01 / 導讀
導讀
引用
Hobbie, R. K., & Roth, B. J. (2015). Intermediate Physics for Medicine and Biology (5th ed.). Springer.
章節概要
第五版共十八章，約630頁。據出版社介紹，前半部分主要是生物物理學，用物理學的思想去理解生物學與生理學；後半部分主要是醫學物理學，講述物理學在診斷（主要是成像）和治療中的應用。章節標題也體現了這種劃分：前十一章從力學和輸運講到神經與肌肉的電學、生物磁學、回饋以及資料分析，後七章則涉及影像、聲、光、輻射和核醫學。每章都附有內容豐富的參考文獻。
第1–3章：Mechanics（力學）；Exponential Growth and Decay（指數增長與衰減）；Systems of Many Particles（多粒子系統）
開頭三章（分別約30、20、30頁）奠定物理和數學基礎。第1章應用力學，第2章討論指數增長與衰減，第3章轉向多粒子系統。
第4–5章：Transport in an Infinite Medium（無限介質中的輸運）；Transport Through Neutral Membranes（通過中性膜的輸運）
兩章關於輸運。前者討論無界介質中的輸運；後者加入膜，使討論進入生命系統中各隔室之間的邊界。
第6–9章：Impulses in Nerve and Muscle Cells（神經與肌肉細胞中的衝動）；The Exterior Potential and the Electrocardiogram（外部電位與心電圖）；Biomagnetism（生物磁學）；Electricity and Magnetism at the Cellular Level（細胞水平的電與磁）
全書的電學部分。第6章講神經與肌肉的衝動（約40頁），第7章講體外電位與心電圖，第8章講生物磁學，第9章講細胞水平的電與磁。
第10–11章：Feedback and Control（回饋與控制）；The Method of Least Squares and Signal Analysis（最小二乘法與訊號分析）
第10章講回饋與控制，第11章講最小二乘法與訊號分析。它們以調節建模以及資料擬合與分析的工具，為生物物理學的前半部分收尾。
第12–13章：Images（影像）；Sound and Ultrasound（聲與超音波）
醫學物理學的後半部分以一章簡短的“影像”（約20頁）和一章“聲與超音波”（約15頁）開篇。
第14–16章：Atoms and Light（原子與光）；Interaction of Photons and Charged Particles with Matter（光子和帶電粒子與物質的相互作用）；Medical Uses of X-Rays（X射線的醫學應用）
“原子與光”（約40頁）引向“光子和帶電粒子與物質的相互作用”（約35頁），隨後應用於“X射線的醫學應用”一章（約40頁）。
第17–18章：Nuclear Physics and Nuclear Medicine（核物理與核醫學）；Magnetic Resonance Imaging（磁共振成像）
全書以核物理與核醫學以及磁共振成像收尾（各約30頁）。
核心概念
第1–5章：從力學到膜輸運
- 指數增長與衰減：全書前部單獨成章的一種數學形式。
- 多粒子系統：繼單體力學之後的集體行為話題。
- 通過膜的輸運：在討論無限介質中的輸運之後處理的、隔室之間的移動。
第6–11章：電學、磁學與分析主題
- 神經與肌肉衝動：可興奮細胞的電訊號。
- 心電圖與生物磁學：在體外測得的訊號，第7章為電學，第8章為磁學。
- 回饋與控制：生理系統中的調節。
- 最小二乘與訊號分析：用資料擬合模型並分析訊號。
第12–18章：醫學物理
- 影像：在各成像方式之前的成像總論。
- 光子和帶電粒子與物質的相互作用：X射線、核與輻射主題背後的物理。
- X射線、核成像與磁共振成像；超音波：章節標題中點名的各種成像方式。
評析
優點
- 清晰的兩部分設計。 出版社所說的生物物理與醫學物理的劃分與章節標題相符，課程可以只取其一，也可以兩者兼用。
- 一本書涵蓋廣泛的物理。 力學、熱物理與輸運、電磁學、光學、聲學、核物理和成像都出現在書中，並與生理學和醫學相聯絡。
- 練習充足。 出版社稱有850多道習題，用以檢驗理解並補充生物學例子，併為教師提供題解手冊；每章都有內容豐富的參考文獻。
- 歷史悠久。 據出版社介紹，本書已在20多個國家使用；初版於1978年問世，源自Hobbie在1973年開設的課程，而他此前旁聽了醫學院的課程。
- 第五版的新增內容。 出版社列出了迴旋加速器、光動力療法、色覺、X射線晶體學、電子顯微鏡、人工耳蝸、腦深部電刺激和奈米醫學等新增內容。
侷限
- 先修要求。 書中假定讀者已修過物理和微積分，因此不適合作為尚未接觸這兩門課程的學生的第一本書。
- 版本已被取代。 支援本書的部落格報道，第六版（新增 Gene Surdutovich 為共同作者）於2026年9月處於校樣階段，新增了表面張力和輻射損傷兩章，把回饋一章拆成兩章，習題也超過1000道。選購時應確認課程使用的是哪一版。
- 是物理教材，而非工程概覽。 其主題是應用於醫學與生物學的物理；若想了解生物醫學工程各分支的概況，會覺得它比一般的入門教材更窄。
在課程中的定位
在本課程的書目中，這本書提供生理學與成像背後的物理。Ann Saterbak、Ka-Yiu San 和 Larry McIntire 的 Bioengineering Fundamentals 是圍繞守恆定律組織的第一門課；Mark Saltzman 的 Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology 從生物學向外構建這一領域；Ritter 等人的 Biomedical Engineering Principles 是強調定量分析與設計的入門論述；Enderle 的 Introduction to Biomedical Engineering 是內容廣泛的概覽。Wittrup 等人的 Quantitative Fundamentals of Molecular and Cellular Bioengineering 則處理分子與細胞的速率過程。
宜在讀過其中一本入門教材、掌握了基於微積分的物理之後再讀 Hobbie 與 Roth，把它作為神經電學、生物磁學、輸運和成像物理的更深入論述。它與 Wittrup 一書都討論輸運，但側重不同：本書圍繞物理組織，那本書則圍繞分子與細胞模型。
如何使用本書
按出版社的說法，本書適合生物物理、生理學、醫學物理、神經科學和生物醫學工程方向的高年級本科生和研究生初期學生，也定位於自學以及作為研究人員的參考書。讀者應已掌握微積分和入門物理。
實用的閱讀計劃：
- 偏生理學的課程核心： 依次閱讀第1至11章，以第4–9章（輸運與生物電）為中心板塊。
- 醫學物理或成像課程核心： 第12至18章；若多粒子的概念不熟悉，先讀第1–3章；第14–15章（原子與光、輻射與物質的相互作用）引向第16–18章。
- 可選： 第8章（生物磁學）和第10章（回饋與控制）可以推後，不會破壞整體順序。
每章都挑選一部分習題來做，因為額外的生物學例子就出現在習題中；超出章節範圍的主題可順著參考文獻去讀。購買前請確認版本：這裡介紹的是第五版。