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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Bronzino, Joseph D.

出品人:

页数:4232

译者:

出版时间:2006-1

价格:$ 327.64

装帧:HRD

isbn号码:9780849321245

丛书系列:

图书标签:

生物医学工程
生物工程
医学工程
生物材料
生物力学
生物电子学
医疗器械
组织工程
生物信号处理
康复工程

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具体描述

A short decade ago, The Biomedical Engineering Handbook debuted and was quickly embraced as the biomedical engineer's "Bible." Four years later, the field had grown so dramatically that the handbook was offered in two volumes. Now, the early years of the new millennium have seen so much growth and change in the biomedical field that a new, larger, and broader resource is necessary. In its most versatile incarnation yet, this Third Edition is available as a set of three carefully organized and focused volumes that, when combined, maintain the handbook's standing as the most comprehensive, interdisciplinary, and timely biomedical reference available. What's included in the Third Edition? Biomedical Engineering Fundamentals This first volume surveys physiology, bioelectric phenomena, biomaterials, biomechanics, and the other broad disciplines that constitute the modern biomedical engineering landscape. It includes an entirely new section on neuroengineering in addition to many new and revised chapters and a 14-page full-color insert. Medical Devices and Systems Offering an overview of the tools of the biomedical engineering trade, this book focuses on signal analysis, imaging, sensors, devices, systems, instruments, and clinical engineering. It includes two new sections on infrared imaging and medical informatics, numerous other additions and updates, and a 32-page full-color insert. Tissue Engineering and Artificial Organs The third installment examines state-of-the-art applications of biomedical engineering. Integrating life sciences as another facet of the field, it includes a new section on molecular biology. The book also features a new section on bionanotechnology, 90 percent new material in the tissue engineering section, many new and updated chapters, and a 24-page full-color insert. Incorporating new developments, technologies, and disciplines, The Biomedical Engineering Handbook, Third Edition remains the most comprehensive central core of knowledge available to the field.

生物医学工程手册：跨越生命科学与工程技术的综合指南导言生物医学工程（Biomedical Engineering, BME）是一个快速发展且至关重要的交叉学科领域，它将工程学的严谨性与生命科学的复杂性相结合，致力于开发创新性的技术和解决方案，以诊断、治疗和预防疾病，并改善人类健康和福祉。本书旨在为该领域的学生、研究人员、临床医生和行业专业人士提供一部内容全面、深度足够的参考著作。它系统地梳理了生物医学工程的核心原理、前沿技术以及实际应用，内容涵盖从基础科学到临床实践的广阔范围。本书的结构设计充分考虑了生物医学工程的广博性，力求在每一个关键子领域内提供深入的洞察和实用的知识框架。我们相信，一本真正有价值的手册不仅需要罗列事实，更需要构建起不同知识体系之间的桥梁，使读者能够理解跨学科合作的必要性与潜力。 --- 第一部分：基础科学与工程原理（Foundational Science and Engineering Principles）本部分聚焦于生物医学工程得以构建的科学基石，确保读者对生物系统和工程分析方法有坚实的理解。第一章：生物力学与生物流体力学 (Biomechanics and Biofluid Dynamics) 本章深入探讨了生物系统中机械载荷、应力、应变以及流体动力学的基本原理。内容包括： 1. 组织力学特性：对骨骼、软骨、肌腱、韧带和血管等生物组织的应力-应变曲线、粘弹性行为、各向异性以及损伤机制进行详细分析。重点讨论了结构生物力学在评估骨密度（如通过有限元分析）和关节生物力学中的应用。 2. 生物流体力学：详细阐述了血液动力学，包括非牛顿流体特性（血液粘度）、动脉和静脉中的血流模式（层流与湍流）、剪切应力对内皮细胞功能的影响。呼吸系统中的气流动力学，如肺部气道阻力模型，也作为关键案例进行探讨。 3. 计算建模：介绍了有限元法 (FEM) 和计算流体力学 (CFD) 在模拟复杂的生物系统（如心脏瓣膜受力分析或药物在组织内的扩散）中的应用，强调了模型验证和参数选择的重要性。第二章：生物材料科学 (Biomaterials Science) 生物材料是所有植入物、支架和药物递送系统的核心。本章侧重于材料的选择、设计、性能和与生物环境的相互作用。 1. 材料分类与特性：涵盖了金属（如钛合金、钴铬合金）、陶瓷（如羟基磷灰石）、聚合物（如PGA, PLA, PEG）和复合材料在生物医学中的应用。详细描述了它们的机械强度、降解速率和生物相容性。 2. 生物相容性与生物反应：这是本章的重中之重。讨论了材料植入后机体发生的急性与慢性炎症反应、异物反应、血栓形成以及宿主组织整合过程（骨整合或软组织包被）。 3. 组织工程支架设计：探讨了如何利用先进技术（如静电纺丝、3D打印）制造具有特定孔隙率、表面形貌和降解速率的多孔支架，以引导细胞生长和组织再生。第三章：生物电子学与生物传感器 (Bioelectronics and Biosensors) 本章桥接了电子工程与生命科学，关注信号采集、处理和体内监测技术。 1. 生物信号采集：深入分析了生理电信号（ECG, EEG, EMG）的产生机制、噪声抑制技术以及前端放大电路的设计。讨论了微电极阵列（MEA）的原理及其在神经科学研究中的应用。 2. 传感器原理与设计：详细介绍了用于测量生物分子、离子浓度、pH值、氧饱和度等参数的传感器技术。涵盖了电化学传感器（如安培型、电位型）、光学传感器（如SPR）和压阻式传感器的工作原理。 3. 可穿戴与植入式设备接口：讨论了如何设计低功耗、高稳定性的生物电子设备，以及实现与生物体稳定、低阻抗的电学接口的挑战与解决方案。 --- 第二部分：组织工程与再生医学（Tissue Engineering and Regenerative Medicine）本部分探讨如何利用工程学原理重建或修复受损的人体组织和器官。第四章：细胞生物学基础与组织工程学 (Cellular Biology and Tissue Engineering) 1. 细胞力学生物学：阐述了机械信号如何通过整合素等受体转化为细胞内的生化信号，影响细胞的增殖、分化和迁移。 2. 干细胞生物学应用：重点介绍多能干细胞 (iPSCs) 和成体干细胞在组织修复中的潜力。讨论了如何通过化学信号、生物物理环境（如支架刚度）精确调控干细胞的命运。 3. 生物反应器技术：介绍了用于体外培养工程化组织的关键设备——生物反应器。涵盖了静态培养、灌流培养、旋转培养等模式的设计目标，以及如何模拟体内生理环境（如脉动流、机械拉伸）来促进组织成熟。第五章：器官修复与替代技术 (Organ Repair and Replacement Technologies) 1. 人造器官设计：详细分析了人工心脏瓣膜、人工关节、透析器等现有成熟医疗器械的设计演变和限制。 2. 3D 生物打印 (3D Bioprinting)：综述了当前主流的生物打印技术（如挤出式、光固化式、喷墨式），讨论了生物墨水（Bio-ink）的配方要求，以及打印精度与细胞存活率之间的权衡。探讨了打印复杂血管化结构面临的工程瓶颈。 3. 器官去细胞化与再细胞化：深入研究了利用天然组织（如猪心、牛气管）去除原有细胞成分，保留其天然细胞外基质（ECM）结构，再接种患者自身细胞进行功能重建的技术流程和挑战。 --- 第三部分：生物医学影像与仪器 (Biomedical Imaging and Instrumentation) 本部分关注疾病的无创或微创诊断技术。第六章：医学成像原理与应用 (Principles and Applications of Medical Imaging) 1. 结构成像：详细解析了X射线/CT（成像重建算法、剂量管理）、MRI（核磁共振信号采集、T1/T2加权成像）的基本物理原理及其在软组织和骨骼成像中的应用差异。 2. 功能性成像：探讨了PET/SPECT的核医学原理（放射性示踪剂动力学）和超声波成像（多普勒效应、弹性成像技术）在评估血液流动和组织硬度方面的优势。 3. 分子成像：讨论了如何将纳米粒子或荧光探针与传统成像模态结合，实现对特定生物标志物（如肿瘤细胞受体）的早期检测。第七章：医疗电子设备与仪器 (Medical Electronic Devices and Instrumentation) 1. 生命体征监测系统：涉及血压、心电、血氧饱和度（SpO2）等参数的精确测量方法和设备设计规范。 2. 电生理记录与刺激：涵盖了神经刺激（如深度脑刺激 DBS、脊髓刺激 SCS）的波形设计、能量传输效率和电极材料选择。 3. 手术设备工程：讨论了激光手术器械（如光纤传输、烧蚀机制）、高频电刀（单极与双极技术）的安全性和组织热损伤控制。 --- 第四部分：药物递送与生物工程 (Drug Delivery and Bioengineering) 本部分关注如何精确、受控地将治疗性物质输送到体内目标部位。第八章：药代动力学与药物递送系统 (Pharmacokinetics and Drug Delivery Systems) 1. ADME 过程的工程学视角：分析吸收 (Absorption)、分布 (Distribution)、代谢 (Metabolism) 和排泄 (Excretion) 过程如何受载体设计影响。 2. 纳米药物递送载体：重点研究脂质体、聚合物胶束、活性靶向纳米粒子的设计策略。讨论了如何通过表面修饰（如PEG化）来延长循环时间，以及如何设计"智能"载体以实现对肿瘤微环境（如低pH值、高酶活性）的响应性释放。 3. 新型递送途径：考察经皮吸收增强技术、靶向性递送（如利用转铁蛋白受体）以及基因和核酸药物的递送挑战。第九章：生物信息学与系统生物工程 (Bioinformatics and Systems Bioengineering) 本章探讨了数据处理和复杂系统建模在生物医学工程中的作用。 1. 高通量数据分析：介绍了基因组学、蛋白质组学数据的初步处理和标准化，以及生物统计学方法在临床转化中的应用。 2. 生理系统建模：探讨如何利用系统生物学方法，构建描述特定器官或疾病（如糖尿病、心血管疾病）的数学模型，用于预测治疗效果或设计个性化剂量方案。 3. 算法在诊断中的应用：简要介绍机器学习和深度学习（如卷积神经网络 CNN）如何应用于分析医学图像和生理信号，辅助临床诊断。 --- 结论与展望本书的最终目标是培养读者将工程思维应用于生物医学挑战的能力。未来的生物医学工程将更加依赖于跨学科的集成，特别是与人工智能、先进制造（如增材制造）和合成生物学的深度融合。我们希望读者能够利用本书提供的坚实基础，积极投身于下一代医疗技术的创新与发展之中，真正实现工程学对人类健康的深远贡献。