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Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology(生醫工程:連結醫學與科技) cover

生物醫學工程

生物醫學工程

Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology(生醫工程:連結醫學與科技)

W. Mark Saltzman

英文原名: Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology

W. 馬克·索茲曼所著的生醫工程入門教科書,屬於 Cambridge Texts in Biomedical Engineering 系列。本書以生物學為起點建構整個領域,先介紹工程師需要的分子、細胞與生理學原理,再透過實例與定量習題,說明這些原理如何應用於生物力學、生醫儀器、醫學影像、生醫材料、藥物傳輸與組織工程。

需要的基礎: 大一微積分、化學與物理;不需修過生物學或生理學。

難度等級
入門
學術層次
大學部
biomedical engineeringphysiology for engineersmolecular and cellular engineeringmedical devices入門教科書

01 / 導讀

導讀

引用

Saltzman, W. M. (2015). Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology (2nd ed.). Cambridge University Press.

章節概要

全書共十六章,分為三個部分,附錄之前正文約 700 頁。全書像一架從生物學通向工程的階梯:第一部分講分子與細胞原理,第二部分講生理學原理,第三部分講運用這些原理的生物醫學工程各分支。出版社介紹說,本書包含必要的分子生物學、細胞生物學和人體生理學背景,幫助學生理解生物醫學工程師工作的環境,並通過例子、應用以及生物醫學工程師的人物專訪,展示理論如何用於人類醫學中的真實問題。

第1章:Introduction: What Is Biomedical Engineering?(導論:什麼是生物醫學工程?)

僅有一章導論,約三十頁,回答這個領域是什麼。出版社指出,第二版擴充了生物醫學工程領軍人物的專訪,展示畢業生可以選擇的多種職業道路。

第一部分 分子與細胞原理:第2–5章

本部分依次為 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:蛋白質)和 Cellular Principles(細胞原理)。前幾章講分子層面的基本構件,本部分以細胞層面收束。按頁數計,核酸一章是這四章中最長的。

第二部分 生理學原理:第6–9章

四章從細胞走向整個身體:Communication Systems in the Body(體內的通訊系統)、Engineering Balances: Respiration and Digestion(工程平衡:呼吸與消化)、Circulation(迴圈)和 Removal of Molecules from the Body(分子的體內清除)。第7章的標題表明,定量的工程方法在這裡首次成為主要工具,即用平衡來描述呼吸與消化;迴圈和分子清除兩章則繼續在生理學的背景下展開。

第三部分 生物醫學工程:第10–16章

最後一部分是對各分支領域的概覽。首先是 Biomechanics(生物力學)、Bioinstrumentation(生物儀器)和 Bioimaging(生物成像)(第10–12章);然後是 Biomolecular Engineering I: Biotechnology(生物分子工程 I:生物技術)和 Biomolecular Engineering II: Engineering of Immunity(生物分子工程 II:免疫工程)(第13–14章);最後是 Biomaterials and Artificial Organs(生物材料與人工器官)和 Biomedical Engineering and Cancer(生物醫學工程與癌症)(第15–16章)。出版社把成像技術、生物感測器、藥物遞送系統和奈米醫學列為本版更新的主題;章節標題沒有說明藥物遞送和組織工程分別在哪些章節,需要這些主題的讀者應查閱完整目錄或索引。

附錄

三個附錄分別提供 Physiological Parameters(生理引數)、Chemical Parameters(化學引數)以及 Units and Conversion Factors(單位與換算係數),是定量習題的參考資料。

核心概念

第一部分:分子與細胞原理

  • 核酸與蛋白質:兩類各自成章的生物分子。
  • 細胞原理:將分子各章與生理學連線起來的基本單位——細胞。

第二部分:生理學原理

  • 工程平衡:第7章中用於呼吸與消化的定量方法。
  • 迴圈:作為生理系統的迴圈系統,第8章。
  • 分子的體內清除:物質如何離開身體,第9章。

第三部分:生物醫學工程

  • 生物儀器與生物成像:對身體的測量與成像。
  • 生物分子工程:生物技術與免疫工程。
  • 生物材料與人工器官:替代或支援身體功能的材料和裝置。

評析

優點

  • 包含生物學,而非預設讀者已懂。 出版社說明,理解生物醫學工程師所處環境所需的分子生物學、細胞生物學和人體生理學背景是本書的一部分,第一、二部分(第2–9章)就是為此做準備。
  • 數學不擋在主線上。 主要特點中寫明,本書通過把數學推導從正文中分離出來,避免令人望而生畏的數學,這適合尚未具備完整定量工具的一年級讀者。
  • 面向學生的輔助設計。 出版社引用的評論者提到,每章末有 Key Concepts and Definitions 和 Useful Links 部分,有概念性與定量的習題,每章還有一則 "Profiles in BME" 人物短文。出版社稱習題超過兩百道,既有定量的也有定性的,許多為新增,並有僅供教師使用的解答手冊。
  • 被評價為易讀。 出版社刊印的推薦語來自佛羅里達大學、科羅拉多礦業學院、倫敦大學學院和麻省理工學院的教師,稱文筆清晰、涵蓋面廣;這些是宣傳性的引語,而非獨立書評。

局限

  • 廣度重於深度。 十六章概覽整個領域,生物力學、生物儀器、生物成像等主題各只有一章,因此要深入學習其中任何一個方向,需要專門的教材。
  • 作為工程課程,生物學比重偏大。 十六章中有八章(第一、二部分)是生物學和生理學;希望儘早進入工程分支的教師需要跳過或壓縮這些內容。
  • 篇幅。 全書 779 頁(出版社資料),一學期的課程需要選擇章節,無法全部講完。

在課程中的定位

Saltzman 是一本從生物學出發的概覽。Ritter 等人的 Biomedical Engineering Principles 採取工程分析的路線,從生理過程建模開始,涉及訊號、生物力學和設計;若想先建立工程框架,應選它。Saterbak、San 和 McIntire 的 Bioengineering Fundamentals 是一本第一門課的教材,以守恆定律而不是分支領域概覽來構建這門學科。Enderle 等人的 Introduction to Biomedical Engineering 是面向生物醫學工程課程的綜合性概覽教材。

若之後想要更高的嚴謹度,Hobbie 和 Roth 的 Intermediate Physics for Medicine and Biology 把物理學應用於生理學和醫學物理;Wittrup 等人的 Quantitative Fundamentals of Molecular and Cellular Bioengineering 則建立關於結合、反應動力學、基因表達和細胞行為的定量模型,這些主題在更定量的層面上與 Saltzman 的第一部分有所重疊。

如何使用本書

Saltzman 適合一、二年級的工程與理科學生、醫學預科生,以及希望用一本書同時獲得生物學和工程知識的讀者。合理的基礎是微積分以及大學化學與物理;本書的設計是提供生物學知識,而不是假定讀者已經具備。

一學期的課程可以把導論和第一、二部分作為基礎,班級已掌握的生物學內容可以略讀,再按興趣從第三部分挑選三四章。每個應用章節之前先讀它所依賴的生物學章節:先核酸和蛋白質,再生物技術和免疫;先迴圈,再生物儀器和成像。做題時使用引數和單位附錄,並閱讀 "Profiles in BME" 瞭解職業背景。已熟悉生物學的讀者可以直接從第三部分開始,把第一、二部分當作參考。