目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 什么是生物醫(yī)學(xué)工程 1
1.2 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要推動力 2
1.3 國際生物醫(yī)學(xué)工程教育概貌 3
1.4 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系 3
1.5 拉斯克醫(yī)學(xué)獎中的生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù) 4
1.5.1 電子顯微鏡（1960年） 4
1.5.2 聚酯人工動脈血管（1963年） 4
1.5.3 細(xì)胞器電子顯微術(shù)（1966年） 4
1.5.4 體外循環(huán)手術(shù)用心肺機(jī)（1968年） 5
1.5.5 心臟除顫器和起搏器（1973年） 5
1.5.6 全關(guān)節(jié)置換（1974年） 6
1.5.7 計算機(jī)斷層成像（1975年） 6
1.5.8 超聲診斷技術(shù)（1977年） 6
1.5.9 冠狀動脈血管造影（1983年） 7
1.5.10 磁共振成像（1984年） 7
1.5.11 血液透析治療末期腎臟疾�。�2002年） 7
1.5.12 人工主動脈瓣膜和二尖瓣瓣膜（2007年） 8
1.5.13 現(xiàn)代人工耳蝸（2013年） 8
1.5.14 深部腦刺激治療帕金森疾�。�2014年） 8
1.6 本書的框架結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容 9
第2章 生物材料 10
2.1 生物材料的定義與演進(jìn) 10
2.2 生物材料應(yīng)用概述 11
2.3 生物材料的分類 14
2.4 生物材料引起的宿主反應(yīng) 15
2.4.1 血液接觸材料引發(fā)的凝血 15
2.4.2 組織植入材料引發(fā)的宿主反應(yīng) 21
2.4.3 組織植入物宿主反應(yīng)的各個階段 23
2.4.4 影響宿主反應(yīng)的其他因素 30
2.5 生物相容性 31
2.5.1 生物相容性定義 31
2.5.2 生物相容性評價 32
2.5.3 對生物材料和生物相容性的回顧和展望 35
2.6 小結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 36
第3章 植入物與假體 37
3.1 金屬與合金類植入物與假體 37
3.1.1 形狀記憶合金與血管內(nèi)支架 38
3.1.2 貴金屬與可植入藥物芯片 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 神經(jīng)引導(dǎo)導(dǎo)管 46
3.2.4 用于眼科的聚丙烯酸酯類醫(yī)用高分子材料 49
3.3 陶瓷和碳材料 50
3.4 復(fù)合材料 51
參考文獻(xiàn) 52
第4章 人工器官 53
4.1 人工器官概述 53
4.2 人工腎 55
4.2.1 腎臟的功能 55
4.2.2 人工腎的基本構(gòu)成和工作原理 56
4.2.3 透析膜及人工腎的歷史 57
4.2.4 新材料和新技術(shù)對人工腎研發(fā)與應(yīng)用的推動 59
4.3 體外循環(huán)支持系統(tǒng) 60
4.4 人工心臟和心室輔助循環(huán)裝置 64
4.4.1 主動脈內(nèi)氣囊反搏 64
4.4.2 心室輔助循環(huán)裝置 65
4.4.3 全人工心臟 65
參考文獻(xiàn) 66
第5章 組織工程與再生醫(yī)學(xué) 68
5.1 基本概念 68
5.2 組織工程與再生醫(yī)學(xué)的要素 70
5.2.1 種子細(xì)胞 70
5.2.2 生物材料支架 73
5.2.3 生物反應(yīng)器 80
5.3 組織工程研究應(yīng)用舉例 84
5.3.1 產(chǎn)生力學(xué)刺激的支架 84
5.3.2 導(dǎo)電性支架 87
5.3.3 全器官脫細(xì)胞支架 90
5.4 小結(jié) 93
參考文獻(xiàn) 93
第6章 藥物遞送系統(tǒng) 95
6.1 藥物遞送系統(tǒng)概述 96
6.2 藥物遞送系統(tǒng)的目的及作用 98
6.2.1 藥物緩/控釋 98
6.2.2 增強(qiáng)藥物的穩(wěn)定性，延長代謝時間 108
6.2.3 改變藥物親疏水性及穿透生物屏障的能力 111
6.2.4 增強(qiáng)藥物的靶向性 114
6.3 用于基因遞送的藥物遞送系統(tǒng) 120
6.3.1 基因技術(shù)、基因治療及基因（核酸）載體 120
6.3.2 核酸載體的分類 121
6.3.3 陽離子型核酸載體的轉(zhuǎn)染機(jī)理 121
6.4 小結(jié) 123
參考文獻(xiàn) 124
第7章 臨床醫(yī)學(xué)影像及應(yīng)用 125
7.1 醫(yī)學(xué)成像原理及成像系統(tǒng) 125
7.1.1 X射線和X射線圖像 125
7.1.2 計算機(jī)斷層掃描 127
7.1.3 磁共振成像 129
7.1.4 超聲 135
7.1.5 核醫(yī)學(xué) 137
7.2 醫(yī)學(xué)圖像重建和處理 141
7.2.1 醫(yī)學(xué)圖像重建 141
7.2.2 圖像處理和分析 145
7.3 醫(yī)學(xué)影像在阿爾茨海默�。ˋD）中的應(yīng)用 160
7.3.1 AD臨床診斷標(biāo)準(zhǔn) 161
7.3.2 深度學(xué)習(xí)用于AD診斷 162
參考文獻(xiàn) 165
第8章 分子影像學(xué) 168
8.1 分子影像學(xué)概述 169
8.2 分子成像探針 170
8.2.1 分子成像探針的概念 170
8.2.2 分子成像的類型 171
8.2.3 分子成像探針的結(jié)構(gòu)組成 174
8.2.4 分子成像探針識別與結(jié)合靶標(biāo)的生物學(xué)基礎(chǔ) 175
8.2.5 分子成像探針的構(gòu)建流程 176
8.2.6 分子成像探針的常用構(gòu)建方法 177
8.3 分子影像學(xué)中的信號放大策略 179
8.4 光學(xué)分子成像舉例 182
8.4.1 近紅外熒光分子及靶向探針 183
8.4.2 可激活的靶向探針 183
8.4.3 內(nèi)源性光學(xué)分子成像 184
8.5 光學(xué)分子成像在腫瘤成像中的應(yīng)用實例 185
8.5.1 腫瘤相關(guān)受體及配體表達(dá)成像 185
8.5.2 腫瘤特異性標(biāo)志物成像 187
8.5.3 腫瘤細(xì)胞凋亡成像 188
8.5.4 新生血管成像 188
8.5.5 代謝成像 189
參考文獻(xiàn) 191
第9章 生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù)與信號檢測 192
9.1 生物醫(yī)學(xué)傳感技術(shù) 192
9.1.1 生物醫(yī)學(xué)傳感器概述 192
9.1.2 生物醫(yī)學(xué)傳感器的分類 193
9.1.3 生物醫(yī)學(xué)用電極 196
9.1.4 生物芯片 197
9.1.5 生物微機(jī)電系統(tǒng) 201
9.1.6 可穿戴傳感技術(shù) 202
9.2 生物醫(yī)學(xué)信號檢測 204
9.2.1 生物醫(yī)學(xué)信號的生理基礎(chǔ) 204
9.2.2 生物醫(yī)學(xué)信號的種類 204
9.2.3 生物醫(yī)學(xué)信號檢測的基本特點 205
9.2.4 生物醫(yī)學(xué)信號檢測的常用方法 208
9.2.5 生物醫(yī)學(xué)信號檢測儀器 210
9.2.6 生物醫(yī)學(xué)信號檢測的發(fā)展趨勢 211
參考文獻(xiàn) 212
第10章 納米生物醫(yī)學(xué)檢測 214
10.1 生物醫(yī)學(xué)檢測常用反應(yīng)與原理 214
10.1.1 酶反應(yīng) 214
10.1.2 微生物反應(yīng) 215
10.1.3 免疫反應(yīng) 215
10.1.4 核酸反應(yīng) 216
10.2 納米科技概述 216
10.2.1 納米材料的定義和納米效應(yīng) 217
10.2.2 生物醫(yī)學(xué)檢測中常用的納米材料 218
10.3 納米生物醫(yī)學(xué)檢測原理與實例 221
10.3.1 金納米顆粒的應(yīng)用 221
10.3.2 碳納米管的應(yīng)用 225
10.3.3 磁性納米顆粒的應(yīng)用 227
10.3.4 量子點的應(yīng)用 228
10.4 小結(jié) 229
參考文獻(xiàn) 229
第11章 人體的電特性和電子醫(yī)學(xué) 231
11.1 細(xì)胞膜的電特性 231
11.1.1 細(xì)胞膜的組成和結(jié)構(gòu) 231
11.1.2 細(xì)胞膜的阻容特性 232
11.2 人體的電特性 233
11.2.1 電的生理效應(yīng) 233
11.2.2 人體電擊的類型 234
11.2.3 電流頻率的影響 235
11.2.4 電氣安全措施 236
11.3 電子醫(yī)學(xué) 237
11.3.1 細(xì)胞外刺激 238
11.3.2 電刺激治療的應(yīng)用 239
11.3.3 其他形式的刺激 244
參考文獻(xiàn) 246
第12章 生物力學(xué) 247
12.1 生物力學(xué)概述 247
12.1.1 生物力學(xué)的定義和研究特點 247
12.1.2 生物力學(xué)的研究范疇 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 有限元分析應(yīng)用示例 249
12.3 血液循環(huán)動力學(xué) 251
12.3.1 流體運(yùn)動的基本規(guī)律 252
12.3.2 血液的流動 255
12.3.3 血液黏度的影響因素 258
12.3.4 心臟的功 261
12.3.5 血管的彈性 263
12.3.6 脈搏波的形成和傳播 265
12.4 組織的應(yīng)力與生長 266
12.4.1 應(yīng)力-生長法則 266
12.4.2 軟組織的應(yīng)力與生長 267
12.4.3 骨組織的應(yīng)力與生長 269
參考文獻(xiàn) 269
第13章 力學(xué)生物學(xué) 270
13.1 力學(xué)生物學(xué)概述 270
13.2 力學(xué)生物學(xué)中的力學(xué)測量手段 271
13.2.1 牽引力顯微鏡 272
13.2.2 原子力顯微鏡 272
13.2.3 光鑷 272
13.2.4 微柱陣列型結(jié)構(gòu)基底 273
13.2.5 基于熒光的分子探針 273
13.2.6 基于植入物的力學(xué)測量 273
13.3 機(jī)械力信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 273
13.4 發(fā)育以及生理活動中的力學(xué)生物學(xué) 277
13.5 力學(xué)生物學(xué)與疾病治療 278
13.5.1 心血管疾病 278
13.5.2 惡性腫瘤 279
13.5.3 細(xì)胞治療 280
13.6 小結(jié) 281
參考文獻(xiàn) 282
第14章 生物信息學(xué) 285
14.1 生物信息學(xué)概述 285
14.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動的現(xiàn)代生物學(xué) 287
14.2.1 生物學(xué)中的序列數(shù)據(jù) 287
14.2.2 生物學(xué)中的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 288
14.2.3 生物學(xué)中的基因表達(dá)數(shù)據(jù) 289
14.2.4 生物學(xué)中的表觀遺傳學(xué)數(shù)據(jù) 290
14.2.5 生物學(xué)中的系統(tǒng)生物學(xué)數(shù)據(jù) 290
14.3 關(guān)鍵生物信息學(xué)算法概述 291
14.3.1 生物序列比對分析 291
14.3.2 基因表達(dá)數(shù)據(jù)的聚類 295
14.3.3 分類和預(yù)測 296
14.3.4 維數(shù)災(zāi)難 297
14.4 生物信息學(xué)數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫 298
14.4.1 FAIR準(zhǔn)則與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 298
14.4.2 生物信息數(shù)據(jù)庫 300
14.5 轉(zhuǎn)化生物信息學(xué) 301
14.6 小結(jié) 304
參考文獻(xiàn) 305
第15章 生命系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立與仿真 306
15.1 模型與實體 306
15.1.1 模型與實體的概念 306
15.1.2 模型與實體的關(guān)系 306
15.2 系統(tǒng)模型 307
15.2.1 系統(tǒng)和系統(tǒng)模型 307
15.2.2 模型的分類 307
15.3 建模與仿真 308
15.3.1 建模過程 309
15.3.2 計算機(jī)仿真