1、生物醫(yī)學(xué)工程(Biomedical Engineering，BME)，是用自然科學(xué)和工程技術(shù)的理論方法，研究解決醫(yī)學(xué)防病治病，增進(jìn)人民健康的一門理、工、醫(yī)相結(jié)合的邊緣科學(xué)。它綜合運(yùn)用工程學(xué)的理論和方法，深入研究、解釋、定義和解決醫(yī)學(xué)上的有關(guān)問題。 生物傳感器應(yīng)有以下幾個(gè)條件：高可靠；少損傷或無損傷；微型化；重復(fù)性好；數(shù)字信號(hào)輸出；組織相容性好；壽命長；容易制造。 生物工程(bioengineering)亦稱生物技術(shù)(biotechnology) , 它是通過工程技術(shù)手段，利用生物有機(jī)體或生物過程，生產(chǎn)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)品的技術(shù)科學(xué)。它的實(shí)際應(yīng)用包括對生物有機(jī)體及其亞細(xì)胞組分在制造業(yè)、服務(wù)性工業(yè)以及

2、環(huán)境管理等方面的應(yīng)用。 細(xì)胞工程(cell engineering)是應(yīng)用細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)，按照預(yù)定的設(shè)計(jì)改變或創(chuàng)造細(xì)胞遺傳物質(zhì)，使之獲得新的遺傳性狀，通過體外培養(yǎng)，提供細(xì)胞產(chǎn)品，或培育出新的品種，甚至新的物種。細(xì)胞工程的三個(gè)發(fā)展階段：第一階段：70年代中期，確立了細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、核型分析技術(shù)、細(xì)胞融合技術(shù)及其應(yīng)用第二階段：70年代后期80年代后期，基因工程與細(xì)胞工程結(jié)合，應(yīng)用DNA導(dǎo)入技術(shù)分析了人體基因的微細(xì)結(jié)構(gòu)。第三階段：80年代后期，基因打靶為基礎(chǔ)，胚胎發(fā)生工程與基因工程結(jié)合作為新的研究發(fā)展趨勢。即在培養(yǎng)細(xì)胞水平上同源基因重組的“基因打靶”“基因打靶”是指利用基因轉(zhuǎn)移方法，將外源

3、DNA序列導(dǎo)入靶細(xì)胞后通過外源DNA序列與靶細(xì)胞內(nèi)染色體上同源DNA序列間的重組，將外源基因定點(diǎn)整合入靶細(xì)胞基因組上某一確定的點(diǎn)，或?qū)δ骋活A(yù)先確定的靶位點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)突變的技術(shù)細(xì)胞融合(cell fusion)是指用自然或人工方法，使兩個(gè)或更多個(gè)不同的細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞的過程。它包括質(zhì)膜的連接與融合，胞質(zhì)合并，細(xì)胞核、細(xì)胞器和酶等互成混合體系。應(yīng)用：淋巴細(xì)胞雜交瘤技術(shù)，其產(chǎn)物為單克隆抗體單克隆抗體(monoclonal antibody, McAb)是由單一克隆(clone)的B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的抗單一抗原的高度特異性抗體。細(xì)胞拆合就是把細(xì)胞質(zhì)與細(xì)胞核分離開來，然后把不同來源的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核相互配合，

4、形成核質(zhì)雜交細(xì)胞基因工程(genetic engineering)概念：用分離純化或人工合成的DNA在體外與載體DNA連接成重組體，并以重組體轉(zhuǎn)化入宿主細(xì)胞，進(jìn)而篩選出能表達(dá)重組DNA的活宿主細(xì)胞，再使之繁殖和擴(kuò)增，直至表達(dá)出目的基因所編碼的多肽（polypeptide）等一系列過程稱為基因工程(genetic engineering)，或者稱為基因克隆(gene cloning)，分子克隆(molecular cloning)。基因工程主要步驟：一是構(gòu)建DNA重組體，二是DNA重組體的擴(kuò)增和表達(dá)基因工程的主要目的：按意圖生產(chǎn)基因產(chǎn)物制取某些DNA片段和DNA探針(DNA probes)改造基

5、因，探討基因的結(jié)構(gòu)和功能人工合成基因的不足之處：不能合成太長的基因；人工合成基因時(shí)，遺傳密碼的兼并現(xiàn)象會(huì)為選擇密碼帶來很大困難；費(fèi)用較高。載體要求：一個(gè)較小的，能進(jìn)行復(fù)制的分子；具有較少的限制酶的切點(diǎn)；外源DNA片段插入載體后，載體的復(fù)制功能不會(huì)喪失；具有某種明顯的標(biāo)志；攜帶外源DNA的幅度較寬；生物防護(hù)是安全的DNA分子的體外重組重組體或重組DNA分子(重組子)就是把外源性DNA(目的基因)插入載體，使兩種DNA分子連接起來。(1)粘性末端連接法；(2)鈍性末端連接法次級代謝特點(diǎn)：(1) 生長后期形成；(2) 代謝酶合成期短；(3) 代謝酶系往往是一種復(fù)合體，(4) 代謝酶系對底物要求的專一

6、性不強(qiáng)，(5) 代謝酶在細(xì)胞中有特定的位置微生物代謝的調(diào)控方式：(1) 營養(yǎng)代謝阻遏，(2) 誘導(dǎo)，(3) 反饋調(diào)節(jié)，(4) 細(xì)胞通透性的調(diào)節(jié)，(5) 前體或抑制劑的調(diào)節(jié)酶(enzyme)是生物體內(nèi)活細(xì)胞產(chǎn)生的一種起催化劑作用的蛋白質(zhì)。又稱為生物催化劑(biological catalyst)。酶催化的特點(diǎn)： 反應(yīng)條件溫和； 選擇性特別高； 催化效率特別高； 酶的活性可受調(diào)節(jié)控制酶工程：把酶從細(xì)胞中分離出來，在體外以游離狀態(tài)催化特定的化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的應(yīng)用技術(shù)稱為酶工程(enzyme engineering)或酶技術(shù)(enzyme technology)用微生物生產(chǎn)酶的優(yōu)點(diǎn)： 微生物種類多 ； 微

7、生物容易培養(yǎng) ； 可進(jìn)行菌株選育、突變、誘導(dǎo)及選擇生長條件亦可大幅度提高酶的產(chǎn)率和改變酶的類型 ； 微生物中酶的特性有較寬的幅度可供使用時(shí)選擇； 利用微生物生產(chǎn)酶，原料不受限制酶的化學(xué)修飾的目的：使其更穩(wěn)定適應(yīng)不同的溫度及pH抵抗蛋白酶及抑制劑的影響改變天然酶的動(dòng)力學(xué)常數(shù)減少或消除在體內(nèi)的抗原性使酶分子具有對某些組織或細(xì)胞的親合力或穿透性等。酶的固定化是指將酶用物理或化學(xué)方法進(jìn)行處理，使之從水溶性和可移動(dòng)狀態(tài)變成仍具有酶活性的非水溶性固定狀態(tài)的過程。固定化酶(immobilized enzyme) 特點(diǎn) ：A. 耐熱性、工作穩(wěn)定性和貯存穩(wěn)定提高B. 具有一定的機(jī)械強(qiáng)度C. 避免酶蛋白和其它雜質(zhì)

8、混入產(chǎn)品D. 可以回收（一）酶的固定化方法 ：1. 載體結(jié)合法：(1)離子結(jié)合法： (2)共價(jià)結(jié)合法： (3)物理吸附法：2. 交聯(lián)法3. 包埋法：(1)網(wǎng)格法(凝膠包埋法)： (2)微囊法(酶膠囊法)：人工肝，原理：肝臟部分功能的暫時(shí)性輔助替代裝置。使用：肝衰竭、等待肝細(xì)胞再生、等待肝移植材料：活性炭、樹脂、聚丙烯腈基本功能：(1)血灌流吸附解毒（2）血透析及超濾（3）血漿及氨基酸的平衡補(bǔ)充人工腎是利用高分子材料進(jìn)行透析、過濾和吸附作用，使代謝物進(jìn)入外界配置好的透析液中，經(jīng)透析、過濾處理后完成腎臟的功能人工腎進(jìn)行血液凈化方法：血液透析法原理：血液和透析液中物質(zhì)的濃度差，電解質(zhì)及化學(xué)毒物滲透到

9、透析液中。血液過濾法原理：類似于人體中腎小球的過濾作用 。血漿交換法原理：換掉血液中的有毒血漿。血液毒素吸附法原理：吸附劑與血液直接接觸，吸附有毒物質(zhì)血液的粘彈性(viscoelasticity)是指血液兼有液體的粘性和固體的彈性。血液是一種非牛頓流體。但在一定的高切變率下，又表現(xiàn)為牛頓流體。血液是具有應(yīng)力松弛(stress relaxation)、蠕變(creep)、滯后(hysteresis)等現(xiàn)象的復(fù)雜流體。兩個(gè)推論：(1)心臟的異常擴(kuò)大和壓力的上升將使心壁應(yīng)力增大，并可能導(dǎo)致心臟肥大。(2)心肌收縮產(chǎn)生壁應(yīng)力。應(yīng)力又決定收縮壓Pi。最大張應(yīng)力發(fā)生于心肌等容收縮相，且隨肌纖維長度而改變。

10、當(dāng)肌節(jié)伸長時(shí)，心肌最大張力亦隨之增大，收縮壓Pi增大。如果心室半徑增大，則肌肉張力將增大，收縮壓亦將升高。構(gòu)成血管壁的主要成分是內(nèi)皮、彈性纖維、膠原纖維和平滑肌紅細(xì)胞變形能力(deformability of red cell)：人體紅細(xì)胞平均直徑約為8m，而毛細(xì)血管的平均直徑約為5m。紅細(xì)胞要通過比自己直徑還要小的毛細(xì)血管時(shí)，就必須改變自己的形態(tài)，這就是紅細(xì)胞的變形性。紅細(xì)胞的變形性：變形性使紅細(xì)胞能夠通過毛細(xì)血管。 變形性使血液粘度降低，血液流動(dòng)阻力減小，生物組織就能得到充足的營養(yǎng)供給，進(jìn)行順利的新陳代謝。紅細(xì)胞沉降的過程：聚集相；紅細(xì)胞穩(wěn)定沉降相；紅細(xì)胞的充塞相紅細(xì)胞的變形性的影響因素：

11、A.內(nèi)部因素：表面積與體積之比B.外部因素：血漿中高分子量蛋白 溫度生理滲透壓 細(xì)胞膜受體狀態(tài)pH值 電解質(zhì)濃度 氧分壓 二氧化碳 肺總量(TLC)：在最大吸氣之末，支氣管和肺內(nèi)的氣體總量功能殘氣量(FRC)：自然呼吸之末，支氣管、肺內(nèi)所存留的氣體量殘氣量(RC)：最大呼氣之末肺內(nèi)殘留的氣體量潮氣量(VT)：每呼吸周期內(nèi)所吸人或排出的氣體量肺活量(VC)：為肺總量與殘氣量之差A(yù)靜息膜電位(resting potential)生理學(xué)上把膜外電位定為零，房、室心肌細(xì)胞在靜息期膜內(nèi)電位為-90mV，稱為“靜息電位” ，也叫“膜電位”，此時(shí)心肌細(xì)胞所處的狀態(tài)叫“極化狀態(tài)” 。B動(dòng)作膜電位(action

12、 potential)普通心肌細(xì)胞受到竇房結(jié)發(fā)來的電脈沖刺激時(shí)(閾刺激)，受刺激部位的膜電位將發(fā)生一系列短暫的電位變動(dòng)，生理學(xué)上稱為“動(dòng)作電位”。去極化(depo1arization) ：Na+通過快鈉通道向膜內(nèi)快速擴(kuò)散。復(fù)極化(repolarization) :一期，快速復(fù)極初期。Na+向內(nèi)擴(kuò)散趨慢，K+向外擴(kuò)散趨升，動(dòng)態(tài)平衡。C1向內(nèi)擴(kuò)散1期占時(shí)約10ms。二期，緩慢復(fù)極期或平臺(tái)期。Ca2+向內(nèi)擴(kuò)散。少量Na+進(jìn)入膜內(nèi)，少量K+外流。2期占時(shí)約100ms。三期，快速復(fù)極末期。K+外流使膜電位下降。此期歷時(shí)約100l50ms。四期，舒張期或靜息期。鉀鈉泵的作用將K+和Na+驅(qū)回膜內(nèi)和膜外，恢

13、復(fù)到靜息期的極化狀態(tài)。波：波：波：波 ：波：頻率為813Hz，振幅為20100V。清醒安靜閉目時(shí)出現(xiàn)。波：頻率為47Hz，振幅為100150V，困倦時(shí)出現(xiàn)。波： 頻率為1430Hz，振幅為520V。睜眼視物、聽到音響或進(jìn)行思考時(shí)出現(xiàn)。波 ：頻率為135Hz，振幅為20200V，在睡眠時(shí)出現(xiàn)。在深度麻醉、缺氧或大腦有器質(zhì)性病變時(shí)也可出現(xiàn)。生物磁信號(hào)的來源 :A生物電產(chǎn)生的磁場：心磁場、腦磁場、神經(jīng)磁場、肌磁場等B生物材料產(chǎn)生的感應(yīng)場：肝、脾等所呈現(xiàn)出來的磁 場C體內(nèi)鐵磁性微粒產(chǎn)生的剩余磁場：肺磁場、腹磁場磁場的醫(yī)學(xué)應(yīng)用磁診斷術(shù)：A.心磁圖 B.腦磁圖 C.肺磁圖磁治斷術(shù)：E. 靜磁場療法 B.動(dòng)

14、磁場療法 C.磁處理水療法 D.磁流體療法數(shù)字成像的一般過程 ：對模擬信號(hào)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)處理構(gòu)成數(shù)字圖像(digital picture)貯存后置處理數(shù)字圖像模擬圖像。后置圖像處理 ：內(nèi)插 局部放大 平滑濾波邊緣增強(qiáng) 密度測量 直方圖設(shè)計(jì) 再建立體圖像 顯示范圍調(diào)節(jié)再建多方位圖像 多幅圖像的時(shí)域相減。DSA技術(shù)原理：兩類方法：時(shí)域相減法能量相減法 混合相減法時(shí)域相減法：基本原理：首先將未使用造影劑(即對比劑，contrast medium)的圖像變成數(shù)字圖像貯存；然后，將造影劑到達(dá)受檢區(qū)后的圖像貯存。將代表造影像和原像的對應(yīng)數(shù)字相減，得到數(shù)字減影像，從而消除了與造影部位不相干的

15、背景，保留了有造影劑的部位的數(shù)字圖像。最后將血管的數(shù)字減影圖像轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號(hào)后，用監(jiān)視器顯示出視頻圖像。能量相減法：不同能量的x射線攝取的兩幅血管圖像相減，來消除某一物質(zhì)的像。低能x射線為6080kVp，較高能量的x射線為120140kVp。時(shí)域能量混合相減法：在造影劑到達(dá)受檢部位前后都做高能像和低能像，先分別求得無造影劑和有造影劑的能量減影像。在這兩種能量減影像中軟組織的像已被消除。然后再用時(shí)域相減法消除骨骼等背景。DSA（數(shù)字減影造影技術(shù)）的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：對比分辨率高；少創(chuàng)或無創(chuàng)性技術(shù)；所需造影劑的量少，濃度低，更具安全性；方法簡便，患者無需住院；實(shí)時(shí)顯示，可方便地進(jìn)行控制；診斷的準(zhǔn)確

16、性較高；便于貯存與檢索，便于用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸。缺點(diǎn)：空間分辨力不如常規(guī)動(dòng)脈造影，不利于細(xì)小動(dòng)脈造影；產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，影響圖像質(zhì)量；視野較??；影像重疊。超聲波的吸收與衰減(1)擴(kuò)散衰減： (2)散射衰減： (3)吸收衰減超聲多普勒效應(yīng) (Dopp1er effect)由于聲源和接收體之間的相對運(yùn)動(dòng)而引起聲波頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象 。探查心臟、血管，橫膈的活動(dòng)以及血流速度和胎兒的呼吸等。核醫(yī)學(xué)成像儀器基本原理：將放射性制劑引入體內(nèi)，經(jīng)過一定時(shí)間后，放射性制劑便濃集于待測器官中。利用放射性核素的示蹤作用，在體外用探測器探測體內(nèi)放出的射線。將測量數(shù)據(jù)經(jīng)適當(dāng)方法進(jìn)行處理后，就可得到待測器官的放射性核素密度分布

17、圖像，即核醫(yī)學(xué)影像核磁共振：若一交變磁場的電磁輻射的能量如果剛好等于核磁矩中量子化的能級間的能量差，將會(huì)和核磁矩發(fā)生作用，使核磁矩發(fā)生能量躍遷，出現(xiàn)能量的吸收或釋放，這種現(xiàn)象稱為核磁共振。內(nèi)窺鏡 (內(nèi)視鏡) 是一種可插入人體體腔和臟器內(nèi)腔直接觀察, 診斷或治療病變的醫(yī)用光學(xué)儀器內(nèi)鏡外科(endoscopic surgery)：通過內(nèi)窺鏡治療一些外科疾病的醫(yī)學(xué)分支學(xué)科，屬于內(nèi)鏡治療學(xué)。早期單純診斷中期小型外科手術(shù)現(xiàn)在大體積器官切除階段同步輻射： 由相對論帶電粒子，即速度接近光速的帶電粒子(通常為電子)，在磁場中作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電磁輻射，稱為同步輻射(synchrotron radiation, SR)。同步輻射的特點(diǎn)：(1) 同步輻射具有寬廣的連續(xù)譜結(jié)構(gòu)。(2)同步輻射光源具有極高的亮度。(3)同步輻射具有脈沖時(shí)間結(jié)構(gòu)。(4)同步輻射具有高度準(zhǔn)直性。(5)同步輻射是偏振光。(6)同步輻射光譜純凈同步輻射的應(yīng)用：(1)同步輻射微晶X射線衍射技術(shù)；(2)同步輻射EXAFS