生物医学电磁学课件.ppt
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- 生物医学 电磁学 课件
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1、 10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因 10.2 生物电磁现象及其产生机理生物电磁现象及其产生机理 10.3 生物医学电磁效应生物医学电磁效应 10.4 生物医学电磁信号的特点生物医学电磁信号的特点 10.5 生物医学电磁逆问题生物医学电磁逆问题返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因 10.1.1生物电学生物电学生物电学研究生物和人体的电学特征生物电学研究生物和人体的电学特征.即生物电活动规律即生物电活动规律.它是一门边它是一门边缘科学缘科学.生物电学的研究成果是深入认识人体生理活动规律和病理、生物电学的研究成果是深入认识人
2、体生理活动规律和病理、药理机制的基础之一药理机制的基础之一.同时也不断为医学临床诊断与治疗提供新的方同时也不断为医学临床诊断与治疗提供新的方法和技术开发的理论基础和定量数据法和技术开发的理论基础和定量数据.目前目前.在各种学科协作、交叉和在各种学科协作、交叉和融合基础上融合基础上.该学科一方面对生物电产生机制和活动规律的研究已深该学科一方面对生物电产生机制和活动规律的研究已深入到生物大分子水平入到生物大分子水平.另一方面另一方面.该学科在临床医学应用上正日益深入该学科在临床医学应用上正日益深入指导和引导着更多的新技术和新仪器的开发指导和引导着更多的新技术和新仪器的开发.生物电学的应用十分广生物
3、电学的应用十分广泛泛.下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因 10.1.2生物磁学生物磁学生物磁学生物磁学()作为生物学和磁学相互渗透的作为生物学和磁学相互渗透的边缘学科边缘学科.研究生命物质的磁性、生物磁现象和生命活动过程中的结研究生命物质的磁性、生物磁现象和生命活动过程中的结构功能关系构功能关系.以及外磁场对生物体磁的影响以及外磁场对生物体磁的影响.是生物物理学的分支是生物物理学的分支.研研究生物磁学究生物磁学.可以获得有关生物大分子、细胞、组织和器官结构与功可以获得有关生物大分子、细胞、组织和器官结构与功能关系的信息能关系的信息.了解生命活动中物
4、质输运、能量转换和信息传递过程了解生命活动中物质输运、能量转换和信息传递过程中生物磁性的表现、作用和应用中生物磁性的表现、作用和应用.生物磁学研究与物理学、生物学、生物磁学研究与物理学、生物学、心理学、生理学和医学等有密切关系心理学、生理学和医学等有密切关系.且在工农业生产、医学诊断和且在工农业生产、医学诊断和治疗、健康监护、环境保护、生物工程以及军事等方面有广阔应用前治疗、健康监护、环境保护、生物工程以及军事等方面有广阔应用前景景.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因 10.1.3生物电磁学生物电磁学生物电磁学是研究非电离辐射电磁波生物电磁
5、学是研究非电离辐射电磁波(场场)与生物系统不同层次的相互与生物系统不同层次的相互作用规律及其应用的边缘学科作用规律及其应用的边缘学科.主要涉及电磁场与微波技术和生物学主要涉及电磁场与微波技术和生物学.其意义在于开发电磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进其意义在于开发电磁能在医学、生物学方面的应用以及对电磁环境进行评价和防护行评价和防护.生物电磁学的研究内容主要包括以下生物电磁学的研究内容主要包括以下 个方面个方面:()电磁场电磁场(波波)的生物学效应的生物学效应:研究在电磁场研究在电磁场(波波)作用下生物系统产作用下生物系统产生了什么生了什么.()生物学效应机理生物学效应机理:研究在电
6、磁场研究在电磁场(波波)作用下会产生什么作用下会产生什么.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因()生物电磁剂量学生物电磁剂量学:研究在不同条件下会产生什么研究在不同条件下会产生什么.()生物组织的电磁特性生物组织的电磁特性:研究在电磁场研究在电磁场(波波)作用下产生什么的生物作用下产生什么的生物学本质学本质.()生物学效应的作用生物学效应的作用:研究产生的效应做什么和如何做研究产生的效应做什么和如何做.()生物电磁效应的应用生物电磁效应的应用:如何合理利用生物电磁学效应如何合理利用生物电磁学效应.为人类生产、为人类生产、生活服务生活服务.生物
7、电磁学与工程电磁场与微波技术的不同主要体现为生物电磁学与工程电磁场与微波技术的不同主要体现为:()工程电磁场与微波技术的作用对象是具有个体差异的生命物质工程电磁场与微波技术的作用对象是具有个体差异的生命物质.()工程电磁场与微波技术作用的对象是根据人为需要而选取的工程电磁场与微波技术作用的对象是根据人为需要而选取的.进进而进行加工的电磁媒质或单元而进行加工的电磁媒质或单元.而生物电磁学的作用要让测量系统服而生物电磁学的作用要让测量系统服从于作用对象从于作用对象.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因.生物医学电磁学生物医学电磁学本书给出生物医学
8、电磁学的定义如下本书给出生物医学电磁学的定义如下:生物医学电磁学是一门边缘科学生物医学电磁学是一门边缘科学.它综合和融合生物电学、生物磁学、它综合和融合生物电学、生物磁学、生物电磁学等多门学科生物电磁学等多门学科.用电磁学理论和方法研究生物体及其与外加用电磁学理论和方法研究生物体及其与外加电磁场的相互作用电磁场的相互作用.其主要内容包括两个方面其主要内容包括两个方面:生物体自发电磁现象的生物体自发电磁现象的性质性质(产生机制、理化性质和时空变化规律产生机制、理化性质和时空变化规律).电磁场的生物效应及其电磁场的生物效应及其规律和应用规律和应用.也即是说也即是说.生物医学电磁学是利用电磁学的理论
9、和技术、生物医学电磁学是利用电磁学的理论和技术、工程方法工程方法.研究生物体自发电磁现象产生的内部机制研究生物体自发电磁现象产生的内部机制.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因以及外加电场、磁场和电磁场、电磁波与生物体相互作用的机理、特以及外加电场、磁场和电磁场、电磁波与生物体相互作用的机理、特性、规律、效应性、规律、效应.以及对这些效应和规律合理地利用、应用的边缘学以及对这些效应和规律合理地利用、应用的边缘学科科.它与生理学、心理学、生物物理学、生物学、医学各学科等均有它与生理学、心理学、生物物理学、生物学、医学各学科等均有不同程度的交叉与
10、结合不同程度的交叉与结合.特别是对生理电信号特别是对生理电信号(心电信号、肌电信号、心电信号、肌电信号、脑电信号和胃肠电信号脑电信号和胃肠电信号)、磁信号、光信号和声波振动等的检测和提、磁信号、光信号和声波振动等的检测和提取取.生物医学测量是对生物体中包含的生命现象、状态、性质、变量生物医学测量是对生物体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等信息进行检测和量化的技术和成分等信息进行检测和量化的技术.10.1.5生物医学电子学生物医学电子学上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学是生物医学工程学科的一个分支生物医学电磁学是生物医学
11、工程学科的一个分支.属于生物医学电子属于生物医学电子学的范畴学的范畴.生物医学电子学生物医学电子学().是应用电子学科各门理论技术和工程方法解决生物医学中的是应用电子学科各门理论技术和工程方法解决生物医学中的问题问题.以生命体本身的特殊性为出发点来研究生物医学各个方面具体以生命体本身的特殊性为出发点来研究生物医学各个方面具体问题的科学问题的科学.生物医学电子学有相近或相似的名称生物医学电子学有相近或相似的名称.如生物电子学如生物电子学()、生物工程、生物工程()、生、生物医学工程物医学工程()等等.它它们互相包含们互相包含.相互交叉相互交叉.很多时候、很多文献和作者几乎把它们混为一很多时候、很
12、多文献和作者几乎把它们混为一谈谈.不严加区分不严加区分.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因 因为它们的主要研究内容都涉及电子信息科学技术和生物医学科学因为它们的主要研究内容都涉及电子信息科学技术和生物医学科学的交叉领域的交叉领域.其基础和应用研究主要在以下几个方面集中涉及生物医其基础和应用研究主要在以下几个方面集中涉及生物医学电磁学内容学电磁学内容.生物医学信息检测生物医学信息检测生物医学信息检测是对携带有生物结构和特性信息的化学量、物理量生物医学信息检测是对携带有生物结构和特性信息的化学量、物理量(电磁量、机械量等电磁量、机械量等)进行检
13、测的方法进行检测的方法.以及所需传感器件和系统的研以及所需传感器件和系统的研究究.特别是对生理电信号特别是对生理电信号(心电信号、心电信号、肌电信号、脑电信号和胃肠电信肌电信号、脑电信号和胃肠电信号号)、磁信号、光信号和声波振动等的检测和提取、磁信号、光信号和声波振动等的检测和提取.生物医学测量是对生物医学测量是对生物体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等信息进行检测生物体中包含的生命现象、状态、性质、变量和成分等信息进行检测和量化的技术和量化的技术.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因是一种最基础性的重要技术是一种最基础性的重要技术.
14、其应用领域包括其应用领域包括:生命科学研究、医学研生命科学研究、医学研究及临床诊断、病人监护、治疗控制、人工器官及其测评等究及临床诊断、病人监护、治疗控制、人工器官及其测评等.在生物在生物医学的所有领域医学的所有领域.包括生物力学、生物材料、生物医学电磁学、生理包括生物力学、生物材料、生物医学电磁学、生理系统的建模与仿真等系统的建模与仿真等.必须直接或间接应用生物医学测量技术。必须直接或间接应用生物医学测量技术。生物医学测量具有多种显著特点生物医学测量具有多种显著特点:生命系统的多变量特性生命系统的多变量特性.强噪声背景强噪声背景中微弱中微弱(往往还是同频往往还是同频)信号的检测与提取信号的检
15、测与提取.被测对象具有闭环特性被测对象具有闭环特性(生生命体具有精确的自动调节能力命体具有精确的自动调节能力).测量结果会受被测对象的生理和心理测量结果会受被测对象的生理和心理因素的影响因素的影响(活动、运动对测量的影响活动、运动对测量的影响.多种原因导致血糖浓度降低从多种原因导致血糖浓度降低从而影响生理和心理等而影响生理和心理等).测量过程受测量本身影响比较严重测量过程受测量本身影响比较严重.有时候不有时候不可忽略可忽略.被测对象的安全性问题被测对象的安全性问题.新方法建立与评估的困难新方法建立与评估的困难(建模困难建模困难).适用性问题以及重复性必须仔细考虑和处理的问题等适用性问题以及重复
16、性必须仔细考虑和处理的问题等.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因.生物医学信号和信息的处理生物医学信号和信息的处理生物医学信号和信息的处理是指应用并发展信息处理的基本理论生物医学信号和信息的处理是指应用并发展信息处理的基本理论.根根据生物医学信号的特点据生物医学信号的特点.对所采集的生物医学信号、信息进行分析、对所采集的生物医学信号、信息进行分析、分辨、识别、提取、解释、分类、显示、存储和传输分辨、识别、提取、解释、分类、显示、存储和传输.其目的一是对其目的一是对生物体系结构与功能的研究生物体系结构与功能的研究.二是对疾病进行辅助诊断和治疗
17、二是对疾病进行辅助诊断和治疗.或进行或进行健康监护健康监护.这方面除了涉及微弱信号的动态提取及自适应处理、高阶统计信号处这方面除了涉及微弱信号的动态提取及自适应处理、高阶统计信号处理等现代信号处理方法外理等现代信号处理方法外.还涉及电磁场的一个重要研究领域还涉及电磁场的一个重要研究领域电磁逆问题电磁逆问题.比如生理比如生理(多道多道)电磁信号反演及其同步表述电磁信号反演及其同步表述.如心电和心如心电和心磁磁(脑电、脑磁脑电、脑磁)信号、计算机断层成像、核磁共振等信号、计算机断层成像、核磁共振等.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因.生物系统的
18、建模与仿真生物系统的建模与仿真建模和仿真是事物之间相似性的运用建模和仿真是事物之间相似性的运用.建模根据一些先验知识和实验建模根据一些先验知识和实验数据、工程技术方法及手段构造相应生物系统的数学模型数据、工程技术方法及手段构造相应生物系统的数学模型.仿真是指仿真是指利用计算机对所构建的数学模型利用计算机对所构建的数学模型.在给定初始条件、边界关系及其他在给定初始条件、边界关系及其他约束条件的情况下约束条件的情况下.求出解答并显示其结果求出解答并显示其结果.包括人机功能学、人工智包括人机功能学、人工智能、机器视觉和人工神经网络的研究等都是如此能、机器视觉和人工神经网络的研究等都是如此.研究生物系
19、统研究生物系统.对生对生物医学的建模、电磁仿真软件的研究、开发和运用成为必然的途径和物医学的建模、电磁仿真软件的研究、开发和运用成为必然的途径和手段手段.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因.电磁场与生物物质的相互作用及影响电磁场与生物物质的相互作用及影响这方面研究包括从辐射源这方面研究包括从辐射源(声、光、电磁声、光、电磁)沿介质到生物目标的传播、沿介质到生物目标的传播、散射、能量转换和相互作用的微观过程和机理散射、能量转换和相互作用的微观过程和机理.以及辐射场和生物物以及辐射场和生物物质作用以后所产生的生物物理、生物化学质作用以后所产生的
20、生物物理、生物化学.以及动物心理、遗传特性以及动物心理、遗传特性的变化的变化.主要包括主要包括:对场在生物媒质中传播特性的理论计算对场在生物媒质中传播特性的理论计算.细胞和生细胞和生物组织介质电特性的测量物组织介质电特性的测量.生物效应的研究生物效应的研究.电磁场电磁场(包括射频微波、包括射频微波、强电磁脉冲、高空核电磁脉冲等强电磁脉冲、高空核电磁脉冲等)对生理和心理的影响对生理和心理的影响.如对中枢神经如对中枢神经系统、癌变和遗传变异的影响等系统、癌变和遗传变异的影响等.磁生物效应的研究磁生物效应的研究.电磁波治疗机理电磁波治疗机理和波谱特性的研究等和波谱特性的研究等.上一页 下一页返回10
21、.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因.生物医学仪器生物医学仪器现代生物医学的进步越来越依赖于生物医学仪器现代生物医学的进步越来越依赖于生物医学仪器.也在多方面体现为也在多方面体现为医学仪器的进步医学仪器的进步.无论从社会和经济效益考虑无论从社会和经济效益考虑.医学治疗、诊断、监护、医学治疗、诊断、监护、模拟仿真研究和医疗系统管理仪器、设备的研究和发展都非常重要模拟仿真研究和医疗系统管理仪器、设备的研究和发展都非常重要.包括影像诊断仪包括影像诊断仪.如核磁共振仪等如核磁共振仪等.监护仪器监护仪器.其发展趋势是高性能传其发展趋势是高性能传感器和信号处理器在系统层次的结
22、合感器和信号处理器在系统层次的结合.构成智能传感器构成智能传感器.包括植入式机包括植入式机器人、介入式电极、可穿戴传感器等器人、介入式电极、可穿戴传感器等.以实现小型化、集成化、可视以实现小型化、集成化、可视化、网络化、自动化、智能化和长时期实时监护化、网络化、自动化、智能化和长时期实时监护.康复和保健器械康复和保健器械.如如心脏起搏器、电子耳蜗等心脏起搏器、电子耳蜗等.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因.生物医学传感器及材料生物医学传感器及材料生物医学信号检测、成像等生物医学信号检测、成像等.都离不开传感器都离不开传感器.传感器的地位不言
23、而喻传感器的地位不言而喻.此处不赘述此处不赘述.重点强调重点强调:新型生物医学传感器在很大程度上依赖于新型新型生物医学传感器在很大程度上依赖于新型生物医学材料的研究成功及运用生物医学材料的研究成功及运用.而对这些具有特定用途和性能的功而对这些具有特定用途和性能的功能材料的研究能材料的研究.无不涉及其电磁特性无不涉及其电磁特性.包括对人体功能材料、仿生功能包括对人体功能材料、仿生功能材料的研究、开发和应用材料的研究、开发和应用.材料电磁特性的研究成果用于人体器官、材料电磁特性的研究成果用于人体器官、组织代换组织代换.对救死扶伤具有极大的现实意义和广阔的前景对救死扶伤具有极大的现实意义和广阔的前景
24、.上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因从以上几个方面看出从以上几个方面看出.生物医学电子学的主要组成部分生物医学电子学的主要组成部分.以及其主要研以及其主要研究内容究内容.是与生物医学电磁学相关的是与生物医学电磁学相关的.生物医学电子学研究的内容更加生物医学电子学研究的内容更加广泛广泛.涵盖领域更多涵盖领域更多.学科门类更复杂学科门类更复杂.生物医学电磁学研究的内容则生物医学电磁学研究的内容则更加微观更加微观:主要是生物医学电磁现象、生物医学电磁效应以及它们的主要是生物医学电磁现象、生物医学电磁效应以及它们的应用应用.10.1.6生物医学电磁
25、学的发展动因生物医学电磁学的发展动因生物医学电磁学的发展有生物医学电磁学的发展有 个方面的动因个方面的动因:上一页 下一页返回10.1 生物医学电磁学概念及其发展动因生物医学电磁学概念及其发展动因()对生物体生命活动过程及其进化本质的深入探索的需要对生物体生命活动过程及其进化本质的深入探索的需要.生物电生物电磁学是揭示人类生命活动过程不可缺少的一门学科磁学是揭示人类生命活动过程不可缺少的一门学科.对掌握人类以及对掌握人类以及生物体生命活动、进化的本质生物体生命活动、进化的本质.进一步揭示和掌握人类的生理、心理进一步揭示和掌握人类的生理、心理活动深层的、本质的规律活动深层的、本质的规律.对人类自
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