Tổng quan

Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Chương TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT Y SINH Mục tiêu: • Định nghĩa Kỹ thuật Y sinh • Giới thiệu kỹ sư sinh học kỹ sư y sinh • Sơ lược lịch sử phát triển ngành Kỹ thuật y sinh • Một số định nghĩa, khái niệm ban đầu Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kỹ thuật Y sinh gì? • Kỹ thuật Y sinh (Biomedical Engineering) lĩnh vực công nghệ liên ngành ứng dụng nguyên lý phương pháp kỹ thuật (vật lý, khí, điện tử, hóa học, cơng nghệ thông tin) lĩnh vực y sinh học, đặc biệt y khoa Trong xu hướng phát triển nay, lĩnh vực khơng cịn hiểu theo nghĩa hẹp có thiết bị phục vụ chẩn đốn điều trị, mà bao gồm lĩnh vực vật liệu sinh học, trí tuệ nhân tạo ứng dụng y sinh, quy trình kỹ thuật hỗ trợ chẩn đốn điều trị … • Với tác động phát triển điện tử, công nghệ vật liệu công nghệ thông tin thập kỷ cuối kỷ 20, ngành Vật lý kỹ thuật Y sinh đạt thành tựu rực rỡ giới Đó tảng cho phát triển hệ thống đào tạo nghiên cứu chuyên ngành hầu có trình độ khoa học cơng nghệ tiên tiến, đặc biệt Mỹ, Canada, Nhật, Đức, • Ở Việt nam, đôi với việc kinh tế phát triển mức sống người dân nâng cao, hệ thống y tế ngày đại hóa Chính điều xác định cần thiết phải đào tạo kịp thời lớp kỹ sư Vật lý kỹ thuật Y sinh để hỗ trợ đội ngũ cán y tế nhằm chủ động thực triệt để đại hóa ngành y tế nói chung Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kỹ sư sinh học Các ngành khoa học đời sống, y học, thú y Kỹ sư sinh học Những lĩnh vực kỹ thuật truyền thống Kỹ sư sinh học (Bioengineer) Một thuật ngữ bao trùm, thường hay kèm với kỹ thuật sinh học (biotech) hay cơng nghệ gen (genetic engineering) Đơi dùng thuật ngữ mặc định mang ý nghĩa đặc biệt (Y sinh học, sinh học, điện sinh học, …) Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Kỹ sư y sinh Y học Kỹ sư y sinh Những lĩnh vực kỹ thuật truyền thống Kỹ sư y sinh (Biomedical engineer) Ứng dụng điện học, hóa học quang học, học, nguyên lý kỹ thuật khác để hiểu, chỉnh sửa điều khiển hệ thống sinh vật học Phải có hiểu biết tốt tảng kỹ thuật giải phẫu học, sinh lý học y học Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các công cụ hoạt động kỹ sư y sinh n n n n n n n n Mơ hình hóa, mơ phỏng, phân tích hệ thống Dị tìm, đo đạc, mơ hình hóa tín hiệu sinh lý Xử lý tín hiệu phục vụ cho chẩn đoán Sự phát triển qui trình điều trị, phục hồi thiết bị Phát triển thiết bị cho thay mở rộng chức thể Phân tích máy tính liệu riêng bệnh nhân để đưa định lâm sàng Ảnh y học Tạo sản phẩm sinh học Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các nhiệm vụ kỹ sư y sinh n n n n n n Nghiên cứu vật liệu cho quan, mô, vật cấy ghép… nhân tạo Phát triển cơng cụ chẩn đốn Phát triển mơ hình tính chức hệ thống sinh lý Thiết kế hệ thống ảnh, cảm biến, quan, vật cấy ghép, công cụ Thiết kế hệ thống điều khiển Nghiên cứu chức thông thường khác thường để phát triển phương pháp điều trị Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Phân loại kỹ sư y sinh n n n Kỹ sư lâm sàng - người giải vấn đề Kỹ sư chuyển giao công nghệ – doanh nhân công nghệ Kỹ sư nghiên cứu – người thiết kế, chế tạo thiết bị, phát kiến vấn đề kỹ thuật y sinh Vai trò kỹ sư y sinh n n Khi y học trở nên tính nhiệm kỹ thuật nhu cầu kỹ sư y sinh gia tăng Các bác sĩ (và chuyên gia y học) hiểu diễn đạt vấn đề theo cách riêng, kỹ sư đào tạo theo truyền thống lại hiểu diễn đạt theo cách khác Kỹ sư y sinh cầu nối thường đóng vai trò người trung gian Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Mốc thời gian tiến kỹ thuật y học n n n n n n n n n n n n n n n n 1714: hệ thống độ chia Fahrenheit đề xuất dựa nhiệt độ người 1733: Sự đo lường áp suất máu 1816: Ống nghe y học phát minh 1818: Sự truyền máu thành cơng 1851: Kính soi đáy mắt phát minh 1853: Ống tiêm da phát minh 1860: Máy đo huyết áp phát minh 1870: Kỹ thuật phẩu thuật vô trùng phát triển 1895: Tia X phát minh 1899: Aspirin giới thiệu sử dụng 1903: Máy ghi điện tim (ECG) phát minh 1906: Cấy ghép giác mạc người 1921: Insulin - điều trị cho bệnh tiểu đường 1924: Điện não đồ (EEG) 1928: Penicillin khám phá 1929: Phổi nhân tạo kim loại cho bệnh nhân bại liệt Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Mốc thời gian tiến kỹ thuật y học n n n n n n n n n n n n n n n 1931: 1937: 1944: 1953: 1953: 1954: 1957: 1964: 1967: 1967: 1973: gien 1974: 1981: 1982: 1995: Sự phát minh kính hiển vi điện tử Ngân hàng máu Phẫu thuật mở tim Khám phá cấu trúc DNA Máy tim-phổi thành công Cấy ghép thận Quét siêu âm cho phụ nữ mang thai Phẫu thuật sử dụng laser CT phát triển Cấy ghép tin người Dịng vơ tính DNA phát minh – khai sinh công nghệ Bằng sáng chế cấp cho MRI Việc sử dụng da nhân tạo để trị độ ba Việc cấy tim nhân tạo Jarvik Bằng sáng chế cho thay máu Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tiến kỹ thuật y học n n n Hiện cấy ghép thận, gan, tim, phổi, lách, ruột, mạch máu, giác mạc,… Chúng ta có thận nhân tạo (thẩm tách ), gan (thẩm tách gan), tim (có khả cấy ghép hồn tồn ) Về mặt di truyền học sản xuất nhân tạo số hợp chất sinh học mô Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các định nghĩa Các định nghĩa kỹ thuật n n n n n Cơ học – ngành khoa học nghiên cứu vật thể chuyển động hay không chuyển động Tĩnh học Chuyển động học Động học Động lực học Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Giải phẫu học Ngành học cấu trúc bên bên thể mối quan hệ sinh lý chúng n Sinh lý học Ngành học nghiên cứu chức cấu trúc giải phẫu n Nhân trắc học n Sự mơ tả kích thước khối lượng - Cơ thể - Các phân đoạn thể - Các thành phần thể Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Nhân động học (Kinesiology) n Sự nghiên cứu chuyển động người Dịch tể học n Sự nghiên cứu tỉ lệ mắc phải, phân bố khống chế bệnh hay tổn thương lượng người - Thống kê mơ tả - mơ tả tần số phân bố - Thống kê phân tích - nổ lực để xác định mối quan hệ nhân tổn thương Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Yếu tố nguy hiểm n Là yếu tố góp phần vào việc gia tăng khả tổn thương hay bệnh - Công việc - Lối hoạt động - Tuổi tác, giới tính, lịch sử tổn thương trước - Các hoạt động giải trí theo đuổi - Các điều kiện môi trường Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Thuật ngữ tư giải phẫu Hình 2.1 Góc nhìn thẳng phía trước thể nam tư giải phẫu (b) Góc nhìn mặt bên thể nữ (c) Góc nhìn thẳng phía sau thể nam tư giải phẫu Các hướng tương đối (đầu gần ngoại biên, phần hay dưới, bên) thể Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Thuật ngữ mô tả phương hướng n n n n n n n Phần - superior (thuộc sọ, đầu), phần – inferior (phần ) Phía trước - anterior (thuộc bụng, trán), phía sau - posterior (thuộc lưng) Bề ngồi (superficial), bên trong, sâu (deep) Chính - medial, bên - lateral Đầu gần - proximal, ngoại biên - distal Lòng bàn tay (bàn chân) - palmar, lưng - dorsal Cùng bên - ipsilateral, đối bên - contralateral Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các mặt phẳng tham chiếu giải phẫu n n n Mặt cắt đối xứng dọc (sagittal) – chia thể thành hai phần trái phải Mặt cắt dọc theo trán (Frontal) – chia thể làm hai phần trước sau Mặt cắt ngang (transverse) – chia thể làm hai phần Hình 2.2 Cơ thể chia thành phần mặt cắt đối xứng dọc, mặt cắt dọc trán mặt cắt ngang Mặt cắt đối xứng dọc qua đường thể Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Một vài thông số đáng kinh ngạc n n Một thể người trung bình chứa đủ - Sắt để làm nên sắt dài inch - Lưu huỳnh để giết chết tất bọ chét chó bình thường - Cacbon để làm 900 viết chì - Kali để đốt cháy đại bác đồ chơi - Chất béo để tạo xà phòng - Photpho để làm 2.200 đầu diêm - Nước đổ đầy thùng với dung tích 10 gallon Một người trung bình tạo 25.000 quart nước bọt toàn thời gian sống, đủ để đổ đầy hai hồ bơi Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Các tế bào n n 15 triệu tế bào máu bị phá hủy thể người giây Ngoại trừ tế bào não, 50 triệu tế bào thể bạn chết thay tế bào khác tất thời gian mà bạn đọc câu Hệ thống xương Bạn sinh với 300 mảnh xưong Hệ thống xương người trưởng thành thường: n Gồm có 206 mảnh xương n Có 200 khớp n Chiếm 12 đến 15% toàn khối lượng thể n n Xương đùi người khỏe bê tông Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hệ thống n n n n n n Hệ thống người trưởng thành thường: Có khoảng 640 xương Chiếm 36 đến 45% toàn khối lượng thể Cần tương tác 72 hệ để tạo tiếng nói người Hệ mạnh thể lưỡi Các hàm tạo lực khoảng 200 pound để nhai Hệ thống tuần hoàn n n n n Tim người trưỏng thành đập khoảng 40 triệu lần năm Dòng máu người di chuyển 60 ngàn dặm ngày thể Nếu mao mạch đặt nối đuôi với chúng kéo dài hai lần vịng quanh Trái Đất Trong tim làm việc tạo đủ lượng để nâng khối lượng lên độ cao foot từ mặt đất Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Hệ hô hấp n n Trong khoảng thời gian 24 giờ, người bình thường thở 23.040 lần Một người trưởng thành khỏe mạnh hít vào khoảng 3,3 đến 4,9 lít khơng khí lần thở bình thường, vào lúc nghỉ ngơi khoảng 5% thể tích sử dụng Hệ thần kinh n n n n n Não người bình thường có khoảng 100 tỉ tế bào thần kinh Có khoảng gần 45 dặm dây thần kinh da Có khoảng triệu dặm sợi thần kinh axon não người Các xung điện dẫn truyền sợ thần kinh với vận tốc đến 248 dặm Bộ não người đạt đến khối lượng lớn khoảng pound tuổi 20, bắt đầu mát tế bào não với tốc độ 50.000 tế bào ngày tuổi 30 Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Mắt n Mắt thường giữ nguyên kích thước lúc sinh ra, mũi lổ tai khơng ngừng phát triển Một người bình thường nháy mắt 6.205.000 lần năm Khi bạn tập trung vào từ ngữ câu này, mắt bạn đu đưa qua lại 100 lần giây Mắt có thể: Phân biệt khoảng triệu thay đổi màu sắc n Phân biệt khoảng 500 mức độ khác màu xám n n n n Nội tạng n n n Các nhà khoa học nhận dạng 500 chức gan Bề mặt trung bình ruột người khoảng 200 mét vng Nếu đưa ngồi thể ruột non kéo dài khoảng 22 foot Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh Bài giảng CƠ SỞ KỸ THUẬT Y SINH – Ngành VẬT LÝ KỸ THUẬT - Khoa KHƯD – ĐHBK – ĐHQG TP.HCM 2006 Da - quan rộng lớn thể n n n n Trong 2,54 centimét vng da có: - 100 tuyến mồ hôi - triệu tế bào - 20 foot mạch máu Bề mặt da người khoảng 2,323 m2 Con người lột da tái phát triển tế tào da bên khoảng 27 ngày lần - gần có 1000 da đ ời Da đầu người trung bình có tới 100.000 sợi tóc Chương 1: Giới thiệu kỹ thuật y sinh