01 / 導讀
導讀
引用
Togawa, T., Tamura, T., & Öberg, P. Å. (2011). Biomedical Sensors and Instruments (2nd ed.). CRC Press.
章節概要
本書按被測的物理量或化學量組織，而不是按器件組織。全書七章，先講測量的一般概念，然後依次討論壓力、流量、運動與力、溫度與熱、生物電與生物磁訊號，以及化學量。出版社把它描述為一部從基本原理講到實際應用的入門書，第二版約 420 頁，有約 340 幅插圖。多數章節先有一節講待測的量或物件，再轉入感測器，每章末尾附有參考文獻。
第1章：Fundamental Concepts
開篇一章涵蓋測量中的訊號與噪聲、測量系統的特性、絕對量的確定以及測量量的單位。這是後面各感測器章節共用的基本詞彙。
第2章：Pressure Measurements
在一節關於相關量的討論之後，本章區分直接壓力測量與間接壓力測量。
第3章：Flow Measurement
流量在三種場合下處理：單根血管中的血流、組織血流和呼吸氣體流量，之前有一節討論相關的量。
第4章：Motion and Force Measurement
先講測量物件，然後是運動測量和力的測量。
第5章：Temperature, Heat Flow, and Evaporation Measurements
本章討論溫度感測器、非接觸式溫度測量技術、臨床體溫計、熱流測量和蒸發測量。
第6章：Bioelectric and Biomagnetic Measurements
在講完測量物件後，本章依次介紹電極理論、表面電位電極、微電極與吸附電極，以及生物磁。
第7章：Chemical Measurement
涵蓋化學測量的物件、化學感測器以及化學量的連續測量。
核心概念
第1章：Fundamental Concepts
- 測量中的訊號與噪聲：本書先講訊號以及任何測量中都伴隨它的噪聲，然後才轉向具體的感測器。
- 測量系統的特性：感測某個量所經過的系統具有的性質。
- 絕對量與單位：被測值如何與確定的單位聯絡起來。
第2–4章：力學量
- 直接與間接壓力測量：得到壓力值的兩條途徑。
- 血管、組織與氣道中的流量：單根血管中的血流、組織血流和呼吸氣體流量是各不相同的問題。
- 運動與力：對運動和所施加的力的感測。
第5–7章：熱學、電學與化學量
- 溫度、熱流與蒸發：接觸式與非接觸式測溫方法，以及熱量和水分散失的測量。
- 電極：電極理論，以及用於拾取生物電位的表面電極、微電極和吸附電極。
- 生物磁：對人體產生的磁場的測量。
- 化學感測器：用於連續測量化學量的感測器。
評析
優點
- **按被測量組織。**每一章選取一種生理量（壓力、流量、運動、溫度、生物電、化學量），並介紹相應的感測方法，適合從一個測量問題出發、想比較不同方法的讀者。
- **從原理到實踐。**出版社把本書描述為對各類生物醫學感測器的通俗易懂的入門，從基本原理一直講到實際應用。
- **感測範圍廣。**目錄在一卷之內涵蓋壓力、流量、運動、溫度、熱流、蒸發、生物電位、生物磁和化學量，並有非接觸測溫、組織血流等具體條目。
- **統一的框架。**第一章講訊號、噪聲和系統特性，為之後每一章提供了同一套測量詞彙。
侷限
- **講感測器，而不是作為系統的儀器。**各章止於感測與測量；目錄中沒有關於放大器、資料採集或完整監護系統設計的章節，讀者需要到儀器學教材中去找這些內容。
- **版本較舊。**第二版出版於 2011 年，更新的感測器技術不在其中。
- **沒有成像或訊號分析章節。**範圍限於所列七類量；對所記錄訊號的解讀是另一門學問。
在課程中的定位
在醫學儀器課程中，這是感測器方面的參考書。Barbara Christe 的 Introduction to Biomedical Instrumentation: The Technology of Patient Care 通俗地介紹醫院裡的裝置，Andrew Webb 的 Principles of Biomedical Instrumentation 是 Cambridge Texts in Biomedical Engineering 叢書中的教材。John Webster 與 Amit Nimunkar 主編的 Medical Instrumentation: Application and Design 是講醫學測量裝置如何工作的標準工程教材，也很適合作主教材。Northrop 的 Analog Electronic Circuits for Biomedical Instrumentation 是研究生層次的教材，講對生物醫學訊號進行調理的類比電子電路；課程書單中還有一本講生物醫學測量用換能器的書。
Togawa、Tamura 和 Öberg 的這本書與它們互補：在學完一門通用的儀器課程之後，當問題是某個感測器測的是什麼、怎麼測時，就讀這本書；在電子電路方面，它可與 Northrop 的書搭配。
如何使用本書
本書適合生物醫學工程方向的高年級本科生和研究生、開發生理監測裝置的工程師，以及想了解感測器報告的究竟是什麼的臨床科學工作者。熟悉基礎物理、電子學和生理學會有幫助。
實用安排：
- 無論關心哪種量，都先讀第1章，瞭解訊號、噪聲和測量系統的處理方式。
- **按被測量選讀：**心血管和呼吸方面讀第2、3章，運動和生物力學讀第4章，測溫和熱交換讀第5章，生物電位記錄和生物磁讀第6章，化學感測讀第7章。
- 利用各章末尾的參考文獻，作為通向原始感測器文獻的途徑。
- **比較方法：**對每一種量，把該章描述的感測原理列成表，並記下每種方法對人體和對測量系統的要求。
涉及放大器、資料採集和系統層面的主題時，請配合一本通用的儀器學教材。