正版全新 基于理工信的人体系统仿真与功能检测基础医学101计划 平装 高兴亚 王慷慨 北京大学医学出版社 9787565

基于理工信的人体系统仿真与功能检测 教育部基础医学“101计划”核心教材
I S B N	9787565931574
定 价	115.00
出 版 社	北京大学医学出版社
作 者	高兴亚 王慷慨 主编
本版时间	2024年07月
版 次	1-1
开 本	16
装 帧	平装
页 数	416
字 数	75
重量(克)	0

本教材在教育部基础学科系列“101 计划”统一规划下，由来自南京医科大学、中南大学、中山大学、北京大学等30余名专家教授通力合作完成。全书共十章，第一部分对人体系统的运行原理及数理模型构建、人体信号的检测与医学仪器原理进行介绍；第二部分按细胞、血液系统、循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统、内分泌和能量代谢系统、神经与肌肉系统的形式，展开各系统的运行原理、人体技能实验、虚拟仿真实验，并具有丰富的配套图片，以及知识拓展框、小测试、整合思考题、数字资源等内容。

目录 第一章 人体系统的运行原理及数理模型构建 001 　第一节　人体系统的复杂性及建模的意义 002 一、人体机能研究的系统论方法 002 二、人体系统运行的核心原理 004 三、人体系统的复杂性 007 四、系统建模的意义 009 　第二节　人体系统建模概论 011 一、模型分类及典型的人体系统模型 011 二、建模的基本流程 015 三、人体系统线性系统建模及计算机仿真概述 019 　第三节　典型生理系统建模 034 一、心血管血流模型 034 二、呼吸系统模型 043 三、生理系统的稳态分析 053 第二章 人体信号的检测与医学仪器原理 065 　第一节　引言 066 一、人体信号的类型及特征 066 二、人体信号检测的基本原理 067 　第二节　医学仪器的一般结构与整体设计 070 一、医学仪器的基本组成与工作方式 070 二、医学仪器的主要性能参数和技术特性 072 三、生物医学测量中的噪声、干扰与信号放大 075 四、医学仪器设计的原则、过程及产品化 078 　第三节　基本生命体征的测量原理及相关仪器 080 一、人体的体温、血压、呼吸、脉搏参数的特征 080 二、温度传感器及体温计 083 三、压力传感器及血压计 085 四、呼吸功能监测及仪器 089 五、多参数监护仪器 091 六、可穿戴传感器及智能仪器前沿 093 　第四节　生物电信号的测量原理及相关仪器 094 一、生物电信号的类型及基本特征 094 二、细胞动作电位的测量 097 三、体表生物电测量原理 099 四、心电图仪 101 五、脑电图仪 104 六、肌电图仪 107 　第五节　血液常规检测 109 一、血常规检测指标、参数和基本特征 109 二、血细胞计数原理 117 三、血红蛋白测定原理 118 四、血细胞分析仪 118 五、血液检测技术发展前沿及应用 119 　第六节　血气分析及血液凝固分析 120 一、血气、血凝分析指标的类型及特征 120 二、血气测量原理及血气分析仪 124 三、电解质分析仪 128 四、血凝分析仪 130 五、血气检测技术发展前沿及应用 133 第七节　尿液常规检测 133 一、尿常规检测指标、参数及特征 133 二、尿液干化学分析 136 三、尿液有形成分分析 138 四、尿液检测技术发展前沿及应用 142 　第八节　临床生化参数的检测 145 一、主要临床生化检测指标及分类 145 二、基于酶促反应的检测 146 三、基于免疫反应的检测 148 四、其他检测原理 152 五、全自动生化分析仪 153 六、基因检测 154 七、生化检测技术发展前沿及应用 156 　第九节　医学康复类仪器 158 一、康复评估仪器 159 二、康复运动训练仪器 166 三、康复理疗仪器 178 第三章 细胞 183 　第一节　细胞的基本功能及运行原理 184 一、细胞膜的物质转运功能及运行原理 184 二、细胞的生物电现象及运行原理 185 　第二节　虚拟仿真实验 187 一、静息电位、动作电位的测量及其影响因素 187 二、Hodgkin 电压钳虚拟实验 189 第四章 血液系统 192 　第一节　血液系统的运行原理 192 一、血液凝固的过程 192 二、人 ABO 血型系统 193 三、血液的氧气运输 194 　第二节　人体机能实验 195 人 ABO 血型的测定 195 　第三节　虚拟仿真实验 196 一、血液性缺氧造模及指标检测虚拟仿真实验 196 二、基于 ESP 智能模拟病人的血液性缺氧（一氧化碳中毒）临床案例 200 第五章 循环系统 204 　第一节　心血管系统的运行原理 205 一、心脏系统的运行原理 205 二、血管和血流动力学运行原理 227 三、血压调节运行原理 229 四、心血管系统的神经 - 体液调节运行原理 238 　第二节　人体机能实验 246 一、人体动脉血压和心电图的测定 246 二、运动对循环功能的影响 248 　第三节　虚拟仿真实验 249 一、影响动脉血压的因素 249 二、失血性休克及其抢救虚拟仿真实验 251 三、急性心肌梗死的机制分析及救治虚拟仿真实验 252 四、钾代谢紊乱对心电图的影响 254 五、急性左心衰竭及其救治：心力衰竭的发病机制——心脏负荷 255 六、心脏瓣膜病血流动力学和心脏变化 256 第六章 呼吸系统 259 　第一节　呼吸系统的运行原理 260 一、外呼吸的运行原理 260 二、机械通气的原理 264 　第二节　人体机能实验 264 一、肺通气功能测定 264 二、人体呼吸运动描记及其影响因素 267 三、基于 ESP 驱动的可穿戴设备人体实验——气胸 269 　第三节　虚拟仿真实验 271 一、呼吸生理虚拟仿真实验 271 二、急性肺水肿 273 三、气胸及其抢救 275 四、COPD 合并呼吸衰竭虚拟患者实验 277 第七章 消化系统 281 　第一节　消化系统的运行原理 281 一、消化道平滑肌电位与机械收缩的关系原理 282 二、胃内消化 286 　第二节　人体机能实验 291 一、唾液分泌及影响因素 291 二、消化道推进和混合食物的过程 293 　第三节　虚拟仿真实验 294 一、肠道平滑肌受体动力学实验 294 二、消化道平滑肌的电活动虚拟仿真实验 296 三、基于 ESP 的消化液生理调控机制仿真实验 297 四、急性中毒性肝损伤及治疗 300 五、门脉性肝硬化虚拟仿真实验 303 第八章 泌尿系统 308 　第一节　泌尿系统的运行原理 309 一、肾小球滤过的运行原理 309 二、肾小管重吸收和分泌的运行原理 311 三、尿液的浓缩及稀释的运行原理 313 　第二节　人体机能实验 318 一、水利尿实验：大量饮用清水和生理盐水对尿生成影响的差异分析 318 二、基于可穿戴病理马甲的虚拟仿真实验：急性肾衰竭 319 　第三节　虚拟仿真实验 323 一、影响尿液生成的综合实验 323 二、药物所致的急性肾损伤 326 三、大量失血导致肾前性急性肾衰竭 329 四、尿路梗阻——输尿管结石对肾功能的影响 332 第九章 内分泌和能量代谢系统 336 　第一节　内分泌和能量代谢系统的运行原理 336 一、甲状腺激素的合成及其调节 336 二、血糖的调节 338 三、酮症酸中毒 339 四、代谢率的检测 340 　第二节　人体机能实验 341 一、人体代谢分析实验 341 二、基于糖尿病酮症酸中毒临床案例的可穿戴虚拟仿真实验 344 　第三节　虚拟仿真实验 346 一、甲状腺激素对基础代谢率的影响 346 二、人体血糖调节虚拟仿真实验 349 三、1 型糖尿病及其常见并发症虚拟仿真实验 350 第十章 神经与肌肉系统 353 　第一节　神经与肌肉系统的运行原理 354 一、神经元突触后电位产生原理 354 二、反射与反射弧 356 三、神经肌肉活动的信号检测 361 四、听觉产生原理 365 　第二节　人体机能实验 368 一、单收缩和复合收缩 368 二、肌电图记录及尺神经传导速度测定 370 三、手掌握力测定和疲劳试验 373 四、人体腱反射检测 375 　第三节　虚拟仿真实验 377 一、基于 ESP 内核的听觉系统虚拟仿真实验 377 二、探究癫痫模型小鼠认知功能障碍 的行为学虚拟实验 388 主要参考文献 392 中英文专业词汇索引 393

主编简介 高兴亚，南京医科大学生理学二级教授，博士生导师，全国模范教师。教育部临床医学专业认证工作委员会委员，中国生理学会教育信息化研究专业委员会主任委员，中国医药教育协会医学模拟教育专业委员会委员。江苏省高等学校医药教育研究会秘书长，国家级虚拟仿真一流课程主持人，国家级实验教学示范中心带头人，基础医学国家级虚拟仿真实验教学中心（南京医科大学）主任。主编国家级规划教材 2 部，出版教材与专著 8 部；获得国家级教学成果奖 3 项，省级教学成果奖 6 项。 王慷慨，医学博士，教授。先后任中南大学基础医学院副院长、党委书记。兼任医学机能学国家级实验教学示范中心（中南大学）主任，脓毒症转化医学湖南省重点实验室副主任，人类重大疾病动物模型研究湖南省重点实验室副主任，国家级实验教学示范中心联席会基础医学组副组长，湖南省病理生理学会理事长。主编、副主编规划教材、实验教材 5 部，主持和参与的 2 门课程获评国家级一流课程，获得省级教学成果一等奖 1 项。先后承担国家自然科学基金等多项课题，在国内外期刊发表论文 70 余篇。

序 基础医学是一门研究人体生命现象和疾病规律的科学，是连接生命科学与临床医学、预防医学的桥梁。回望历史，现代医学的产生和发展都基于基础医学的重大发现，基础医学可谓现代医学的基石。 进入 20 世纪以来，生命科学取得了突飞猛进的发展。随着 DNA 双螺旋结构的发现、分子生物学的诞生以及人类基因组计划的完成，基础医学需要采用生命科学在分子层面的研究成果来探索疾病的发生机制并应用到诊断、治疗和预防中来，可以说基础医学的内涵和研究手段发生了重大变革。然而，基础医学人才的培养却未能同步跟上，面临诸多挑战，例如生命科学基础薄弱、与临床需求脱节、缺乏跨学科意识、原创性不足等。 我们期望培养的基础医学人才是科研的领跑者而非跟随者；他们应能实现从无到有的突破，而不仅仅是从有到多的积累；他们不仅能站稳在学科的高原，还应具备攀登学科高峰的潜力；他们不仅需要具备科学精神和创新能力，还要富有人文情怀。 教育部推出的基础学科拔尖学生培养计划 2.0 和基础学科系列“101 计划”正是为培养此类拔尖创新人才设计的中国方案。基础医学“101 计划” 围绕“拔尖、创新、卓越”，致力于加强基础医学与临床医学、预防医学、医学人文及理学、工学和信息学等学科的交叉融合，提出“基础医学 + X”跨学科融合课程体系。 基础医学“101 计划”的核心教材是基于上述课程体系编撰的配套教材。这套教材的编写力求契合高标准人才培养目标，强调加强生命科学基础与临床的紧密结合，突出学科交叉。教材把原基础医学十三门以学科为基础的教材整合为医学分子细胞遗传基础、医学病原与免疫基础、人体形态与功能三个跨学科的教材群，并首次将理学、工学、信息学纳入基础医学专业学生的培养方案中，引发学生对重大医学问题及前沿科技的兴趣和创新志向。此外，这套教材还力争跳出传统医学教材的窠臼，努力把“教材”转变为学生自主学习的“学材”。 我期盼这套教材能受到大家的欢迎和喜爱，并在实践中不断修改完善，最后成为经典，为我国基础医学拔尖人才培养做出应有的贡献。 韩启德 2024 年 7 月

前言 本教材是教育部基础医学“101 计划”核心课程“基于理工信的人体系统仿真与功能检测”的配套教材，旨在适应新医科背景下医学教育创新发展的新要求，推动医学与理学、工学及信息科学的深度融合。本教材尝试将系统生物学、定量生理学和生物物理学等多学科的理念与内容融入医学教育，为理解人体复杂系统提供了全新的视角。书中强调从系统的角度出发，通过数学建模、原理解析和定量分析来研究生物过程，揭示人体系统的内在规律和动态特性。随着信息技术的飞速发展，编者将大数据分析、人工智能和机器学习等现代信息技术手段引入教材，顺应教育数字化转型的大趋势，帮助学生更好地利用这些工具处理和解析生物数据，提高对人体系统复杂性的理解和分析能力。 本教材分为十章，内容兼顾基础与前沿、理论与应用、广度与深度以及难度与培养目标的匹配。第一章主要介绍了人体系统的复杂性及建模的意义、人体系统建模概论，以及典型生理系统建模。这部分运用生物物理学、系统生物学、定量生理学的原理及数学物理建模方法，分析建模人体及主要系统的运行原理与调节机制，为后续内容奠定基础。第二章介绍了人体信号的检测与医学仪器原理，使学生了解人体系统分析建模的数据来源，能够将理论知识联系临床实践，加深理解。第三章至第十章介绍人体各系统的主要功能、运行原理及信号检测。这部分内容引入了人体机能实验和虚拟仿真实验。人体机能实验是采集与分析正常人体信号，虚拟仿真实验则通过对正常和病理状态下人体运行过程的仿真与实时互动，让学生理解各种状态下人体系统的运行规律及疾病的诊断治疗原则。本教材的内容安排有助于学生掌握人体系统背后的数学、物理学、生物医学及工程学等领域的基础知识，为未来的医学研究和临床实践打下坚实基础。 本教材适用于医学、药学、生物医学工程、智能医学工程等专业的本科生、研究生及相关人员使用。教材的特色在于跨学科的整合性。不仅介绍了人体系统的传统知识，还特别强调了如何将理工信技术应用于这些知识领域。教材中包含了大量的案例、实验设计和实际操作指南，旨在培养学生的实践能力和创新思维。我们建议教师根据课程目标和学生背景，灵活安排教学内容和进度。对于学生而言，我们鼓励积极参与课堂讨论，利用教材提供的在线资源进行自主学习，并通过实验和项目实践来加深理解。 在教材的编写过程中，我们得到了众多专家学者和行业人士的支持与帮助。他们的专业知识和宝贵经验为本教材的质量提供了保障。同时，我们也要感谢出版社的编辑团队，他们的辛勤工作确保了教材的顺利出版。也感谢相关的工程师团队，为本教材配套了虚拟仿真实验的系列软件和人体机能实验设备。 我们期待《基于理工信的人体系统仿真与功能检测》能够成为您探索生命科学和信息技术融合之美的桥梁。我们相信，通过本教材的学习，您将能够掌握如何运用理工信技术来解决人体系统中的实际问题，为未来的医学研究和健康产业发展做出贡献。同时，我们诚挚地邀请您在使用本教材的过程中提出宝贵的意见和建议，以便我们不断改进和完善。 编者 2024 年 7 月 16 日

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