。）。n据据神神话话记记载载，艾艾斯斯库库累累普普是是太太阳阳神神Apollo造造访访尘尘世世时时生生的的儿儿子子，Apollo是是个个负负责责任任的的父父亲亲，和和众众多多现现代代父父母母一样，他希望艾斯库累普能成为一个内科医生。一样，他希望艾斯库累普能成为一个内科医生。nApollo让让Chiron（人人首首马马身身）做做为为家家庭庭教教师师，教教艾艾斯斯库累普学习治病的方法。库累普学习治病的方法。n很很快快，艾艾斯斯库库累累普普在在治治疗疗专专业业方方面面就就很很出出色色，而而且且青青出出于于蓝蓝而而胜胜于于蓝蓝，他他使使人人们们的的寿寿命命大大大大延延长长，以以至至于于阴阴间的人口数量都降低了。间的人口数量都降低了。n于于是是阴阴间间之之神神Pluto非非常常愤愤怒怒，迫迫使使天天神神Zeus用用雷雷劈劈死死了了艾艾斯斯库库累累普普，并并把把他他升升至至天天堂堂，成成为为奥奥林林匹匹斯斯山山上上的神。的神。神神学学融融入入到到了了医医学学 希希腊腊神神话话中中的的医医神神艾艾斯斯库库累累普普是是现现代代内科医师的标志内科医师的标志到到1000年，医学已经成为一个受人尊敬的专业。年，医学已经成为一个受人尊敬的专业。在希腊，艾斯库累普寺庙属于第一批医院。在希腊，艾斯库累普寺庙属于第一批医院。图图 1.1被被送送进进艾艾斯斯库库累累普普教教堂堂的的患患病儿童病儿童 称称作作“医医学学之之父父”的的 希希 波波 克克 拉拉 底底（Hippocrates）受受医医生生父父亲亲影影响响，年年轻轻的的时时候候就就对对医医术术熟熟通通，他他给给医医学学注注入入了了一一种种新新的的要要素素：科科学学精精神神，从从此此诊诊断断检检测测和和临临床床治疗开始代替了迷信。治疗开始代替了迷信。医疗保健系统的医疗保健系统的演变演变首现首现“科科学精神学精神”l希希波波克克拉拉底底使使大大家家明明白白疾疾病病是是一一种种按按逻逻辑辑逐逐步步发发展展的的自自然然过过程程，症症状状就就是是机机体体对对病病的的反反应应，而而不不应该归咎于神灵。应该归咎于神灵。l希希波波克克拉拉底底和和Cos寺寺庙庙培培养养了了一一大大批批人人，他他们们迁迁移到地中海国家去行医并传播医学理念。移到地中海国家去行医并传播医学理念。l希希波波克克拉拉底底和和他他的的学学校校以以及及起起源源于于他他的的一一些些管管理理规规定定，构构成成了了医医学学从从巫巫术术和和神神学学中中分分离离出出来来的的突突破口，成为现代理性医学的奠基石。破口，成为现代理性医学的奠基石。l当当罗罗马马帝帝国国发发展展到到鼎鼎盛盛时时期期并并且且影影响响延延伸伸到到半半个个世世界界时时，它它们吸收的伟大文化包括医学需要继承传下来。们吸收的伟大文化包括医学需要继承传下来。l虽虽然然罗罗马马在在针针对对个个人人的的临临床床医医学学方方面面的的贡贡献献很很小小，但但他他们们在在公共医疗方面有显著成就。公共医疗方面有显著成就。l例例如如，他他们们组组织织了了遍遍及及整整个个罗罗马马帝帝国国的的军军队队医医疗疗服服务务队队，不不仅在战场上有急救站，在战略要塞也建立了基地医院。仅在战场上有急救站，在战略要塞也建立了基地医院。l城城市市下下水水道道系系统统和和输输水水管管道道的的建建设设也也是是罗罗马马在在医医疗疗保保健健的的社社会医疗方面取得的显著成就。会医疗方面取得的显著成就。l坚持不喝脏水，不吃脏食有利于控制和预防流行病。坚持不喝脏水，不吃脏食有利于控制和预防流行病。l这观念虽然原始，至今在都市生活中依然适用。这观念虽然原始，至今在都市生活中依然适用。l不不幸幸的的是是，由由于于缺缺乏乏关关于于疾疾病病的的科科学学知知识识，罗罗马马人人在在公公共共医医疗疗上上所所有有的的成成就就也也不不能能避避免免周周期期性性的的疾疾病病灾灾难难，特特别别是是几几乎乎把把整个城市摧毁的瘟疫。整个城市摧毁的瘟疫。l起初罗马统治者对希腊的医师和医术不屑一顾。起初罗马统治者对希腊的医师和医术不屑一顾。l但但是是几几年年之之后后，希希波波克克拉拉底底的的弟弟子子门门留留下下的的良良好好印印象广泛传播。象广泛传播。l为为了了回回报报他他们们对对罗罗马马人人提提供供的的医医疗疗服服务务，恺恺撒撒大大帝帝（Caesar，46BC）对对所所有有的的希希腊腊医医生生授授予予罗罗马马公公民民身份。身份。l这这使使得得希希腊腊医医生生在在罗罗马马的的地地位位十十分分稳稳固固，以以至至于于同同一一年年当当罗罗马马遭遭受受饥饥荒荒时时，希希腊腊医医生生是是唯唯一一没没有有被被驱驱逐逐出境的外国人，相反，还给奖金以使他们留下来。出境的外国人，相反，还给奖金以使他们留下来。l具具有有讽讽刺刺性性的的是是：被被尊尊称称为为罗罗马马历历史史上上著著名名医医生生的的盖伦（盖伦（Galen）实际上是个希腊人。）实际上是个希腊人。l因因为为他他医医治治好好了了“宫宫廷廷发发热热病病”变变成成了了罗罗马马医医学学史史上的名人。上的名人。l其其实实他他和和希希波波克克拉拉底底完完全全不不一一样样，盖盖伦伦自自大大傲傲慢慢，自夸自诩，只报道成功的案例。自夸自诩，只报道成功的案例。l不不过过盖盖伦伦也也确确实实是是一一名名杰杰出出的的医医生生，他他的的医医疗疗诊诊断断是是一一门门艺艺术术，除除了了照照顾顾好好病病人人，他他还还对对远远至至而而来来的的医医学咨询进行答复。学咨询进行答复。l盖盖伦伦很很勤勤奋奋，写写下下了了300多多本本解解剖剖体体检检的的书书，内内容容包括精选的历史病例、他开过的药方。包括精选的历史病例、他开过的药方。l但但由由于于他他反反对对人人体体解解剖剖，只只能能根根据据动动物物的的解解剖剖来来画画出人体的解剖器官，这具有误导性。出人体的解剖器官，这具有误导性。l由由于于当当时时盖盖伦伦主主宰宰了了医医学学界界，又又获获得得罗罗马马天天主主教教会会支持，事实上也阻碍了医学的求真探索。支持，事实上也阻碍了医学的求真探索。l在在之之后后宗宗教教统统治治的的黑黑暗暗时时期期，他他的的医医学学观观点点和和著著作作被罗马教皇和权威人士看作被罗马教皇和权威人士看作“圣经圣经”和和“法律法律”。l随随着着罗罗马马帝帝国国的的灭灭亡亡，教教堂堂变变成成了了知知识识库库，尤尤其其是是几几世世纪纪以以来来逐逐渐渐漂漂移移到到地地中中海海区区域域的的知知识识宝宝蔵蔵，包包括括通通过过传传教教士士的的书书面面传传播播的的医医学学知知识识，并并且且分分散散在在各教堂，在教徒中流传。各教堂，在教徒中流传。l医医院院系系统统伴伴随随着着基基督督教教的的信信仰仰、人人道道主主义义和和慈慈善善一一起起传传播播，散散及及全全欧欧洲洲随随后后又又通通过过十十字字军军传传播播到到中中东东地区。地区。l但但是是，训训练练过过的的医医生生主主要要在在病病人人的的家家里里治治病病，只只有有那那些些疲疲倦倦旅旅人人、贫贫困困者者和和认认为为没没希希望望的的病病人人才才会会去去医院。医院。l虽虽然然有有一一些些医医院院有有完完善善的的财财政政和和管管理理系系统统，能能够够人人性性化化对对待待病病人人，但但是是大大多多数数医医院院其其实实就就是是看看守守所所，主要就是把棘手的或患传染病的人和公众隔离。主要就是把棘手的或患传染病的人和公众隔离。l在在这这些些机机构构里里充充斥斥着着拥拥挤挤、肮肮脏脏，病病人人和和医医护护人人员员死亡率都很高。死亡率都很高。l因此，人们通常害怕并躲避医院。因此，人们通常害怕并躲避医院。15，16世世纪纪文文艺艺复复兴兴和和宗宗教教改改革革解解除除了了教教会会对对医医院和行医者的强权控制。院和行医者的强权控制。文文艺艺复复兴兴时时期期，人人们们追追求求医医学学知知识识等等自自然然界界真真正正奥奥秘的渴望再次被激发。秘的渴望再次被激发。人人类类解解剖剖的的研研究究得得到到发发展展，艺艺术术家家米米开开朗朗琪琪罗罗、拉拉斐斐尔尔、杜杜勒勒，还还有有天天才才画画家家达达芬芬奇奇等等都都为为深深入入研研究究人人体解剖学作出了贡献。体解剖学作出了贡献。医疗保健系统的医疗保健系统的演变演变文艺复兴文艺复兴时期的巨大进步时期的巨大进步伽利略（伽利略（15641642）在在文文艺艺复复兴兴时时期期，检检测测技技术术也也开开始始发发展展，其其中中伽伽利利略略的贡献最大。的贡献最大。他他通通过过对对大大批批医医学学学学生生讲讲演演数数学学科科学学，详详细细说说明明了了他他的著名理论和发明（望远镜、温度计、摆锤等）。的著名理论和发明（望远镜、温度计、摆锤等）。伽伽利利略略提提倡倡用用实实验验和和精精确确的的测测量量方方法法帮帮助助医医师师进进行行有有效的诊断。效的诊断。测量的体温、脉搏数据和一些特殊疾病的症状相关。测量的体温、脉搏数据和一些特殊疾病的症状相关。显微镜的发展扩大了人们的视野。显微镜的发展扩大了人们的视野。随随着着人人口口城城市市化化的的扩扩张张，英英国国的的医医院院尤尤其其是是大大都都市里的医院和设备变得供不应求。市里的医院和设备变得供不应求。因因 此此，在在 17世世 纪纪 伦伦 敦敦 两两 个个 大大 型型 医医 院院（St.Bartholomews 和和 St.Thoma）实实施施了了一一项项新新的的政策，即只接受可能被治愈的病人。政策，即只接受可能被治愈的病人。那那些些无无法法治治愈愈的的病病人人就就会会被被遣遣散散到到其其他他机机构构，比比如收容所、监狱或济贫院。如收容所、监狱或济贫院。直到直到19世纪，医院才有能力让大量的病人受益。世纪，医院才有能力让大量的病人受益。这一时代的进步是要归功于护理水平的提高这一时代的进步是要归功于护理水平的提高南南丁丁格格尔尔从从克克里里米米亚亚战战争争回回到到英英国国，她她认认为为医医院院死死亡亡情情况况更更多多得得是是由由于于医医院院的的条条件件而而不不是是疾疾病。病。在在19世世纪纪后后期期，南南丁丁格格尔尔的的影影响响深深远远，世世界界上上很多医院都是接受她的建议而建立起来的。很多医院都是接受她的建议而建立起来的。南丁格尔南丁格尔 南南丁丁格格尔尔的的护护理观点是：理观点是：“护护理理可可以以使使我我们们拥拥有有可可能能最最佳佳的的条条件件，以以便便于于病病人人自自然然恢恢复复健健康康，并并保保持持健健康康。请请注注意意，我我们们是是护护理理病病人人，而而不不是是护护理理疾疾病病”。医疗保健系统的演医疗保健系统的演变变护理的发展护理的发展 现代医疗保健体系现代医疗保健体系20世世纪纪，各各种种基基础础科科学学（化化学学，生生理理学学，药药理理学学等等）开开始始迅迅猛猛发发展展，物物理理学学学学的的各各种种发发明明促促使使医医学学产产生生了飞跃。了飞跃。1903年年威威廉廉.爱爱因因托托芬芬发发明明了了第第一一台台心心电电图图机机，可可以以测测量量心心跳跳时时的的电电位位变变化化，由由此此开开创创了了心心脏脏医医学学和和电位测量技术的新时代。电位测量技术的新时代。这这一一时时期期新新发发明明层层出出不不穷穷，就就像像连连锁锁反反应应一一样样，其其中对临床医学发展最最重要的是中对临床医学发展最最重要的是X射线的发现。射线的发现。在在伦伦琴琴描描述述他他的的新新射射线线时时，人人体体的的秘秘密密就就开开始始向向医医学检查敞开了。学检查敞开了。1895年:X射线之父伦琴射线之父伦琴 伦琴夫人的手指伦琴夫人的手指 伦琴的实验室伦琴的实验室 u20世世纪纪30年年代代磺磺胺胺药药物物和和40年年代代青青霉霉素素的的开开开开发发显显著降低了引起医疗危害的病人间的交叉感染。著降低了引起医疗危害的病人间的交叉感染。u先先进进的的科科技技促促进进了了复复杂杂的的外外科科手手术术的的发发展展。19271927和和19391939年分别发明了呼吸机和心肺分流术。年分别发明了呼吸机和心肺分流术。u4040年年代代，心心导导管管及及心心血血管管造造影影术术得得到到了了快快速速发发展展。实实现现了了对对由由于于瓣瓣膜膜紊紊乱乱引引起起的的心心脏脏病病的的诊诊断断，开开创创了心脏和血管外科研究的新时代。了心脏和血管外科研究的新时代。u5050年年代代，显显微微镜镜进进入入了了医医学学领领域域，在在观观察察微微小小细细胞胞方面成就显著。方面成就显著。早期的心电图机早期的心电图机 手术室的发展手术室的发展 医学图像技术及仪器医学图像技术及仪器医学图像技术及仪器医学图像技术及仪器l从从70年年代代起起，医医学学研研究究者者已已经经让让电电子子智智能能工工具具去去进进行行复复杂杂运运算算，进进行行记记录录（通通过过人人工工智智能能），甚甚至控制支撑生活的仪器器具。至控制支撑生活的仪器器具。l依依靠靠不不断断发发展展的的先先进进电电脑脑技技术术开开发发了了新新的的医医疗疗成成像像技技术术，例例如如电电脑脑断断层层摄摄像像（CT）和和核核磁磁共共振振技技术（术（MRI）。）。l“部分器官替换部分器官替换”手术变得司空见惯。手术变得司空见惯。l随随着着1954年年第第一一例例肾肾移移植植成成功功，人人工工器器官官的的观观念念就普遍被接受并在医学领域逐渐流行。就普遍被接受并在医学领域逐渐流行。l这些技术创新从根本上改变了外科的组织和应用。这些技术创新从根本上改变了外科的组织和应用。p20世世纪纪90年年代代最最显显著著的的科科学学技技术术成成就就就就是是人人类类基基因因组组计计划划，结结果果，生生物物医医学学工工程程一一个个主主要要的的转转变变就就是是从从之之前前的的仅仅仅仅对对器器官官水水平平的的研研究究集集中中到到细细胞胞分分子子水水平平。纳纳米米技技术术、组组织织工工程程和和人人工工器器官官清清晰晰地地表表明明科科学幻想将变成现实。学幻想将变成现实。p技技术术对对于于影影响响医医疗疗保保健健实实践践提提供供了了无无限限的的潜潜能能。通通过过闭闭路路电电视视和和通通信信工工具具，可可以以为为病病人人提提供供远远程程医医疗疗服服务务。多多项项普普检检系系统统为为大大多多数数人人群群提提供供疾疾病病预预防防，从从而而避避免免了了需需要要诊诊断断治治疗疗的的人人再再跑跑到到医医院院。病病人人的的自自动动化化护护理理记记录录可可以以告告知知医医生生病病人人在在家家和和在在医医院院的的身体状况。身体状况。远程医疗远程医疗远程医疗远程医疗南极膝关节手术南极膝关节手术美国马萨诸塞总医院美国马萨诸塞总医院双向声像双向声像连接连接内科医师的新工具内科医师的新工具激光手术激光手术 科学家和医生将一颗狒狒的心脏科学家和医生将一颗狒狒的心脏移植到出生两周的女婴体内移植到出生两周的女婴体内生物医学材料生物医学材料生物医学材料生物医学材料康复工程康复工程康复工程康复工程德德国国 Tbingen大大学学的的 Birbaumer教教授授利利用用脑脑机机接接口口技技术术(脑脑电电信信号号)帮帮助助一一个个完完全全瘫瘫痪痪的的患患者者进行交流，病人甚至可以在家上网。进行交流，病人甚至可以在家上网。关爱关爱老年人：老年人：A 全世界老年人口占全世界老年人口占12%12%B 到到20502050年，全世界老年人年，全世界老年人 口数量将第一次超过儿童口数量将第一次超过儿童 人口数量。人口数量。C 每年有每年有500万人死于中风万人死于中风返回 生物医学工程（生物医学工程（BMEBME）是以工程科学技是以工程科学技术的思维、方法、原理与技术，研究生命科学、术的思维、方法、原理与技术，研究生命科学、支持生命科学、服务生命对象而形成的一门跨支持生命科学、服务生命对象而形成的一门跨学科的、新兴的、综合性学科。学科的、新兴的、综合性学科。工工程程科科学学与与技技术术生生命命科科学学生生物物医医学学工工程程 什么是生物医学工程？什么是生物医学工程？生生物物医医学学工工程程的的综综合合性性非非常常强强，它它应应用用电电学学、化化学学、光光学学、力力学学和和其其他他工工程程学学原原理理来来解解释释、修修改改、控控制制生物系统。生物系统。在在医医院院或或医医疗疗中中心心工工作作的的生生物物医医学学工工程程师师称称作作临临床床工工程程师师更更适适合合，但但是是理理论论上上的的区区别别在在实实践践中中往往往往不不太太明明显显，今今天天许许多多在在美美国国医医院院工工作作的的这这类类专专家家依依然然称作生物医学工程师。称作生物医学工程师。生物医学工程扩展了许多新的研究领域，包括：生物医学工程扩展了许多新的研究领域，包括：n工程系统分析应用（生理建模与仿真、生物控制）。工程系统分析应用（生理建模与仿真、生物控制）。n生理信号的检测和监视（生物感应器，生物医学仪器）。生理信号的检测和监视（生物感应器，生物医学仪器）。n利用生物电信号的处理技术提取诊断信息。利用生物电信号的处理技术提取诊断信息。n开发治疗和康复设备（康复工程）。开发治疗和康复设备（康复工程）。n代替或增加人体功能的设备（如人造器官）。代替或增加人体功能的设备（如人造器官）。n病病人人数数据据和和计计算算机机辅辅助助分分析析和和临临床床诊诊断断（医医学学信信息息和和人工智能）。人工智能）。n医学成像，即解剖结构和生理功能的图象显示。医学成像，即解剖结构和生理功能的图象显示。n新的生物制品的开发（如生物技术和组织工程）新的生物制品的开发（如生物技术和组织工程）20世世纪纪60年年代代，为为了了保保障障医医院院病病人人的的电电气气安安全全，工工程程师师开开始始进入临床。进入临床。当当著著名名的的消消费费者者活活动动家家Ralph Nader 声声称称“每每年年至至少少1200名名美美国国人人在在医医院院的的常常规规诊诊断断和和治治疗疗中中被被电电死死”时，对临床用电的担忧达到了顶峰。时，对临床用电的担忧达到了顶峰。大大家家推推测测病病人人触触电电死死亡亡的的原原因因是是导导管管插插入入病病人人体体内内之之后后就就在在体体外外到到临临近近心心脏脏的的血血管管之之间间形形成成了了低低阻阻抗抗通通路路，此此时时比比正正常常电电压压高高得得多多的的电电压压就就可可能能使使病病人人。触电死亡。触电死亡。尽尽管管缺缺乏乏统统计计学学的的证证据据，但但是是强强烈烈的的抗抗议议提提高高了了医医务人员对病人使用医疗设备的安全意识。务人员对病人使用医疗设备的安全意识。一个新的产业一个新的产业-医院电气安全医院电气安全-迅速应运而生。迅速应运而生。电电气气安安全全分分析析仪仪制制造造商商和和设设备备安安全全顾顾问问急急切切希希望望能能满满足足医医院院安安全全的的需需求求，一一些些公公司司开开发发出出确确保保病病人人安安全的新产品，如隔离变压器。全的新产品，如隔离变压器。为为了了满满足足新新的的需需求求，医医院院管管理理者者考考虑虑了了一一系系列列措措施施，包括：包括：l雇佣医疗设备制造厂家来进行设备安全审查；雇佣医疗设备制造厂家来进行设备安全审查；l与共享的设备机构签订合同；与共享的设备机构签订合同；l由医院内部员工来提供此项服务。由医院内部员工来提供此项服务。很很多多医医院院选选择择了了内内部部服服务务并并建建立立新新部部门门来来提提供供设设备备安全方面的技术。安全方面的技术。由由此此一一个个新新兴兴工工程程学学科科-临临床床工工程程学学诞诞生生了了，许许多多医医院院建建立立了中心临床工程部门。了中心临床工程部门。但但电电气气安安全全的的败败例例只只代代表表了了临临床床环环境境中中医医疗疗设设备备安安全全的的一一小小部分，设备既没有完全清洗又没有适当的维护。部分，设备既没有完全清洗又没有适当的维护。到到20世世纪纪70年年代代中中期期，设设备备使使用用前前后后的的全全面面检检查查已已经经成成为为常常规，形成了切合实际的检查程序。规，形成了切合实际的检查程序。在在此此发发展展过过程程中中，临临床床工工程程先先驱驱人人员员发发挥挥了了重重要要的的作作用用，他他们作为医院人员梯队里的新成员，发挥的作用越来越大。们作为医院人员梯队里的新成员，发挥的作用越来越大。他们的工作包括：他们的工作包括：积极参与开发低成本高效的方法，发展医疗技术。积极参与开发低成本高效的方法，发展医疗技术。为为医医院院管管理理者者提提供供咨咨询询，根根据据医医院院条条件件和和特特定定技技术术规规格格购购买医疗设备。买医疗设备。启动科技新方法的应用，并且协助标准制定部门的工作。启动科技新方法的应用，并且协助标准制定部门的工作。培训医护人员，使他们能够安全有效地使用医疗设备。培训医护人员，使他们能够安全有效地使用医疗设备。n20世世纪纪90年年代代，在在国国际际医医学学与与生生物物工工程程联联合合会会（IFMBE）下下设设立立美美国国临临床床工工程程学学会会（ACCE）和和临床工程部。临床工程部。n今今天天临临床床工工程程师师为为临临床床职职员员提提供供了了大大量量的的工工程程技技术术服务，是整个医院重要的一部分（图服务，是整个医院重要的一部分（图1.10）。）。n现现代代临临床床工工程程师师既既掌掌握握医医院院内内部部具具有有的的技技术术资资源源，又又了了解解医医院院外外厂厂家家的的技技术术资资源源，使使医医院院可可以以有有效效地地利用其资源。利用其资源。返回生物医学工程师的职能生物医学工程师的职能n生物医学工程师包括三种类型：生物医学工程师包括三种类型：l医疗保健系统的临床工程师；医疗保健系统的临床工程师；l工业界的生物医学设计工程师；工业界的生物医学设计工程师；l研究型科学家。研究型科学家。n第一种类型是最普遍的，也可以称作问题解决者。第一种类型是最普遍的，也可以称作问题解决者。n生生物物医医学学工工程程师师必必须须能能够够理理解解生生物物方方面面的的问问题题，并并且且用用生生命命科科学学家家可可以以理理解解的的语语音音描描述述所所设设计计的的解解决决方法，否则，无法称之为方法，否则，无法称之为“生物医学生物医学”。n第第二二种种类类型型比比较较少少见见，也也称称为为“技技术术企企业业家家”（更更像像工工厂厂的的生物医学设计者）。生物医学设计者）。n他他们们认认为为生生命命科科学学家家和和医医生生的的教教育育与与现现有有的的应应用用技技术术能能力力间间存在巨大差距，无法结合现有技术水平来提出问题。存在巨大差距，无法结合现有技术水平来提出问题。n因因此此，科科技技企企业业家家发发现现在在生生物物和和医医学学的的前前沿沿领领域域技技术术可可以以发发挥很大的作用，自己提出问题，并自己解决。挥很大的作用，自己提出问题，并自己解决。n最终他们必须证明自己的成果是有用的，并说服医学界接纳。最终他们必须证明自己的成果是有用的，并说服医学界接纳。n相相对对于于问问题题解解决决者者来来说说，技技术术企企业业家家的的活活动动带带有有冒冒险险性性，没没有有现现成成的的用用户户。如如果果冒冒险险成成功功，不不管管是是科科学学还还是是商商业业上上，都都会前进一大步。会前进一大步。n技技术术企企业业家家的的工工作作性性质质决决定定了了他他们们必必须须有有大大量量的的工工程程学学，医医学知识和医疗系统的实践经验。学知识和医疗系统的实践经验。n 第第三三类类工工程程科科学学家家，主主要要致致力力于于应应用用工工程程学学原原理理和和技术来研究生物学过程。技术来研究生物学过程。n在在此此过过程程中中最最有有力力的的工工具具是是研研究究中中构构建建的的生生物物系系统统的物理数学模型。的物理数学模型。n通通过过模模拟拟技技术术和和可可用用的的计计算算机机器器，他他们们可可以以用用模模型型理解那些对于分析计算和直觉感知复杂的特性。理解那些对于分析计算和直觉感知复杂的特性。n而且模拟的过程促进了实际生物系统的实验设计。而且模拟的过程促进了实际生物系统的实验设计。n实验结果反过来也可以用来改善模型。实验结果反过来也可以用来改善模型。n因此，在这个过程中加深了对生物机理的认识理解。因此，在这个过程中加深了对生物机理的认识理解。n像像医医生生和和护护士士一一样样，生生物物医医学学工工程程师师的的最最终终职职责责为为社社会会服服务务，这这是是一一种种职职业业，并并不不仅仅仅仅是是熟熟练练的的技技术术服务。服务。n医医护护人人员员和和管管理理者者需需要要充充分分认认识识这这个个新新职职业业的的重重要要性及其培训目标，使他们充分发挥作用。性及其培训目标，使他们充分发挥作用。n生物医学工程师具有巨大生物医学工程师具有巨大的潜力、挑战和前景，给我们的潜力、挑战和前景，给我们带来的不仅仅师技术方面的效带来的不仅仅师技术方面的效益，还有人道主义效益。益，还有人道主义效益。生物医学工程师的职能生物医学工程师的职能医学基础医学基础电子技术电子技术计算机技术计算机技术信息技术信息技术生物医学工程师的必备知识生物医学工程师的必备知识 生物医学工程的专业状况生物医学工程的专业状况n生生物物医医学学工工程程师师是是专专业业人人员员，专专业业人人员员的的定定义义就就是是在在普普通通的的集集中中培培训训中中共共享享的的技技术术价价值值可可以以得得到到人人们们的认同。的认同。n判判断断一一个个人人是是不不是是专专业业人人员员取取决决于于他他是是否否具具备备某某种种内在化的专业价值。内在化的专业价值。n而且基于技术能力得到相关的许可证书。而且基于技术能力得到相关的许可证书。n他们大多有科学标准，专注其技术范围内的工作。他们大多有科学标准，专注其技术范围内的工作。n在在工工作作的的时时候候，技技术术能能力力充充分分发发挥挥，避避免免情情感感影影响响，尊重客观现实，客户的利益高于一切。尊重客观现实，客户的利益高于一切。n专专业业人人员员的的最最后后一一个个特特征征是是职职业业道道德德。医医生生总总是是尽尽量量宽宽容容和和支支持持病病人人，同同时时在在面面对对病病人人需需求求和和社社会会利利益时又在道德上进退两难。益时又在道德上进退两难。n例例如如：如如何何尊尊敬敬晚晚期期病病人人的的愿愿望望又又不不促促进进他他的的死死亡亡，关关于于医医学学技技术术带带来来的的伦伦理理道道德德问问题题的的讨讨论论将将在在第第二二章详细讨论。章详细讨论。n以以下下六六点点可可以以判判定定职职业业化化地地位位：（1）第第一一个个培培训训学学校校；（2）第第一一所所大大学学；（3）第第一一个个地地方方专专业业协协会会；（4）第第一一个个国国家家专专业业协协会会；（5）第第一一部部国国家家许可法律；（许可法律；（6）第一部正式的伦理道德准则。）第一部正式的伦理道德准则。生物医学工程的专业状况生物医学工程的专业状况商业商业产业产业科学科学职业模式职业模式生物医学工程师的职业模式生物医学工程师的职业模式 生物医学工程学（协）会生物医学工程学（协）会美国医学与生物工程研究院美国医学与生物工程研究院(AIMBE)l美美国国拥拥有有世世界界上上最最大大的的生生物物医医学学工工程程协协会会团团体体，其其相相关关专专业业机机构构有有：（1）美美国国临临床床工工程程学学会会，（2）美美国国化化学学工工程程师师协协会会，（3）美美国国医医学学信信息息学学协协会会，（4）美美国国农农业业工工程程师师协协会会，（5）美美国国人人工工器器官官学学会会，（6）美美国国机机械械工工程程师师协协会会，（7）医医疗疗仪仪器器促促进进协协会会，（8）生生物物医医学学工工程程学学会会，（9）IEEE生生物物医医学学工工程程学学会会，（10）康康复复与与辅辅助助技技术术发发展展交交叉叉学学科联合会，（科联合会，（11）生物材料学会。）生物材料学会。l这这些些学学（协协）会会把把美美国国分分散散的的生生物物医医学学工工程程内内容容统统一一在在一一起起。美美国国医医学学与与生生物物工工程程学学会会（AIMBE）成成立立于于1992年年，促促进进各各学学（协协）会会的的统统一一，处处理理公公共共政政策策问问题题，为为促促进进人人类类健健康康和和提高生活质量不断开拓新技术的工程应用。提高生活质量不断开拓新技术的工程应用。l电电子子电电气气工工程程师师学学会会（IEEE）是是世世界界上上最最大大的的国国际专业化机构，拥有际专业化机构，拥有37个社团和理事会。个社团和理事会。lIEEE生生物物医医学学工工程程学学会会（EMBS）师师为为8000余余位位生物医学工程成员服务的重要国际组织之一。生物医学工程成员服务的重要国际组织之一。l EMBS的的重重要要研研究究方方向向包包括括物物理理学学和和工工程程学学的的方方法在生物医学中的应用。法在生物医学中的应用。l学学会会每每年年资资助助召召开开一一次次重重大大的的国国际际学学术术会会议议，同同时时也也在在世世界界各各地地主主办办针针对对不不同同主主题题的的地地区区性性学学术术会会议。议。l学术刊物有：学术刊物有：生物医学工程会刊（月刊）；生物医学工程会刊（月刊）；神神经经系系统统和和康康复复工工程程会会刊刊、生生物物医医学学信信息息技技术术会会刊、纳米生物学会刊（季刊）；刊、纳米生物学会刊（季刊）；IEEE医学生物工程杂志（双月刊）。医学生物工程杂志（双月刊）。生生 物物 医医 学学 工工 程程 协协 学学 会会（BMES）成成立立于于1968年年，为为生生物物医医学学和和工工程程技技术术提提供供同同等等的地位。的地位。BMES最最初初的的目目的的是是促促进进生生物物医医学学工工程程知知识识和和应应用用的的提提高高。每每半半年年一一次次的的正正规规会会议议安安排排在在春春季季和和秋秋季季，而而且且一一年年会会举举办办很很多多主主题题会会议议促促进进和和学学会会（如如AIMBE和和EMBS）的合作）的合作。作业作业(教材教材)5、请展望一下，工程学和生命科学中的那些方面的进展将、请展望一下，工程学和生命科学中的那些方面的进展将会对临床医疗或生物医学研究造成最大的影响？会对临床医疗或生物医学研究造成最大的影响？7、基于临床工程师的定义，一个临床工程师应该有什么特、基于临床工程师的定义，一个临床工程师应该有什么特点？点？8、列举出至少、列举出至