工程学概论1概述

[e-mail]1生物医学工程专业工程学概论李颖[e-mail][e-mail]2课程性质：专业必修课课程任务：介绍本专业所涉及的学科范围、科学研究领域的主要内容、国内外研究状况及发展趋势等。学时:16学时课程的主要内容：一、生物医学工程概述二、生物医学工程专业培养目标与计划三、国内外研究状况及发展趋势四、我校本专业的发展与学术研究情况五、学术专题报告[e-mail]3OUTLINE一、生物医学工程概述二、生物医学工程的研究内容三、我校生物医学工程专业培养目标与计划四、我校生物医学工程专业所学主要课程[e-mail]4•生命科学是21世纪科学技术和社会经济发展的三大支柱产业之一，生物医学工程是生命科学的重要分支，占有很重要的地位。•生物医学工程(BME)是近年来发展起来的一门用自然科学和工程技术的理论方法，研究解决医学防病治病，增进人民健康的一门理、工、医相结合的新兴、交叉学科。它运用电子技术、计算机技术和信息处理技术等工程技术的原理和方法，从工程学角度研究、开发用于医学诊断、治疗、人体功能辅助和卫生保健的医学仪器、设备及系统。在21世纪具有十分重要的地位，是当今科学研究的必然趋势，有重要的应用前景，对临床应用和医学研究具有十分重要的意义。一、生物医学工程概述[e-mail]5•生物医学工程是理、工、医相结合的新兴边缘学科，是各种工程学科向生物医学渗透并相互作用的结果。•自20世纪60年代以来，电子技术、计算机技术、材料科学、激光超声、核物理、微电子以及控制理论等渗透到生物医学领域，使生物医学进入了一个新的发展阶段，同时形成了BME这个交叉学科。•生物医学工程(BiomedicalEngineering,BME)是运用自然科学和工程技术的原理和方法，研究人的生理、病理过程，揭示人体的生命现象，并从工程角度解决治病防病问题的一门综合性高技术学科。[e-mail]6•生物医学工程有两个发展方向：1.利用工程技术手段解决医学上的检测、诊断、治疗、管理等问题。2.进一步探索生命系统的各种运动形式及其规律性。•生物医学工程是一个很广阔的学科领域，它对医学乃至生命科学的发展具有很大的推动作用，其发展水平是衡量生物学和医学发展水平的重要标志。[e-mail]7•生物医学工程是现代工程学原理和技术在生物医学中应用的科学。•生物医学工程学的根本任务是为疾病的预防、诊治和康复服务，以确保人类的健康。•它运用自然科学和工程技术的原理和方法，从工程学角度解释了人体的生理、病理过程。它将人体看作是由许多子系统构成的一个整体系统，并将人体各层次上的生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医学的理论和方法有机的结合起来，去研究这类系统状态变化的规律。在此基础上进而从工程学角度去解决疾病的防治及康复问题，即应用各种工程技术手段创建适宜的方法和仪器设备，以最有效的途径来人为地控制疾病的变化过程，以达到预期的防治疾病、保障人类健康的目的。[e-mail]8•从历史上看，生命科学和工程学在概念和方法上相差很大，因此没有什么联系。•工程学是建立在基础自然科学(主要是物理学，也涉及到化学和生物学等)原理基础上的应用技术科学；而医学是整个生命科学(也可看作是广义的生物科学)中以实际应用(对疾病的预防、诊断和治疗)为主的一个部门，它既不同于一般的基础自然科学，也不同于一般的工程技术科学，是一门独立的科学。•生物医学工程学则是一门现代工程技术和生命科学(特别是医学)相结合的高度综合性的生物应用技术科学。就是说，它是综合运用工程学的理论和方法，深入研究、解释、定义和解决生物医学上有关问题的一门科学。与此相关的医学工程学是用现代工程技术研究解决医学问题的一门新兴边缘学科。其中以工程技术为临床服务的部分又称为临床工程学。从广义上讲，生物医学工程包括了医学工程。[e-mail]9•最早的有影响的应用实例，可算是伽利略（1564~1642）首先发明温度计，使千百年来医学对“发烧”的模糊概念有了定量的描述。•此后，像1676年光学显微镜的发明与制造，1895年X射线的发现和随之制造的X射线透视摄像机，20世纪30年代诞生的第一台电子显微镜，50年代初期超声探测技术在医学上的应用，X射线衍射技术用于阐明遗传物质DNA的双螺旋三维空间结构（成为生命科学发展中的里程碑）等，都对医学的发展起过重要的推动作用。•60年代来，激光器的研制及其在医学上的应用导致激光医学的形成；1972年X线CT机的问世，为现代医学影像的形成和发展打下了基础，在医学影像学中具有划时代的意义；数十年来，电子工程技术，特别是电子计算机技术的飞速发展，提供了种类繁多的现代医学仪器设备和诊疗新技术。•所有诸如此类的事例，都对生物医学工程学的形成和发展奠定了基础，创造了条件。•生物医学工程作为一门系统的学科虽然是从20世纪60年代开始的，但工程学原理和技术在生物医学中的应用的历史是非常悠久的，至少可以追溯到16世纪，迄今已有400余年的历史。[e-mail]10•生物医学工程学作为一门新兴的边缘科学，数十年来得到了巨大的发展，当代几乎所有的高新技术都被它所吸收，为它所利用，并形成了一个庞大的新兴产业系统。[e-mail]11二、生物医学工程的研究内容•BME的研究内容十分广泛。从大的方面看，可分为基础研究与应用研究两部分。•基础研究是运用现代工程手段，对人体基本机理的研究，例如人体内质量及能量的传递、各种物理因素(如超声波、微波等)引起的效应以及生物信息的产生、传递、处理与控制等，包括生物力学、生物效应、生物能量、质量传送，生物信息的提取和处理，生物系统的建模仿真与控制等。•应用研究则是直接为医学服务的，包括人工器官、生物材料、医学仪器、计算机的医学应用、临床医学、康复工程等。往往是根据基础研究获得的知识，运用现代技术具体解决生物医学中提出的课题。[e-mail]12学科分类•生物医学工程的研究领域很宽，从目前来看BME学科分类有两种趋势：•以应用范畴为依据，可分为医学工程、临床工程、康复工程、环卫工程、中医工程。•以学科专业为依据，大致可分为医用材料(或生物材料)、人工器官、生物信息、生物控制、生物效应、生物反馈、生物能量与质量传递、生物力学、医学电子、医学仪器及装备、人工智能、医用超声、医用激光、辐照医学、核医学、医用计算机以及医学物理等。[e-mail]13研究领域•医学测量•医学信息、传递和处理•医学显示•功能辅助和修复•生物刺激及治疗•生物医学材料•医用器件•医学信息管理控制系统•……[e-mail]14三、我校生物医学工程专业培养目标与计划[e-mail]15•我校2001年申请设立“生物医学工程”专业并获批准，2002年开始招收该专业本科生，2004年正式成立了生物医学工程系。•2003年获得“生物医学工程”一级学科硕士授权点。•2004年在电气工程一级学科下设立“生物电工”博士授权方向，2011年获得生物医学工程工程硕士授予权。[e-mail]161、学院：电气工程学院2、学制：四年3、专业：生物医学工程4、授予学位：工学学士学位[e-mail]175、培养目标本专业旨在培养德、智、体、美、劳全面发展，具有扎实的电气信息类基础理论知识、丰富的生物医学工程专业知识和熟练的实验技能的优秀的理、工、医结合的具有创新精神和实践能力的高素质专门人才。毕业生应能掌握生物医学工程领域的知识，培养在生物医学电子工程、医学信息处理、医学仪器领域，以及相关电子技术、计算机技术、信息产业等部门从事研究、开发、教学、管理等工作的高级工程技术人才和科研人才。[e-mail]186、培养要求毕业生应获得以下几方面的知识和能力：1.具有较为扎实的自然科学基础知识、较好的人文社会科学基础及较好的科技写作、外语应用能力和计算机运用能力；2.具有宽厚坚实的专业技术理论基础知识；3.具有较强的专业知识和技术的应用能力、具备本专业所必需的计算、实验、测试及工程实际操作等基本技能；4.掌握本专业内某个专业方向所必需的专业知识，了解本专业的科学前沿及发展趋势；5.具有初步的生物医学工程专业方面的分析设计、科研、科技开发以及组织管理能力；6.具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。[e-mail]197、主干学科：生物医学工程8、主干课程和特色课程：主干课程：电路理论、电子技术、电磁场理论、生物医学基础、生物医学工程学、生物医学电磁场数值分析、信号与线性系统、数字信号处理、数字图像处理、生物医学电子学、生物医学信号处理、医学成像技术、现代医学仪器、生物医学传感器及测量等。特色课程：生物医学工程学、生物医学电磁场数值分析、生物医学电子学、生物医学信号处理、医学成像技术、现代医学仪器、生物医学传感器及测量等。[e-mail]209、主要实践环节：医学实践、金工实习、工艺实习、生产实习、各类实践课、综合实验课、毕业实习、毕业设计等环节。10、毕业最低学分：毕业最低学分：180.5学分[e-mail]21课程性质课程类别学分学时占总学时比例（%）必修课人文社科体育17.533691.14数学自然科学类36.5602学科基础课53868专业模块课10160实践教学环节33.5选修课8.86专业任选课8128创新与拓展类464人文社科类464合计180.5244611、各类课程学分比例分配表[e-mail]22四、我校生物医学工程专业主要课程[e-mail]23•人文社科类课程主要包括英语，思想道德修养与法律基础，中国近代史纲要，马克思主义基本原理，毛、邓、三思想概论。•体育与健康类课程包括体育，心理、健康选修课。•数学与自然科学类课程主要包括高等数学，工程数学含线性代数、概率论与数理统计、复变函数与积分变换等)，普通物理学，普通物理学实验，计算机文化基础，软件技术基础等。主要课程[e-mail]24•学科基础类课程主要包括工程图学，电路理论基础，电工测量，电子技术基础，电子技术基础实验，电磁场，生物医学基础，专业英语阅读，生物物理学，工程学概论，信号与线性系统，生物医学工程学，数字信号处理，自动控制理论，微型计算机原理及应用，计算机仿真。•专业模块课包括生物医学电子学，现代医学仪器，可编程控制器原理及应用，生物医学电磁场数值分析，数字图像处理，医学成像系统，生物医学信号处理。•专业选修课包括生物医学传感器及测量，远程医疗技术，单片机原理及应用，生物系统仿真建模，智能控制，生物电磁学。[e-mail]25课程名称：生物医学基础英文名称：BiomedicalFoundation总学时：64学分：4课程内容：本课程是生物医学工程专业学生的一门专业基础课，通过这门课的学习使学生了解生物学和医学的基础知识，为后续课程打下基础。主要内容包括生物学和医学的基础知识，其中生物学基础：细胞生物学、微生物学基础、免疫学；医学基础：解剖学基础、生理学基础、病理学基础等，为后续课程打下基础。[e-mail]26课程名称：生物物理学英文名称：Biophysics总学时：64学分：4课程内容：生物物理学是利用传统物理学中的声、光、电、热、力等手段应用到生物学的一门学科，即将物理学系统应用到复杂，多样化的生命现象中，加以量化达到简化、统一，并运用数学的一门学科。主要内容包括：科学的生物研究法、声光视觉、辐射生物物理学、动物动力学、分子生物物理学、流体力学与生物现象