1、2020/6/26,1,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,報告人 劉忠國 山東大學控制學院生物醫(yī)學工程系,生物醫(yī)學工程專業(yè)介紹,2020/6/26,2,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,一、生物醫(yī)學工程的重要性,美國的保羅-勞特布爾和英國的彼得-曼斯菲爾德共同獲得了2003年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎核磁共振成像技術領域突破性成就：三維圖像。 BME在百年諾貝爾生理與醫(yī)學獎中的份額,2020/6/26,3,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,生物醫(yī)學工程產(chǎn)品與醫(yī)藥產(chǎn)品一樣 是保證人民健康的必需品,目前，發(fā)達國家生物醫(yī)學工程產(chǎn)品市場與藥品市場之比已達1：1.9，我國僅1：6 。 全國17.5萬醫(yī)療機構中60%

2、的設備仍保持在上世紀80年代水平。,2020/6/26,4,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,我國生物醫(yī)學工程產(chǎn)品現(xiàn)狀,近年來，我國生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，2005年我國生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)總銷售額已逾730億元，比2000年增長了60%，其中中型醫(yī)療設備銷售額約100億元；出口額已從10年前的0.13億美元猛增到2005年的24.90億美元。 但總體看，我國生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)集聚程度低，全國醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)多達12243家，年銷售額1億元以上的企業(yè)只有60余家； 產(chǎn)品性能普遍落后，技術含量高的大型生物醫(yī)學工程產(chǎn)品少。,2020/6/26,5,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,我國對生物醫(yī)學工程的支持

3、與重視,為加快生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國家計委在“十五” “十一五”期間組織實施了生物醫(yī)學工程高技術產(chǎn)業(yè)化專項基金。 國家計委專項支持BME四大重點技術方向： （1）重大疾病的急救、診療、康復技術和裝置 （2）社區(qū)醫(yī)療系統(tǒng)工程技術和裝備 （3）醫(yī)學影像技術和裝備 （4）生物醫(yī)學材料表面處理技術、器件及其制備工藝，組織工程和生物人工器官，生物微系統(tǒng)技術等。,2020/6/26,6,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,我國對生物醫(yī)學工程的支持與重視,根據(jù)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十一五”規(guī)劃，生物醫(yī)學工程高技術專項基金將按照當代生物醫(yī)學工程技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，重點發(fā)展醫(yī)療影像設備、醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)及設備、腫瘤物理治療

4、設備等11大類產(chǎn)品。 力爭使我國生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)2010年實現(xiàn)銷售收入達1500億元，促使我國生物醫(yī)學工程產(chǎn)品實現(xiàn)向高性能化的歷史性轉(zhuǎn)變，培育國民經(jīng)濟新的增長點，提高我國醫(yī)療保健系統(tǒng)技術和裝備水平，扭轉(zhuǎn)高端醫(yī)療器械主要依靠進口的局面。,2020/6/26,7,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,生物醫(yī)學工程(Biomedical Engineering, BME)是綜合生物學、醫(yī)學和工程學的理論和方法而發(fā)展起來的新興邊緣學科，其主要研究方向是運用工程技術手段，研究和解決生物學和醫(yī)學中的有關問題。現(xiàn)在的生物醫(yī)學工程在疾病的預防、診斷、治療、康復等方面起著巨大作用，世界各個主要國家均將它列入高技術領域

5、，重點投資優(yōu)先發(fā)展。,二、生物醫(yī)學工程是什么？,2020/6/26,8,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,三、生物醫(yī)學工程的培養(yǎng)目標,醫(yī)學基礎,電子技術,計算機技術,信息技術,2020/6/26,9,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,四、生物醫(yī)學工程的歷史,1895年:,X射線之父倫琴,倫琴夫人的手指,倫琴的實驗室,2020/6/26,10,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,生物醫(yī)學工程的歷史,生物醫(yī)學工程在國際上做為一個學科出現(xiàn)，始于20世紀50年代，特別是隨著宇航技術的進步、人類實現(xiàn)了登月計劃以來，生物醫(yī)學工程有了快速的發(fā)展。 在我國，生物醫(yī)學工程做為一個專門學科起步于20世紀70年代，中國醫(yī)學

6、科學院、中國協(xié)和醫(yī)科大學原院校長、我國著名的醫(yī)學家黃家駟院士是我國生物醫(yī)學工程學科最早的倡導者。,2020/6/26,11,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,中國BME創(chuàng)始人黃家駟院士,1977年:協(xié)和醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程專業(yè)成立；,1980年:中國生物醫(yī)學工程學會正式成立；,1978年:生物醫(yī)學工程專業(yè)學科組成立；,生物醫(yī)學工程的歷史,2000年:山東大學生物醫(yī)學工程專業(yè)成立。,2020/6/26,12,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,生物醫(yī)學工程由來,目前，我國許多高校科研單位均設有生物醫(yī)學工程機構，從事著生物醫(yī)學的科研教學工作，在我國生物醫(yī)學工程科學事業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。,2020/

7、6/26,13,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,五、生物醫(yī)學工程研究的內(nèi)容,生物系統(tǒng)的建模與控制 生物醫(yī)學信號檢測與處理 醫(yī)學圖像技術與儀器 遠程醫(yī)療 康復工程 生物醫(yī)學材料 ,2020/6/26,14,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,中國女一號,(一) 生物系統(tǒng)的建模與控制,生物系統(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng),建立生物系統(tǒng)的數(shù)學模型,有利于獲得生物系統(tǒng)的動態(tài)與定量的知識,解決生物醫(yī)學中有關作用機制等基礎性問題,因而生理系統(tǒng)的仿真與建模在生物醫(yī)學研究領域中已日益受到重視。,2020/6/26,15,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,生物醫(yī)學工程方法： 1 直觀形象 2 客觀性 3 永久保存，便于分析討論,(

8、二)生物醫(yī)學信號檢測與處理,傳統(tǒng)聽診法： 1 醫(yī)生經(jīng)驗 2 主觀性,2020/6/26,16,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,(二) 生物醫(yī)學信號檢測與處理,心電檢測,2020/6/26,17,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,(二) 生物醫(yī)學信號檢測與處理,腦電檢測,2020/6/26,18,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,(二) 生物醫(yī)學信號檢測與處理,智能藥丸,2020/6/26,19,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,(三) 醫(yī)學圖像技術及儀器,2020/6/26,20,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,1 .X射線計算機斷層(XCT)成像,CT（Computed Tomography）是計

9、算機斷層成像的縮寫?？朔薠光機平面圖像在深度方向的重疊，可以得到人體臟器的斷層（即一薄層）圖像，許多斷層像可以重建成三維的立體像。,2020/6/26,21,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,1 .X射線計算機斷層(XCT)成像,2020/6/26,22,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,CT 機診斷圖,2020/6/26,23,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,From 2-D Cross-sections to 3-D,?,2020/6/26,24,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,2. MRI,MRI（Magnetic resonance imaging）稱為磁共振成像，是一種專業(yè)性強、結構精

10、密、價格昂貴、具有廣泛使用前途的新的顯像診斷技術。,2020/6/26,25,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,Felix Bloch 1905-1983 費 利克斯布洛赫,Edward Mills Purcell 1912-1997 愛德華.米爾斯.珀塞爾,1952 Nobel Prize for Physics,Stanford University,MIT,1945年 他們在幾天內(nèi)同時發(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象,2020/6/26,26,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,Lauterbur, 1929,Mansfied 1933,2003 Nobel Prize in Physiology or Me

11、dicine,1973年他們分別利用磁場梯度解決空間信息獲取的問題：圖像形成,2020/6/26,27,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,幾種典型的MRI,2020/6/26,28,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,MRI成像,2020/6/26,29,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,3-D Reconstruction,MRI scan of a human skull,2020/6/26,30,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,PET(Positron Emission Tomography) 正電子發(fā)射斷層掃描機，是當前被公認的、最先進的大型醫(yī)用科研和臨床診斷設備。 它不但能像XCT、磁共振成

12、像那樣做結構照相，還能用于新陳代謝的動態(tài)研究。,3. 正電子發(fā)射計算機斷層（PET）掃描機,2020/6/26,31,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,PET,2020/6/26,32,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,4. 移動式血管造影系統(tǒng),2020/6/26,33,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,移動式血管造影系統(tǒng)診斷圖,2020/6/26,34,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,5.超聲診斷儀,2020/6/26,35,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,5.超聲診斷儀,2020/6/26,36,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,2020/6/26,37,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,2020/

13、6/26,38,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,(四) 遠程醫(yī)療,南極膝關節(jié)手術,美國馬薩諸塞總醫(yī)院,雙向聲像連接,2020/6/26,39,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,(五) 康復工程,德國Tbingen大學的Birbaumer教授利用腦機接口技術(腦電信號)幫助一個完全癱瘓的患者進行交流，病人甚至可以在家上網(wǎng),關愛老年人： A 全世界老年人口占12% B 到2050年，全世界老年人口數(shù)量將第一次超過兒童人口數(shù)量。 C 每年有500萬人死于中風,如何讓老年人生活得更好？,2020/6/26,40,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,Electro-encephalogram (EEG),腦電

14、圖,128 electrode array,2020/6/26,41,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,Transcranial magnetic stimulation (TMS),經(jīng)顱磁刺激,2020/6/26,42,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,科學家和醫(yī)生將一顆狒狒的心臟 移植到出生兩周的女嬰體內(nèi),(六) 生物醫(yī)學材料,2020/6/26,43,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,Biomedical engineering,Mechanical engineering,Industrial engineering,Chemical engineering,Electrical and c

15、omputer engineering,Civil engineering,人工器官的應用,2020/6/26,44,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,Biomedical engineering,/amebio/research/research.html,2020/6/26,45,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,Medical Devices,Therapies enabled by “artificial organs” account for 8% of contemporary medicine,2020/6/26,46,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,

16、六、山東大學生物醫(yī)學工程介紹,1. 專業(yè)簡介 山東大學生物醫(yī)學工程學科擁有生物醫(yī)學工程一級學科博士學位授權點、生物醫(yī)學工程碩士學位點和生物醫(yī)學工程工程碩士學位授權點。 是中國生物醫(yī)學工程學會理事、中國生物醫(yī)學工程專業(yè)教學指導委員會副主任委員和山東省生物醫(yī)學工程學會常務理事單位。 研究所現(xiàn)有教授8人（兼職教授3人）， 副教授3人，講師2人，其中有博士學位者10人。,2020/6/26,47,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,2. （4+3模式）培養(yǎng)目標和要求,培養(yǎng)目標 本專業(yè)培養(yǎng)具備生物醫(yī)學、電子技術、計算機技術及信息科學有關的基礎理論知識，能運用工程技術手段研究解決生物醫(yī)學中有關問題的高級工程技

17、術人才。本專業(yè)強化英語學習，加強英語讀寫聽說訓練，使學生具有較強的國際交流能力。 學生畢業(yè)后，可在生物醫(yī)學工程、醫(yī)學儀器領域及其它電子技術、計算機技術、生物信息技術等產(chǎn)業(yè)部門從事研究、開發(fā)、教學及管理工作。,2020/6/26,48,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,3. 本專業(yè)所學課程,總學分：本科階段不低于150學分，碩士階段不低于31學分。,本科階段的主要課程包括：生物醫(yī)學工程概論、生理學、定量生理學、人體解剖學、生物化學、生物控制論、生物醫(yī)學電子學、模擬電子技術、數(shù)字電子技術、醫(yī)學網(wǎng)絡理論與應用、微機原理及應用、生物醫(yī)學傳感器與測量、生物醫(yī)學信號處理、信號與系統(tǒng)、醫(yī)學成像原理、醫(yī)學圖像處

18、理、醫(yī)學影像學、現(xiàn)代醫(yī)學儀器、醫(yī)用智能儀器、醫(yī)療設備維修與管理、生理系統(tǒng)仿真與建模等。,2020/6/26,49,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,3. 本專業(yè)所學課程,研究生階段的主要課程包括：馬克思主義理論、第一外國語 、專業(yè)外語 、工程中的矩陣理論、隨機過程、前沿講座、生物醫(yī)學信號處理、現(xiàn)代生物醫(yī)學電子學 、醫(yī)學圖像處理等,2020/6/26,50,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,4. 本專業(yè)主要專業(yè)實驗,生物醫(yī)學電子學實驗、醫(yī)用電子儀器實驗、生物醫(yī)學信號處理實驗、生物醫(yī)學傳感器與測量實驗、微機在生物醫(yī)學中的應用實驗、人體解剖學實驗、生理學實驗、定量生理學實驗、醫(yī)學圖像處理實驗。 實驗室照

19、片,2020/6/26,51,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,5. 山東大學生物醫(yī)學工程研究方向：,人體生理信息的檢測、處理和分析技術。 血液表觀粘度的在線測量，心腦血管功能檢測設備的研制。(國家863項目，省自然科學基金、重點攻關課題) 腦電、心電信息檢測及信號處理與分析，腦機接口研究。 (省自然科學基金) 微機電系統(tǒng)MEMS的研究，超聲微流體驅(qū)動、超聲馬達的研究。(國家自然科學基金課題),2020/6/26,52,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,謝謝！,2020/6/26,53,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,國內(nèi)幾所重點大學生 物 醫(yī) 學 工 程專業(yè)介紹,2020/6/26,54,劉忠國_生物醫(yī)學工程_山東大學,清華大學生 物 醫(yī) 學 工 程,主要研究方向： （）生物醫(yī)學信號的檢測與處理； （）醫(yī)學成像與醫(yī)學圖像處理； （）生理系統(tǒng)建模