FOKUS BIOMEDIZINISCHE TECHNIK Prof. Dr. E. Mazza Institute for Mechanical Systems, ETH Zürich Zahnimplantate Prothesen Materialien Diagnostik Roboter für Chirurgie / Rehab. Herzpumpen Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich Definition Biomedizinische Technik Allgemeine Definition Biomedizinische Technik (BMT) bedeutet die Nutzbarmachung von Konzepten und Verfahren der Mathematik, Naturwissenschaften und technischen Wissenschaften in der Medizin sowie in der Biologie. Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 2 Definition Biomedizinische Technik Biomedical Engineering Handbook (Bronzino) BMT ist die Anwendung elektrischer, mechanischer, chemischer, optischer und anderer Ingenieursmethoden zum besseren Verstehen, Verändern und Kontrollieren biologischer Systeme sowie zum Entwurf und Herstellung von Produkten für die Beobachtung physiologischer Funktionen und Unterstützung der Diagnose und Therapie Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 3 Biomedical Engineering: Bridging Technical and Biological Systems Imaging, Sensing Biological Systems Modelling Technical Systems Interaction, Control, Devices Structural Intervention Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 4 USD / Kopf Kosten des Gesundheitswesens Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 5 BMT Komponenten Forschung Angewandte Forschung Grundlagenforschung Patient Klinik BMT Industrie Ärzte, Pfleger, Therapeuten Grossunternehmen, KMUs, Spin-offs Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 6 Medtech Industrie in der Schweiz Implantate (Gelenke, Zahn, Osteosynthese) Insulinverabreichung Hörgeräte EKG Geräte Röntgen, CT, MRI Klinisch-chemisches Labor, Diagnostik Start-ups, z.B. Rehabilitationsrobotik Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 7 Medtech Industrie Phonak Ypsomed Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 8 Medtech Industry Straumann, Nobel Biocare Johnson&Johnson, Mathys, Smith&Nethew, Stryker, Synthes, Zimmer, etc. Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 9 ETH Spin-Offs Scanco Medical Fokus Biomedizinische Technik Hocoma Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 10 Aufgaben und Gebiete der BMT Physikalisch-technisch basierte in vivo Verfahren, d.h. “makroskopische”, am ganzen Körper anwendbare Verfahren Medizinische Mikro- und Nanotechnik, Cellular und Molecular Engineering, Tissue Engineering Grenzgebiete: Gentechnik Medizinische Informatik Medizinische Physik Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 11 Biomedizinische Technik am D-MAVT Cell Manipulation, DNA Analysis Orthopedic Biomechanics Computational Biomechanics Robotics for Health Rehabilitation Engineering Wireless Strain Sensor Biothermofluidics and Control Soft Tissue Biomechanics Mechanobiology Tissue Engineering Lung Flow Control Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 12 Fokus BMT: Vorlesungen 1. Teil Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 13 Fokus BMT: Vorlesungen 2. Teil - Wahlfach Bioengineering: Snedeker-Panke ( FS ) Grundlagen der Biochemie, Energie- und Stofftransfer in zellulären Systemen, Struktur und Zusammensetzung von Zellen, Transportvorgänge über Zellmembranen, Wachstum, Zellreproduktion, Biotechnologie und die Einführung quantitativer Methoden für die Biotechnologie und das biomedizinische Ingenieurwesen - In Ergänzung zur Ausbildung am D-HEST basiert unser Fokus Stark auf den Ingenieurgrundlagen des MAVT. Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 14 Beispiele für Anwendungen der Biomedizinischen Technik Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 15 Particle and cell manipulation with ultrasound http://www.zfm.ethz.ch/e/micromanipulation/ MCF10A cells in lines. Images taken at 0 s and 1.6 s Prof. Jürg Dual Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 16 Wearable IT for Zero Power Medical Applications EEG electrodes with integrated thermoelectric power source Heat flux measurements on head in motion, forehead in motion, back of head without motion, forehead without motion, back of head Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich Prof. Christofer Hierold 17 Fluid Mechanics of Human Disease and its Therapy Shock wave lithotripsy Cancer Angiogenesis Glioma Growth Prof. Petros Koumoutsakos Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 18 Multiaxial characterization of biological membranes In vivo measurements Whole organ experiments Mechanical characterization of soft human tissue Prof. Edoardo Mazza Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 19 In silico medicine for the prediction of bone fractures nanoscale cell imaging in silico simulation of bone aging Bone formation SED High Bone resorption Low micromechanics Fokus Biomedizinische Technik in vivo finite element analysis Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich Prof. Ralph Müller 20 Microrobotics for health Materials and microrobots for cellular interaction Wireless control of a microrobot for eye surgery Prof. Bradley Nelson Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 21 Microfluidics and thermodynamics of biological interactions with engineered surfaces www.ltnt.ethz.ch Fokus Biomedizinische Technik Prof. Dimos Poulikakos Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 22 Test bench for ventricular assist devices Prof. M. Meboldt Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 23 Zurich Heart – Two Track Approach Start with trusted principles and fill significant technology gaps System Modification Biomimetic approach, soft machines Alternative New principles – new materials Systems Prof. Poulikakos Prof. Mazza Clinical Integration Prof. Falk 24 Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich From robots to fMRI compatible devices L M1 Prof. Robert Riener Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 25 Control of flow in the alveolar lung Prof. Thomas Rösgen Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 26 Orthopedic biomechanics / mechanobiology Clinical Biomechanics Soft Tissue Mechanics Protein Mechanics Cell Mechanics Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich Prof. Jess Snedeker 27 Zusammenfassung Fokus Biomedizinische Technik Vermittlung von Einsichten in die zentrale Aufgabe der BMT Einführung von Methoden und Verfahren der technischen Wissenschaften, Physik, Chemie und Mathematik, nützlich für die klinische Medizin als auch für die biomedizinische Forschung Hohe Fragmentierung der BMT in der medizinischen und industriellen Praxis In den Vorlesungen: wesentliche technische und biologische Grundlagen und Anwendungen Fokus Biomedizinische Technik Ralph Müller/J.Dual / E. Mazza ETH Zürich 28
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