01 / 導讀
導讀
引用
Fung, Y. C. (1993). Biomechanics: Mechanical Properties of Living Tissues (2nd ed.). Springer.
章節概要
本書是作者三卷本生物力學著作的第一卷；另兩卷是 Biodynamics: Circulation 和 Biomechanics: Motion, Flow, Stress, and Growth。本書的主題是活體組織的力學性質，方法是為每種材料建立聯絡應力與應變的本構方程。十二章的順序，先是歷史和本構方程的概念，再經由流體與細胞，最後到軟組織和硬組織。第二版約 570 頁。
第1章：Introduction: A Sketch of the History and Scope of the Field
以對該領域歷史與範圍的概述開篇。
第2章：The Meaning of the Constitutive Equation
說明什麼是本構方程，以及為什麼它是描述材料的起點。後面各章依次以此眼光討論一種又一種材料。
第3章：The Flow Properties of Blood
討論血液的流動性質，這是第一種被詳細考察的材料。
第4章：Mechanics of Erythrocytes, Leukocytes, and Other Cells
由作為整體流體的血液轉向其中單個細胞及其他細胞的力學。
第5章：Interaction of Red Blood Cells with Vessel Wall, and Wall Shear with Endothelium
考察血細胞與血管壁的相互作用，以及流動血液施加的壁面剪下力對內皮的作用，把流體與細胞各章同血管連線起來。
第6–7章：Bioviscoelastic Fluids; Bioviscoelastic Solids
兩章討論黏彈性行為，先是生物流體，然後是生物固體。二者把本構方程的討論擴充套件到與時間相關的行為。
第8章：Mechanical Properties and Active Remodeling of Blood Vessels
討論血管的力學性質及其主動重塑。
第9–11章：Skeletal Muscle; Heart Muscle; Smooth Muscles
三章分別討論三類肌肉。
第12章：Bone and Cartilage
以骨與軟骨結束全卷。
核心概念
第1–2章：範圍與本構方程
- 本構方程：聯絡應力與應變（對流體則是變形率）、刻畫材料特性的關係式。
- 三卷本計劃：本卷討論材料性質；迴圈系統以及運動、流動、應力和生長等更廣的問題，由作者的另兩卷處理。
第3–5章：血液與細胞
- 血液的流動性質：血液作為流體的流變學。
- 細胞力學：把紅血球、白血球和其他細胞看作可變形的物體。
- 壁面剪下與內皮：流動血液與血管內襯之間的相互作用。
第6–8章：黏彈性與血管
- 生物黏彈性：生物流體和固體隨時間變化的行為。
- 主動重塑：血管性質隨條件而改變。
第9–12章：肌肉、骨與軟骨
- 肌肉型別：骨骼肌、心肌和平滑肌分章討論。
- 骨與軟骨：最後一章把兩種組織放在一起講。
評析
優點
- **目標明確。**序言說明，寫作目的是從生物工程、生理學和醫學的立場提供對生物力學的全面看法，並通過一系列問題與例子來發展力學。
- **一以貫之的主線。**第2章闡明本構方程的含義，其餘各章依次討論血液、細胞、血管、肌肉、骨和軟骨，全書因而是一個前後一致的整體。
- **覆蓋的組織廣泛。**目錄在一卷之內涵蓋流體、單個細胞、血管、三類肌肉、骨與軟骨。
- **為新成果作了修訂。**第二版序言說，1980 年代影響人們理解組織力學性質的進展已作詳細介紹，參考文獻也已更新。
侷限
- **預設讀者掌握較深的力學。**序言寫明，力學方面的預備知識相當於作者的 A First Course in Continuum Mechanics（第3版，1993）的水平。讀者開始前需要具備連續介質力學。
- **三卷中的一卷。**迴圈以及運動、流動、應力和生長等問題在其他卷中，因此單憑本書不構成完整的生物力學課程。
- **內容已舊。**第二版出版於 1993 年，參考文獻也止於當時，此後的實驗與計算工作不在其中。
- **按組織組織章節。**各章依組織型別排列，所以最適合已經知道自己需要哪種材料的讀者；它更像一部專著，而不是入門教材。
在課程中的定位
在生物力學課程中，這是關於組織性質的專著。Knudson 的 Fundamentals of Biomechanics 以人體運動為中心，Özkaya 等人的 Fundamentals of Biomechanics: Equilibrium, Motion, and Deformation 在入門層次講授分析人體所需的力學；二者都是自然的第一本書。Ethier 與 Simmons 的 Introductory Biomechanics: From Cells to Organisms 以及 Humphrey 與 O'Rourke 的 An Introduction to Biomechanics: Solids and Fluids, Analysis and Design 是發展連續介質力學的課程教材，Biomechanics: Principles and Applications 則是對該領域的寬廣論述。
Fung 的這一卷應排在其中一本之後。當問題是血液、血管壁、肌肉或軟骨的本構定律從何而來、背後有什麼證據時，就該來讀它。
如何使用本書
本書面向已掌握連續介質力學和一些生理學的生物醫學工程、機械工程和生理學方向的研究生與研究人員。對建立組織或器官行為模型、需要追溯本構假設的人也有用。
實用安排：
- **核心：**先讀第1章和第2章，因為它們確立了方法，然後讀與自己關心的組織相關的章節。關注心血管力學的讀者讀第3至5章和第8章；關注軟組織建模的讀者再加上第6、7章。
- **肌肉、骨與軟骨：**第9至12章分別討論不同的組織，讀者可以直接跳到與專案相關的那一章。
- **配合使用：**手邊備一本連續介質力學教材，用於符號與背景知識，並按序言的意圖做習題。該套書的另兩卷涵蓋迴圈以及運動、流動、應力和生長等更廣的問題。
讀每一章時都問同樣三個問題：用了什麼實驗，提出了什麼本構形式，這種形式的有效範圍受什麼限制。