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第一章　生物力学1

第一节　生物组织的力学特性1

1.1.1　应力和应变1

1.1.2　弹性模量2

1.1.3　物质的粘弹性3

1.1.4　生物组织的力学性质5

第二节　作用在人体上的力10

1.2.1　平衡原理11

1.2.2　人体动力学14

1.2.3　行走与跑步时的力学模型16

第三节 生物力学的测量方法和技术19

1.3.1　静态测量方法19

1.3.2　动力学测量21

第四节　细胞生物力学22

1.4.1 细胞的力学结构及其组成材料和亚结构的力学特性23

1.4.2 与细胞有关的力及细胞与环境的相互作用27

1.4.3　关于细胞形态结构与受力作用的关系及其本构方程33

1.4.4　细胞生物力学研究的实验方法36

参考文献43

思考题43

第一节　生物流变学物理基础45

2.1.1 连续性原理和伯努利方程45

第二章　生物流变力学45

2.1.2　牛顿粘滞性定律48

2.1.3　牛顿流体与非牛顿流体49

2.1.4　泊肃叶定律50

2.1.5　雷诺数52

2.1.6　分支管的流动52

2.2.1　血液的粘度53

2.1.7　物体的粘弹性53

第二节　血液的流变学性质53

2.2.2　血浆粘度54

2.2.3　Casson方程54

2.2.4　血液的触变性和滞后现象55

第三节　影响血液粘度的因素55

2.3.4 毛细管的逆转现象与临界半径56

2.3.3　Fahraeus-Lindqvist效应56

2.3.2　血细胞的聚集性与变形性的影响56

2.3.1 血细胞比积对血液粘度的影响56

2.3.5　温度效应57

第四节　血细胞的流变性57

2.4.1　红细胞的结构57

2.4.2 RBC的变形性及外环境的一些影响因素59

2.4.3　红细胞的聚集性59

2.4.4　白细胞的流变性60

2.4.5　凝血、纤溶与血栓形成61

第五节　血液的流动62

2.5.1　RBC变形性对血流的影响62

2.5.2　血液在各种血管中的流动63

第六节　血液流变学参数测定和医学应用65

2.6.1　血液粘度的测定65

2.6.2　红细胞变形性测定66

2.6.3　红细胞聚集性测定68

2.6.4　医学应用69

2.7.1　肺通气的动力70

第七节　呼吸力学及呼吸功能测量70

2.7.2　肺的顺应性71

2.7.3　气体在气道中的流动73

2.7.4　呼吸功能的测量74

2.7.5 呼吸机77

思考题79

参考文献80

第一节　触觉的物理学81

3.1.1 触觉81

第三章　感觉的物理学81

3.1.2　温度感受器83

3.1.3　伤痛感受器84

第二节　耳和听觉的物理学84

3.2.1 人耳的结构与听觉的物理过程84

3.2.2　耳的听觉灵敏度与听觉的基本规律88

3.2.3　听力测试与助听91

第三节　眼和视觉的物理学95

3.3.1 眼球的光学结构95

3.3.2　视觉的物理特性98

3.3.3　眼的屈光不正及其纠正106

3.4.1　感觉的量度111

3.4.2　Weber与Fechner定律111

第四节 客观刺激和主观感觉的关系与心理物理学111

3.4.3　幂定律112

思考题113

参考文献113

第四章　生物热力学114

第一节　人体代谢114

4.2.1　焓115

第二节 生命现象研究的几个重要热力学函数115

4.2.2　吉布斯自由能116

4.2.3　生物生长过程中的熵116

第三节　体温与体温的控制117

4.3.1　体温118

4.3.2　温度梯度118

4.3.3　热盈和热亏118

4.3.4　人体的热性质119

4.3.5　人体的加热率120

4.3.6　体温的调节127

第四节 热和冷的生物效应及医学应用129

4.4.1　高温热效应129

4.4.2　低温冷效应130

4.4.3　人对热和冷的耐受性131

4.4.4　热和冷冻的医疗作用133

第五节　分子迁移现象与跨膜输运143

4.5.1 粘滞现象143

4.5.2　热传导144

4.5.3　扩散145

4.5.4　跨膜迁移过程146

第六节 各种热学参数的测量与控制147

4.6.1 温度的测量与控制148

4.6.2　热量的测量156

4.6.3　物性热参数的测量-热分析术157

思考题163

参考文献164

5.1.1 人体的电性质165

第一节　人体电磁物理现象165

第五章　人体电磁学165

5.1.2　人体的磁特性169

5.1.3　磁共振频谱分析及在生物医学的应用176

第二节　细胞生命电现象177

5.2.1　神经细胞膜的电学特性177

5.2.2　电缆学说180

5.2.3　动作电位的离子学说181

5.2.4 Hodgkin-Huxley理论183

5.3.1 心肌细胞膜和心肌细胞的极化186

第三节　心电原理186

5.3.2　一块心肌的极化187

5.3.3　缺血向量的损伤向量188

5.3.4　空间心电向量环189

5.3.5　心电导联192

5.3.6　心电图的形成原理194

第四节　脑电及肌电原理196

5.4.1 脑电描记197

5.4.2　脑电波形198

5.4.3　肌电原理200

第五节　生物磁学203

5.5.1　生物磁信号203

5.5.2　生物磁场的测量203

5.5.3　生物磁场及其应用205

第六节 电磁波的生物效应208

5.6.1 直流电对人体的作用210

5.6.2　低频电对人体的作用211

5.6.3　高频电对人体的作用212

5.6.4　射频和微波对生物体的作用机制213

5.6.5　射频和微波的作用222

5.6.6　射频和微波的安全标准223

思考题224

参考文献224

第六章　声学基础与医学超声226

第一节　声学原理226

6.1.1 声波的基本概念226

6.1.2　声波的波动方程229

6.1.3　声波的反射与折射230

6.1.4　声波的干涉236

6.1.5　声波的辐射237

6.1.6　声波的散射现象243

6.1.7　声波的衰减与吸收245

6.1.8　多普勒效应247

第二节　超声基础249

6.2.1　超声的特性249

6.2.2　超声的产生250

6.2.3　超声场的描述与分析262

6.3.1 脉冲回波技术266

第三节　超声诊断266

6.3.2　超声成像267

6.3.3　常用超声诊断仪器272

6.3.4　超声诊断的新发展274

第四节　超声治疗275

6.4.1 概述275

6.4.2　超声治疗原理276

6.4.3　超声热疗279

6.4.4　高强度聚焦超声281

6.4.5　超声外科手术仪287

思考题289

参考文献290

第七章　光和激光在生物医学中的应用291

第一节　光与激光的特性291

7.1.1 光的基本特性291

7.1.2　激光的产生与特性292

第二节 激光器的种类和激光的特性参数与测量297

7.2.1　激光器的分类297

7.2.2　激光的参数与测量299

第三节 光与生物组织的相互作用302

7.3.1 光与生物组织和材料的相互作用方式303

7.3.2　光对组织的生物作用机制305

第四节　生物组织的光学特性309

7.4.1　皮肤的光学特性309

7.4.2　眼的光学特性312

7.4.3　其他生物组织的光学特性315

第五节 常用的激光技术及其生物医学应用316

7.5.1　激光调制技术316

7.5.2　生物医学检测分析和诊断用的激光和光电子技术317

第六节 激光对生物组织和材料的加工处理323

7.6.1 激光生物组织和材料加工处理的原理与特点323

7.6.2　激光材料蚀除与雕刻切割326

7.6.3　激光功能性薄膜制作328

7.6.4　激光快速成型329

7.6.5　其他激光材料表面处理法330

第七节　激光疗法与激光整型美容331

7.7.1　光热疗法331

7.7.2　激光光化疗法333

7.7.3　冷光疗法335

7.7.4　等离子中介光碎裂疗法336

7.7.5　低功率激光疗法337

7.7.6　激光整形美容339

第八节　激光安全防护341

7.8.1 激光对眼的可能损伤及其防护341

7.8.2　激光对皮肤的可能损伤及其安全防护342

7.8.3　激光对神经系统的影响343

7.8.4　激光危险性分级343

思考题346

参考文献347

第八章 电离辐射及其生物医学应用348

第一节 电离辐射基础物理学349

8.1.1　基于非核过程的电离辐射349

8.1.2　基于核过程的电离辐射353

第二节 电离辐射与物质的相互作用358

8.2.1　X射线、γ射线与物质的相互作用358

8.2.3　β粒子（电子束）与物质的相互作用362

8.2.2　α粒子、重离子与物质的相互作用362

8.2.4　中子与物质的相互作用363

第三节 电离辐射的生物效应364

8.3.1　本底电离辐射365

8.3.2　直接作用365

8.3.3　间接作用365

8.3.4　辐射效应的阶段366

8.3.5　影响电离辐射效应的因素366

8.3.6　相关计量概念367

8.4.1 辐射防护的基本原则370

8.3.7 电离辐射对正常和肿瘤组织的影响370

第四节 电离辐射的防护370

8.4.2 电离辐射剂量计算和防护方法371

第五节 电离辐射探测仪器及原理376

8.5.1　气体电离室法376

8.5.2　盖革-弥勒（G-M）计数管377

8.5.3　热释光剂量仪377

8.5.4　闪烁探测器378

8.5.5　半导体探测器378

8.5.7　其他剂量测定方法379

8.5.6　液体闪烁探测法379

8.5.8　放射测量的注意事项380

第六节 放射影像及放射治疗基本原理380

8.6.1　X射线影像学原理380

8.6.2　远距离放射治疗381

8.6.3　近距离放射治疗386

8.6.4 γ刀和X刀387

8.6.5　中子俘获治疗388

8.7.1　核医学诊断学389

第七节　核医学389

8.7.2　核医学治疗学397

第八节　体外放射免疫分析400

思考题402

参考文献402

第九章 生物医学信号检测与处理403

第一节　生物医学信号测量403

9.1.1　生物量测量403

9.1.2　无创测量与微创测量407

9.1.3　有创测量409

9.1.4　离体测量410

第二节　离散信号与系统414

9.2.1　连续信号与离散信号414

9.2.2　线性时不变（LTI）系统418

9.2.3　采样定理420

第三节　Z变换422

9.3.1 Z变换的定义与收敛域422

9.3.2　Z变换性质423

9.4.2　周期序列的离散傅里叶级数（DFS）425

第四节 连续傅里叶变换与离散傅里叶变换425

9.4.1 傅里叶变换的几种可能的形式425

9.4.3　离散傅里叶变换（DFT）426

9.4.4　快速傅里叶变换（FFT）427

第五节　生物随机信号检测429

9.5.1 概述429

9.5.2　极大后验概率检测431

9.5.3　贝叶斯准则433

9.5.4　时间序列检测435

9.5.5　心电信号检测440

思考题449

参考文献449

第十章 医学成像原理及处理451

第一节　成像系统基本概念452

10.1.1 成像过程中的数学描述452

10.1.2　成像方程454

10.1.3　位置独立性456

10.1.5　高维傅里叶变换和卷积459

10.1.4　噪声459

10.1.6　图像重建方法462

10.1.7　图像采样466

第二节　医学成像系统467

10.2.1　超声成像467

10.2.2　常规X射线摄影479

10.2.3　X射线计算机断层成像484

10.2.4　磁共振成像491

10.2.5　核医学成像516

10.2.6　阻抗成像524

10.2.7　医学影像归档与通信系统528

第三节　医学图像处理与分析529

10.3.1　数字图像概念530

10.3.2　图像显示531

10.3.3　图像处理基础534

10.3.4　图像分析540

思考题548

参考文献549

索引550