Biomechanical Systems Technology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Leondes, Cornelius T. 编

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2007-12

价格:1527.00元

装帧:

isbn号码:9789812709813

丛书系列:

图书标签:

• 生物力学
• 机械工程
• 生物工程
• 医疗器械
• 康复工程
• 人机工程学
• 运动科学
• 机器人技术
• 系统工程
• 生物医学工程

生物力学系统技术图书简介：探寻运动、结构与功能的交织前沿 图书名称： Biomechanical Systems Technology 图书简介： 《生物力学系统技术》（Biomechanical Systems Technology）是一部全面而深入探讨生物体运动、结构、功能及其相关技术应用的专著。本书旨在为研究人员、工程师、临床医生以及对生物医学工程领域感兴趣的学者提供一个系统性的知识框架，解析从细胞到宏观生物系统层面的力学原理与工程应用。 本书的核心在于整合生物学、力学和工程学三大领域的知识，聚焦于如何运用先进的技术手段来量化、模拟和优化生物系统的性能。内容涵盖了从基础理论到尖端实验方法的广泛范围，确保读者能够全面理解当前生物力学研究的前沿动态。 第一部分：生物力学基础与系统建模 本部分奠定了生物力学研究的理论基石。首先，我们将深入探讨组织和材料的机械特性。这包括对软组织（如血管、皮肤、肌腱和韧带）和硬组织（如骨骼和牙齿）的粘弹性、各向异性和本构模型的详细分析。理解这些材料的独特力学行为是后续系统分析的前提。我们将考察如何通过拉伸试验、剪切试验和压缩试验来获取关键的机械参数。 随后，本书详细介绍了生物力学的数学建模。重点在于如何将复杂的生物结构转化为可计算的力学模型。这包括有限元分析（FEA）在生物力学中的应用，用于模拟应力分布、形变和载荷传递。我们将探讨不同网格划分策略、边界条件设置以及材料参数的输入方法，确保模型能够准确反映实际生理环境。此外，离散元法（DEM）和光滑粒子流体力学（SPH）在处理流体动力学和颗粒系统（如血液流动或关节润滑）中的应用也将被深入探讨。 生物系统并非静态，运动分析是其重要组成部分。本书专门设立章节讨论运动学与动力学分析。我们将介绍如何利用多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）方法来分析复杂的人体运动，例如步态分析、上肢运动轨迹的重建与优化。这部分内容将详细解析刚体运动学、关节自由度限制以及惯性力、重力和驱动力的计算，为假肢设计、康复训练和运动表现提升提供理论指导。 第二部分：关键生物系统的力学机制 本书将生物系统解构为几个关键的功能单元进行深入分析，展示力学如何驱动或受制于生命过程。 1. 骨骼系统生物力学： 骨骼是承受全身负荷的结构。我们将详细分析骨重塑的Wolff定律在现代工程模型中的体现。内容将覆盖骨折力学（从微观裂纹萌生到宏观骨折修复）、骨移植（Grafting）的力学相容性分析，以及骨小梁（Trabecular Bone）的随机微结构如何影响其整体强度。此外，植入物（如人工关节、骨钉）的设计与生物力学评估是本部分的重头戏，重点在于如何最小化应力遮蔽效应（Stress Shielding）和提高长期稳定性。 2. 心血管系统生物力学： 血液流动（血流动力学）是维持生命活动的关键。本章将集中于血管壁的力学特性、动脉瘤的形成与破裂风险评估。流体力学方面，我们将讨论牛顿流体和非牛顿流体模型在血液流动模拟中的适用性，以及如何使用计算流体力学（CFD）分析动脉分支处的剪切应力和湍流效应。对于心脏，我们将分析心肌的收缩机制、瓣膜的动力学行为及其病理变化（如瓣膜返流）对血流的影响。 3. 软组织与生物界面： 本部分着重于具有高柔性和复杂微结构的组织。我们将探讨肌腱和韧带在反复拉伸下的疲劳特性和愈合过程中的力学变化。在关节生物力学方面，将详细分析滑膜液的润滑机制、软骨的去填充（Pore Fluid Flow）特性以及关节接触面的摩擦学行为。对于皮肤和伤口愈合，我们将研究张力（Tension）在皮肤折叠和疤痕形成中的作用。 第三部分：生物力学技术与工程应用 本部分将理论知识转化为实际可操作的技术工具和工程解决方案。 1. 生物力学测量与实验技术： 现代生物力学研究高度依赖先进的实验手段。本书将系统介绍非侵入式与侵入式测量技术。内容包括高分辨率三维运动捕捉系统（Marker-based and Markerless motion capture）、电磁跟踪技术在体内运动测量中的应用。组织力学测试方面，我们将详细介绍原子力显微镜（AFM）如何探测量细胞膜和细胞骨架的纳米级刚度，以及如何利用光学相干断层扫描（OCT）和超声成像辅助进行实时力学状态监测。 2. 组织工程与再生医学中的力学调控： 生物力学在组织再生中扮演着“第四信号”的角色。本章将阐述机械刺激如何指导干细胞的分化方向和组织形态发生。我们将探讨生物反应器（Bioreactors）的设计原则，特别是如何精确控制培养基中的流体剪切应力、循环频率和拉伸负荷，以促进类骨骼、软骨或血管组织的成熟。此外，力学敏感性材料（Mechanosensitive Scaffolds）的设计，如形状记忆聚合物或具有可变刚度的水凝胶，也将被作为关键技术进行讨论。 3. 康复工程与假肢设计： 如何将生物力学分析成果转化为改善人类功能的工具是工程学的最终目标之一。本部分聚焦于康复设备的优化。我们将分析外骨骼（Exoskeletons）与助行器的力学交互界面，研究如何根据患者的步态数据来定制驱动力矩。在假肢设计领域，重点关注仿生足部、膝关节和髋关节的力学设计，特别是如何通过先进的传感和控制系统，使义肢在动态环境下的行走和跑步更加自然和高效。 结论与展望 《生物力学系统技术》不仅是对现有知识的梳理，更是对未来研究方向的指引。本书以严谨的科学态度，融合了跨学科的最新研究成果，旨在培养读者将工程思维应用于解决复杂的生物学问题的能力，推动下一代生物医学技术的发展与创新。读者在阅读完本书后，将具备利用现代计算和实验技术，深入解析生命系统力学行为的综合能力。

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