Bài giảng môn kỹ thuật y sinh

• Kỹ thuật Y sinh Biomedical Engineering là một lĩnh vực cơng nghệ liên ngành ứng dụng các nguyên lý và phương pháp kỹ thuật vật lý, cơ khí, điện tử, hĩa học, cơng nghệ thơng tin trong l

• Kỹ thuật Y sinh (Biomedical Engineering) là một lĩnh vực

cơng nghệ liên ngành ứng dụng các nguyên lý và phương pháp kỹ thuật (vật lý, cơ khí, điện tử, hĩa học, cơng nghệ thơng tin) trong lĩnh vực y sinh học, đặc biệt trong y khoa Trong xu hướng phát triển hiện nay, lĩnh vực này khơng cịn hiểu theo nghĩa hẹp là chỉ cĩ thiết bị phục vụ chẩn đốn và điều trị, mà cịn bao gồm các lĩnh vực về vật liệu sinh học, trí tuệ nhân t o trong ứng dụng y sinh, quy trình

kỹ thuật hỗ trợ chẩn đốn điều trị …

• Với tác động phát triển của cơ điện tử, cơng nghệ vật liệu

và cơng nghệ thơng tin trong những thập kỷ cuối thế kỷ

20, ngành Vật lý kỹ thuật Y sinh đã đ t được những thành tựu rực rỡ trên thế giới Đĩ cũng là nền tảng cho sự phát triển hệ thống đào tạo và nghiên cứu của chuyên ngành này ở hầu hết các nước cĩ trình độ khoa học cơng nghệ tiên tiến, đặc biệt ở Mỹ, Canada, Nhật, Đức,

• Ở Việt nam, đi đơi với việc nền kinh tế đang phát triển và mức sống người dân được nâng cao, hệ thống y tế ngày càng được hiện đại hĩa Chính điều đĩ xác định sự cần thiết phải đào tạo kịp thời một lớp các kỹ sư Vật lý kỹ thuật

Y sinh để hỗ trợ đội ngũ cán bộ y tế nhằm cĩ thể chủ động thực hiện triệt để sự hiện đại hĩa ngành y tế nĩi chung.

Các ngành khoa học về ñờ số s ng , y y học, thú y

Nhữn ĩn ự ỹ ậ ền ống

Kỹ sư sinh học (Bioengineer)

Một thuật ngữ bao trùm, thường hay ñi kèm với kỹ thuật sinh học (biotech) hay công nghệ gen (genetic engineering)

Đôi khi nó ñược dùng như một thuật ngữ mặc ñịnh hơn là

Kỹ sư y sinh

Y học

Kỹ sư y sinh

Nh n ĩn ự ỹ ậ ền ống

Kỹ sư y sinh (Biomedical engineer)

Ứng dụng ñiện học, hóa học quang học, cơ học, và những

nguyên lý kỹ thuật khác ñể hiểu, chỉnh sửa hoặc ñiều khiển các hệ thống về sinh vật học

Phải có hiểu biết tốt các nền tảng về kỹ thuật cũng như giải

phẫu học, sinh lý học và y học

Các cơng cụ và hoạ ho t động

của kỹ sư y sinh

n Mơ hình hĩa, mơ ph ng, phân tích hệ thống

n Dị tìm, đo đ c, mơ hình hĩa các tín hiệu sinh lý

n Xử lý tín hiệu phục vụ cho chẩn đốn

n Sự phát triển của các qui trình điều trị, phục hồi và các

thiết bị

n Phát triển các thiết bị cho sự thay thế hoặc mở rộng các

chức năng của cơ thể

n Phân tích b ch bằ ng máy t y t ính dữ liệu riêng của bệnh nhân để

đưa ra quyết định lâm sàng

n Ả nh y học

n T o ra các sản phẩm sinh học mới

Các nhi m vụ của kỹ sư y sinh

n Nghiên cứu những vật liệu mới cho các cơ quan, mơ, vật

cấy ghép… nhân t o

n Phát triển các cơng cụ chẩn đốn mới

n Phát triển các mơ hình tính về các chức năng và hệ thống

sinh lý

n Thiết kế các hệ thống ảnh, cảm biến, cơ quan, vật cấy ghép, cơng cụ

n Thiết kế các hệ thống điều khiển

n Nghiên cứu các chức năng thơng thường và khác thường để phát triển các phương pháp điều trị mới

Phân lo i kỹ sư y sinh

n Kỹ sư lâm sàng - người giải quyết vấn ñề

n Kỹ sư chuyển giao công nghệ – doanh nhân công nghệ

n Kỹ sư nghiên cứu – người thiết kế, chế t o thiết bị, ph , ph át

kiến những vấn ñề mới trong kỹ thuật y sinh

Vai trò của kỹ sư y sinh

n Khi y học trở nên ñược tính nhiệm hơn trong kỹ thuật thì

nhu cầu về kỹ sư y sinh gia tăng

n Các bác sĩ (và các chuyên gia về y học) hiểu và di n ñ t vấn

ñề theo một cách riêng, còn các kỹ sư ñược ñào t o theo

truyền thống l i hiểu và di n ñ t theo một cách khác nữa

Kỹ sư y sinh chính là cầu nối và thường ñóng vai trò như

một người trung gian.

M c th i gian c a các ti c tiế n bộ n b về

n 1714: hệ thống ñộ chia Fahrenheit ñược ñề xuất dựa trên nhiệt ñộ

của con người

n 1733: Sự ño lường áp suất máu ñầu tiên

n 1816: Ống nghe y học ñược phát minh

n 1818: Sự truyền máu thành công ñầu tiên

n 1851: Kính soi ñáy mắt ñược phát minh

n 1853: Ống tiêm dưới da ñược phát minh

n 1860: Máy ño huyết áp ñược phát minh

n 1870: Kỹ thuật phẩu thuật vô trùng phát triển

n 1895: Tia X ñược phát minh

n 1899: Asp 1899: Asp irin ñược giới thiệu sử dụng

n 1903: Máy ghi ñiện tim (ECG) ñược phát minh

n 1906: Cấy ghép giác m c ở người ñầu tiên

n 1921: Insulin - ñiều trị cho bệnh tiểu ñường

n 1924: Điện não ñồ (EEG)

n 1928: Penicillin ñược khám phá

n 1929: Phổi nhân t o kim lo i cho các bệnh nhân b i liệt

M c th i gian c a các tiến bộ về

n 1931: S phát minh ra kính hiển vi ñiện tử

n 1937: Ngân h 1937: Ngân h àng máu ñầu tiên

n 1944: Phẫu thuật mở tim

n 1953: Khám phá cấu trúc của DNA

n 1953: Máy tim-phổi thành công

n 1954: Cấy ghép thận ñầu tiên

n 1957: Quét siêu âm cho phụ nữ mang thai

n 1964: Phẫu thuật ñầu tiên sử dụng laser

n 1967: CT ñược phát triển

n 1967: Cấy ghép tin người ñầu tiên

n 1973: Dòng vô tính DNA ñược phát minh – khai sinh của công nghệ gien

n 1974: Bằng sáng chế ñược cấp cho MRI

n 1981: Việc sử dụng da nhân t o ñầu tiên ñể trị phỏng ñộ ba

n 1982: Việc cấy tim nhân t o Jarvik ñầu tiên

n 1995: Bằng sáng chế cho sự thay thế máu duy nhất

Các tiến bộ về kỹ thu ậ t trong y h ọ c

n ện nay chúng ta c ng ta cấ y ghép thận, gan, tim, phổi,

lá lách, ruột, mạch máu, giác mạc,…

n Chúng ta có thận nhân tạo (thẩm tách ), gan

(thẩm tách gan), tim (có khả năng cấy ghép

hoàn toàn )

n Về mặt di truyền học chúng ta có th sản xuất

nhân tạo một số các hợp chất sinh học và mô

Các ñ nh ngh a về kỹ thuật

n Cơ học – ngành khoa học ngh ên cứu về các vật

th chuy n ñộng hay không chuy n ñộng

Nhân ñộng học (Kinesiology)

n Sự ngh cứ ề ch ển ñộng của con người

n Sự nghiên cứu về tỉ t lệ mắ m c phải, sự phân bố và khống chế

một căn bệnh hay tổn thương trong một lượng người nào

ñó

- Thống kê mô tả - mô tả tần số và sự phân bố

- Thống kê phân tích - nổ lực ñể xác ñịnh các mối quan

hệ nhân quả của tổn thương

Yếu tố nguy hiểm

n Là yếu tố góp phần vào ệc g tăng khả năng của tổn

thương hay một căn bệnh

- Công việc

- Lối hoạt ñộng

- Tuổi tác, giới tính, l ch sử của các tổn thương trước ñó

- Các hoạt ñộng giải trí theo ñuổi

- Các ñiều kiện về môi trường

Thuật ngữ tư thế giải phẫu

n Phần trên - superior (thuộc sọ, trong ñầu), phần

dưới – inferior (phần ñuôi )

n Phía trước - anterior (thuộc b ng, trán), phía sau

- posterior (thuộc lưng)

n Bề ngoài (superficial), bên trong, sâu (deep)

n Chính giữa - medial, ở bên - lateral

n Đầu gần - proximal, ngoại biên - distal

n Lòng bàn tay (bàn chân) - palmar, lưng - dorsal

n Cùng bên - ipsilateral, ñối bên - contralateral

Một vài thông số ñáng kinh ng c

n Một cơ thể con người trung bình chứa ñủ

- Sắ S t ñ làm nên một thanh sắt dài 3 inch

- Lưu hu nh ñ giết chết tất cả bọ chét của một con chó bình thường

- Cacbon ñ làm ra 900 cây viết chì

- Kali ñể ñốt cháy một cây ñại bác ñồ chơi

- Chất béo ñể tạo ra 7 thanh xà phòng

- Photpho ñể làm 2.200 ñầu diêm

- Nước ñổ ñầy một thùng với dung tích 10 gallon

n Một người trung bình tạo ra 25.000 quart nước bọt trong

toàn bộ thời gian sống, ñủ ñ ñổ ñầy hai hồ bơi

Các tế bào

n 15 triệu tế bào máu bị phá hủy trong cơ th con người m i giây

n Ngoại trừ tế bào não, 50 triệu tế bào trong cơ thể của bạn

s chết và ñược thay thế bởi các tế bào khác tất cả chỉ

trong thời gian mà bạn ñọc câu này.

n Bạn ñược sinh ra với 300 mảnh xưong

Hệ thống xương của người trưởng thành thường:

n Gồm có 206 mảnh xương

n Có hơn 200 khớp

n Chiếm 12 ñến 15% toàn bộ khối lượng cơ thể

Xương ñùi của con người còn kh e hơn là bê tông

H th ng cơ

n Hệ thống cơ của người trưởng thành thường:

n Có khoảng 640 cơ xương

n Chiếm 36 ñến 45% toàn bộ khối lượng của cơ thể

n Cần sự tương tác của 72 hệ cơ ñể t o ra tiếng nói của con

người

n Hệ cơ m nh nhất của cơ thể là ở lưỡi

n Các cơ hàm có thể tạo ra một lực khoảng 200 pound ñể

n Trong một giờ quả tim làm việc cật lực ñến nỗi có thể tạo ra

ñủ năng lượng ñể nâng khối lượng một tấn lên ñộ cao 3 foot

từ mặt ñất

n Não của một người bình thường có khoảng 100 tỉ tế bào

thần kinh

n Có khoảng gần 45 dặm các dây thần kinh ở da của chúng ta

n Có khoảng 3 triệu dặm các sợi thần kinh axon trong não

người

n Các xung ñiện ñược dẫn truyền trong các sợ thần kinh với

vận tốc ñến 248 dặm một giờ

n Bộ não người ñ t ñến khối lượng lớn nhất của nó khoảng 3

pound ở tuổi 20, nhưng bắt ñầu mất mát các tế bào não với

n Mắt của chúng ta thường vẫn giữ nguyên kích thước như lúc mới sinh ra, nhưng mũi và lổ tai thì không ngừng phát triển

n Một người bình thường nháy mắt 6.205.000 lần mỗi năm

n Khi b n tập trung vào mỗi từ ngữ trong câu này, mắt của

b n ñu ñưa qua l i 100 lần mỗi giây

n Mắt có thể:

n Phân biệt khoảng 8 triệu sự thay ñổi về màu sắc

n Phân biệt khoảng 500 mức ñộ khác nhau của màu xám

N ộ i t ạ ng

n Các nhà khoa học ñã nhận d ng ñược 500 chức năng của

gan

n Bề mặt trung bình của ruột người khoảng 200 mét vuông

n Nếu ñược ñưa ra ngoài cơ thể thì ruột non có thể kéo dài

khoảng 22 foot

n Trong 2,54 centim ong 2,54 centim ét vuông của da có:

- 100 tuyến mồ hôi

- 3 triệu tế bào

- 20 foot mạch máu

n Bề mặt da người khoảng 2,323 m2

n Con người lột da và tái phát triển các tế tào da bên ngoài

khoảng 27 ngày một lần - gần như có 1000 làn da mới trong ñời

n Da ñầu của một người trung bình có tới 100.000 sợi tóc