目錄
第二版前言
第一版前言
第1章 緒論 1
1.1 什么是生物醫(yī)學工程 1
1.2 生物醫(yī)學工程學對現(xiàn)代醫(yī)學的推動作用 1
1.3 生物醫(yī)學工程的主要分支學科 2
1.4 生物醫(yī)學工程的臨床應用案例 3
1.5 生物醫(yī)學工程教育 9
1.6 本書的框架結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容 9
參考文獻 10
第2章 生物材料 11
2.1 生物材料的定義與演進 11
2.2 生物材料應用概述 12
2.3 生物材料的分類 15
2.4 各屬性生物材料的特性 16
2.4.1 金屬與合金類材料 16
2.4.2 高分子材料 17
2.4.3 陶瓷和碳素材料 18
2.4.4 復合材料 19
2.5 納米生物材料 21
2.5.1 基礎術(shù)語 21
2.5.2 為什么需要納米生物材料 22
2.5.3 納米顆粒的若干物理效應 23
2.5.4 納米材料構(gòu)建策略和常見種類 29
2.6 本章總結(jié) 30
參考文獻 31
第3章 生物材料的力學特性 32
3.1 高分子材料的力學特性和重要指標 32
3.2 人體組織的力學性質(zhì) 35
3.2.1 骨組織 36
3.2.2 軟骨組織 37
3.2.3 骨骼肌 38
3.2.4 肌腱與韌帶 39
3.2.5 血管 40
3.2.6 皮膚 42
3.3 生物組織與合成材料的力學性質(zhì)對比 42
3.4 本章總結(jié) 44
參考文獻 44
第4章 宿主對生物材料的反應 45
4.1 概述 45
4.2 血液與材料的相互作用 46
4.2.1 蛋白分子在材料表面的非特異性吸附 46
4.2.2 材料表面吸附的蛋白分子介導血液細胞的黏附和血栓形成 49
4.3 植入結(jié)締組織的材料引發(fā)的宿主反應 52
4.3.1 概述 52
4.3.2 異物反應 53
4.3.3 組織植入物宿主反應的各個階段 54
4.4 影響宿主反應的宿主自身因素 61
4.5 納米生物材料的宿主反應(生物學特性) 62
4.5.1 蛋白質(zhì)非特異性吸附與蛋白冠形成 62
4.5.2 跨越生物屏障與細胞內(nèi)分布 63
4.5.3 納米材料的共性異物反應——引起細胞內(nèi)活性氧水平升高 64
4.5.4 納米材料的類酶催化活性 66
4.6 生物相容性 68
4.6.1 定義 68
4.6.2 生物相容性的內(nèi)涵 68
4.6.3 力學相容性與宿主反應的關系 69
4.6.4 生物相容性評價中的若干要點 71
4.6.5 納米材料生物學效應評價/納米毒理學 72
4.6.6 對生物材料和生物相容性的回顧和展望 75
4.7 本章總結(jié) 75
參考文獻 76
第5章 植入性醫(yī)療器械 77
5.1 概述 77
5.2 以形狀記憶材料為基礎的管腔內(nèi)支架 79
5.3 金屬材料制作的植入式藥物芯片 81
5.4 合成高分子材料制作的人工血管 83
5.4.1 概述 83
5.4.2 人工血管等血液接觸性醫(yī)療器械的抗凝血和抗感染 85
5.5 神經(jīng)引導導管 88
5.6 以聚丙烯酸酯類高分子材料為基礎的眼科植入醫(yī)療器械 91
5.7 本章總結(jié) 91
參考文獻 91
第6章 人工器官 93
6.1 定義和概述 93
6.2 人工腎 95
6.2.1 腎臟的功能 95
6.2.2 人工腎的基本構(gòu)成和工作原理 97
6.2.3 人工腎的歷史 99
6.2.4 透析膜材料及其研發(fā)進展 101
6.2.5 透析機的發(fā)展 105
6.2.6 血管通路的建立 105
6.2.7 對人工腎的總結(jié)與展望 106
6.3 體外循環(huán)支持系統(tǒng) 106
6.4 人工心臟和心室輔助循環(huán)裝置 109
6.4.1 主動脈內(nèi)氣囊反搏技術(shù) 110
6.4.2 心室輔助循環(huán)裝置 110
6.4.3 全人工心臟 111
6.5 本章總結(jié) 112
參考文獻 113
第7章 組織工程與再生醫(yī)學 114
7.1 基本概念 114
7.2 種子細胞 117
7.3 生物材料支架 119
7.4 生物材料支架的常用制備方法 121
7.4.1 高壓靜電紡絲法制備納米纖維結(jié)構(gòu)支架 121
7.4.2 水凝膠 125
7.5 生物反應器 127
7.5.1 機體內(nèi)部的動態(tài)環(huán)境 127
7.5.2 動態(tài)培養(yǎng)條件的產(chǎn)生方法及其重要性 128
7.6 組織工程研究中多要素的綜合應用舉例 133
7.6.1 磁性納米復合材料支架的運用 133
7.6.2 導電性復合材料支架的運用 136
7.6.3 全器官脫細胞支架 141
7.7 臨床應用案例 143
7.8 本章總結(jié) 144
參考文獻 144
第8章 藥物遞送系統(tǒng) 146
8.1 藥物遞送系統(tǒng)的基本概念 146
8.2 藥物的體內(nèi)過程與藥物動力學 148
8.2.1 藥物劑量與效應的關系 148
8.2.2 藥物的體內(nèi)過程 149
8.2.3 藥物動力學的基本概念 149
8.3 藥物遞送系統(tǒng)的目的與作用 151
8.3.1 藥物緩/控釋概述 151
8.3.2 藥物緩/控釋的實現(xiàn)方式 153
8.3.3 增強藥物的穩(wěn)定性，延長代謝時間 160
8.3.4 改變藥物親疏水性及穿透生物屏障的能力 163
8.3.5 增強藥物的靶向性 167
8.4 用于基因治療的DDS 172
8.4.1 基因治療技術(shù)及核酸藥物 172
8.4.2 核酸藥物的載體及其分類 174
8.4.3 陽離子型核酸載體及其轉(zhuǎn)染機理 175
8.4.4 其他非病毒核酸載體 178
8.5 本章總結(jié) 179
參考文獻 179
第9章 生物醫(yī)學傳感與檢測 181
9.1 生物醫(yī)學傳感技術(shù) 181
9.1.1 生物醫(yī)學傳感器概述 181
9.1.2 各類傳感器介紹 182
9.1.3 生物傳感器的主要組成元件 185
9.2 生物醫(yī)學信號 186
9.2.1 生物醫(yī)學信號的種類 186
9.2.2 生物醫(yī)學信號的特點 188
9.2.3 生物醫(yī)學信號的檢測原理 190
9.2.4 生物醫(yī)學信號傳感檢測舉例 192
9.2.5 生物醫(yī)學傳感器設計中需要考慮的因素 194
9.3 納米生物傳感技術(shù) 195
9.3.1 納米生物傳感技術(shù)的特點和優(yōu)勢 195
9.3.2 典型納米生物傳感檢測系統(tǒng) 196
9.4 基于生物傳感技術(shù)的生物醫(yī)學檢測系統(tǒng)與醫(yī)學儀器 205
9.4.1 生物醫(yī)學檢測系統(tǒng)分類與特點 205
9.4.2 生物芯片系統(tǒng)及應用概述 207
9.4.3 微流控芯片 209
9.4.4 生物微機電系統(tǒng) 210
9.4.5 生物醫(yī)學儀器簡述 210
9.4.6 可穿戴設備 212
9.5 本章總結(jié) 213
參考文獻 213
第10章 生物電子技術(shù)及電子醫(yī)學 215
10.1 引言 215
10.2 生物電及電生理學基礎 215
10.2.1 生物電現(xiàn)象 216
10.2.2 心電現(xiàn)象與心電圖 217
10.2.3 腦電現(xiàn)象與腦電圖 218
10.2.4 生物電現(xiàn)象的機理 219
10.2.5 細胞生物電測量技術(shù) 221
10.3 人體的電特性 222
10.3.1 生物組織的電特性 222
10.3.2 細胞膜的結(jié)構(gòu)和電特性 223
10.3.3 生物組織的阻抗特性 224
10.3.4 人體的電阻抗特性 225
10.3.5 電阻抗測量的生物醫(yī)學應用 226
10.4 電磁能/場的生物效應 228
10.4.1 電場對細胞的作用 228
10.4.2 電流對組織及生物體的效應 230
10.4.3 電磁場對生物分子的作用 231
10.5 電子醫(yī)學 232
10.5.1 電刺激系統(tǒng)的基本構(gòu)成 232
10.5.2 組織消融技術(shù) 233
10.5.3 心臟起搏及除顫 235
10.6 神經(jīng)調(diào)節(jié) 237
10.6.1 侵入式神經(jīng)調(diào)控技術(shù) 237
10.6.2 非侵入式神經(jīng)調(diào)控技術(shù) 243
10.6.3 功能性電刺激 245
10.6.4 腦機接口概述 246
10.7 本章總結(jié) 248
參考文獻 248
第11章 生物醫(yī)學光學 251
11.1 生物醫(yī)學光學簡介 251
11.2 生物醫(yī)學光學中的光源 251
11.3 光與組織的相互作用 253
11.3.1 組織的光吸收 254
11.3.2 組織的光散射 254
11.3.3 光與組織的相互作用的類型 255
11.4 生物組織的發(fā)光效應 257
11.5 生物醫(yī)學光學應用 258
11.5.1 光學成像 258
11.5.2 光學治療 260
11.5.3 光學操控 263
11.6 本章總結(jié) 265
參考文獻 266
第12章 力學生物學 268
12.1 概述 268
12.2 力學生物學中的力學測量 270
12.3 機械力信號轉(zhuǎn)導 272
12.4 發(fā)育以及生理活動中的力學生物學 276
12.5 力學生物學與疾病及其治療應用 277
12.6 本章總結(jié) 281
參考文獻 281
第13章 生物醫(yī)學成像 284
13.1 概述 284
13.2 X射線和計算機斷層掃描 285
13.2.1 傳統(tǒng)的X射線成像 285
13.2.2 計算機斷層掃描 286
13.3 磁共振成像 287
13.3.1 核磁共振現(xiàn)象 287
13.3.2 MRI儀器的基本原理 287
13.3.3 MRI的發(fā)展趨勢 289
13.4 超聲成像 290
13.4.1 超聲圖像的產(chǎn)生原理 290
13.4.2 多普勒超聲成像 291
13.5 核醫(yī)學 293
13.5.1 核醫(yī)學成像的方法 293
13.5.2 核醫(yī)學成像的臨床應用 293
13.5.3 伽馬相機的操作 295
13.6 醫(yī)學影像在阿爾茨海默病中的應用 296
13.6.1 阿爾茨海默病及臨床診斷現(xiàn)狀 296
13.6.2 神經(jīng)影像學在阿爾茨海默病臨床診斷中的應用 297
參考文獻 300
第14章 分子影像學基礎與應用 301
14.1 分子影像學概念和發(fā)展簡史 301
14.1.1 基本概念 301
14.1.2 發(fā)展簡史 301
14.1.3 實現(xiàn)分子影像的基本要素 303
14.2 分子成像探針 304
14.2.1 分子成像探針的結(jié)構(gòu)與組成 304
14.2.2 分子成像探針與靶標結(jié)合的生物學基礎 306
14.2.3 分子成像探針的構(gòu)建流程及主要方法 307
14.2.4 分子成像探針的體內(nèi)成像基礎 308
14.2.5 分子成像探針應具備的性能 311
14.3 增強成像信號 311
14.3.1 成像信號放大技術(shù) 312
14.3.2 降低非特異性成像信號 314
14.3.3 外場促進分子成像探針的體內(nèi)成像 316
14.4 分子成像在手術(shù)導航中的應用進展 317
14.4.1 背景 317
14.4.2 近紅外熒光分子的應用 317
14.4.3 靶向型分子成像探針術(shù)中導航的應用研究 318
14.4.4 多模式分子成像探針成像 320
14.5 本章總結(jié) 321
參考文獻 322
第15章 生物信息學 324
15.1 生物信息學的概念及發(fā)展簡史 324
15.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動的現(xiàn)代生物學 326
15.2.1 序列數(shù)據(jù) 326
15.2.2 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 327
15.2.3 基因表達數(shù)據(jù) 328
15.2.4 表觀遺傳學數(shù)據(jù) 329
15.2.5 系統(tǒng)生物學數(shù)據(jù) 329
15.3 關鍵生物信息學算法概述 330
15.3.1 生物序列比對分析 330
15.3.2 基因表達數(shù)據(jù)的聚類 334
15.3.3 分類和預測 335
15.3.4 維數(shù)災難 337
15.4 生物信息學數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫 338
15.4.1 FAIR準則與數(shù)據(jù)標準 338
15.4.2 生物信息數(shù)據(jù)庫 339
15.5 轉(zhuǎn)化生物信息學 341
15.6 本章總結(jié) 344
參考文獻 344
第16章 醫(yī)學大數(shù)據(jù)與智慧醫(yī)療 346
16.1 概述 346
16.2 醫(yī)學數(shù)據(jù)管理 348
16.2.1 醫(yī)學信息化系統(tǒng) 348
16.2.2 醫(yī)學數(shù)據(jù)的標準化 349
16.2.3 醫(yī)學信息安全與隱私保護 350
16.3 醫(yī)學大數(shù)據(jù)分析的常用技術(shù) 352
16.3.1 建模仿真 352
16.3.2 機器學習/人工智能算法 353
16.3.3 自然語言處理與大語言模型 355
16.4 智慧醫(yī)療的典型應用示例 357
16.4.1 智能預測模型示例—青少年近視進展預測 357
16.4.2 自然語言處理示例—醫(yī)學智能對話機器人 359
16.5 本章總結(jié) 361
參考文獻 362