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出版者:Upper Saddle River, N.J. : Pearson/Prentice Hall

作者:Michael M Domach

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:2004

价格:$119.00

装帧:

isbn号码:9780130619778

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
• 信号处理
• 医学影像
• 生物传感器

生物医学工程导论：一窥塑造健康未来的交叉学科 生物医学工程，一个融合了工程原理与生物医学知识的蓬勃发展的领域，正以前所未有的方式重塑着我们对健康、疾病以及人类身体运作的理解。它是一门迷人的交叉学科，其核心在于运用工程学的创新思维和严谨方法来解决生物学和医学领域中的复杂挑战。从开发挽救生命的医疗设备，到设计精确的诊断工具，再到探索修复和再生人体组织的先进技术，生物医学工程的影响力渗透到医疗保健的各个角落，并持续推动着医学进步的边界。 本书的宗旨在于为读者提供一个全面而深入的生物医学工程领域入门指南。我们并非旨在提供一份冗长的技术手册，而是致力于引导您领略这个领域令人兴奋的广阔前景，并理解其在解决当今和未来健康挑战中所扮演的关键角色。在这里，您将接触到生物医学工程的多个核心分支，并初步了解它们如何相互协同，共同推动着医疗保健的创新。 理解人体：生物学的基石 在深入工程学应用之前，我们首先需要构建对人体系统运作的基本认识。生物医学工程的根基便是理解生物学的原理，包括细胞的结构与功能、遗传学的奥秘、生理学的复杂调控机制，以及解剖学的精妙设计。本书将为您梳理这些基础知识，使您能够理解不同器官系统如何协调工作，细胞层面的信号传递如何影响整体健康，以及遗传变异如何导致疾病的发生。例如，我们可能会探讨细胞膜的离子通道如何调控神经信号的传递，或者DNA的复制过程如何确保遗传信息的准确传递。理解这些生物学机制，是后续工程学解决方案设计的基础，就像建筑师在设计摩天大楼之前，必须深入理解材料的力学性能一样。 医疗器械的设计与开发：生命的守护者 生物医学工程最直观的应用之一体现在医疗器械的设计与开发上。这些器械种类繁多，功能各异，从简单的绷带到复杂的植入式心脏起搏器，都凝聚着工程学的智慧。本书将带您走进这个领域，了解如何将工程原理应用于创造能够诊断、监测、治疗甚至替代受损人体功能的设备。 我们可能会讨论生物力学在设计骨科植入物中的应用，比如人工关节和骨折固定器。工程师需要考虑材料的强度、韧性、生物相容性，以及它们在人体内的应力分布，以确保植入物能够承受长期使用并与骨骼完美结合。 生物材料的设计也是重中之重。这些材料必须能够在人体内长期存在，而不会引发免疫排斥或毒性反应。从高分子聚合物到陶瓷和金属合金，工程师们不断探索新型材料，以满足不同医疗应用的需求。例如，用于伤口敷料的可降解聚合物，或者用于制造血管支架的镍钛合金。 电子学和信号处理在现代医疗器械中扮演着至关重要的角色。从心电图（ECG）到脑电图（EEG），工程师们利用传感器捕捉微弱的生理信号，并通过精密的信号处理算法将其转化为可解释的信息，从而辅助医生进行诊断。此外，仪器设计的原理，包括传感器的选择、电路的设计、信号的放大与滤波，都将是我们将要涉猎的内容。 医学影像学：洞察身体内部的窗口 医学影像学是生物医学工程领域一个极其重要的分支，它为我们提供了一个非侵入性地“看见”人体内部结构和功能的方式。本书将介绍几种主要的医学影像技术，并探讨它们背后的工程学原理。 X射线成像，作为最古老的医学影像技术之一，利用X射线穿透不同密度组织的能力来生成图像。工程师们致力于改进X射线源的功率和分辨率，并开发更有效的探测器，以减少辐射剂量并提高图像质量。 计算机断层扫描（CT），通过从不同角度发射X射线并使用计算机重建三维图像，提供了比传统X射线更丰富的解剖信息。这背后的数学算法和图像重建技术是生物医学工程的杰出成就。 磁共振成像（MRI），利用强大的磁场和射频脉冲来探测人体组织中的氢原子核，从而生成详细的软组织图像。MRI的安全性以及对复杂生物组织的成像能力使其在神经科学、肿瘤诊断等领域不可或缺。 超声波成像，通过发射和接收高频声波来生成实时图像，因其无辐射、操作简便且成本相对较低，被广泛应用于产科、心脏科和腹部检查。超声换能器的设计和声波信号的处理是该技术的核心。 生物医学成像的进步离不开光学成像的发展，例如内窥镜技术，它允许医生直接观察体腔内部，甚至通过微创手术进行治疗。分子成像技术，如PET（正电子发射断层成像）和SPECT（单光子发射计算机断层成像），则能够提供细胞和分子水平的功能信息，为疾病的早期诊断和治疗监测开辟了新的途径。 生物医学工程的交叉领域：跨越学科的界限 生物医学工程的魅力在于其无限的融合性。它不仅与传统的工程学科（如机械工程、电子工程、计算机科学）紧密结合，还与生命科学（如生物学、化学、药理学）以及医学（如外科、内科、放射科）深度交织。 生物信号处理是连接生物学和工程学的关键桥梁。工程师们需要理解生物信号的特性，例如电生理信号、力学信号、生化信号，并开发算法来提取有用的信息，过滤噪声。这包括对心率变异性、睡眠周期、脑电波模式等的分析，从而为疾病诊断和康复评估提供支持。 生物医学计算和医学信息学正在迅速发展。随着医疗数据的爆炸式增长，如何有效地存储、管理、分析和解读这些数据成为关键。机器学习和人工智能在疾病预测、个性化治疗方案制定、药物研发等方面展现出巨大的潜力。计算建模与仿真技术也被广泛应用于理解复杂的生物过程，预测药物疗效，甚至模拟手术过程。 组织工程与再生医学是生物医学工程中最具前瞻性的领域之一。它旨在利用细胞、生物材料和生长因子来修复、替换或再生受损的组织和器官。从培养皮肤细胞用于烧伤治疗，到研究干细胞用于修复心脏损伤，再到探索3D生物打印制造功能性器官，这个领域充满了无限可能，有望彻底改变疾病的治疗方式。 生物医学工程的应用领域：从实验室到临床 生物医学工程的触角延伸到几乎所有医学领域。 在诊断领域，它为我们提供了更精确、更早期的检测疾病的工具，例如高度灵敏的生物传感器用于检测癌症标志物，或者基于AI的图像识别技术辅助诊断眼底病变。 在治疗领域，它带来了创新的疗法，例如靶向药物递送系统，能够将药物精准地送到病灶区域，减少副作用；或者微创手术机器人，能够实现更精细、更安全的手术操作。 在康复领域，假肢和外骨骼技术的发展，为失去肢体功能的人们重拾行动能力；神经接口技术，则有望帮助瘫痪患者恢复部分运动能力。 伦理和社会考量：负责任的创新 随着生物医学工程技术的飞速发展，我们也必须关注与之相关的伦理和社会问题。生物伦理为我们提供了思考技术应用界限和原则的框架，例如基因编辑的安全性与伦理性，人体器官的获取与分配，以及医疗数据的隐私保护。确保技术的进步以人为本，服务于人类的福祉，是生物医学工程师的责任。 未来的展望：持续的探索与创新 生物医学工程领域正处于一个激动人心的时代。技术的不断突破，跨学科的深度融合，以及对人类健康前所未有的关注，共同驱动着这个领域的持续发展。从纳米机器人用于体内精准治疗，到人工智能驱动的个性化医疗，再到基因疗法的广泛应用，未来的生物医学工程将为解决更复杂的健康挑战，延长人类寿命，提高生活质量，带来更深远的变革。 本书旨在为您打开这扇通往生物医学工程世界的大门，激发您对这个交叉学科的兴趣。它将为您提供一个坚实的基础，让您能够理解当前的技术成就，并为未来可能出现的技术突破做好准备。我们鼓励您在阅读过程中保持好奇心，积极思考，并尝试将所学知识与现实世界的健康问题联系起来。生物医学工程不仅仅是一门科学，更是一种解决问题的方式，一种对人类健康福祉的承诺。

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从一个对**医学成像**领域充满好奇的读者的角度来看，我对这本书在这一部分的深度抱有很高的期望。我期望它能超越对MRI和CT基本原理的肤浅介绍，而是深入剖析不同成像模态背后的**物理学基础**和**信号重建算法**。比如，在核磁共振成像（MRI）部分，我希望看到关于**K空间**数据采集和**反投影算法**的详细数学推导，而不仅仅是定性的描述。更重要的是，一本优秀的教材应该引导读者思考如何优化图像质量。这可能涉及到**噪声抑制技术**（如非局部均值滤波）的应用，以及如何设计更高效的**序列脉冲**来提高扫描速度或增强特定组织的对比度。此外，考虑到**分子影像**的快速发展，书中是否能涉及**PET**或**光学成像**技术在活体分子水平诊断中的前沿应用，并讨论如何将这些技术与计算模型相结合，实现**功能性**而非仅仅是**解剖性**的成像？如果能提供一些关于图像配准和三维重建的软件实践建议，那对培养实践工程师将大有裨益。

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我对生物医学工程中至关重要但常被初学者忽视的**组织工程与再生医学**部分尤为关注。我希望这本书能以一种严谨的、系统化的方式来组织内容，而不是零散地介绍各种“神奇的”细胞和支架。理想情况下，它应该首先建立一个坚实的**细胞生物学和生物力学**基础，解释机械刺激如何影响细胞的命运决定（如干细胞的分化方向）。随后，书中应该详细论述**支架设计**的三个关键维度：**孔隙率、机械强度和表面化学**，并探讨如何通过**3D打印**等增材制造技术实现对这些维度的精确控制。我特别想看到对**生物反应器**设计的深入分析——如何设计一个能够模拟体内生理环境（如灌流速度、氧气梯度）的系统，以确保培养出的组织器官具有正确的功能性。如果书中能包含关于**异种移植**的伦理和技术挑战，或者探讨如何利用**器官芯片**（Organ-on-a-Chip）来替代动物模型进行药物筛选，那这本书的价值将大大提升，因为它触及了该领域最具颠覆性的研究方向。

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这本**《Introduction to Biomedical Engineering》**的作者显然对生物医学工程领域的广度和深度有着深刻的理解，虽然我还没有机会完全沉浸其中，但从目录和初步翻阅的印象来看，它似乎成功地搭建了一座连接基础科学与实际工程应用的坚实桥梁。我尤其期待看到它如何处理**生物信号处理**这一核心模块。一个好的入门教材不应该仅仅停留在罗列公式和理论概念的层面，更重要的是要展示这些工具是如何被用来解决真实世界中的医疗难题，比如如何从复杂的脑电图（EEG）数据中提取出有意义的临床信息，或者如何设计出更稳定、更抗干扰的植入式传感器。我希望看到它不仅仅是介绍傅里叶变换和滤波器的基础知识，而是能深入探讨**小波分析**在瞬态生理信号分析中的优势，以及**机器学习**在辅助诊断系统构建中的应用潜力。如果书中能结合实际的案例研究，比如心电图（ECG）异常检测的流程，并配以清晰的框图和伪代码示例，那就太棒了，这样能让初学者立刻理解理论如何转化为可操作的算法。这本书的成功与否，很大程度上取决于它能否让初学者在面对复杂的数学模型时，依然能紧紧抓住其背后的生物学意义和工程目标，避免陷入纯粹的数学推导泥潭。

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最后，作为一名致力于理解工程原理如何应用于生命系统的学习者，我非常看重教材中关于**生物系统建模与仿真**的章节。我期待看到一个清晰的逻辑链条，从最基础的**常微分方程（ODE）**模型开始，逐步过渡到更复杂的**偏微分方程（PDE）**模型，用以描述物质在组织中的扩散、药物在体内的药代动力学（PK/PD）过程。例如，在描述药物释放系统时，我希望看到详细推导**Fick定律**在不同几何形状下的应用，以及如何利用**有限元方法（FEM）**来数值求解这些方程，从而预测药物的梯度释放曲线。更进一步地，如果作者能引导读者探讨**生理系统建模**，比如心血管系统的血流动力学仿真，并利用这些模型来优化导管设计或评估动脉瘤的破裂风险，那就表明这本书真正达到了“工程”的层次。这种从理论构建到数值求解再到工程决策的完整路径，是区分优秀教材和平庸参考书的关键所在。

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我注意到这本书的排版和插图风格非常现代且清晰，这对于一本理工科教材来说至关重要。当我翻到关于**生物材料**的那一章时，我立刻被那些高质量的微观结构图吸引住了，它们清晰地展示了不同聚合物和陶瓷材料在组织工程支架中的孔隙结构和表面形貌。然而，我更关注的是，这本书是否能平衡**宏观力学性能**与**微观生物相容性**之间的讨论。例如，在讨论人工关节材料时，我希望它能详细阐述**摩擦磨损**对植入物长期存活率的影响，以及如何通过表面改性技术（比如类金刚石涂层或生物活性涂层）来提高其耐用性和骨整合能力。仅仅介绍材料的化学成分是远远不够的，读者更需要了解材料的**时间依赖性行为**，比如蠕变和应力松弛在体内环境中的表现。如果书中能加入一些对新型可降解生物材料（如PLLA/PLGA）的降解动力学和产物毒性的讨论，那就更具前瞻性了。这种对材料科学细节的把控，决定了它是否能真正成为一本面向未来医疗器械开发的参考书。

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