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lecture人工器官概述第1页/共93页 第一章 绪论生物机械工程的概念生物机械工程的地位生物机械工程的主要研究领域生物机械工程发展的基本条件生物机械工程发展的主要趋势第2页/共93页 生物机械工程：生物医学工程学的重要组成部分，它利用现代生物学、医学、工程学、信息科学与技术的理论与方法，研究、创造新材料、新技术、新仪器设备，用来提高医疗水平，治疗、康复、保健，保障人民健康，是推动现代医学进步的一门新兴交叉学科。其涉及到以下领域：1.1生物机械工程的概念生物机械工程涉及的领域生物学医学生物力学生物流变学材料学机械学仿生学电子学计算机与信息科学控制理论第3页/共93页 提出背景国外在生物机械工程方面的研究起步较的早，水平较高，许多研究成果已经进入实用化阶段由于多方面因素的限制，在大多数领域，我国生物医学工程依然落后于国际先进水平，尤其在生物机械工程方面。随着人们生活水平的提高，人们对医疗水平和生活质量提出了更高的要求，先进的治疗手段、人工器官的移植、运动与康复机械和医用与仿生机器人使用将会愈来愈普遍。开展生物机械工程的研究与开发的意义大大的促进生物工程、生物医学工程学科的建设与发展对提高我国医疗保健水平、保障人民健康、提高生活质量等方面产生深远的影响具有重大的社会和经济效益第4页/共93页 传统意义机械工程研究机械系统的性能、设计和制造和基础理论和技术的科学系统从构思到实现都要经历设计和制造两大不同阶段生物机械工程生物系统、医学系统等的机械系统的专用机械学科，是分析，设计、研究、制造和发展生物机械系统的科学，有相对的独立性。系统从构思到实现都要经历设计和制造两大不同阶段。但是生物机械工程系统可以借助于传统的机械工程的设计理论和制造方法，但同时还要考虑到它的特殊性。两者的联系其中生物机械工程所涉及的人体适用材料、人工器官、医疗器械、远程诊疗系统、运动与康复机械、医用与仿生机器人等内容的研究、设计、制造都与机械工程密切相关第5页/共93页 生物机械设计的基本特征基本特征在其设计内容中，渗入社会、经济、生物体以及社会伦理、道德、法律等设计过程成为系统工程；由经验性和随意性向科学化和模式化发展强调理论分析计算与实验分析的相互结合强调系统全面的功能综合，使设计达到最佳的功能目标，实现拟人化以实际需要为出发点，引入生物力学、仿生学、人机工程学和可靠性等理论、方法，发展各种模型的识别和建模技术以数据库为核心，一交互式图形系统为手段，以分析计算为主体的计算辅助设计系统高度的集成化、智能化和自动化主要特征生物机械制造主要特征：高精密制造、微制造、绿色制造、数字制造第6页/共93页 任务和目的研究生物机械工程的实用性理论和基础技术，在切实掌握生物机械的研究、设计、生产及应用技术的基础上，提高关键器件的国产化配套率；研究生物机械工程的新理论、新方法，强化生物机械工程与生物学、医学、信息学、计算机技术、人机工程、仿生学等学科结合的综合性研究，研究制造新型的生物机械装置；建立生物机械的生物学评价标准和产品标准，探索生物机械设计本身的规律；开展生物机械的软件开发研究，扩大生物机械的应用领域，努力推广理论及应用成果，使之应用于医疗领域和人民的日常生活；教育和培训生物机械研发和应用技术人才第7页/共93页 1.2 生物机械工程的地位CT、MRI的出现和应用影像诊断的水平出现了飞跃的发展光学、电子学显微镜的发展推动医学的发展人工心肺机和体外循环机技术心外科的发展人工肾血液透析的出现肾病的治疗有了很大的进步 人工器官的迅速发展人各个器官都存在着代替的可能超声医学、激光医学、核医学、医用机器人与远程诊疗系统、康复医学等先进的医疗技术和仪器生物机械工程学研究发展的进展总之，先进的医疗仪器、技术都与生物机械工程的研究成果有关。生物机械工程在现代医学发展中占有重要的地位第8页/共93页 生物医学材料——医学发展的物质基础，指用来制作各种人工器官、与人体生理环境相接触的医疗用具和制品的材料要求：优越的生物相容性，亲水性、润滑性、防组织粘附性、抗炎性、抗凝性、可是细胞在材料表面生长、恢复病变组织的能力、免疫识别能力、生物催化活性、化学稳定性以及与天然组织相适应的物理机械性能等。主要类型：天然高分子材料、金属与合金材料，无机生物材料，膜生物材料，药物控释材料与复合材料等。人工器官与人工肢体——模拟自然器官功能的机械装置。远程诊疗系统——是计算机技术、网络通信技术和现代医学技术的有机融合，他通过摄像机、显微镜、见算计等硬件设备、网络系统和信息接收设备，使异地之间进行有关医学诊断、治疗、护理、咨询积极教育等方面的信息和数据传递的工具。运动与康复机械医疗器械医用机器人1.3主要的研究领域第9页/共93页 试验研究的质和量都较差，试验手段不足，独创性和开发新的研究较少；研究机