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