生物電子與影像技術 第一章緒論

1生物電子與影像技術前言課程性質(zhì)必選課課程背景自動化專業(yè)的寬口徑培養(yǎng)目標生物醫(yī)學工程的蓬勃發(fā)展國內(nèi)高校的方向設置2前言課程內(nèi)容醫(yī)學影像電子學醫(yī)學影像的分析與處理課件FTP3前言考核平時成績40%實驗20%期末報告40%4第一章緒論§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展§1.2生物醫(yī)學工程的概念§1.3生物醫(yī)學工程的展望§1.4圖像處理技術的應用5第一章緒論§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展§1.2生物醫(yī)學工程的概念§1.3生物醫(yī)學工程的展望§1.4圖像處理技術的應用6§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展7§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展FlorenceNightingale8§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展1.生物醫(yī)學工程的起步階段1780sLuigiGalvani研究了動物電，開啟了電生理學方向1900神經(jīng)纖維傳導機制的電模型HermannvonHelmholtz發(fā)明了眼科檢查鏡(生物醫(yī)學工程師第一人)X射線成像1895WilhelmRontgen發(fā)明1896Simense與GE開始銷售9§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展1.生物醫(yī)學工程的起步階段（續(xù)）1920s心電圖儀electrocariograph

1930s腦電圖儀electroencephalograph神經(jīng)活動電特性研究1932NobelPrizeEdwardDAdrianCharlesSherrinton1944NobelPrizeJosephErlanger/HerbertGasser10§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展1.生物醫(yī)學工程的起步階段（續(xù)）11§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展1.生物醫(yī)學工程的起步階段（續(xù)）1930s電子顯微鏡12§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展1.生物醫(yī)學工程的起步階段（續(xù)）1937MIT設立BiologicalEngineering專業(yè)Bio-electricalengineering1940sUniversityofCaliforniaatLosAngeles設立Bio-technologyHumanfactorsresearch13§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展2.生物醫(yī)學工程學科的形成1950s1952PaulMZoll研制外部心臟起搏器1957CWaltonLillehei電極連接心肌1958/1959WilsonGreatbatch&WilliamMChardack可植入14§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展2.生物醫(yī)學工程學科的形成（續(xù)）15§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展2.生物醫(yī)學工程學科的形成（續(xù)）人工呼吸機大量應用16§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展2.生物醫(yī)學工程學科的形成（續(xù)）1955PaulZoll應用心臟除顫器1953JohnHGibbon應用心肺機組織IRE(InstituteofRadioEngineers)AIEE(AmericanInstituteofElectricalEngineers)ISA(InstrumentSocietyofAmerica)會議TheConferenceonElectricalTechniquesinMedicineandBiology17§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展2.生物醫(yī)學工程學科的形成（續(xù)）期刊1952-IRETransactionsonMedicalElectronics專業(yè)MedicalEngineering1950sUniversityofCalifornia1950sUniversityofPennsylvania1957IowaStateUniversity1959DrexelUniversity18§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展2.生物醫(yī)學工程學科的形成（續(xù)）19§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展3.計算機應用于生物醫(yī)學工程1960s1965NIH啟動人工心臟研究1969人工心臟應用了64小時研究射頻輻射的影響，制定標準NASA提倡研究telemetry數(shù)字信號處理技術應用于ECG20§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展3.計算機應用于生物醫(yī)學工程(續(xù))NeuralNetwork1969出版書Perceptrons

MarvinMinsky/SeymourPapert計算機應用于醫(yī)院管理測試分析儀器Yale-NewHavenHospital1954/480001959/980001964/200000

21§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展3.計算機應用于生物醫(yī)學工程(續(xù))超聲成像Doppler超聲陣列換能器1965-10陣元紅外熱成像1960s開始，1970s流行，1980s衰退22§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展3.計算機應用于生物醫(yī)學工程(續(xù))1966Biomedicalengineering詞出現(xiàn)1967ECG標準1968IECTC62開始專業(yè)制定生物醫(yī)學設備的標準23§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展4.生物醫(yī)學工程中的成像新方法

1970s1971第一張CT掃描圖像出現(xiàn)1974進入臨床檢查應用1979NobelPrizeAllanCormack/GodfreyHounsfeld24§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展4.生物醫(yī)學工程中的成像新方法

1970s核磁共振NMR1972RaymondDamadian申請專利1973PaulCLauterbue發(fā)表Nature論文2D成像1976Mansfield&Maudsley獲得NMR實際圖像1980Damadian公司的商業(yè)機器出現(xiàn)2526§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展4.生物醫(yī)學工程中的成像新方法

1970s正電子放射斷層成像PET1972MichaelTer-Pogossian完成設備1975發(fā)表論文27§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展4.生物醫(yī)學工程中的成像新方法

1970s自動分析設備臨床實驗信息系統(tǒng)臨床診斷的專家系統(tǒng)28§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展5.生物醫(yī)學工程中的內(nèi)窺鏡與激光1980s內(nèi)窺鏡Endoscopy機械小型化和光纖技術結合1988美國市場達到$5.3億激光脈沖激光用于腎結石治療眼角膜改造和內(nèi)窺鏡結合，用于動脈硬化治療29§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展5.生物醫(yī)學工程中的內(nèi)窺鏡與激光1980sMRI大規(guī)模應用30§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展5.生物醫(yī)學工程中的內(nèi)窺鏡與激光1980s1988醫(yī)學成像設備市場規(guī)模擴大歐洲銷售額$14.6億

X-ray62%US20%CT8.5%PET5%MRI3%美國銷售額$6億31§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展5.生物醫(yī)學工程中的內(nèi)窺鏡與激光1980s1981發(fā)明GerdBinnig/HeinrichRohrer掃描隧道電子顯微鏡1986NobelPrizeforPhysics(ErnstRuska)神經(jīng)的功能電刺激應用于脊髓受損神經(jīng)恢復康復工程RehabilitationEngineering電動輪椅標準出臺poweredwheelchairs模糊邏輯，專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡，混沌32§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展６.

生物醫(yī)學工程中的基因計劃與機器人1990s人類基因計劃1991啟動，建立人的DNA全部序列生物醫(yī)學工程：器官級的水平——細胞和分子級的水平機器人實驗室機器人：培養(yǎng)骨髓、淋巴結組織康復機器人：觸覺傳感器（靈巧手）、領路外科機器人：輔助或者自動手術33thedaVinciSurgicalSysteminactionatSt.PierreUniversityinBrussels,Belgium34§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展６.

生物醫(yī)學工程中的基因計劃與機器人1990s1997美國FDA批準了植入的防顫器，電極植入丘腦，脈沖發(fā)生器植入胸部并向電極發(fā)信號。1995，美國每年200萬人進行各種植入手術35§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展６.

生物醫(yī)學工程中的基因計劃與機器人1990sX-ray成像向數(shù)字化發(fā)展1991MRI用于觀察大腦皮層血氧的改變得到人腦的活動圖(fMRI),加速了腦科學的發(fā)展1991PET獲得人腦回憶單詞時的圖像1995激光脈沖THz成像(紅外與微波之間的電磁波)，區(qū)分組織的細小差別36§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展６.

生物醫(yī)學工程中的基因計劃與機器人1990s1995，美國生物醫(yī)學工程產(chǎn)業(yè)完成$400億銷售37§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展7.

生物醫(yī)學工程21stCentury先進的計算模型與生理系統(tǒng)仿真先進的醫(yī)學成像形式生物醫(yī)學信息學計算硬件、智能生物傳感器、可植入設備與新型儀器高生產(chǎn)能力的遺傳工程人工器官康復工程38第一章緒論§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展§1.2生物醫(yī)學工程的概念§1.3生物醫(yī)學工程的展望§1.4圖像處理技術的應用39§1.2生物醫(yī)學工程的概念1.生物醫(yī)學工程的概念生物醫(yī)學工程：

使用工程的原理和技術解決生物和醫(yī)學中的問題。應用電學、化學、光學、力學和其他工程的原理來理解、改變和控制生物系統(tǒng)。4041§1.2生物醫(yī)學工程的概念2.生物醫(yī)學工程的特點跨學科性寬范圍4243§1.2生物醫(yī)學工程的概念44第一章緒論§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展§1.2生物醫(yī)學工程的概念§1.3生物醫(yī)學工程的展望§1.4圖像處理技術的應用45§1.3生物醫(yī)學工程的展望可吞咽藥丸內(nèi)窺鏡可吞咽膠囊測量范圍26mm長11mm直徑包含攝像機、光源、發(fā)射器、電池(8h)2幅圖像/秒數(shù)據(jù)記錄儀安裝于腰帶上，不限制活動接收和存儲圖像數(shù)據(jù)工作站下載和分析圖像數(shù)據(jù)46§1.3生物醫(yī)學工程的展望數(shù)據(jù)BME與制藥業(yè)銷售額之比：

國際1:1.9中國1:6國際產(chǎn)品格局美國40%歐洲30%日本16%中國2%47數(shù)字醫(yī)療超聲機48§1.3生物醫(yī)學工程的展望wearelimitedonlybyourimaginations.49§1.3生物醫(yī)學工程的展望討論：

工程的最高境界是什么？50§1.3生物醫(yī)學工程的展望延伸資料FNebeker,GoldenAccomplishmentsinBiomedicalEngineering.EMBSMagazine21(3):17-48JDEnderle,etal.IntroductiontoBiomedicalEngineering,2ndEd.ElsevierAcademicPress,2005

51§1.3生物醫(yī)學工程的展望延伸資料OpenYaleCoursesFrontiersofBiomedicalEngineering

ProfessorW.MarkSaltzman

/biomedical-engineering/frontiers-in-biomedical-engineering52第一章緒論§1.1生物醫(yī)學工程的發(fā)展§1.2生物醫(yī)學工程的概念§1.3生物醫(yī)學工程的展望§1.4圖像處理技術的應用53§1.4圖像處理技術的應用1.圖像概念圖物體投射或反射光的分布像人的視覺系統(tǒng)接受圖后在大腦中形成的印象或反映數(shù)字圖像處理利用計算機系統(tǒng)對數(shù)字圖像進行的處理54§1.4圖像處理技術的應用2.圖像獲取55§1.4圖像處理技術的應用3chipsconsumerresearch56§1.4圖像處理技術的應用3.圖像校正57§1.4圖像處理技術的應用3.圖像校正58§1.4圖像處理技術的應用3.圖像校正59§1.4圖像處理技術的應用3.圖像校正60§1.4圖像處理技術的應用3.圖像校正61§1.4圖像處理技術的應用3.