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导读
引用
Saltzman, W. M. (2015). Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology (2nd ed.). Cambridge University Press.
章节概要
全书共十六章,分为三个部分,附录之前正文约 700 页。全书像一架从生物学通向工程的阶梯:第一部分讲分子与细胞原理,第二部分讲生理学原理,第三部分讲运用这些原理的生物医学工程各分支。出版社介绍说,本书包含必要的分子生物学、细胞生物学和人体生理学背景,帮助学生理解生物医学工程师工作的环境,并通过例子、应用以及生物医学工程师的人物专访,展示理论如何用于人类医学中的真实问题。
第1章:Introduction: What Is Biomedical Engineering?(导论:什么是生物医学工程?)
仅有一章导论,约三十页,回答这个领域是什么。出版社指出,第二版扩充了生物医学工程领军人物的专访,展示毕业生可以选择的多种职业道路。
第一部分 分子与细胞原理:第2–5章
本部分依次为 Biomolecular Principles(生物分子原理)、Biomolecular Principles: Nucleic Acids(生物分子原理:核酸)、Biomolecular Principles: Proteins(生物分子原理:蛋白质)和 Cellular Principles(细胞原理)。前几章讲分子层面的基本构件,本部分以细胞层面收束。按页数计,核酸一章是这四章中最长的。
第二部分 生理学原理:第6–9章
四章从细胞走向整个身体:Communication Systems in the Body(体内的通信系统)、Engineering Balances: Respiration and Digestion(工程平衡:呼吸与消化)、Circulation(循环)和 Removal of Molecules from the Body(分子的体内清除)。第7章的标题表明,定量的工程方法在这里首次成为主要工具,即用平衡来描述呼吸与消化;循环和分子清除两章则继续在生理学的背景下展开。
第三部分 生物医学工程:第10–16章
最后一部分是对各分支领域的概览。首先是 Biomechanics(生物力学)、Bioinstrumentation(生物仪器)和 Bioimaging(生物成像)(第10–12章);然后是 Biomolecular Engineering I: Biotechnology(生物分子工程 I:生物技术)和 Biomolecular Engineering II: Engineering of Immunity(生物分子工程 II:免疫工程)(第13–14章);最后是 Biomaterials and Artificial Organs(生物材料与人工器官)和 Biomedical Engineering and Cancer(生物医学工程与癌症)(第15–16章)。出版社把成像技术、生物传感器、药物递送系统和纳米医学列为本版更新的主题;章节标题没有说明药物递送和组织工程分别在哪些章节,需要这些主题的读者应查阅完整目录或索引。
附录
三个附录分别提供 Physiological Parameters(生理参数)、Chemical Parameters(化学参数)以及 Units and Conversion Factors(单位与换算系数),是定量习题的参考资料。
核心概念
第一部分:分子与细胞原理
- 核酸与蛋白质:两类各自成章的生物分子。
- 细胞原理:将分子各章与生理学连接起来的基本单位——细胞。
第二部分:生理学原理
- 工程平衡:第7章中用于呼吸与消化的定量方法。
- 循环:作为生理系统的循环系统,第8章。
- 分子的体内清除:物质如何离开身体,第9章。
第三部分:生物医学工程
- 生物仪器与生物成像:对身体的测量与成像。
- 生物分子工程:生物技术与免疫工程。
- 生物材料与人工器官:替代或支持身体功能的材料和装置。
评析
优点
- 包含生物学,而非默认读者已懂。 出版社说明,理解生物医学工程师所处环境所需的分子生物学、细胞生物学和人体生理学背景是本书的一部分,第一、二部分(第2–9章)就是为此做准备。
- 数学不挡在主线上。 主要特点中写明,本书通过把数学推导从正文中分离出来,避免令人望而生畏的数学,这适合尚未具备完整定量工具的一年级读者。
- 面向学生的辅助设计。 出版社引用的评论者提到,每章末有 Key Concepts and Definitions 和 Useful Links 部分,有概念性与定量的习题,每章还有一则 "Profiles in BME" 人物短文。出版社称习题超过两百道,既有定量的也有定性的,许多为新增,并有仅供教师使用的解答手册。
- 被评价为易读。 出版社刊印的推荐语来自佛罗里达大学、科罗拉多矿业学院、伦敦大学学院和麻省理工学院的教师,称文笔清晰、涵盖面广;这些是宣传性的引语,而非独立书评。
局限
- 广度重于深度。 十六章概览整个领域,生物力学、生物仪器、生物成像等主题各只有一章,因此要深入学习其中任何一个方向,需要专门的教材。
- 作为工程课程,生物学比重偏大。 十六章中有八章(第一、二部分)是生物学和生理学;希望尽早进入工程分支的教师需要跳过或压缩这些内容。
- 篇幅。 全书 779 页(出版社数据),一学期的课程需要选择章节,无法全部讲完。
在课程中的定位
Saltzman 是一本从生物学出发的概览。Ritter 等人的 Biomedical Engineering Principles 采取工程分析的路线,从生理过程建模开始,涉及信号、生物力学和设计;若想先建立工程框架,应选它。Saterbak、San 和 McIntire 的 Bioengineering Fundamentals 是一本第一门课的教材,以守恒定律而不是分支领域概览来构建这门学科。Enderle 等人的 Introduction to Biomedical Engineering 是面向生物医学工程课程的综合性概览教材。
若之后想要更高的严谨度,Hobbie 和 Roth 的 Intermediate Physics for Medicine and Biology 把物理学应用于生理学和医学物理;Wittrup 等人的 Quantitative Fundamentals of Molecular and Cellular Bioengineering 则建立关于结合、反应动力学、基因表达和细胞行为的定量模型,这些主题在更定量的层面上与 Saltzman 的第一部分有所重叠。
如何使用本书
Saltzman 适合一、二年级的工程与理科学生、医学预科生,以及希望用一本书同时获得生物学和工程知识的读者。合理的基础是微积分以及大学化学与物理;本书的设计是提供生物学知识,而不是假定读者已经具备。
一学期的课程可以把导论和第一、二部分作为基础,班级已掌握的生物学内容可以略读,再按兴趣从第三部分挑选三四章。每个应用章节之前先读它所依赖的生物学章节:先核酸和蛋白质,再生物技术和免疫;先循环,再生物仪器和成像。做题时使用参数和单位附录,并阅读 "Profiles in BME" 了解职业背景。已熟悉生物学的读者可以直接从第三部分开始,把第一、二部分当作参考。
