生物机械工程导论PDF电子书下载

序 2

前言 2

第1篇　生物机械工程基础 2

第1章　绪论 2

1.1 生物机械工程的概念 2

1.1.1　生物机械工程概念的提出、背景及意义 2

1.1.2　生物机械工程与传统意义的机械工程的联系与区别 3

1.1.3　生物机械工程的任务和发展目标 4

1.2 生物机械工程的地位 4

1.3 生物机械工程的主要研究领域 5

1.4　生物机械工程发展的基本条件与主要趋势 8

1.4.1　发展生物机械工程的基本要求 8

1.4.2　生物机械工程的主要发展趋势 9

第2章　人体系统及理论 11

2.1 人体系统工程及人体组成 11

2.1.1　人体系统工程的概念 11

2.1.2　人体系统综合分析 11

2.2　人体数学模型 14

2.2.1　基于B样条曲面的人体模型 15

2.2.2　基于Hanavan人体模型的无支撑运动数学模型 19

2.2.3　基于L-E法和铰分解法的人体运动数学模型 22

2.3.1　人体组织对自然辐射光的光学特性 27

2.3　人体光学特性 27

2.3.2　人体组织的自发射光 32

2.4　人体电学特性 34

2.4.1　细胞电活动和电特性 34

2.4.2　人体组织和器官的电阻抗与电活动图 42

2.5　人体机械特性 49

2.5.1　人体转动惯量分析 50

2.5.2　人体的振动特性 53

3.1.1　发展历史 63

第3章　生物力学基础 63

3.1 生物力学概述 63

3.1.2　背景和需要 64

3.2 生物力学的力学基础 65

3.2.1　运动和力 65

3.2.2　连续介质力学基础 65

3.2.3　本构关系——流变学的主题 75

3.2.4　生物流体力学基础 82

3.3　活组织力学性质 94

3.3.2　软组织的力学性质 95

3.3.1　骨的力学性质 95

3.3.3　关节软骨的力学性质 99

3.3.4　生物粘弹性流体 104

3.4　肌肉力学基础 107

3.4.1　骨骼肌、心肌和平滑肌 107

3.4.2　骨骼肌的微结构和收缩机理 108

3.4.3　Hill方程和Hill模型 109

第4章　生物材料学 117

4.1 生物材料学概述 117

4.2.2　类型 118

4.2.1　结构特征 118

4.2　天然生物材料 118

4.2.3　天然生物材料的研究应用举例 119

4.3 生物医用材料 121

4.3.1　生物医用材料性能的要求 121

4.3.2　生物医用材料类型 121

4.3.3　材料反应和宿主反应 127

4.3.4　生物医学材料应用研究举例 128

4.4　仿生和组织工程材料 129

4.4.1　仿生结构材料 129

4.4.2　仿生智能材料 130

4.4.3　组织工程材料 131

4.5　生物相容性评价与生物学环境 134

4.5.1　引言 134

4.5.2　生物安全性 134

4.5.3　生物功能性 135

4.5.4　生物学环境 137

5.1　人工器官置换 146

5.2.1　人工器官的发展历史 146

5.2　人工器官的发展历史和类型 146

第5章　人工器官概述 146

第2篇　人工器官 146

5.2.2　人工器官的类型 147

第6章　呼吸、循环系统的人工器官 149

6.1　人工心肺机 149

6.2　人工心脏瓣膜 149

6.2.1　概述 149

6.2.2　人工心脏瓣膜的基本条件 150

6.2.3　发展概况 151

6.3　心脏起搏器 153

6.3.1　心脏起搏器概述 153

6.3.2　心脏起搏器模式和功能 154

6.3.3　心脏起搏器电极和能源 156

6.3.4　临床应用的现状 157

6.4　人工心脏及心室辅助 158

6.4.1　概述 158

6.4.2　基本组成 159

第7章　血液净化、泌尿、免疫系统的人工器官 164

7.1　人工肾脏 164

7.2　人工血液 164

7.2.2　人工血液的种类 165

7.2.1　人工血液的基本要求 165

7.3　人工肝脏 168

7.3.1　概述 168

7.3.2　组合型人工肝支持系统 169

7.4　人工胰脏 172

7.5　人工血管 173

7.5.1　概述 173

7.5.2　复合血管 173

第8章　运动、感觉系统的人工器官 177

8.1　人工关节与假肢 177

8.1.1　人工关节 177

8.1.2　假肢 184

8.2.1　概述 193

8.2.2　CI系统的工作原理与结构 193

8.2　人工耳蜗 193

8.2.3　CI系统的语音处理方法 196

8.2.4　影响CI效果的关键因素 200

8.3.1　概述 201

8.3.2　生物嗅觉和味觉 201

8.3.3　电子鼻和电子舌及其应用 201

8.3 电子鼻与电子舌 201

8.2.5　展望 201

8.4　人工皮肤 202

第3篇　人体检测与信息处理 204

第9章　人体信息检测概述 204

9.1 生物医学信息 204

9.1.1　生物信息的检测与处理 204

9.1.2　人体的特征与人体医学检测的特点 208

9.2　人体医学检测的类型 211

9.2.1　人体医学检测的范围和分类 211

9.2.2　各种生物医学测量概述 213

9.3.1　基本构成 216

9.3　生物医学检测系统的结构和工作方式 216

9.3.2　工作方式 219

9.4 医学检测系统的特征与分类 220

9.4.1　医学仪器的主要技术特征 220

9.4.2　医学检测系统的特殊性 223

9.4.3　典型医学参数 224

9.4.4　医学仪器的分类 225

9.5 生物电位基础 226

9.5.1　细胞电位 226

9.5.2　生物电阻抗 231

9.5.3　生物电位 233

第10章　检测传感器 240

10.1 医用传感器 240

10.1.1　医用传感器的分类和特点 240

10.1.2　有源传感器 241

10.1.3　无源传感器 246

10.2 医用电极 252

10.2.1　电极的基本特性 252

10.2.2　体表电极 254

10.2.3　体内电极 258

10.2.4　其他电极 260

10.2.5　电极的选择与使用 261

10.3　生物传感器 263

10.3.1　概述 263

10.3.2　分类 264

10.3.3　利用生物物质的生物传感器 265

10.3.4　以生物系统为模型的生物传感器 274

10.3.5　以生物系统为对象的生物传感器 275

10.3.6　基于表面等离子共振的生物传感器 279

10.3.7　生物传感器的发展趋势 284

10.4.1　生物芯片的类型及制作技术 285

10.4　生物芯片 285

10.4.2　生物芯片作用原理 288

10.4.3　生物芯片的性能及用途 289

10.4.4　生物芯片信号检测系统 290

10.4.5　问题与展望 291

10.5　仿生传感器 292

10.5.1　生物膜与生物的感觉功能 292

10.5.2　嗅觉器官与气体传感器 292

10.5.3　仿生化学传感器 293

11.1 人体生理参数检测 298

11.1.1　循环系统各种量的测量与流量传感器 298

第11章　人体检测相关技术及应用 298

11.1.2　人体运动的测量与力学量传感器 300

11.1.3　体温的测量与温度传感器 301

11.1.4　血液中离子浓度的测量与化学传感器 302

11.1.5　测量系统 302

11.2　信息融合技术的应用 303

11.2.1　概述 303

11.2.2　多传感器信息融合技术基础 303

11.2.3　多传感器信息融合实例 308

11.2.4　多传感器集成融合在生物医学检测中的应用 309

11.3 生物电磁学测量 312

11.3.1　概述 312

11.3.2　国内外发展现状 313

11.3.3　热点问题 318

11.4　远程医疗系统 322

11.4.1　发展概况 322

11.4.2　远程医疗的定义和组成 323

11.4.3　远程医疗的目的和意义 324

11.4.4　远程医疗的支撑技术 325

11.4.5　国内外远程医疗的研究现状 326

11.4.6　发展前景及面临的问题 331

第4篇　仿生学与医用机器人 334

第12章　仿生学 334

12.1 仿生学概述 334

12.2　仿生学的研究内容和方法 335

12.2.1　与仿生学有关的领域 335

12.2.2　仿生学的研究内容 335

12.2.3　仿生学的研究方法 336

12.3　仿生学在生物机械工程中的应用 337

12.3.1　信息仿生 337

12.3.2　控制仿生 338

12.3.3　化学仿生 339

12.3.4　整体仿生 340

第13章　医用机器人 342

13.1　机器人技术概述 342

13.1.1　机器人定义 342

13.1.2　机器人进化 343

13.1.3　机器人学的结构 344

13.1.4　机器人与人类的关系 344

13.2 医用机器人 345

13.2.1　医用机器人的内容 345

13.2.2　医用机器人的特点 347

13.2.3　医用机器人发展的必要条件 348

13.3 医疗外科机器人 349

13.3.1　概述 349

13.3.2　医疗外科机器人系统的分类及特点 350

13.3.3　医疗外科机器人的发展回顾 351

13.3.4　医疗机器人实例 357

13.3.5　热点与展望 359

13.4　社会福利机器人 361

13.4.1　概述 361

13.4.2　护理机器人系统 364

13.5.1　微生物体显微操作的要求 367

13.5　微驱动机器人系统 367

13.5.2　用于显微操作的微驱动机器人系统结构 368

13.5.3　研制工作中遇到的问题 369

13.6　其他仿生机器人系统 371

13.6.1　步行机器人 371

13.6.2　仿蛇系统 373

13.6.3　人工脑 376

13.6.4　自主机器人 380

13.6.5　进化机器人 384

14.1.1　设计的概念 388

14.1　设计的基本过程 388

第5篇　生物机械设计 388

第14章　生物机械设计概述 388

14.1.2　设计的内涵 389

14.1.3　设计的一般程序 390

14.2　生物机械设计原则 394

14.2.1　生物机械的设计原则 394

14.2.2　生物机械的一般技术条件 395

14.2.3　生物机械发展展望 397

14.3.1　设计面临的形势 398

14.3　现代设计方法概述 398

14.3.2　现代设计的概念 399

14.3.3　现代设计方法的基本内容 401

14.3.4　现代设计方法的特点 401

14.3.5　现代设计理论简介 402

14.4　常用现代设计方法简介 406

14.4.1　优化设计 406

14.4.2　可靠性设计 406

14.4.3　工业造型设计 407

14.4.4　计算机辅助设计 408

14.4.5　概念设计 409

第15章　生物机械人机工程设计 412

15.1　概述 412

15.1.1　人机工程设计的概念 412

15.1.2　人机工程设计的研究内容 413

15.1.3　人机工程设计的研究方法 414

15.2　人的因素 416

15.2.1　人体测量和人体尺寸 417

15.2.2　人体力学和人体动作 420

15.2.3　人体感觉器官的功能和特性 424

15.3　生物机械显示装置设计 433

15.3.1　显示装置的分类 434

15.3.2　视觉显示装置 434

15.3.3　仪表设计的基本原则 436

15.3.4　刻度指针式仪表设计 437

15.3.5　数字式仪表设计 442

15.3.6　仪表的布局与排列 444

15.3.7　信号灯 445

15.3.8　图形和符号 447

15.3.9　荧光屏显示设计 448

15.4.2　操纵装置选择 451

15.4　生物机械操纵装置设计 451

15.4.1　操纵装置类型 451

15.4.3　操纵装置人机工程设计 452

15.5　生物机械操纵与显示装置组合设计 459

15.5.1　位置相合性 459

15.5.2　运动方向相合性 460

15.5.3　操纵－显示比 460

15.6　手握式器械设计 461

15.6.1　手握式工具设计原则 462

15.6.2　把手设计 462

15.6.3　把手设计实例 463

第16章　生物机械安全设计 464

16.1 生物机械安全设计基本概念 464

16.1.1　生物机械的本质安全 464

16.1.2　生物机械安全设计的目的 466

16.1.3　由生物机械引起的危害 467

16.2　生物机械安全设计基本内容 468

16.2.1　安全设计的主要内容 469

16.2.2　可靠性设计 470

16.2.3　维修性设计 474

16.3.1　电流的生理效应 477

16.3 生物机械的电气安全设计 477

16.3.2　产生电击的因素 479

16.3.3　电击防护措施 482

第17章　生物机械创新设计 486

17.1 生物机械创新设计概念 486

17.1.1　创新设计与常规设计的关系 486

17.1.2　创新设计过程 488

17.1.3　创新设计特点 488

17.2　生物机械创新设计技法 489

17.2.1　智力激励法 489

17.2.2　检核目录法 490

17.2.3　组合法 492

17.2.4　特性、缺点、希望列举法 494

17.2.5　反向发明法 496

17.2.6　类比－联想技法 497

17.2.7　模仿法 498

17.2.8　置换思维法 501

17.2.9　调查研究法 501

第18章　生物机械设计实例 504

18.1 医疗器械的人机工程设计 504

18.1.1　乳腺癌检测仪人机工程设计要求 504

18.1.2　检测仪结构方案人机工程设计 505

18.2　假肢的计算机辅助设计 507

18.2.1　假肢接受腔计算机辅助设计 507

18.2.2　假肢接受腔计算机辅助制造系统 509

18.2.3　数控加工中心 510

18.3　钴－60辐照装置安全设计 510

18.3.1　安全控制系统 511

18.3.2　安全防护措施 512

18.4 内窥检查机器人移动机构创新设计 514

18.5　机器人机械系统的并行设计 515

18.5.2　机器人机械系统并行设计的模式探讨 516

18.5.1　机器人机械系统的设计特点 516

18.6 基于反求设计技术的口腔修复CAD系统 519

18.6.1 基于反求设计的口腔修复CAD/CAM系统 519

18.6.2　口腔修复反求设计技术 521

18.6.3　口腔修复CAD系统 522

18.7 人工心脏叶轮泵的CAD/CAM 524

18.7.1　叶轮泵结构和运动机理 525

18.7.2　叶轮泵设计要点 525

18.7.3　泵叶轮叶片CAD 525

18.7.4　泵叶轮叶片CAM 526

参考文献 528