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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/CAM524

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CAD525

18.7.4　泵叶轮叶片CAM526

参考文献528