具体描述
This authoritative book presents the basic knowledge and state-of-the-art techniques necessary to carry out investigations of the cardiovascular system using modeling and simulation. This volume contains chapters on anatomy, physiology, continuum mechanics, as well as pathological changes in the vasculature walls including the heart and their treatments. Methods of numerical simulations are given and illustrated in particular by application to wall diseases.
好的，以下是一本名为《生物力学与血液流动》的书籍简介，该书侧重于生物力学原理在血液动力学中的应用，内容详尽，不涉及《Biology and Mechanics of Blood Flows》这本书的具体内容。 --- 书名：《生物力学与血液流动》 书籍简介 本书旨在深入探讨生物力学原理在理解血液流动现象中的核心作用。我们生活在一个充满动态平衡的世界，而生物体内的液体流动，尤其是血液循环系统，是维持生命活动的关键。本书将从流体力学、材料科学和生物学交叉学科的视角，系统地梳理血液动力学的基本规律、影响因素及其在生理和病理状态下的复杂表现。 第一部分：流体力学基础与血液的本构特性 本书的开篇部分将为读者构建坚实的理论基础。我们首先回顾经典流体力学中的核心概念，包括流场分析、牛顿流体和非牛顿流体模型。血液作为一种复杂的生物流体，其流变特性是理解其在血管内流动行为的关键。 我们将详细阐述血液的非牛顿性，特别是剪切稀化现象。这不仅涉及红细胞的聚集与分散，也与血浆的粘度密切相关。我们探讨了血液在不同剪切速率下的粘度变化，并引入了如Casson模型等常用的本构方程，以精确描述血液在微循环和小血管中的流动特性。同时，我们将讨论血栓素、纤维蛋白原等生物活性物质对血液流变学的影响，为后续的生理和病理分析奠定基础。 第二部分：宏观循环：心脏泵血与大血管动力学 在宏观层面，血液循环系统是一个高度复杂的耦合系统，涉及心脏的周期性泵血功能与血管壁的弹性特性。本部分将重点分析心脏在血液循环中的驱动作用。我们利用生物力学模型来描述心肌收缩与舒张过程，将其视为一个周期性的力学激励源。通过分析心室的容积变化与压力波的产生，我们能够解释动脉血压的形成机制。 紧接着，我们转向大血管。动脉系统的结构——弹性血管壁，是调节血流脉动和压力波传播的关键。本书将深入探讨血管壁的力学特性，包括其非线性弹性、粘弹性行为以及主动收缩/舒张能力。我们引入了波动理论来描述脉搏波的传播速度和衰减，并分析了动脉顺应性（Compliance）在维持器官灌注均匀性中的作用。教科书式的分析结合实际的生物学案例，使读者能够理解动脉粥样硬化等疾病如何通过改变血管壁的力学特性进而影响整体循环。 第三部分：微循环：血液与血管壁的相互作用 微循环是血液流动研究中最具挑战性也是最富生机的领域之一。在直径小于500微米的毛细血管和微动脉中，血液流动的物理机制与大血管显著不同。本部分将聚焦于红细胞在狭窄管道中的行为，包括其变形能力、轴向排列以及“单列流动”现象。 我们探讨了红细胞与血管壁之间的相互作用，如红细胞的“滚壁”效应和界面剪切应力的分布。这些微尺度的现象直接影响了氧气和营养物质的有效交换。此外，我们将分析内皮细胞在血液剪切力刺激下的响应机制，探讨血流动力学信号如何调控血管张力、内皮细胞形态和基因表达，这是理解血管稳态与疾病发生的关键环节。本书将详细介绍先进的成像技术和微流控平台在捕捉这些微观现象中的应用。 第四部分：病理生理学中的血液动力学建模 生物力学模型不仅是描述正常生理状态的工具，更是理解病理变化的重要手段。本部分将血液动力学理论应用于临床相关的疾病场景。 1. 血栓形成与栓塞： 我们分析了血栓形成的起始阶段，即血小板的粘附、聚集和纤维蛋白的交联过程。从流变学角度看，血液粘度和凝血因子的激活如何共同促进血栓的生长。我们研究了剪切应力在诱发或抑制血栓形成中的双重角色，特别是在动脉粥样硬化斑块破裂后的高剪切暴露情境下。 2. 血管重塑与口径调节： 动脉粥样硬化和高血压是慢性疾病，其发展与血管壁长期受到的力学应力密切相关。本书将探讨血管壁张力、跨壁压力与血管平滑肌细胞增殖、基质沉积之间的反馈回路。通过有限元分析（FEA）等计算工具，我们将展示如何模拟斑块的生长和血管壁的机械响应，预测血管狭窄的进展。 3. 血液在特殊器官中的流动： 我们将单独分析在肾脏、肺部和脑部等关键器官中血液流动的特殊性。例如，肾小球的超滤过程，其依赖于精确的毛细血管静水压和胶体渗透压梯度。在脑部，血脑屏障的完整性与局部血流灌注的动态调节（脑血流自动调节）是本书关注的重点。 第五部分：前沿技术与计算方法 最后一部分将概述现代血液动力学研究中采用的关键技术和计算工具。我们将介绍计算流体力学（CFD）在模拟复杂三维血管网络中的应用，包括湍流和多相流的模拟技术。对于微循环研究，我们将回顾光学相干断层扫描（OCT）、双光子显微镜等先进的成像技术，以及它们如何提供高分辨率的流场数据。 本书旨在为生物工程、生物医学工程、生物物理学以及临床医学研究人员提供一个全面而深入的参考，揭示血液流动这一生命活动中最基础且最精妙的物理过程，并强调生物力学分析在未来精准医疗中的不可替代的价值。读者在阅读完本书后，将能够以一种量化的、基于物理原理的视角来审视心血管系统的健康与疾病。 ---
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