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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