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出版者:

作者:Gibbs, Vivien/ Cole, David/ Sassano, Antonio

出品人:

页数:144

译者:

出版时间:2009-7

价格:513.00元

装帧:

isbn号码:9780702030413

丛书系列:

图书标签:

• 超声物理
• 超声技术
• 医学影像
• 超声诊断
• 超声工程
• 生物医学工程
• 物理学
• 技术
• 医学
• 超声

《声学物理与生物医学应用》 本书深入探讨声学现象的本质，并将其前沿理论与生物医学领域的研究和实践紧密结合。我们不仅会审视声波的产生、传播、相互作用等基础物理原理，还会重点介绍这些原理如何在医学成像、治疗以及其他诊断技术中得到创新性的应用。 第一部分：声学的物理基础 第一章：声波的产生与传播 振动与波的起源： 介绍机械振动作为声波产生的根本原因，包括简谐振动、耦合振动等概念。 声波的本质： 详述声波是介质中的纵波，解释压力变化、粒子位移和声速之间的关系。 声速与介质性质： 分析温度、密度、弹性模量等因素如何影响声速，并介绍在不同介质（气体、液体、固体）中的声速特性。 声波的能量与强度： 定义声能密度、声强，以及它们与声压平方的关系，介绍声强级的概念及其在量化声音大小方面的应用。 波的叠加与干涉： 探讨多普勒效应在声学中的体现，以及相长干涉和相消干涉在声音增强与减弱中的作用。 第二章：声波的传播特性 声波的衰减： 解释声波在传播过程中能量损失的原因，包括吸收、散射和衍射，以及这些因素如何影响声波的传播距离和信号强度。 声波的反射与折射： 详细阐述声波在不同声阻抗界面上的反射和折射规律，介绍全反射和临界角等现象。 声波的衍射： 探讨声波绕过障碍物或通过孔隙传播的现象，解释惠更斯原理在理解衍射过程中的应用。 声波的聚焦与聚焦系统： 介绍声透镜和抛物面反射器等声学聚焦装置的原理，分析它们在定向传递声能方面的作用。 第三章：声波与物质的相互作用 声吸收： 深入研究声能在介质中转化为热能的过程，分析不同物质的声吸收系数及其影响因素。 声散射： 探讨声波在遇到不均匀介质或微小颗粒时发生的散射现象，介绍瑞利散射和米氏散射的基本原理。 非线性声学效应： 介绍当声波强度较高时出现的非线性现象，例如声波的畸变、谐波产生以及声辐射力等，及其在某些特定应用中的意义。 声空化效应： 详细阐述液体中因声压剧烈变化而产生的微小气泡的形成、生长和溃灭过程，分析空化泡溃灭产生的冲击波和高温高压的能量释放机制，以及其在生物医学中的潜在应用与风险。 第二部分：生物医学中的声学应用 第四章：医学声成像原理 超声波在医学成像中的地位： 阐述超声成像作为一种无创、实时、经济的成像手段在现代医学中的重要性。 脉冲超声系统的构成： 介绍超声换能器（发射与接收）、脉冲发生器、信号处理单元和显示设备等关键组成部分。 回波的产生与检测： 详述超声波在人体组织界面上的反射（回波）是如何产生的，以及换能器如何接收这些回波。 图像的形成机制： 解释二维灰阶图像（B超）的形成原理，包括回波强度与组织密度的关系、回波时间与深度的对应关系。 超声换能器技术： 介绍压电效应及其在超声换能器中的应用，讨论换能器的频率、孔径、焦距等参数对成像质量的影响。 超声成像的模式： 详细介绍A型、B型、M型、彩色多普勒和频谱多普勒等成像模式的工作原理及其各自的临床应用场景。 第五章：彩色多普勒超声成像 多普勒效应在血流检测中的应用： 阐述血液流动引起的超声波频率变化（多普勒频移）及其与血流速度的关系。 彩色多普勒成像原理： 解释如何利用多普勒频移信息为血流速度和方向赋予颜色，从而直观地显示血管内的血流情况。 血流速度与频谱分析： 介绍如何通过分析多普勒信号的频谱来量化血流速度、评估血流动力学参数，以及诊断血管狭窄、闭塞等病变。 彩色血流成像技术的局限性： 讨论彩色多普勒成像在检测低速血流、方向判断的模糊性、以及可能出现的伪影等方面的不足。 第六章：高强度聚焦超声（HIFU）治疗 HIFU治疗的基本原理： 阐述HIFU利用聚焦的超声波能量在体内产生精确的加热效应，导致靶组织凝固性坏死，从而实现无创治疗。 HIFU系统的构成与工作模式： 介绍HIFU治疗设备包括超声换能器、声束控制系统、定位与成像系统以及能量输出控制等部分，并区分外置式和体内式HIFU。 HIFU治疗的生物效应： 深入分析HIFU在生物组织中产生的热效应、机械效应（如空化）及其协同作用，解释其对肿瘤细胞的杀伤机制。 HIFU治疗的临床应用： 重点介绍HIFU在治疗前列腺癌、子宫肌瘤、肝脏肿瘤、骨转移瘤以及帕金森病等疾病中的应用进展和治疗效果。 HIFU治疗的安全性与挑战： 讨论HIFU治疗过程中可能出现的副作用（如皮肤灼伤、神经损伤等），以及如何通过精确的定位、实时监测和优化治疗参数来提高治疗安全性和有效性。 第七章：新型声学技术与未来展望 微泡造影剂在超声成像中的应用： 介绍微泡作为一种声学造影剂，如何增强微血管的信号，提高超声成像的敏感度和特异性，以及其在肿瘤诊断和疗效评估中的作用。 声敏药物递送系统： 探讨如何利用超声波的机械效应或热效应，结合声敏药物，实现靶向、可控的药物释放，从而提高药物疗效并降低副作用。 声学辐射力成像（ARFI）： 介绍ARFI技术如何通过施加短时声辐射力脉冲，检测组织硬度变化，从而实现对肝脏纤维化、乳腺肿块等病变的无创评估。 超声弹性成像： 结合ARFI等技术，阐述如何通过量化组织变形来评估组织硬度，并将其应用于肿瘤诊断、乳腺检查等领域。 声学传感器的发展： 探讨声学传感器在生物监测、健康管理等方面的潜在应用，例如通过检测微弱声音来诊断疾病。 人工智能与声学技术的融合： 展望人工智能在超声图像分析、疾病诊断、治疗方案优化等方面的巨大潜力，以及AI如何赋能更智能、更精准的声学应用。 本书旨在为读者构建一个系统、全面的声学物理及其生物医学应用知识框架，从基础原理到前沿技术，力求全面展示声学在现代医学中的深刻影响和广阔前景。

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我个人对书中探讨的“人机交互”和“未来展望”这部分内容感受尤为深刻。这部分内容显然不是为了应付考试而写的，而是作者对学科未来趋势的深切思考。他花了相当大的篇幅探讨了如何通过改善用户界面设计来降低操作员的认知负荷，比如如何通过智能算法预判操作意图，并动态调整参数。更前沿的是，书中对新型换能器材料的潜力进行了展望，分析了纳米技术在声束形成方面可能带来的革命性变化。这种对技术前沿的敏锐捕捉和冷静分析，让这本书不仅具有强大的“工具书”价值，更拥有了“思想启迪者”的作用。它不只是固守现有的技术范式，而是鼓励读者去思考现有技术的局限性，并激发大家去探索那些尚未被完全实现的可能性，读完之后让人对接下来的科研方向有了更清晰的思考框架。

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这本书的篇幅着实令人印象深刻，厚实得仿佛能当个趁手的防身武器。我本以为这会是一本深奥难懂的专业著作，毕竟“物理”和“技术”这两个词汇本身就带着一股子学术的冷峻气息。然而，当我翻开第一章时，立刻被那种详尽到近乎苛刻的讲解方式所吸引。作者似乎有一种魔力，能将那些原本抽象的波函数、声速衰减曲线，转化成触手可及的图像。比如，讲解多普勒效应时，他没有停留在简单的公式推导，而是用了一整章的篇幅，通过精密的图示和生活化的比喻，描绘了声波在不同介质中传播时所经历的“拉伸”与“压缩”，那种对细节的执着，让人感觉不是在阅读教科书，而是在跟随一位经验老到的技师进行一对一的实操指导。特别值得称赞的是，书中对设备操作界面和软件算法的描述，简直是教科书级别的精准，几乎可以直接照着书上的步骤去调试仪器，对于初入行的新手来说，这无疑是省去了无数走弯路的时间，它不只是告诉你“是什么”，更倾注了大量心血来解释“为什么是这样运作的”。

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阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说是一次深入骨髓的“考古”之旅。我惊讶地发现，作者对超声波学科发展史的梳理达到了令人咋舌的程度。他没有满足于仅仅罗列关键人物和重要年份，而是花了大量笔墨去探讨每一个技术突破背后的社会需求和科学思潮的碰撞。比如，早期对造影剂的探索，书中细致描绘了科学家们如何从生物学基础出发，一步步筛选出最适合作为声学散射体的微小颗粒，其中穿插的那些早年实验的失败与挫折，读起来简直比小说还要引人入胜。这种历史的纵深感，极大地丰富了我对现有技术的理解——原来我们习以为常的实时成像，背后承载了这么多代人的智慧积累和无数次的失败尝试。书中对早期B型和A型扫描仪原理的剖析，那种机械结构的精巧感，让人不禁对那个没有强大计算能力的年代里专家的创造力肃然起敬。

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这本书的排版设计，说实话，有点复古，甚至可以说略显朴素，但正是这种“朴素”，反而凸显了内容的重量。很少有花哨的色彩或过度设计的图表，取而代之的是大量清晰的黑白线条图和实测波形截图。起初我还有些担心，这么少的色彩会不会让复杂的三维重建内容难以理解。然而，事实证明，作者在二维图示的构建上运用了极其高明的透视和剖面技巧。每一张图，无论是关于声束聚焦的几何模型，还是组织界面反射系数的对比图，都经过了深思熟虑的标记和注释。尤其是关于伪影（Artifacts）的章节，作者简直是把超声图像中的“错误”当作一门独立的艺术来解析，系统地分类、详尽地解释了每一类伪影产生的物理机制，并配上了教科书般的标准示例图。读完这一部分，我感觉自己看超声图像的“火眼金睛”都提升了一个档次，能迅速从那些杂乱的“噪点”中分辨出其背后的物理根源。

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这本书在阐述测量学和质量保证（QA）的部分，展现出一种近乎偏执的严谨性。在我看来，很多同类书籍往往一带而过，只给出几个简单的验收标准，但此书却提供了一套完整的、可操作性极强的质量控制流程。作者不仅详细列举了从探头健康检测到系统漂移校准的全套步骤，还深入挖掘了影响测量精度的环境因素，例如室温变化对换能器谐振频率的影响，甚至细致到不同水槽材料对声传播的影响。这已经超越了一般性的理论指导，更像是一份工业级标准操作手册（SOP）。书中关于不确定度分析的讨论也极其到位，它教会你如何量化报告中每一个数值的可靠性，而不是简单地给出一个数字就完事大吉。对于那些需要撰写严格的计量学报告或进行临床研究的人来说，这本书提供的不仅是知识，更是一套严密的科学方法论，让人从根本上理解“准确”的含义。

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