生物医学工程绪论课件

生物科学与工程学院生物科学与工程学院生物医学工程系生物医学工程系第一章第一章 绪绪 论论生物医学工程学生物医学工程学生物科学与工程学院第一章 绪 论生物医学工程学1【目录目录】1.1学科领域和战略地位学科领域和战略地位1.2BME的发展历史的发展历史1.3BME主要研究领域主要研究领域1.4生物医学信息工程生物医学信息工程1.5现代医疗器械现代医疗器械1.6发展中国特色的发展中国特色的BME技术技术【目录】1.1 学科领域和战略地位21.1BME的学科领域的学科领域和战略地位和战略地位1.1 BME的学科领域和战略地位3生物医学工程生物医学工程生物医学工程生物医学工程（BME）BiomedicalEngineering工程技术工程技术Engineering生物学生物学Biology医医 学学Medicine生物力学生物力学生物材料生物材料人工器官人工器官生物医学信息工程生物医学信息工程生物生物医学医学图像图像处理处理生物医学工程生物医学工程（BME）工程技术Engineeri4BME定义定义 生物医学工程是综合应用生命科学生物医学工程是综合应用生命科学与工程科学的原理和方法，从工程学角与工程科学的原理和方法，从工程学角度在分子、细胞、组织、器官乃至整个度在分子、细胞、组织、器官乃至整个人体系统多层次认识人体的结构、功能人体系统多层次认识人体的结构、功能和其他生命现象，研究用于防病、治病、和其他生命现象，研究用于防病、治病、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、人体功能辅助及卫生保健的人工材料、制品、装置和系统技术的总称。制品、装置和系统技术的总称。BME定义 生物医学工程是综合应用生命科学与工程科学的5BME定义定义结合物理学、化学或数学和工程学原理，从结合物理学、化学或数学和工程学原理，从事事生物学生物学、医学医学、行为学行为学或或卫生学卫生学的研究的研究提出基本概念，产生提出基本概念，产生从分子水平到器官从分子水平到器官水平水平的知识的知识开发创新的开发创新的生物学制品生物学制品、材料材料、加工方法、加工方法、植入物、植入物、器械器械和和信息学信息学方法方法用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改用于疾病预防、诊断和治疗，病人康复，改善卫生状况等目的善卫生状况等目的BME定义结合物理学、化学或数学和工程学原理，从事生物学、医6 生物医学工程是当今生命科学与信息、材生物医学工程是当今生命科学与信息、材料、精密机械等学科交叉与高度综合的产物，料、精密机械等学科交叉与高度综合的产物，是将其它学科研究成果应用于临床，将生命体是将其它学科研究成果应用于临床，将生命体与诊断、医疗、康复等装置视为一个系统，并与诊断、医疗、康复等装置视为一个系统，并充分考虑其相互作用的一类知识高度密集的技充分考虑其相互作用的一类知识高度密集的技术领域。生物医学工程的发展不仅促进了医学术领域。生物医学工程的发展不仅促进了医学的现代化，而且形成了一个新的高技术产业领的现代化，而且形成了一个新的高技术产业领域域-生物医学工程产业生物医学工程产业，并与，并与制药业制药业构成了现构成了现代医疗体系的代医疗体系的两大产业支柱两大产业支柱。生物医学工程是当今生命科学与信息、材料、精密机械等7学科领域学科领域综合生命科学和工程技术，综合生命科学和工程技术，理、工、医理、工、医相结合的新兴相结合的新兴交叉学科交叉学科（多学科交融，多学科交融，体现了新知识的综合和发展）体现了新知识的综合和发展）运用工程技术手段，研究和解决生物学运用工程技术手段，研究和解决生物学和医学中的有关问题，揭示人体奥秘，和医学中的有关问题，揭示人体奥秘，造福人类造福人类(不同于经典学科，也有别于不同于经典学科，也有别于生物学、医学和纯粹的工程学科生物学、医学和纯粹的工程学科)学科领域综合生命科学和工程技术，理、工、医相结合的新兴交叉学8战略地位战略地位在保障人类健康和为疾病的预防、诊在保障人类健康和为疾病的预防、诊断、治疗、康复等方面起着巨大作用断、治疗、康复等方面起着巨大作用（对提高医学水平，促进医学科学的对提高医学水平，促进医学科学的现代化发挥着关键性的作用）现代化发挥着关键性的作用）医疗保健性产业的重要基础和动力，医疗保健性产业的重要基础和动力，发达国家均将它列入发达国家均将它列入高技术领域高技术领域，投，投巨资予以发展巨资予以发展在生物医学研究、知识产生、转化研在生物医学研究、知识产生、转化研究和卫生保健中扮演了许多重要角色究和卫生保健中扮演了许多重要角色战略地位在保障人类健康和为疾病的预防、诊断、治疗、康复等方面9生物医学材料制品、（生物）人工器生物医学材料制品、（生物）人工器官、医学影像和诊断设备、医学电子仪器官、医学影像和诊断设备、医学电子仪器和监护装置、现代医学治疗设备、医学信和监护装置、现代医学治疗设备、医学信息技术、康复工程技术和装置、组织工程息技术、康复工程技术和装置、组织工程等。等。国家计委国家计委20032003年关于组织实施生物年关于组织实施生物 医学工程高技术产业化专项的公告医学工程高技术产业化专项的公告BME产业范围产业范围 生物医学材料制品、（生物）人工器官、医学影像10（一）（一）重大疾病的急救、诊疗、康复技术和装置重大疾病的急救、诊疗、康复技术和装置，包括心脑，包括心脑血管疾病的急救、康复和诊疗装置，呼吸系统疾病诊疗和急救血管疾病的急救、康复和诊疗装置，呼吸系统疾病诊疗和急救装置，应用物理原理的新型肿瘤治疗技术和装置等。装置，应用物理原理的新型肿瘤治疗技术和装置等。（二）（二）社区医疗系统工程技术和装备社区医疗系统工程技术和装备（以亚健康状态调控为（以亚健康状态调控为核心），包括睡眠医学工程技术和装置，心脑血管系统功能检核心），包括睡眠医学工程技术和装置，心脑血管系统功能检测技术和装置，便携式（电）生理检测装置，小型化生化检测测技术和装置，便携式（电）生理检测装置，小型化生化检测装置，社区医学信息技术和系统等。装置，社区医学信息技术和系统等。（三）（三）医学影像技术和装备医学影像技术和装备，包括技术含量高的常用医学影，包括技术含量高的常用医学影像装置，有限功能的小型化医学影像装置，手术中实时监控医像装置，有限功能的小型化医学影像装置，手术中实时监控医学影像技术与装置等。学影像技术与装置等。（四）（四）生物医学材料表面处理技术、器件（构件）及其制备生物医学材料表面处理技术、器件（构件）及其制备工艺工艺，组织工程和生物人工器官，生物微系统技术（床旁生化，组织工程和生物人工器官，生物微系统技术（床旁生化检测技术、介入式微型检测技术等）等。检测技术、介入式微型检测技术等）等。国家计委国家计委0202年年重点技术方向（一）重大疾病的急救、诊疗、康复技术和装置，包括心脑血管疾病11（人口与健康）（人口与健康）1)安全避孕节育与出生缺陷防治安全避孕节育与出生缺陷防治重大出生缺陷筛查和遗传病防治研究重大出生缺陷筛查和遗传病防治研究避孕节育新技术和新方法的研究避孕节育新技术和新方法的研究避孕节育和生殖健康适宜技术应用示范与监测评价研究避孕节育和生殖健康适宜技术应用示范与监测评价研究2)心脑血管病、肿瘤等重大非传染疾病防治心脑血管病、肿瘤等重大非传染疾病防治心脑肺血管疾病防治研究心脑肺血管疾病防治研究常见恶性肿瘤预防、早诊及综合治疗研究常见恶性肿瘤预防、早诊及综合治疗研究3)城乡社区常见多发病防治城乡社区常见多发病防治常见病和多发病防治关键技术研究常见病和多发病防治关键技术研究城乡社区疾病预防与控制研究城乡社区疾病预防与控制研究重点领域及优先主题重点领域及优先主题（人口与健康）重点领域及优先主题12（人口与健康）（人口与健康）4)中医药传承与创新发展中医药传承与创新发展重大疑难疾病中医防治研究重大疑难疾病中医防治研究基于现代技术的中医药诊疗评价技术研究基于现代技术的中医药诊疗评价技术研究中药资源可持续利用及中药产业发展关键技术研究中药资源可持续利用及中药产业发展关键技术研究中医传承及方法学研究中医传承及方法学研究中医药国际化示范研究中医药国际化示范研究针灸诊疗方案和评价研究针灸诊疗方案和评价研究亚健康状态的评价和中医干预研究亚健康状态的评价和中医干预研究5)先进医疗设备与生物医用材料先进医疗设备与生物医用材料重大数字化医疗设备关键技术及产品开发重大数字化医疗设备关键技术及产品开发介入治疗与临床检验新技术新方法研究介入治疗与临床检验新技术新方法研究“十一五十一五”科技支撑计划科技支撑计划和和863计划计划07年年重点领域及优先主题重点领域及优先主题（人口与健康）重点领域及优先主题13主要主要特点特点大跨度、多学科交叉的综合性应用学科大跨度、多学科交叉的综合性应用学科多学科知识融合，医学与工程技术人才密切结合。多学科知识融合，医学与工程技术人才密切结合。例如，人工器官，涉及生物材料学，生物力学，生理学以及例如，人工器官，涉及生物材料学，生物力学，生理学以及机械、电子、化工技术等，甚至还包括社会伦理学。涉及面机械、电子、化工技术等，甚至还包括社会伦理学。涉及面从非生命科学到生命科学，从自然科学到人文科学。从非生命科学到生命科学，从自然科学到人文科学。促进医学和生物学的变革促进医学和生物学的变革探索原理与机制，提供技术与装备。探索原理与机制，提供技术与装备。社会效益与经济效益的结合社会效益与经济效益的结合促进和保障人类健康，形成发展经济的重要产业。促进和保障人类健康，形成发展经济的重要产业。主要特点大跨度、多学科交叉的综合性应用学科14学科类型学科类型信息技术型信息技术型IT-BME（InformationTechnology）材料技术型材料技术型MT-BME（MaterialTechnology)生物技术型生物技术型BT-BME（BiologicalTechnology）生物医学研究型生物医学研究型BMR-BME（BiologicalMedicalResearch）医疗器械产业型医疗器械产业型MD-BME（MedicalDevices）学科类型信息技术型 IT-BME（Information 15IT-BME知识体系知识体系电子技术电子技术信息技术信息技术计算机技术计算机技术医学医学生命科学基生命科学基本知识本知识研究对象研究对象生理学生理学病理学病理学内科学内科学外科学外科学信息技术型信息技术型IT-BME知识体系研究对象信息技术型16MT-BME知识体系知识体系材料科学材料科学生物技术生物技术化学、力学化学、力学生物化学生物化学医学、生命医学、生命科学的基本科学的基本知识知识研究对象研究对象生物材料生物材料人工器官人工器官组织工程组织工程材料技术型材料技术型MT-BME知识体系研究对象材料技术型17BT-BME生物技术型生物技术型BME与生物技与生物技术交叉结合术交叉结合知识体系知识体系数学数学计算机技术计算机技术信息技术信息技术生物学生物学分子生物学分子生物学遗传学遗传学研究对象研究对象针对造针对造成疾病或成疾病或生理缺陷生理缺陷的分子、的分子、细胞水平细胞水平上的问题上的问题BT-BME生物技术型知识体系研究对象18BMR-BME生物医学研究型生物医学研究型应用目前的一切科应用目前的一切科学技术的理论、方学技术的理论、方法、技术以某一生法、技术以某一生命过程为研究对象命过程为研究对象知识体系知识体系数学、物理数学、物理信息、生物信息、生物生化生化生理系统生理系统分子生物学分子生物学遗传学遗传学深入研究深入研究生命过程生命过程的规律，的规律，揭示生命揭示生命的本质的本质BMR-BME生物医学研究型知识体系19MD-BME医疗器械产业型医疗器械产业型知识体系知识体系电子、信息电子、信息计算机技术计算机技术精密机械精密机械市场经营市场经营生物医学基生物医学基本知识本知识研究对象研究对象各种医疗各种医疗仪器仪器医疗设备医疗设备耗材耗材MD-BME医疗器械产业型 知识体系研究对象201.2BME的发展历史的发展历史1.2 BME的发展历史21BME发展历程发展历程新概念、新理论、新设备、新概念、新理论、新设备、新技术，推动医学发展新技术，推动医学发展1950年代年代随着电子学、材料学、工程力学、随着电子学、材料学、工程力学、信息科学和计算机等多种学科的进步并广泛应信息科学和计算机等多种学科的进步并广泛应用于医学和生物学领域（医学电子学）用于医学和生物学领域（医学电子学）1965国际国际生物医学工程联合会（生物医学工程联合会（IFMBE）InternationalFederationofMedicalBioengineering（医学与工程结合）（医学与工程结合）1980成立中国生物医学工程学会成立中国生物医学工程学会1978国家科委生物医学工程学科专业组国家科委生物医学工程学科专业组 90年代年代生物医学工程、生物工程生物医学工程、生物工程80年代年代生物医学仪器及工程生物医学仪器及工程国际形成国际形成发发展展中中国国生命科学发展生命科学发展21世纪展望世纪展望BME发展历程新概念、新理论、新设备、新技术，推动医学发展 22BME发展发展孕育期：孕育期：19世纪（世纪（1895年年X射线）。射线）。形成学科领域：形成学科领域：20世纪世纪50年代（医学电子）年代（医学电子）迅速发展：迅速发展：1970年年CT我国确立独立学科：我国确立独立学科：1978年年生命科学发展的重要领域生命科学发展的重要领域新世纪更广阔的发展空间新世纪更广阔的发展空间BME发展孕育期：19世纪（1895年X射线）。23医学的发展医学的发展生物医学生物医学工工程程学学临床医学临床医学结合结合推动医学发展推动医学发展加速医学科学现代化加速医学科学现代化医学的发展生物医学结合推动医学发展241786发现生物电现象发现生物电现象(意大利伽伐尼，意大利伽伐尼，Galvani)19世纪中期世纪中期用实验方法研究心脏、肌肉和神经的生物用实验方法研究心脏、肌肉和神经的生物电信息，现代医学中心电图、肌电图、眼电图和脑电信息，现代医学中心电图、肌电图、眼电图和脑电图等人体生物电变化的记录，已作为观察各系统电图等人体生物电变化的记录，已作为观察各系统的生理或病理状态的重要指标。的生理或病理状态的重要指标。17世纪世纪发明光学显微镜发明光学显微镜(Leewenhock)，推动解剖学向，推动解剖学向微观层次发展，医学研究提高到细胞形态学水平，微观层次发展，医学研究提高到细胞形态学水平，相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理学。相继诞生了细胞学、组织学、细胞病理学。希腊语希腊语“解剖解剖”(Anatomia)，意为用刀剖析肉眼观察研究人体结构变化。，意为用刀剖析肉眼观察研究人体结构变化。20世纪世纪60年代年代发明的电子显微镜发明的电子显微镜(赫斯费尔德赫斯费尔德)，能够，能够观察研究细胞内核结构观察研究细胞内核结构DNA、RNA等大分子变化，等大分子变化，医学跨进了医学跨进了“超微结构超微结构”观察观察“分子水平分子水平”时代。时代。1786 发现生物电现象(意大利伽伐尼，Galvani25X射线计算机断层扫描（射线计算机断层扫描（XCT）、磁共振成像）、磁共振成像(MRI)、超声成像、病人监护和生化分析等大量、超声成像、病人监护和生化分析等大量新型新型临床诊断与监护技术、设备临床诊断与监护技术、设备的出现和普及的出现和普及种类繁多的激光和电磁治疗设备提供了新的种类繁多的激光和电磁治疗设备提供了新的治疗治疗和外科手术的手段和外科手术的手段，并推动了家庭保健的开展，并推动了家庭保健的开展人工人工心脏起搏器心脏起搏器和人工和人工心脏瓣膜心脏瓣膜正在挽救和维持正在挽救和维持着世界数百万心脏病患者的生命着世界数百万心脏病患者的生命人工肾等人工肾等血液净化技术血液净化技术维持着数十万肾功能衰竭维持着数十万肾功能衰竭病人的正常生活病人的正常生活BME与医学进步与医学进步X射线计算机断层扫描（XCT）、磁共振成像(MRI)、超声成26人工晶体、人工关节和功能性假体等已广泛用于人工晶体、人工关节和功能性假体等已广泛用于伤残人的伤残人的康复和功能辅助康复和功能辅助生物力学的研究生物力学的研究加深了对严重危害人类健康的动加深了对严重危害人类健康的动脉血管硬化和血栓形成机理的认识，为心、脑血脉血管硬化和血栓形成机理的认识，为心、脑血管疾病的防治和人工心脏瓣膜、人工血管等人工管疾病的防治和人工心脏瓣膜、人工血管等人工器官的设计提供了依据器官的设计提供了依据计算机和信息技术计算机和信息技术在医学和临床上的扩大应用，在医学和临床上的扩大应用，正在从根本上改变着医院的面貌正在从根本上改变着医院的面貌在我国将现代在我国将现代工程方法与中医相结合工程方法与中医相结合，进行了中，进行了中医四诊客观化、中医专家系统和中医经络的初步医四诊客观化、中医专家系统和中医经络的初步研究，为中国传统医学的新发展注入了活力。研究，为中国传统医学的新发展注入了活力。BME与医学进步与医学进步人工晶体、人工关节和功能性假体等已广泛用于伤残人的康复和功能27分会、专业委员会：分会、专业委员会：人工器官人工器官生物材料生物材料生物力学生物力学生物医学测量生物医学测量生物信息与控制生物信息与控制医学物理医学物理医学超声工程医学超声工程心脏起搏与电生理心脏起搏与电生理(心律心律)生物电磁学生物电磁学生物医学传感技术生物医学传感技术临床医学工程临床医学工程中医药工程中医药工程血疗工程血疗工程体外循环体外循环军事医学工程与装备军事医学工程与装备介入医学工程介入医学工程组织工程组织工程干细胞工程技术干细胞工程技术肿瘤靶向技术肿瘤靶向技术数字医疗及医疗信息化数字医疗及医疗信息化中国生物医学工程学会中国生物医学工程学会分会、专业委员会：中国生物医学工程学会28中国生物医学工程学报中国生物医学工程学报(中文版、英文版中文版、英文版)生物医学工程学杂志生物医学工程学杂志医用生物力学医用生物力学北京生物医学工程北京生物医学工程国外医学生物医学工程分册国外医学生物医学工程分册生物医学工程与临床生物医学工程与临床中国医疗器械杂志中国医疗器械杂志医疗卫生装备医疗卫生装备医疗设备信息医疗设备信息中国医学物理学杂志中国医学物理学杂志学术刊物学术刊物中国生物医学工程学报(中文版、英文版)学术刊物29生物医学工程只设一级学科生物医学工程只设一级学科近年来发展迅速近年来发展迅速全国各综合性大学、医科大学、理工科大学以全国各综合性大学、医科大学、理工科大学以及中科院等有关研究单位都设有生物医学工程及中科院等有关研究单位都设有生物医学工程机构机构(院、系、所、室院、系、所、室)全国有数十个全国有数十个BME一级学科博士点、硕士点一级学科博士点、硕士点本科招生迅速增长，达到传统学科规模本科招生迅速增长，达到传统学科规模科研与教育科研与教育生物医学工程只设一级学科科研与教育301.3BME主要研主要研究领域究领域1.3 BME主要研究领域31以应用基础性研究为主以应用基础性研究为主领域十分广泛，并在不断扩展领域十分广泛，并在不断扩展BME研究领域研究领域基础性研究基础性研究应用性研究应用性研究生物力学生物力学生物材料与组织工程生物材料与组织工程生物系统的建模与控制生物系统的建模与控制物理因子的生物效应物理因子的生物效应生物系统的质量与能量传递生物系统的质量与能量传递细胞与细胞工程细胞与细胞工程人工器官人工器官生物医学信号检测与传感器生物医学信号检测与传感器生物医学信号处理技术生物医学信号处理技术医学成像和图像处理医学成像和图像处理医用制品和仪器医用制品和仪器治疗与康复的工程方法治疗与康复的工程方法以应用基础性研究为主BME研究领域基础性研究 应用性研究 生32与分子生物学相结合，加强细胞和分子水平与分子生物学相结合，加强细胞和分子水平的研究，是的研究，是BME发展的一个重要趋势。发展的一个重要趋势。利用多学科交叉的优势来揭示人类思维和认利用多学科交叉的优势来揭示人类思维和认知的奥秘，是知的奥秘，是21世纪世纪BME的一个主攻方向。的一个主攻方向。微创伤手术、老年医学、家庭健康监护和远微创伤手术、老年医学、家庭健康监护和远程医疗等正在成长为新的研究领域。程医疗等正在成长为新的研究领域。BME研究的趋势研究的趋势与分子生物学相结合，加强细胞和分子水平的研究，是BME发展的33利利用用力力学学基基本本原原理理，结结合合生生理理学学、医医学学和和生生物物学学来来研研究究生生物物体体特特别别是是人人体体的的功功能能、生长、消亡及运动的规律。生长、消亡及运动的规律。研究范围研究范围 从从生生物物整整体体到到系系统统、器器官官(包包括括血血液液、体体液液、脏脏器器、骨骨骼骼等等)，从从鸟鸟飞飞、鱼鱼游游、鞭鞭毛毛和和纤纤毛毛运运动到植物体液的输运等。动到植物体液的输运等。生生物物力力学学的的基基础础是是能能量量守守恒恒、动动量量定定律律、质质量量守守恒恒三三定定律律，并并加加上上描描写写物物性性的的本本构构方方程程。研究与生理学、医学有关的力学问题。研究与生理学、医学有关的力学问题。1.3.1生物力学生物力学 利用力学基本原理，结合生理学、医学和生物34研究重点：研究重点：生物流体力学生物流体力学生物固体力学生物固体力学运动生物力学运动生物力学研究内容举例：研究内容举例：循循环环系系统统力力学学、生生物物流流变变学学、微微循循环环、骨骨力力学学、听听力力学学、人人工工瓣瓣膜膜、心心脏脏辅辅助助装装置置、心心肺肺机机、外外科科的的损损伤伤与与愈愈合合、新新的的外外科科手手术术、骨骨科科与与整整形形、牙牙科科、运运动动器器械械、假假肢肢、职职业业安安全全与与健健康康、公公路路交交通通与与飞飞行行中中的的安安全全、老老人人和和聋聋、哑、盲人的辅助器械等。哑、盲人的辅助器械等。生物力学研究生物力学研究研究重点：生物力学研究351582年年前前后后伽伽利利略略得得出出摆摆长长与与周周期期的的定定量量关关系系，并并利利用摆来测定人的脉搏率。用摆来测定人的脉搏率。1616英英国国生生理理学学家家哈哈维维根根据据流流体体力力学学中中的的连连续续性性原原理理，从理论上论证了血液循环的存在从理论上论证了血液循环的存在1661马马尔尔皮皮基基解解剖剖青青蛙蛙，在在蛙蛙肺肺中中看看到到了了微微循循环环的的存存在在，证证实实了了哈哈维维的的论论断断；博博雷雷利利在在论论动动物物的的运运动中讨论了鸟飞、鱼游和心脏以及肠的运动动中讨论了鸟飞、鱼游和心脏以及肠的运动1775发表一篇关于波在动脉中传播的论文发表一篇关于波在动脉中传播的论文1898兰姆预言动脉中存在高频波，现已得到证实兰姆预言动脉中存在高频波，现已得到证实英英国国物物理理学学家家托托马马斯斯扬扬建建立立了了声声带带发发音音的的弹弹性性力力学理论，提出了材料力学中著名的扬氏模量学理论，提出了材料力学中著名的扬氏模量生物力学简史生物力学简史1582年前后 伽利略得出摆长与周期的定量关系，并利用摆来361733英英国国生生理理学学家家黑黑尔尔斯斯测测量量了了马马的的动动脉脉血血压压，解解释释了了心心脏脏泵泵出出的的间间歇歇流流如如何何转转化化成成血血管管中中的的连连续流，引进了外周阻力概念。续流，引进了外周阻力概念。Poiseuille定定律律确确定定了了血血液液流流动动过过程程中中压压降降、流流量和阻力的关系量和阻力的关系福兰克解释了心脏的力学问题福兰克解释了心脏的力学问题斯斯塔塔林林提提出出透透过过膜膜的的传传质质定定律律，解解释释了了人人体体中中水的平衡问题水的平衡问题1920Krogh，微循环力学，获得诺贝尔奖，微循环力学，获得诺贝尔奖1922Hill，肌肉力学，获诺贝尔奖，肌肉力学，获诺贝尔奖20世纪世纪60年代年代生物力学形成一个独力学科生物力学形成一个独力学科生物力学创始人生物力学创始人冯元祯冯元祯生物力学简史生物力学简史1733 英国生理学家黑尔斯测量了马的动脉血压，解释了心脏37研究目标：研究目标：探探科科学学的的新新奇奇；增增进进对对生生理理学学与与医医学学的的了了解解；帮帮助助医医疗疗发发展展与与提提高高防防治治疾疾病病的的水水平平；降降低低医医疗疗费费用；发展健康产业。用；发展健康产业。向两个方向发展：向两个方向发展：系统（宏观）方向：系统（宏观）方向：建立生物各层次上的力学模型，符合生物实际建立生物各层次上的力学模型，符合生物实际微观方向：微观方向：细胞、亚细胞及分子水平的生物力学细胞、亚细胞及分子水平的生物力学生物力学的发展生物力学的发展研究目标：生物力学的发展38与与人人体体组组织织、体体液液、或或血血流流相相接接触触或或作作用用，而而对对人人体体无无毒毒，副副作作用用，不不凝凝血血，不不溶溶血血、不不引引起起人人体体的的细细胞胞突突变变，畸畸变变或或癌癌变变，不不引引起起免免疫疫排排异异和和过过敏敏反应的特殊功能材料。反应的特殊功能材料。严格要求严格要求 良好的血液相容性和组织相容性良好的血液相容性和组织相容性 耐生物老化：耐生物老化：长期植入材料生物稳定性好，暂时植入材料可降解长期植入材料生物稳定性好，暂时植入材料可降解 物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当 便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸1.3.2生物材料生物材料 与人体组织、体液、或血流相接触或作用，而39合合成成高高分分子子材材料料：通通过过分分子子设设计计，获获得得很很多多具具有有良良好好物物理理机机械械性性和和生生物物相相容容性性的的生生物物材材料料。软软性性材材料料常常用用作作人人体体软软组组织织如如血血管管、食食道道和和指指关关节节等等的的代代用用品品；硬硬性性材材料料用用作作人人工工硬硬脑脑膜膜、人人工工心心瓣瓣球球形形阀阀等等；液液态态合成材料如室温硫化硅橡胶用作注入式组织修补材料合成材料如室温硫化硅橡胶用作注入式组织修补材料 天然高分子材料：天然高分子材料：胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖金金属属材材料料：很很高高的的机机械械强强度度和和抗抗疲疲劳劳特特性性，承承力力植植入入材材料料，主主要要有有钻钻合合金金、钛钛合合金金和和不不锈锈钢钢的的人人工工关关节节和人工骨。镍钛形状记忆合金用于矫形、心血管外科和人工骨。镍钛形状记忆合金用于矫形、心血管外科无无机机材材料料：化化学学性性质质稳稳定定，生生物物相相容容性性良良好好。生生物物活性陶瓷如羟基磷灰石；活性陶瓷如羟基磷灰石；惰性生物陶瓷，如氧化铝惰性生物陶瓷，如氧化铝复合材料：复合材料：碳纤维聚合物、玻璃纤维聚合物碳纤维聚合物、玻璃纤维聚合物主要种类主要种类 合成高分子材料：通过分子设计，获得很多具有良好物理机40活跃的研发领域活跃的研发领域高抗凝血材料高抗凝血材料生物活性陶瓷及玻璃生物活性陶瓷及玻璃钛及合金和钛镍记忆合金钛及合金和钛镍记忆合金生物活性缓释及描把药物载体材料生物活性缓释及描把药物载体材料生物粘合剂生物粘合剂可吸收性生物材料可吸收性生物材料活跃的研发领域高抗凝血材料41改进和发展生物医用材料的生物相容性评价改进和发展生物医用材料的生物相容性评价研究新的降解材料研究新的降解材料研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料研究具有全面生理功能的人工器官和组织材料研究新的药物载体材料研究新的药物载体材料材料表面改性的研究材料表面改性的研究主要研发方向主要研发方向改进和发展生物医用材料的生物相容性评价主要研发方向42使使用用一一种种人人工工制制造造的的装装置置来来部部分分或或全全部部代代替替病病损损的的自自然然器器官官，以以补补偿偿、替替代代或或修修复复自自然然器官的功能。器官的功能。1.3.3人工器官人工器官 使用一种人工制造的装置来部分或全部代替病43TissueEngineering应应用用生生命命科科学学与与工工程程学学的的原原理理与与技技术术，在在正正确确认认识识哺哺乳乳动动物物的的正正常常及及病病理理两两种种状状态态下下的的组组织织结结构构与与功功能能关关系系的的基基础础上上，研研究究、开开发发用用于于修修复复、维维护护、促促进进人人体体各各种种组组织织或或器器官官损损伤伤后后的的功功能能和和形形态态的的生生物物替替代代物物的的一门新兴学科。一门新兴学科。组组织织工工程程一一词词1987年年美美国国科科学学基基金金会会在在华华盛盛顿举办的生物工程小组会上提出。顿举办的生物工程小组会上提出。1.3.4组织工程组织工程 Tissue Engineering 应44四方面研究四方面研究：种子细胞：种子细胞生物材料生物材料构建组织和器官的方法和技术构建组织和器官的方法和技术组织工程的临床应用。组织工程的临床应用。三种三种临床上常用临床上常用组织修复途径组织修复途径：自体组织移植自体组织移植异体组织移植异体组织移植应用人工代用品应用人工代用品这三种方法都分别存在不足，如免疫排斥反应及供体不足等。这三种方法都分别存在不足，如免疫排斥反应及供体不足等。组组织织工工程程的的发发展展将将从从根根本本上上解解决决组组织织和和器器官官缺缺损损所所致致的的功功能能障障碍碍或或丧丧失失治治疗疗的的问问题题。其其核核心心是是建建立立由由细细胞胞和和生生物物材材料料构构成成的的三三维维空空间间复复合合体体，这这与与传传统统的的二二维维结结构构（如如细细胞胞培培养养）有有着着本本质质的的区区别别，其其最最大大优优点点是是可可形形成成具具有有生生命命力力的的活活体体组组织织，对对病病损损组组织织进进行行形形态态、结结构构和和功功能能的的重重建建并并达达到到永永久久性性替替代代；用用最最少少的的组组织织细细胞胞通通过过在在体体外外培培养养扩扩增增后后，进进行行大大块块组组织织缺缺损损的的修修复复；可可按按组组织器官缺损情况任意塑形，达到完美的形态修复。织器官缺损情况任意塑形，达到完美的形态修复。研究内容与研究方法研究内容与研究方法四方面研究：种子细胞研究内容与研究方法451.4生物医学信息工程生物医学信息工程1.4 生物医学信息工程46信息信息Information对客观事务感知到的新知识。对客观事务感知到的新知识。如，五官感受到的大自然风景优美、声音动听、味如，五官感受到的大自然风景优美、声音动听、味道香甜、天气凉爽等。道香甜、天气凉爽等。消息消息Massage描述信息的一种表现形式。描述信息的一种表现形式。如，语言、图像、文字、音乐、数据、符号等。如，语言、图像、文字、音乐、数据、符号等。信息信息消息消息通常将通常将二者等价看待二者等价看待信号信号Signal运载或携带消息的物理量，迅速有效地运载或携带消息的物理量，迅速有效地传递和交换信息。信号反映任何运动或状态的变化。传递和交换信息。信号反映任何运动或状态的变化。如，心电信号、脑电信号，反映心脏跳动、大脑活动。如，心电信号、脑电信号，反映心脏跳动、大脑活动。信息与信号信息与信号信息 Information 对客观事务感知到的新知47 生物医学信息工程（生物医学信息工程（BMIE）是电子）是电子信息科学与技术、计算机科学与技术和生信息科学与技术、计算机科学与技术和生物医学交叉、渗透形成的学科方向。又是物医学交叉、渗透形成的学科方向。又是电子信息技术、计算机及网络技术等在生电子信息技术、计算机及网络技术等在生物医学中的应用和体现。物医学中的应用和体现。生物医学信息工程生物医学信息工程 生物医学信息工程（BMIE）是电子信息科学与技术、计48研究生物医学信息的产生、获取、检测、研究生物医学信息的产生、获取、检测、处理、识别等的原理与技术处理、识别等的原理与技术各种医学仪器及系统的原理与设计技术各种医学仪器及系统的原理与设计技术医学图像处理及医学影像技术医学图像处理及医学影像技术计算机和网络技术在生物医学中的应用计算机和网络技术在生物医学中的应用BMIE的研究内容的研究内容研究生物医学信息的产生、获取、检测、处理、识别等的原理与技术49覆盖了覆盖了BMEBME学科下的一个学科方向群：学科下的一个学科方向群：生物医学信号处理与识别生物医学信号处理与识别医学成像与图像处理医学成像与图像处理生物医学测量与传感器生物医学测量与传感器医学仪器医学仪器生物系统的建模与控制生物系统的建模与控制物理因子的生物效应物理因子的生物效应医院信息工程与远程医学医院信息工程与远程医学BMIE的研究方向的研究方向覆盖了BME学科下的一个学科方向群：BMIE 的研究方向50检测和量化生物体中包含生命现象、状检测和量化生物体中包含生命现象、状态、性质、变量和成分等信息的信号。态、性质、变量和成分等信息的信号。(信息获取是开展信息获取是开展BME研究的基础和前提研究的基础和前提)信号种类：信号种类：生物电信号：生物电信号：心电、脑电、肌电、眼电心电、脑电、肌电、眼电生物磁信号：生物磁信号：心磁、脑磁、眼磁心磁、脑磁、眼磁非电磁生理信号：非电磁生理信号：血压、体温、呼吸、脉搏血压、体温、呼吸、脉搏生物化学量信号：生物化学量信号：血液、尿液、血气血液、尿液、血气生物量信号：生物量信号：酶、蛋白、抗体、抗原酶、蛋白、抗体、抗原生物医学测量与传感器生物医学测量与传感器 检测和量化生物体中包含生命现象、状态、性质、51 获取各种生物信息并将其转化成为获取各种生物信息并将其转化成为易于测量和处理的信号的器件。易于测量和处理的信号的器件。传感器类型：传感器类型：物理传感器：物理传感器：测量各种生理量，血压、血流、体测量各种生理量，血压、血流、体温、呼吸温、呼吸化学传感器：化学传感器：测量体液中各种无机离子，测量体液中各种无机离子，Ca+、K+、Na+生物传感器：生物传感器：测量生物活性物质，酶、抗原抗体、测量生物活性物质，酶、抗原抗体、激素、核糖核酸激素、核糖核酸生物医学传感器生物医学传感器 获取各种生物信息并将其转化成为易于测量和处理的信52生物医学信号的特点：生物医学信号的特点：信号微弱、随机性强、噪声和干扰背信号微弱、随机性强、噪声和干扰背景强、动态变化大、个体差异大。景强、动态变化大、个体差异大。对传感器和系统的要求：对传感器和系统的要求：灵敏度高、噪声小、分辨力强、抗灵敏度高、噪声小、分辨力强、抗干扰能力强、动态特性好。干扰能力强、动态特性好。特别重视安全性和可靠性。特别重视安全性和可靠性。特点和要求特点和要求生物医学信号的特点：特点和要求53发展趋向发展趋向以生物电，生物磁为代表的无创、微创检测技术以生物电，生物磁为代表的无创、微创检测技术心心电电、脑脑电电、血血压压和和血血氧氧饱饱和和度度等等信信号号的的实实时时和和长长时间监测技术时间监测技术吞入式、固定植入式和介入式检测与传感技术吞入式、固定植入式和介入式检测与传感技术生物医学信号的遥测技术，如红外遥感生物阻抗法生物医学信号的遥测技术，如红外遥感生物阻抗法细胞水平的离体和在体检测与传感器技术细胞水平的离体和在体检测与传感器技术热点：血糖测定、免疫传感器、热点：血糖测定、免疫传感器、DNA芯片芯片 发展趋向以生物电，生物磁为代表的无创、微创检测技术54生物医学信号处理与识别生物医学信号处理与识别根据生物医学信号特点，应用并发展信根据生物医学信号特点，应用并发展信息科学的基本理论，从被干扰和噪声淹没的观察息科学的基本理论，从被干扰和噪声淹没的观察记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，记录中提取各种生物医学信号中所携带的信息，并对它们进行分析、识别、解释和分类。并对它们进行分析、识别、解释和分类。主要作用：主要作用：协助生物和生理系统的研究协助生物和生理系统的研究临床诊断和治疗的重要手段和工具临床诊断和治疗的重要手段和工具生物医学信号处理与识别 根据生物医学信号特55生物医学信号的特点生物医学信号的特点随机性强随机性强，一般不可能用确定性函数来描述，必，一般不可能用确定性函数来描述，必须借助统计处理技术作处理。须借助统计处理技术作处理。非平稳性非平稳性，信号统计特性的时变性，增加了，信号统计特性的时变性，增加了处理方法的难度。处理方法的难度。变异性变异性，表现为信号因人不同而异和同一人，表现为信号因人不同而异和同一人因时刻不同而变异。变异性可能蕴含着有意义生因时刻不同而变异。变异性可能蕴含着有意义生理信息，也增加了处理难度。理信息，也增加了处理难度。噪声背景强噪声背景强，观察信号中总是伴随着非研究对象，观察信号中总是伴随着非研究对象的信号。如胎儿心电常被比之强一个数量级的母的信号。如胎儿心电常被比之强一个数量级的母亲心电所淹没，同时还受到肌电、工频等干扰。亲心电所淹没，同时还受到肌电、工频等干扰。信号微弱信号微弱(VmV)；频率低频率低(0.01(0.01几十几十Hz)生物医学信号的特点随机性强，一般不可能用确定性函数来描述，必56学科范围学科范围生物医学工程研究的重要领域生物医学工程研究的重要领域重要手段、不可缺少的工具重要手段、不可缺少的工具多种科学技术与生物医学的交叉：多种科学技术与生物医学的交叉：数字信号处理、模式识别、人工智能、数字信号处理、模式识别、人工智能、通信技术、生理学知识通信技术、生理学知识数学方法：随机过程、统计检测与估计、数学方法：随机过程、统计检测与估计、时间序列分析等时间序列分析等学科范围生物医学工程研究的重要领域57处理方法处理方法强噪声背景下微弱生理信号的动态提取强噪声背景下微弱生理信号的动态提取多道生理信号的同步观察与处理多道生理信号的同步观察与处理生理信号的时间生理信号的时间频率表示频率表示自适应处理自适应处理人工智能、医学专家系统人工智能、医学专家系统新兴趣点：新兴趣点：人工神经网络、混沌理论、人工神经网络、混沌理论、分形理论、高阶相关和高阶谱、生物分形理论、高阶相关和高阶谱、生物反馈、心理医学工程反馈、心理医学工程处理方法强噪声背景下微弱生理信号的动态提取58小波分析方法应用例小波分析方法应用例小波分析：小波分析：具有优良的时间具有优良的时间频率局部化特性频率局部化特性是分析处理非线性、时变信号的重是分析处理非线性、时变信号的重要工具要工具誉为誉为“分析信号的显微镜分析信号的显微镜”小波分析方法应用例小波分析：59颈动脉搏动图颈动脉搏动图(CAP)(CAP)特征提取特征提取优点：优点：1)1)高频噪声干扰影响小高频噪声干扰影响小 2)2)低频的基线漂移影响小低频的基线漂移影响小 3)3)定位准确性高定位准确性高 4)4)运算速度快运算速度快CAP特征提取特征提取颈动脉搏动图(CAP)特征提取CAP特征提取60正常颈动脉波正常颈动脉波 一般很难直接依据原始观测数据来对信号作出解释一般很难直接依据原始观测数据来对信号作出解释，往往需通过提取特征参数来进行表征，进而作信号分，往往需通过提取特征参数来进行表征，进而作信号分析和识别。析和识别。信号共性特征信号共性特征：过零点、极值点、过零间隔等。：过零点、极值点、过零间隔等。正常颈动脉波 一般很难直接依据原始观测数据来对61CAP小波变换小波变换CAP小波变换62(a)正常情况正常情况(b)叠加白噪声叠加白噪声(c)有基线漂移有基线漂移(d)受干扰波形受干扰波形(a)正常情况63小波滤波器小波滤波器目的：去除高频噪声又尽可能保持信号高目的：去除高频噪声又尽可能保持信号高频分量不失真频分量不失真 原理：信号的高频分量与高频噪声在小波原理：信号的高频分量与高频噪声在小波变换下其表现不相同，据此可实现变换下其表现不相同，据此可实现高频信噪分离，再利用小波反变换高频信噪分离，再利用小波反变换实现滤波。实现滤波。效果：信号的特征部位失真很小效果：信号的特征部位失真很小小波滤波器目的：去除高频噪声又尽可能保持信号高频分量不失真 64生物医学工程绪论课件65医学成像医学成像把生物体中有关的信息以把生物体中有关的信息以图像形式提取并显示出来。可以是形图像形式提取并显示出来。可以是形态学像、功能像或代谢信息成像。态学像、功能像或代谢信息成像。图像处理图像处理对已获得的图像进行分析、对已获得的图像进行分析、识别、分割、解释、分类以及三维重识别、分割、解释、分类以及三维重建与显示处理，目的是增强或提取特建与显示处理，目的是增强或提取特征信息。征信息。医学影像技术医学影像技术医学成像把生物体中有关的信息以图像形式提取并显示出来。可66主要的成像模式主要的成像模式X线成像（线成像（X-ray）X线计算机体层成像（线计算机体层成像（X-raycomputedtomography，CT或或X-CT）核医学成像（核医学成像（闪烁成像、正电子发射闪烁成像、正电子发射体层成像体层成像PET）超声超声成像（成像（ultrasonography）核磁共振成像（核磁共振成像（magneticresonanceimaging，MRI）主要的成像模式X线成像（X-ray）67发展简史发展简史1895德国外科医生伦琴（德国外科医生伦琴（Rntgen）首次利用）首次利用X射射线观察到了人体的内部解剖结构。线观察到了人体的内部解剖结构。1969英国工程师英国工程师Hounsfield首次设计成功了一台断首次设计成功了一台断层摄影装置。层摄影装置。1972Hounsfield与英国神经放射学家与英国神经放射学家Ambrose一道一道将该技术首次应用于脑部扫描，获得了第一幅脑将该技术首次应用于脑部扫描，获得了第一幅脑肿瘤图像。该摄影装置称为计算机肿瘤图像。该摄影装置称为计算机X射线断层扫射线断层扫描摄影装置，简称计算机层析成像或描摄影装置，简称计算机层析成像或CT。1974由由Ledley设计成功全身设计成功全身CT装置，进一步扩大了装置，进一步扩大了CT的检查范围，从而为的检查范围，从而为CT进入临床医学领域奠进入临床医学领域奠定了基础。定了基础。发展简史1895 德国外科医生伦琴（Rntgen）首次68常规常规X线透射投影像线透射投影像三维结构的二维重叠显示三维结构的二维重叠显示常规X线透射投影像三维结构的二维重叠显示69横断体层像横断体层像X-CT通过横断体层扫描和通过横断体层扫描和图像重建图像重建得到得到X-CT图像图像横断体层像X-CT通过横断体层扫描和图像重建得到X-CT图像70X线图线图X线图71XCT图图XCT图72CT/PET图像融合CT图像反映解剖结构图像反映解剖结构PET图像揭示新陈代谢图像揭示新陈代谢图像融合，以协助进行图像融合，以协助进行胰腺癌的病灶定位和手胰腺癌的病灶定位和手术计划术计划CT/PET图像融合CT图像反映解剖结构73影像技术比较影像技术比较影像技术比较74发展过程（纵向）发展过程（纵向）模拟模拟X线成像线成像数字数字X线成像线成像体层成像体层成像CT、MRI形态成像诊断形态成像诊断形态成像形态成像功能成像功能成像代谢成像代谢成像图像融合图像融合综合诊断综合诊断发展过程（纵向）模拟X线成像 数字X线成像形态成像诊断形75发展过程（横向）发展过程（横向）计算机辅助检测计算机辅助检测CADDetection计算机辅助诊断计算机辅助诊断CADDiagnosisPACS（图像存档与传输系统）（图像存档与传输系统）（Picturearchivingandcommunicationsystem）介入放射学（介入放射学（interventionalrediology）在影像监视进行手术治疗在影像监视进行手术治疗与内科、外科并列为三大医疗体系与内科、外科并列为三大医疗体系DSA（数字减影血管造影术）（数字减影血管造影术）电子内窥镜电子内窥镜红外热成像红外热成像发展过程（横向）计算机辅助检测 CAD Detection76新进展新进展阻抗成像阻抗成像微波成像微波成像实时三维影像重建实时三维影像重建新进展阻抗成像77建模建模对生物的细胞、器官和整体各层对生物的细胞、器官和整体各层次的行为，参数次的行为，参数 及其关系建立数及其关系建立数学模型。学模型。以便更好地了解生物系以便更好地了解生物系统的行为及规律，为生物控制奠统的行为及规律，为生物控制奠定基础。定基础。仿真仿真用计算机求解生物系统的数学模用计算机求解生物系统的数学模型以分析和预测各种条件下生物型以分析和预测各种条件下生物系统运行机制和状态的工作。系统运行机制和状态的工作。生物系统的建模与仿真生物系统的建模与仿真建模对生物的细胞、器官和整体各层次的行为，参数及其关系78鉴别人体参数的异常以进行疾病诊断、糖尿病鉴别人体参数的异常以进行疾病诊断、糖尿病等疾病的预报、血压等参数的自适应控制。等疾病的预报、血压等参数的自适应控制。在医疗仪器的研制和生物学、生理学、仿生学在医疗仪器的研制和生物学、生理学、仿生学等学科的发展中，也具有很大价值。等学科的发展中，也具有很大价值。生物系统控制生物系统控制人为地外加控制条件，影响人为地外加控制条件，影响生物系统的生命过程，以达到某种特定的目的生物系统的生命过程，以达到某种特定的目的：如，研究血压、如，研究血压、PH、体温与心率的关系，为、体温与心率的关系，为研制按需型心脏起搏器提供理论基础；建立流行病研制按需型心脏起搏器提供理论基础；建立流行病模型，为制定疾病的防疫措施提供理论依据。模型，为制定疾病的防疫措施提供理论依据。建模、仿真与控制建模、仿真与控制 鉴别人体参数的异常以进行疾病诊断、糖尿病等疾79黑箱模型黑箱模型只从系统的外部条件符合生物系统只从系统的外部条件符合生物系统的实际。的实际。同胚模型同胚模型不仅从系统的外部条件，而且从系不仅从系统的外部条件，而且从系统的内部条件（即受生物的解剖生理制统的内部条件（即受生物的解剖生理制约）符合生物系统的实际。约）符合生物系统的实际。模型必须进行实验验证。模型必须进行实验验证。例子：例子：循环系统模型、神经系统模式、免疫系循环系统模型、神经系统模式、免疫系统模型、流行病模型、人口发展模型统模型、流行病模型、人口发展模型模型的种类模型的种类黑箱模型只从系统的外部条件符合生物系统的实际。模型的种类80应用电、磁、辐射、激光、超声等物应用电、磁、辐射、激光、超声等物理量治疗疾病或缓解病痛，是药物和理量治疗疾病或缓解病痛，是药物和手术治疗以外的重要治疗手段。手术治疗以外的重要治疗手段。优点：优点：创伤小、费用低、易于推广创伤小、费用低、易于推广研究内容：研究内容：了解物理因子对人体的治疗作了解物理因子对人体的治疗作用及其机理，确定有效作用剂量和允用及其机理，确定有效作用剂量和允许剂量。许剂量。物理因子的生物效应物理因子的生物效应应用电、磁、辐射、激光、超声等物理量治疗疾病或缓解病痛，81激光辐射：激光辐射：产生光致热，化学、压强、电磁场产生光致热，化学、压强、电磁场和生物刺激等效应。和生物刺激等效应。以微波和超声波为热源的以微波和超声波为热源的肿瘤加热疗法肿瘤加热疗法。放射治疗：放射治疗：高能量电离辐射光子或高能离子照高能量电离辐射光子或高能离子照射病变部位进行治疗。射病变部位进行治疗。冲击波碎石冲击波碎石：利用聚焦的连续超声振动或冲击：利用聚焦的连续超声振动或冲击波振碎病变结石。波振碎病变结石。生物效应的应用生物效应的应用激光辐射：产生光致热，化学、压强、电磁场和生物刺激等效应。生82计算机辅助医学诊断，能以咨询、监测、计算机辅助医学诊断，能以咨询、监测、解释和识别等形式向医生提供认识疾病、诊解释和识别等形式向医生提供认识疾病、诊断治疗疾病的科学依据。断治疗疾病的科学依据。争取疾病的早期诊断、治疗，提高家庭争取疾病的早期诊断、治疗，提高家庭和社区医疗保健质量。和社区医疗保健质量。医学人工智能和医学专家系统医学人工智能和医学专家系统 计算机辅助医学诊断，能以咨询、监测、解释和识83医院数字化发展的医院数字化发展的3 3个阶段：个阶段：1.管理数字化阶段管理数字化阶段以提高管理工作效率、辅助财以提高管理工作效率、辅助财务核算为主要目的务核算为主要目的2.医医疗疗数数字字化化阶阶段段以以PACS、电电子子病病历历系系统统以以及及麻麻醉醉监监护护系系统统、检检验验信信息息系系统统为为代代表表，包包括括了了对对医医院院所所有有医医疗疗活活动动中中所所涉涉及及的的全全部部信信息息进进行行以病人为中心的数字化管理并综合利用。以病人为中心的数字化管理并综合利用。3.