生物医学工程学

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 什么是生物医学工程 1
1.2 生物医学工程学是现代医学发展的重要推动力 2
1.3 国际生物医学工程教育概貌 3
1.4 北京协和医学院生物医学工程系 3
1.5 拉斯克医学奖中的生物医学工程技术 4
1.5.1 电子显微镜（1960年） 4
1.5.2 聚酯人工动脉血管（1963年） 4
1.5.3 细胞器电子显微术（1966年） 4
1.5.4 体外循环手术用心肺机（1968年） 5
1.5.5 心脏除颤器和起搏器（1973年） 5
1.5.6 全关节置换（1974年） 6
1.5.7 计算机断层成像（1975年） 6
1.5.8 超声诊断技术（1977年） 6
1.5.9 冠状动脉血管造影（1983年） 7
1.5.10 磁共振成像（1984年） 7
1.5.11 血液透析治疗末期肾脏疾病（2002年） 7
1.5.12 人工主动脉瓣膜和二尖瓣瓣膜（2007年） 8
1.5.13 现代人工耳蜗（2013年） 8
1.5.14 深部脑刺激治疗帕金森疾病（2014年） 8
1.6 本书的框架结构和主要内容 9
第2章 生物材料 10
2.1 生物材料的定义与演进 10
2.2 生物材料应用概述 11
2.3 生物材料的分类 14
2.4 生物材料引起的宿主反应 15
2.4.1 血液接触材料引发的凝血 15
2.4.2 组织植入材料引发的宿主反应 21
2.4.3 组织植入物宿主反应的各个阶段 23
2.4.4 影响宿主反应的其他因素 30
2.5 生物相容性 31
2.5.1 生物相容性定义 31
2.5.2 生物相容性评价 32
2.5.3 对生物材料和生物相容性的回顾和展望 35
2.6 小结 36
参考文献 36
第3章 植入物与假体 37
3.1 金属与合金类植入物与假体 37
3.1.1 形状记忆合金与血管内支架 38
3.1.2 贵金属与可植入药物芯片 40
3.2 高分子材料 41
3.2.1 高分子材料概述 41
3.2.2 人工血管 42
3.2.3 神经引导导管 46
3.2.4 用于眼科的聚丙烯酸酯类医用高分子材料 49
3.3 陶瓷和碳材料 50
3.4 复合材料 51
参考文献 52
第4章 人工器官 53
4.1 人工器官概述 53
4.2 人工肾 55
4.2.1 肾脏的功能 55
4.2.2 人工肾的基本构成和工作原理 56
4.2.3 透析膜及人工肾的历史 57
4.2.4 新材料和新技术对人工肾研发与应用的推动 59
4.3 体外循环支持系统 60
4.4 人工心脏和心室辅助循环装置 64
4.4.1 主动脉内气囊反搏 64
4.4.2 心室辅助循环装置 65
4.4.3 全人工心脏 65
参考文献 66
第5章 组织工程与再生医学 68
5.1 基本概念 68
5.2 组织工程与再生医学的要素 70
5.2.1 种子细胞 70
5.2.2 生物材料支架 73
5.2.3 生物反应器 80
5.3 组织工程研究应用举例 84
5.3.1 产生力学刺激的支架 84
5.3.2 导电性支架 87
5.3.3 全器官脱细胞支架 90
5.4 小结 93
参考文献 93
第6章 药物递送系统 95
6.1 药物递送系统概述 96
6.2 药物递送系统的目的及作用 98
6.2.1 药物缓/控释 98
6.2.2 增强药物的稳定性，延长代谢时间 108
6.2.3 改变药物亲疏水性及穿透生物屏障的能力 111
6.2.4 增强药物的靶向性 114
6.3 用于基因递送的药物递送系统 120
6.3.1 基因技术、基因治疗及基因（核酸）载体 120
6.3.2 核酸载体的分类 121
6.3.3 阳离子型核酸载体的转染机理 121
6.4 小结 123
参考文献 124
第7章 临床医学影像及应用 125
7.1 医学成像原理及成像系统 125
7.1.1 X射线和X射线图像 125
7.1.2 计算机断层扫描 127
7.1.3 磁共振成像 129
7.1.4 超声 135
7.1.5 核医学 137
7.2 医学图像重建和处理 141
7.2.1 医学图像重建 141
7.2.2 图像处理和分析 145
7.3 医学影像在阿尔茨海默病（AD）中的应用 160
7.3.1 AD临床诊断标准 161
7.3.2 深度学习用于AD诊断 162
参考文献 165
第8章 分子影像学 168
8.1 分子影像学概述 169
8.2 分子成像探针 170
8.2.1 分子成像探针的概念 170
8.2.2 分子成像的类型 171
8.2.3 分子成像探针的结构组成 174
8.2.4 分子成像探针识别与结合靶标的生物学基础 175
8.2.5 分子成像探针的构建流程 176
8.2.6 分子成像探针的常用构建方法 177
8.3 分子影像学中的信号放大策略 179
8.4 光学分子成像举例 182
8.4.1 近红外荧光分子及靶向探针 183
8.4.2 可激活的靶向探针 183
8.4.3 内源性光学分子成像 184
8.5 光学分子成像在肿瘤成像中的应用实例 185
8.5.1 肿瘤相关受体及配体表达成像 185
8.5.2 肿瘤特异性标志物成像 187
8.5.3 肿瘤细胞凋亡成像 188
8.5.4 新生血管成像 188
8.5.5 代谢成像 189
参考文献 191
第9章 生物医学传感技术与信号检测 192
9.1 生物医学传感技术 192
9.1.1 生物医学传感器概述 192
9.1.2 生物医学传感器的分类 193
9.1.3 生物医学用电极 196
9.1.4 生物芯片 197
9.1.5 生物微机电系统 201
9.1.6 可穿戴传感技术 202
9.2 生物医学信号检测 204
9.2.1 生物医学信号的生理基础 204
9.2.2 生物医学信号的种类 204
9.2.3 生物医学信号检测的基本特点 205
9.2.4 生物医学信号检测的常用方法 208
9.2.5 生物医学信号检测仪器 210
9.2.6 生物医学信号检测的发展趋势 211
参考文献 212
第10章 纳米生物医学检测 214
10.1 生物医学检测常用反应与原理 214
10.1.1 酶反应 214
10.1.2 微生物反应 215
10.1.3 免疫反应 215
10.1.4 核酸反应 216
10.2 纳米科技概述 216
10.2.1 纳米材料的定义和纳米效应 217
10.2.2 生物医学检测中常用的纳米材料 218
10.3 纳米生物医学检测原理与实例 221
10.3.1 金纳米颗粒的应用 221
10.3.2 碳纳米管的应用 225
10.3.3 磁性纳米颗粒的应用 227
10.3.4 量子点的应用 228
10.4 小结 229
参考文献 229
第11章 人体的电特性和电子医学 231
11.1 细胞膜的电特性 231
11.1.1 细胞膜的组成和结构 231
11.1.2 细胞膜的阻容特性 232
11.2 人体的电特性 233
11.2.1 电的生理效应 233
11.2.2 人体电击的类型 234
11.2.3 电流频率的影响 235
11.2.4 电气安全措施 236
11.3 电子医学 237
11.3.1 细胞外刺激 238
11.3.2 电刺激治疗的应用 239
11.3.3 其他形式的刺激 244
参考文献 246
第12章 生物力学 247
12.1 生物力学概述 247
12.1.1 生物力学的定义和研究特点 247
12.1.2 生物力学的研究范畴 247
12.2 有限元分析概述和示例 248
12.2.1 有限元分析概述 248
12.2.2 有限元分析应用示例 249
12.3 血液循环动力学 251
12.3.1 流体运动的基本规律 252
12.3.2 血液的流动 255
12.3.3 血液黏度的影响因素 258
12.3.4 心脏的功 261
12.3.5 血管的弹性 263
12.3.6 脉搏波的形成和传播 265
12.4 组织的应力与生长 266
12.4.1 应力-生长法则 266
12.4.2 软组织的应力与生长 267
12.4.3 骨组织的应力与生长 269
参考文献 269
第13章 力学生物学 270
13.1 力学生物学概述 270
13.2 力学生物学中的力学测量手段 271
13.2.1 牵引力显微镜 272
13.2.2 原子力显微镜 272
13.2.3 光镊 272
13.2.4 微柱阵列型结构基底 273
13.2.5 基于荧光的分子探针 273
13.2.6 基于植入物的力学测量 273
13.3 机械力信号转导 273
13.4 发育以及生理活动中的力学生物学 277
13.5 力学生物学与疾病治疗 278
13.5.1 心血管疾病 278
13.5.2 恶性肿瘤 279
13.5.3 细胞治疗 280
13.6 小结 281
参考文献 282
第14章 生物信息学 285
14.1 生物信息学概述 285
14.2 数据驱动的现代生物学 287
14.2.1 生物学中的序列数据 287
14.2.2 生物学中的结构数据 288
14.2.3 生物学中的基因表达数据 289
14.2.4 生物学中的表观遗传学数据 290
14.2.5 生物学中的系统生物学数据 290
14.3 关键生物信息学算法概述 291
14.3.1 生物序列比对分析 291
14.3.2 基因表达数据的聚类 295
14.3.3 分类和预测 296
14.3.4 维数灾难 297
14.4 生物信息学数据管理与数据库 298
14.4.1 FAIR准则与数据标准 298
14.4.2 生物信息数据库 300
14.5 转化生物信息学 301
14.6 小结 304
参考文献 305
第15章 生命系统数学模型的建立与仿真 306
15.1 模型与实体 306
15.1.1 模型与实体的概念 306
15.1.2 模型与实体的关系 306
15.2 系统模型 307
15.2.1 系统和系统模型 307
15.2.2 模型的分类 307
15.3 建模与仿真 308
15.3.1 建模过程 309
15.3.2 计算机仿真