生物医学工程基础生医图象2-林江莉

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生物医学工程基础

2017/8/3
7
主要参考书
• 郑昌琼、裴觉民主编，生物医学工程学，四川大学内部讲义，2000 11 • 俞梦孙、蒋大宗主编，中国生物医学工程的今天与明天，天津科技翻译出版社，1998 12 • 陈百万主编，生物医学工程学，科学出版社， 1997年
2017/8Leabharlann 3 8边缘交叉科学(Interdisciplinary)
36
2017/8/3
各研究领域既相互独立，又相互交叉，相互支撑
2017/8/3
37
1.3 生物医学工程的特点
2017/8/3
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新兴、综合、交叉与边缘科学
2017/8/3
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A、迅速发展的新兴学科
生物医学工程是在近几十年才
从医学中分离而形成一门独立学科。
当代高新科技的飞速发展，为它提
供基础
2017/8/3
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B、大跨度、多学科的综合性应用学科
医学、生物学、物理学、化学、力学、材料学、制造学、电子学、计算机科学等学科的有机结合，甚至涉及社会、伦理、道德、法律等非生命科学到生命科学
自然科学到人文科学
2017/8/3 41
C、生物医学工程是医学和
生物学发展的重要动力
• 一方面生物医学工程为医学、生物学提供技术与装备 • 另一方面又为医学和生物学的发展开辟
2017/8/3 29
生物医学工程的目标
几乎所有工程学和物理学都可与生物医学相互结合探索人类正常生理学
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
2017/8/3 30
1.2 生物医学工程：
研究内容和基本任务

《生物医学工程基础》教案共55页PPT

业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
《生物医学工程基础》教案
1、战鼓一响，法律无声。——英国 2、任何法律的根本；不，不成文法本身就是讲道理 ……法律，也 ----即明示道理。— —爱·科克
3、法律是最保险的头盔。——爱·科克 4、一个国家如果纲纪不正，其国风一定颓败。—— 塞内加 5、法律不能使人人平等，但是在法律面前人人是平等的。 ——波洛克

《生物医学工程概论》课件

临床应用
基因编辑和细胞治疗在临床试验阶段取得了一定的成果，未来有望为遗传性疾病、癌症和免疫相关疾病的治疗提供新的解决方案。
05
生物医学工程伦理与社会责
任
伦理问题与挑战
隐私保护
在生物医学工程中，涉及大量个人健康数据，如何确保数据安全和隐私不被侵犯是一个重要伦理问题。
安全性与有效性
在开发和应用生物医学工程产品时，如何确保其安全性、有效性和可靠性，避免对使用者造成伤害或误导。
生物流体力学
研究生物体内的流体流动，如血液流动、呼吸过程等。
医学影像技术与信号处理
医学影像技术
利用X射线、超声、MRI等技术获取人体内部结构的图像。
信号处理
对医学影像进行数字化处理和分析，提取有用的诊断信息。
03
生物医学工程研究方法
实验研究
实验研究是生物医学工程中常用的研究方法，通过实验设计和实施，获取第一手数据和资料，以验证和发现新的科学规律和现象。
应用实例
AI辅助诊断系统已经应用于多个疾病领域，如肺癌、乳腺癌和糖尿病视网膜病变等。
未来展望
随着AI技术的不断发展，医学影像诊断的准确性和效率有望得到进一步提高。
基于微纳技术的生物传感器应用
生物传感器概述
生物传感器是一种用于检测生物分子或细胞活动的装置，基于微纳技术制造。
应用实例
生物传感器已被应用于多个领域，如生物安全、环境监测和医疗诊断等。
公平性与可及性
如何确保生物医学工程产品和服务能够公平地覆盖所有使用者，特别是弱势群体和地区。
利益冲突
在生物医学工程实践中，如何避免利益冲突，确保研究的公正性和客观性。
法规与监管

《生物医学工程导论》课件

系统实现
根据系统设计，利用适当的材料和技术实现系统，并进行测试
和验证。
系统优化
根据测试结果和实际应用反馈，对系统进行优化和改进，提高系统的性能和可靠性
。
04
生物医学工程实践案例
人工器官与移植技术
1 2
3
人工心脏
通过机械或生物材料制成的泵，模拟心脏的收缩功能，为严重心脏疾病患者提供支持或替代。
医学影像技术
X射线
用于观察骨骼结构和肺部疾病。
超声波
无创观察人体内部结构的技术。
核磁共振
观察软组织的精细结构和功能。
生物传感器与仪器
生物传感器
用于检测生理参数（如血糖、血压）的设备。
医疗电子设备
如心脏起搏器、人工耳蜗等。
诊断仪器
用于检测疾病和病情的设备，如实验室仪器、
内窥镜等。
03
性和安全性。
社会影响
生物医学工程技术的应用对社会产生深远影响，如改善医疗质量、提高人类生活水平等，需要加强社会宣传和推广，促进技术的
普及和应用。
未来发展趋势与展望
发展趋势
未来生物医学工程技术将朝着个性化、精准化、智能化的方向发展，如基因治疗、细胞治疗、智能医疗等。
展望
随着技术的不断进步和应用范围的扩大，生物医学工程技术将为人类健康事业做出更大的贡献，如延长寿命、提高生活质量等。同时，需要加强人才培养和科技创新，推动生物医学工程技术的可持续发展。
人工肾
使用过滤器、吸附剂等装置，模拟肾脏的滤过和排泄功能，用于治疗尿毒症等疾病。
人工关节
由金属、陶瓷等材料制成的关节，用于替换病变或损伤的关节，提高患者生活质量。

生物医学工程概论之生物医学图像

生物医学图像的三维重建与可视化
总结词
三维重建与可视化技术可以将二维的图像数据转化为三维的立体结构，以便更全面、直观地展示组织和器官的形态。
详细描述
通过三维重建，医生可以更准确地判断病变的位置、大小和深度，有助于制定更精确的治疗方案。可视化技术还可以帮助医生更好地理解病变与周围组织的关系，提高诊断的
生物医学图像技术的临床应用规范与监管问题
临床应用规范
制定生物医学图像技术的临床应用规范，明确适应症、禁忌症等，确保技术的安全有效应用。
监管问题
加强生物医学图像技术的监管，建立完善的审批、监测和评估机制，确保技术的合规发展。
THANKS
趋势
人工智能辅助图像分析、多模态融合成像、实时动态成像等。
02 生物医学图像的采集与处理
生物医学图像采集设备与技术
设备种类
CT（计算机断层扫描）、MRI（磁共振成像）、US（超声成像）、X-ray（X 射线成像）等。
技术特点
各种设备有其独特的成像原理和应用范围，需根据研究或诊断需求选择合适的设备。
知识产权归属
生物医学图像可能涉及知识产权问题，包括数据的所有权、研究结果的专利申请等。
知识产权保护措施
应尊重原作者的知识产权，采取合理使用、注明出处等措施，防止侵权行为的发生。
生物医学图像的误诊风险与责任问题
误诊风险
生物医学图像可能存在误诊风险，如影像解读错误、技术误差等。
责任问题
医疗机构和研究者应建立完善的误诊处理机制，明确责任归属，保障患者的合法权益。
分类
根据成像方式，可分为X射线、超声、核磁共振、正电子发射断层扫描等类型。
生物医学图像的重要性与应用领域

《生物医学工程》课件

系统生物学
从整体和系统的角度研究生物体的结构和功能，以揭示生命活动的规律和机制。
03
生物医学工程的应用
医疗器械设计与制造
总结词
医疗器械是生物医学工程的重要应用领域，涉及医疗设备的设计、制造和优化。
详细描述
医疗器械设计与制造涵盖了各种医疗设备，如诊断仪器、治疗设备、手术器械等。生物医学工程师通过运用工程原理和先进技术，不断优化医疗器械的性能，提高其安全性和有效性。
设计理念
人工心脏的设计需要充分考虑血流动力学、材料选择、能源供应等因素，以确保其安全、有效和持久。
制造工艺
制造人工心脏需要高精度的加工和组装技术，以确保其性能和可靠性。
医学影像AI技术的应用
1 2
AI技术在医学影像中的应用
AI技术可以帮助医生更准确地解读和分析医学影像，从而提高诊断的准确性和效率。
法律规范
遵守相关法律法规，确保生物医学工程实践的合法性和安全性。
社会影响
评估生物医学工程实践对社会的影响，促进其积极的社会效益。
未来发展趋势与展望
01
02
03
04
技术融合
生物医学工程将与其他技术领域进一步融合，推动医疗健康
领域的创新和发展。
个性化医疗
个性化医疗将成为未来发展的重要方向，通过精准医疗和定
图像处理
对医学影像进行数字化处理和分析的技术。
图像识别
利用计算机算法自动识别医学影像中的病变和异常。
医疗机器人与自动化技术
医疗机器人
用于辅助医生进行手术操作、康复训练等医疗活动的机器人。
自动化技术
利用计算机和传感器等技术实现医疗流程的自动化和智能化。
远程医疗

生物医学工程(BME)导论ppt课件

近年来，由于医学科学技术的发展．仿生学、宇航技术的进步，给生物力学提出了一系列问题，促进了生物力学的蓬勃发展。 60年代后期，电子计算机开始用于医学，为生物力学开辟了新的前景。生物力学的研究开始于60年代。1960年，美国的第一届仿生学讨论会引起了人们对生物力学的注意和兴趣。此后，美、欧、日、苏、澳、加等国都相继建立了专门的研究机构，并多次召开国际性生物流变学会议和生物力学讨论会。
8.
物理因子在治疗中的应用及其生物效应生物医学信号检测与传感器生物医学信号处理医学图像技术人工器官

生物力学（Biological Mechanics）：
生物力学是力学与生物学、医学等学科之间相互渗透的边缘学科。它的目的是试图从力学的角度来了解生命。具体地说，它将用经典力学、固体力学、流体力学的知识来解释生命的某些现象；用力学的方法定量地分析、研究生命系统的功能与构造的关系，进而探讨生命的整个力学过程。
我国的生物医学工程是仿效西方的模式建立起来的。在学科形成的初期，这种仿效是必然的。但是在西方生物医学工程的进步与它的社会效应的矛盾日益显露的今天，中国的生物医学工程要发展，就必须要充分认识我国的基本国情，要以大多数中国人的卫生保健的急需为目标，立足于我国经济和技术的可能，在促进我国医学水平提高的同时，必须有助于社会医疗费用的控制。
生物医学工程 (BME)导论
我国著名科学家顾方舟先生在“中国生物医学工程的今天与明天”一书中这样写到“生物医学工程学是这样一门学科：它把人体各个层次上的生命过程（包括病理过程）看作是一个系统的状态变化的过程；把工程学的理论和方法与生物学、医学的理论和方法有机地结合起来去研究这类系统状态变化的规律，并在此基础上，应用各种工程技术手段，建立适宜的方法和装置，以最有效的途径，人为地控制这种变化，以达预定的目标。生物医学工程学的根本任务在于保障人类健康，为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务。

生物医学工程教案课件

精准医疗与个性化治疗
结合基因组学、蛋白质组学等技术，实现疾病的精准诊断和个性化治疗，提高治疗效果和患者生活质量。
未来发展前景
随着科技的不断进步和医疗需求的不断增长，生物医学工程领域将持续发展，为人类健康事业做出更大贡献。
02
生物医学工程基础知识
生物学基础
细胞生物学
研究细胞的结构、功能、生长、分裂和死亡等过程。
在生物医学工程研究中，应严格保护研究对象的个人隐私和数据安全，避免信息泄露和滥用。
法律法规与政策环境
法律法规体系
介绍国内外生物医学工程领域的法律法规体系，如《医疗器械监督管理条例》、《人类遗传资源管理条例》等。
伦理审查与监管机制
阐述生物医学工程研究与应用中的伦理审查程序、监管机构及其职责，以确保研究活动的合规性。
加强与国际先进生物医学工程领域的交流与合作，提升我国在国际舞台上的影响力和竞争力。
THANKS
感谢观看
细胞培养技术
在体外模拟体内环境，对细胞进行扩增、分化和功能研究，用于生产生物制品、药物筛选等。
生物打印技术
通过逐层堆积生物材料、细胞或组织等，制造复杂的三维生物结构，实现个性化医疗和精准治疗。
组织工程技术
利用细胞、生物材料和生长因子等，构建具有特定形态和功能的组织或器官，用于修复或替代受损组织。
应用领域及前景
生物材料与组织工程
研究生物相容性材料、组织工程支架等，用于人体组织和器官的修复、替代和再生。
医疗设备与仪器
设计和开发各种医疗设备，如医用影像设备、诊断仪器、治疗设备等，提高医疗诊断和治疗水平。
生物传感器与微流控技术
开发用于生物分子检测和分析的生物传感器，以及用于生物医学研究的微流控芯片和系统。

生物医学工程基础四—生物医学图象2

Shared 1952 N obel prize in physics for their independent discove ries
2019/8/25
四川大学材料学院生物医学工程系
7
V a r i a b-lset r e n g t h M a g n e t
Purcell’s Experim ent
生物医学图象(Biomedical Imaging)
Imaging technologies are changing the way science is done
(R.P. Crease, Science, Vol. 261, July 1993)
生物医学工程基础（四）
核磁共振成象
Lin Jiangli (Associate Prof.) （2019.11）
核磁共振成像技术的最大优点是能够在对身体没有损害的前提下，快速地获得患者身体内部结构的高精确度立体图像。利用这种技术，可以诊断以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓部位的病变；可以为患者需要手术的部位准确定位，特别是脑手术更离不开这种定位手段；可以更准确地跟踪患者体内的癌变情况，为更好地治疗癌症奠定基础。此外，由于使用这种技术时不直接接触被诊断者的身体，因而还可以减轻患者的痛苦。
他发表于3/16/1973 Nature的论文 "Image formation by induced local interaction; examples employing magnetic resonance"。Nature的编辑原先将此文退稿，理由是不具有科学价值。在此文中，Lauterbur描述了如何用迭加于强磁场上的弱梯度磁场来得到两支装水试管的空间位置。

全科医学概论探讨生物医学工程和医学图像处理

全科医学概论探讨生物医学工程和医学图像处理
contents
目录
• 引言 • 生物医学工程概述 • 医学图像处理技术 • 生物医学工程与全科医学关系探讨 • 医学图像处理在全科医学中应用实践 • 总结与展望
01 引言
目的和背景
探讨生物医学工程在医学领域的应用和发展趋势。
阐述全科医学与生物医学工程、医学图像处理的紧密联系。
医学影像处理技术在全科医学中挑战与机遇
挑战
医学影像处理技术的专业性和复杂性对全科医生提出了更高的要求，需要他们具备相关知识和技能。
机遇
随着医学影像处理技术的不断发展，全科医生可以利用这些先进技术提高诊疗水平，为患者提供更优质的服务。
提高全科医生医学影像处理能力途径
加强专业培训
通过专业培训课程，提高全科医生对医学影像处理技术的认识和
的交叉融合提供了可能。
推动全科医学教育模式的改革
03
生物医学工程技术的发展要求全科医学教育更加注重实践能力
和创新能力的培养。
全科医学对生物医学工程需求及挑战
01
全科医学对生物医学工程技术的需求
全科医学需要更加便携、智能、易用的生物医学工程技术，以适应基层医疗机构的实际需求。
02
全科医学对生物医学工程技术的挑战
医学影像技术在全科医学中应用
诊断辅助
病情监测
医学影像技术为全科医生提供直观、准确的病灶信息，有助于医生做出正确诊断。
医学影像技术可用于跟踪患者的病情变化，评估治疗效果，及时调整治疗方案。
治疗计划制定
通过医学影像技术，全科医生可以了解病灶的大小、位置和周围组织结构，为治疗计划的制定提供重要依据。

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胶片摄影系统
用摄影胶片代替透视的荧光屏
• X射线在胶片上形成潜影，经过显影、定影，将影像固定在胶片上
临床中使用屏-胶片系统：它是由涂上感光乳胶的胶片和与胶片紧密接触的一个或两个荧光增强屏组成的。
• X射线的能量由增强屏吸收，并将大约5～20%转变为光线，使胶片曝光。这样胶片曝光所需的实际X射线辐射剂量大幅度地降低。但……产生一定的模糊
(d)生物效应:X线是一种电离辐射。生物细胞经一定量的X线照射后会受到损害甚至坏死。放射治疗破坏肿瘤组织；也
会导致一2定021正/2/2常4 组织的损伤四川大学材料学院生物
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医学工程系
3. X线与人体组织的作用
• 当X射线穿过物体时，能量…… • 物质的吸收，转换成其它形式的能量 • 散射，改变了原来的传播方向 • 透射，穿过被探查物体沿原方向继续向前
Imaging technologies are changing the way science is done
生物医学图象 (R.P. Crease, Science, Vol. 261, July 1993) (Biomedical Image)
生物医学工程基础（四）
X射线断层成象
林江莉（2007.11）
四川大学材料学院生物
2
医学工程系
1.5 X射线断层成象
2021/2/24
四川大学材料学院生物
3
医学工程系
The History
• Johan Radon (1917) showed how a reconstruction from pr ojections was possible.
• Cormack (1963,1964) introduced Fourier transforms into the reconstruction algorithms.
2021/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
1
第一部分：医学成像
• 1.1 医学成像过程的组成部分及成像系统模型 • 1.2 基本概念 • 1.3 主要的成像系统及其应用 • 1.4 评价图像系统与图像质量 • 1.5 X射线断层成象 • 1.6 核磁共振成象 • 1.7 超声医学成象
2021/2/24
2021/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
8
2.X线的性质
(a)穿透作用: 波长短，能量大，能穿透一般光线不能穿透的物质，0.5～0.001A，25Kev～1Mev。
(b)荧光作用: 当X线照射某些物质时可产生荧光，利用这一性质，可以在荧光屏上直接观察X线图像。
(c)电离作用:具有足够能量的X线光子不仅能击脱物质原子轨道上的电子，使该物质产生一次电离，而且脱离原子的电子又与其它原子相碰，还会产生二次电离。可根据气体分子电离电荷的多少来测定X线的剂量。
传播，称为透射分量。
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
二、投影X线成像系统
最早的X线成像方法是靠投影成像投影成像分为：透视：荧光透视成像系统摄影：胶片摄影系统
2021/2/24
四川大学材料学院生物
11
医学工程系
第一代的荧光透视接收器
平板荧光屏优点：观察组织形态、位置外，还可以观察脏器的
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
X-CT的发展历程
• 1917 • 奥地利数学家Radon：从投影重建图像的原理
• 1920-60 • 美国物理学家A.M.Cormack：可行性证明、试验研究、仿真
• 1972 • G.N.Housfield：装置和断层成像结果
2021/2/24
2021/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
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现代的投影X射线成像设备
• 采用影像增强管-电视系统 • 包含影像增强管、光学图像分配系统和一个包括摄像机、监视器的闭路视频系统及辅
助电子设备 • 视频系统的引入是荧光透视成像系统的又一项重大改进
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
• Hounsfield (1972) invented the X-ray Computer scanner for medical work (for which Cormack and Hounsfield shared a Nobel prize).
• EMI Ltd (1971) announced development of the EMI scanner which combined X-ray measurements and sophisticated alg orithms solved by digital computers.
四川大学材料学院生物
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医学工程系
X-CT成像的演变
1901年(投影） 1975年（1/2/24
四川大学材料学院生物医学工程系
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第一幅脑CT图象
2021/2/24
四川大学材料学院生物
7
医学工程系
一.投影X线成像技术
1. X线的产生 X线管加热的灯丝发射出电子 30~200千伏高压作用灯丝射出电子吸引到阳极靶子上电子与靶内的原子相互作用产生X射线(少于1%的入射电子能量转换成了X射线，旋转阳极) X射线穿过管壁发射出来
运动缺点：屏的亮度比较低，观察起来比较吃力。
放射科医生一般要在黑暗环境中待15分钟左右才能使自己的眼睛适应，可观察到的信息也较少）
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
解决方案
采用影像增强管影像增强管的引入是透视X射线成像系统的一项重大改进。
使亮度的总增益达到5000倍左右
四川大学材料学院生物
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医学工程系
三、数字减影技术DSA
• 最早应用于血管系统的研究 • 在病人的血管中注入造影剂（造影剂对X线的
衰减系数大于人体的骨骼和软组织） • 摄下同一部位注入造影剂前后的两帧图像。原
数字X射线摄影
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
数字电视X射线摄影系统
2021/2/24
四川大学材料学院生物
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医学工程系
投影X线成像的问题？
重叠：三维物体结构投影在一个二维平面上
办法：设法获取某一指定断面的图像，或者是
人为突出人体中某种结构（如血管、骨骼）的形象。
2021/2/24

生物医学工程基础生医图象2-林江莉