Bioengineering and Biophysical Aspects of Electromagnetic Fields pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Barnes, Frank S. (EDT)/ Greenebaum, Ben

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:2006-10

价格:$ 158.14

装帧:HRD

isbn号码:9780849395390

丛书系列:

图书标签:

• Bioengineering
• Biophysics
• Electromagnetic Fields
• Biomagnetism
• Bioelectricity
• Medical Physics
• Signal Processing
• Modeling
• Simulation
• Health Effects

现代生物医学工程：从基础理论到临床应用 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索现代生物医学工程领域的前沿发展和关键技术。内容涵盖生物力学、生物材料、生物电子学、医学成像、组织工程以及生物传感器等多个核心分支，着重阐述如何将工程学的原理和方法应用于解决复杂的生物学和临床医学问题。全书结构严谨，内容充实，不仅深入探讨了基础理论，更强调了其实际应用和未来潜力，是从事相关研究、教学以及临床实践人员的理想参考读物。 --- 第一部分：生物力学基础与生物材料科学 第一章：生物力学导论：组织与器官的力学特性 本章从宏观和微观层面剖析了生物体内的力学环境。首先介绍了生物组织（如骨骼、软骨、血管、肌肉）所承受的应力与应变特性，包括线弹性、粘弹性以及超弹性模型在描述生物组织行为中的应用。详细讨论了皮尤克（Piezoelectricity）和流变学（Rheology）在理解细胞外基质（ECM）动态响应中的重要性。 重点分析了在生理载荷条件下，细胞如何感知和响应机械刺激（机械转导，Mechanotransduction）。通过案例研究，阐释了流体剪切力对内皮细胞功能的影响，以及骨骼在不同负荷下的重塑机制。此外，章节还涉及了生物力学建模的方法论，包括有限元分析（FEA）在模拟复杂三维生物结构（如关节置换、血管吻合）中的应用。 第二章：先进生物材料的开发与表征 生物材料是生物医学工程的基石之一。本章系统介绍了用于体内植入、药物递送和组织修复的各类先进材料。内容涵盖了生物惰性材料（如高纯度金属、陶瓷）、生物活性材料（如生物玻璃、羟基磷灰石）以及可吸收材料（如聚乳酸PLLA、聚乙醇酸PGA）。 深入探讨了材料的表面特性如何决定其生物相容性（Biocompatibility）和生物功能性。详细描述了表面修饰技术，包括等离子体处理、蛋白质固定化以及引导细胞粘附的纳米结构图案的构建。此外，本章还着重介绍了智能材料，如响应pH值、温度或特定生化信号而改变结构或释放载荷的“刺激响应型”聚合物水凝胶，并分析了这些材料在受控药物释放系统中的潜力。 --- 第二部分：生物电子学、医学成像与信号处理 第三章：生物电生理学与神经工程 本章聚焦于生物体的电活动及其在诊断和治疗中的应用。首先回顾了细胞膜电位、动作电位的产生和传播机制，以及神经元网络的集体电活动。随后，深入探讨了生物电信号的采集与处理技术，包括脑电图（EEG）、心电图（ECG）和肌电图（EMG）的高级分析方法，如小波分析、源定位技术。 重点介绍了神经接口（Neural Interfaces）的设计与实现。详细分析了侵入式（如微电极阵列）和非侵入式（如经颅磁刺激TMS、经颅直流电刺激tDCS）技术在运动皮层、感觉皮层功能恢复中的最新进展。讨论了植入式神经刺激设备在治疗帕金森病、癫痫和慢性疼痛中的临床实践与工程挑战。 第四章：医学成像：从原理到临床诊断 本章全面概述了现代医学成像技术在疾病早期诊断和治疗监测中的作用。涵盖了核心成像模态的物理基础和工程实现： 1. X射线与CT成像： 重点讨论了数字化X射线、计算机断层扫描（CT）的重建算法（如滤波反投影）和剂量优化策略。 2. 磁共振成像（MRI）： 深入讲解了核磁共振现象、傅里叶变换在图像重建中的应用，以及T1/T2弛豫时间的生物学意义。介绍了功能性磁共振成像（fMRI）和弥散张量成像（DTI）在研究脑功能连接和白质纤维束方面的应用。 3. 超声成像： 阐述了压电效应在换能器中的应用、多普勒效应在血流分析中的作用，以及新兴的高分辨率和三维超声技术。 4. 光学成像技术： 介绍了荧光显微技术、光学相干层析成像（OCT）及其在眼科和皮肤病学中的高精度应用。 本章强调了图像处理和定量分析在将原始数据转化为临床信息过程中的关键作用。 --- 第三部分：组织工程、再生医学与生物制造 第五章：组织工程支架的设计与体内外构建 组织工程学是实现器官再生的核心领域。本章详述了构建功能性组织的“三要素”：细胞、支架和生物活性因子。重点分析了支架材料的选择标准（机械性能、孔隙率、降解速率）以及其对细胞行为（增殖、迁移、分化）的引导作用。 详细介绍了支架的制造技术，包括： 自下而上（Bottom-up）方法： 如细胞打印和微阵列技术，用于构建具有精确细胞排布的微结构。 自上而下（Top-down）方法： 如静电纺丝（Electrospinning）制备纳米纤维支架，以及相分离法。 特别关注了生物反应器（Bioreactors）在模拟体内生理环境（如灌流、机械负荷）中优化组织成熟度的工程设计。 第六章：再生医学的前沿技术：干细胞与生物打印 本章聚焦于再生医学中最具前景的两个方向。首先，详细阐述了多能干细胞（iPSCs和ESCs）的分化调控机制，以及如何利用细胞因子梯度和机械信号来特异性地诱导细胞命运。 随后，深入探讨了生物打印（Bioprinting）技术。分类介绍了基于挤出、喷墨和激光辅助等主流生物打印技术，并分析了它们在打印具有复杂血管网络和异质性细胞分布的“活体器官模型”中的优势与局限。讨论了生物墨水（Bio-inks）的流变学特性及其对活细胞存活率的影响。本章以临床转化视角，讨论了用于皮肤修复、软骨修复和构建初步肝脏模型的案例研究。 --- 第四部分：生物传感器与智能诊断系统 第七章：生物传感器的原理与应用 生物传感器是实现快速、高灵敏度生物分子检测的关键工具。本章系统地介绍了生物传感器的基本结构（识别元件、转导元件和信号处理器）。详细分析了不同类型的转导机制，包括电化学传感器（如安培法、电位法）、光学传感器（如表面等离子共振SPR、光纤传感）和压电传感器。 重点分析了新型生物识别元件的应用，如量子点标记、分子印迹聚合物（MIPs）和适体（Aptamers）在替代传统抗体方面的优势。深入探讨了这些传感器在床旁检测（POCT）和连续血糖监测（CGM）系统中的集成与优化。 第八章：微流控芯片（Lab-on-a-Chip）技术与系统集成 微流控技术，或称“芯片上的实验室”，是实现样本小型化、高通量分析和自动化操作的革命性平台。本章阐述了微米尺度下流体动力学（如雷诺数、Péclet数）的特殊行为，以及如何利用这些特性进行高效的细胞分离、液滴生成和微混合。 详细介绍了常用的微流控芯片制造工艺，如软光刻（Soft Lithography）和3D打印技术。通过案例研究，展示了微流控系统在单细胞分析、药物筛选以及“器官芯片”（Organ-on-a-Chip）模型构建中的前沿应用，特别是在模拟人体生理屏障功能（如血脑屏障、肺泡屏障）方面的巨大潜力。 --- 结论：生物医学工程的未来展望 本章总结了生物医学工程学科的交叉性本质，强调了大数据、人工智能（AI）和合成生物学对未来生物医学技术发展的驱动作用。探讨了从基础研究到临床转化的监管和伦理挑战，展望了定制化医疗、可穿戴健康监测设备以及体内修复技术在未来十年内可能实现的突破。本书旨在激励读者以跨学科的视野，迎接生物医学领域更广阔的工程挑战。

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