Introduction to Biomedical Engineering
< 의공학이란무엇인가? z 의학과공학의협동적인학문분야 z 공학적원리와방법을의학분야에적용 z 의학분야에서의새로운현상및사실탐구 z 임상적진료에까지응용 z 생체및인체시스템의원리를공학분야에활용 공학 - 전자공학 - 기계공학 - 재료공학 -... 의공학 - 의료전자 - 생체역학 - 생체재료 - 인공장기 -... 의학 - 기초의학 - 임상의학 - 사회의학 -...
< 의공학활용분야 : 의학적관점 z 질병의조기발견및정확한진단 z 적정한치료및치료후상태의명확한판단 z 의료용소재및기기개발 z 의료시스템의구축을통한병원업무의능률화 z 업무및정보유통의원활화 z 의료의질적향상및고도화 z 의료시혜의지역차해소
< 의공학활용분야 : 공학적관점 z 인체및생체 è 오랜기간의진화과정을거쳐최적화된시스템 z 생체내정보처리, 기억능력, 자동제어기전 è 공학분야에아주좋은본보기역할 z 의학분야의연구에서밝혀진생체의기능 è 공학분야에서최적의모델로이용
< 의공학의표기 z 영문 : "Biomedical Engineering" "Medical Engineering", "Medical & Biological Engineering" 주의 ) "Bioengineering", "Clinical Engineering" z 한글 : " 의용생체공학 " " 의학공학 " " 의료공학 " " 의료전자공학 "
< 각학문분야와관련내용 공학분야 전자공학전기공학정보공학기계공학화학공학전산공학제어공학통신공학금속공학재료공학섬유공학원자핵공학 의공학의세부분야 medical instrumentation, signal processing rehabilitation engineering medical informatics biomechanics, hemodynamics biochemistry, cell engineering, clinical laboratory computer application in medicine, information system biofeedback, biological simulation medical networks, telemedicine biomaterial(hard tissue) biomaterial(soft tissue) biopolymer nuclear medicine, magnetic resonance technique
< 의공학역사의주요한사건들 18 세기 : Fahrenheit( 네덜랜드 ) 1819년 : Laennec( 프랑스 ) 19 세기중반 : Helmholz( 독일 ) 1895년 : Roentgen( 독일 ) 1903년 : Einthoven( 네덜란드 ) 1924년 : Berger( 독일 ) 온도계발명 청진기 (stethoscope) 발명 검안경 (ophthalmoscope) 발명 X 선발견 (1901년제1회노벨물리학상수상 ) 심전계 (ECG) 개발 (1924년제 19회노벨의학상수상 ) 뇌파계 (EEG) 개발 Electroencephalogram
Wilhelm Conrad Roentgen z Born in Lennep, Germany(1845-1923) z Educated at the University of Zurich. z In November 1895 z Report of his discovery of short-wave radiations that he called X-rays (Roentgen rays) The Nobel Prize in Physics 1901 "in recognition of the extraordinary services he has rendered by the discovery of the remarkable rays subsequently named after him"
Einthoven, Willem z Developed ECG (Electrocardiogram) (= EKG) z 1860-1927, Dutch physiologist, b. Java, M.D. z Univ. Of Utrecht, 1885. z Professor at the Univ. of Leiden from 1886. z Measurement of electric currents developed by the heart z Invention of a string galvanometer ( 검류계 ) z Electrocardiogram (EKG); è a graphic record of the action of the heart The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1924 "for his discovery of the mechanism of the electrocardiogram"
Hans Berger z Electroencephalogram (EEG: 뇌파도 ) z1873(may 21)-1941 z Born in Neuses near Coburg, Germany z Neurologist ( 신경과전문의사 ) z Recorded the first human Electroencephalogram (EEG) in 1929. z Christened by Gibb in 1953, è the father of electroencephalography è founder of psychophysiology. First EEG recorded by Hans Berger, circa 1928.
< 의공학역사의주요한사건들 1938년 : Wiles 1944년 : Kolff 최초의 "total hip" 이식 인공신장기의개발 1956년 : Defibrillator의최초임상이용 1956년 : Cournand( 미국 ) 1957년 : Houry 1958년 : Anger 심장카테터방법의개발및응용 Forssmann( 독일 ) ( 제 47회노벨상의학상수상 ) 초음파의최초의임상적응용 감마선카메라의개발 1958년 : 국제의공학회 (IFMBE) 발족 1960년 : Chardack 1960년 : Star, Edward Pacemaker의최초임상실험 인공판막의개발
< 의공학역사의주요한사건들 1961년 : Bekesey( 헝가리 ) 내이와우각내자극현상발견 ( 제 51회노벨의학상수상 ) 1963년 : Huxley( 영국 ) 신경막전위의측정에관한연구 Hodgikin( 영국 ) ( 제 54회노벨의학상수상 ) 1972년 : Hounsfield( 영국 ) X선 CT 개발 Cormack( 미국 ) (1979년제 70회노벨의학상수상 ) 1979년 : 대한의용생체공학회창립 1982년 : Kolff( 미국 ) 인공심장을최초임상실험 1982년 : MRI의임상적응용
Cormack and Hounsfield Sir Godfrey N. Hounsfield, UK Central Research Laboratories, EMI, London, UK 1919 - Allan M. Cormack USA Tufts University Medford, MA, USA 1924-1998 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1979 "for the development of computer assisted tomography"
< 의공학의분류 z 공학적기술에따라서분류 z 의학의응용되는분야에따라분류
Biomedical Signal Processing 1) 생체신호처리 z 생체에서발생하는신호를검출, 처리및분석하여 z 진단에유용한정보제공 z 전기적인신호 ( 심전도, 뇌전도등 ) z 기계적인신호 ( 혈류속도, 유량등 ) z 화학적인변수 ( 산소포화도, ph등 ) z 의료기기형태로의학의임상분야에사용 z 생체계측공학
Medical Image Processing and Analysis 2) 의학영상처리및분석 z 컴퓨터의의학에의이용활발 z 초음파, X 선영상, MRI 영상, z 핵의학영상및현미경영상등 z 새로운영상촬영, 처리및분석방법의연구및개발 z 2 차원적, 3 차원적, 4 차원적신호
Medical Instrumentation 3) 의료기기 z 의공학적기술을임상응용목적으로기기화개발 z 핵심적인기술, 안전성, 신뢰성, 경제성등고려 z 고부가가치, 벤쳐형산업 3.0 Tesla MRI form Medison
Cardiac Pacemaker n Implantable Pulse Generator n Programmer for Bradycardia and Tachycardia Products n Patient Lead n External Pulse Generator : temporary pacing after openheart surgery or an emergency situation in the cardiac care unit
Deep-brain Stimulator n The multi-electrode lead is placed in the ventral intermediate nucleus (Vim) of the thalamus. nthe Implantable Pulse Generator (IPG) is placed subcutaneously in the pectoral area. nit is attached to an extension, which is tunneled and attached to the implanted lead
Cochlear Implants Microphone Speech Processor Transmitter Stimulator Electrode
Future Trends in Medical Device Technology 1. Genetic diagnostics 2. Microminiaturized devices 3. Medical imaging 4. Genetic therapy 5. Artificial organs 6. Laser diagnosis and therapy 7. Minimally invasive devices 8. Computer-aided diagnostics
Modeling and Simulation 4) 모델링및시뮬레이션 z 생체현상의특성분석및반응예측 z 알려져있는사실과관측된결과를이용하여모델설정 z 여러가지조건에대한반응과결과를분석하여 z 실제생체시스템의결과예측
Biomechanics 5) 생체역학 z 생체내의유체및고체에대하여서역학적인분석 z 압력, 속도, 유량의상관관계및기계학적특성연구 z 뼈등의고체에가해지는기계적인스트레스의추정 Biomaterials 6) 생체재료 z 생체의연조직및경조직대신사용 z 생체에삽입하는기구의생체내의접합성향상 z 인공적인재료의개발에관하여연구
Rehabilitation Engineering 7) 재활공학 z 기능이정지된인체의기능을회복 z 근육마비환자에게전기자극을주어기능회복 è Functional Electrical Stimulation z 의수및의족에대한연구
Artificial Organs 8) 인공장기 z 다른어떠한방법으로도기능의회복이불가능한경우 z 기관의기능을대신할수있는인공적인생체장기이식 z 인공심장, 인공판막, 인공신장, 인공심폐기등 Artificial Valve SNU Artificial Heart
Medical Informatics 9) 의료정보 z 의료정보의체계적관리와처리 z 의료정보의분석적으로활용 z Internet
Diagnostic Aid System 10) 진단보조시스템 z 컴퓨터의논리를이용한진단시스템개발 è 전문가시스템, 자동진단시스템등 z 진단에보조적인방법으로사용 z 대용량의데이터의분석 / 장시간의데이터분석
< 의공학의특성
1) 생체시스템고유의가변적특성 z 시변시스템 : 시스템의특성이시간에따라서변화 è 생체시스템은고유의가변성을갖고있다 è 생체시스템고유 feedback: 신경계, 호르몬계, 정신적상태 è 외부로부터입력되는여러가지형태의자극 z 생체시스템계측을어렵게만드는가장큰요인 z 재현성부족 : è 통계학적분석, 신호처리등분석방법이용
2) 고도의안전성 z 대부분인체와직접접촉되어사용 z 접속된사람들이신체적저항력이약화된환자 z 혈액, 체액및각종진료치료제등의액체성물질 è 전기전도특성에의한누전현상, 감전사고 è ( 의료기기에대한전기안전대책필요 ) z 안전성 ( 전기적, 화학적, 기계적 ) 과신뢰성
3) 측정대상이대부분신체내부 z 측정대상 : 신체내부현상 z 관혈적방법 (invasive) 사용의불가피 z 생체시스템의특성변화유발로정확한측정곤란 z 간접적방법사용 è 측정과정에서영향을미친요소들의효과제거 z 고통이나변화를최소화하면서, 원하는생체변수측정 z 비침습적또는비관혈적 (noninvasive) 특성요구 z 예 ) 심장의기능및이상을진단 (1) 청진기를이용한환자의심음을청진 (2) 심전도검사 (3) 초음파를이용하여심장판막의운동상태분석 (4) MRI등영상진단장비이용 (5) X 선의혈관조영술이용
4) 신호의소진폭, 저주파특성 z 신호의진폭이작고, 주파수가낮다. z EMG(electromyography: 근전도검사 ) 생체신호 ECG EEG EMG Blood Pressure Respiration Rate 진폭범위 0.5 ~ 4mV 0.005 ~ 0.05mV 0.1 ~ 5mV 10 ~ 400mmHg 2 ~ 50/min 주파수범위 0.01 ~ 250Hz DC ~ 150Hz DC ~ 10KHz DC ~ 50Hz 0.1 ~ 10Hz
5) 이물질에대한거부반응 z 생체내에서사용되는각종기구및재료 6) 변화요인의파악곤란 z 주요변수들에대한인과관계 : è 완전히파악되어있지못함. z 다른시스템과완전한기능분리불가능 z 시간에따라서변화하는특성 : nonstationary z 시뮬레이션방법활용 z 반복적으로측정하여통계적방법적용 z 간접측정신호에서원하는변수도출분석적방법이용
< 의공학의발전방향 z NEED and SEED 이런것이필요한데요? 공학 만들었는데써보시지요 의학 z 상대방에대한정확한이해필요