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第1章 绪论1

1.1 物理学与生物医学的关系1

1.1.1 物理学知识是探讨生命体物理运动状态、性质和过程的基础2

1.1.2 物理学方法和技术是基础生物医学研究、诊断治疗和向现代化发展的工具3

1.2 生物医学工程学的研究任务与领域5

1.2.1 生物医学工程的研究任务5

1.2.2 生物医学工程研究的重要领域6

1.3 波动分类与应用概述7

1.3.1 波动类型及频段分布7

1.3.2 各类波动应用概述11

1.4 本书内容安排14

1.4.1 波动共性描述14

1.4.2 波动应用介绍及展望14

本章小结14

问题与思考15

第2章 振动16

2.1 谐振动16

2.1.1 谐振动的表达式16

2.1.2 谐振动的矢量图示法和复数表达式19

2.2 无阻尼自由振动20

2.2.1 机械振动20

2.2.2 电磁振动23

2.2.3 电磁振动与机械振动类比24

2.3 阻尼振动25

2.3.1 阻尼振动方程25

2.3.2 阻尼振动的能量损耗和系统Q值28

2.4 受迫振动、共振29

2.4.1 受迫振动方程及稳态解30

2.4.2 共振现象及其意义31

2.4.3 随机共振32

2.5 振动的合成与分解34

2.5.1 同方向、同频率简谐振动的合成34

2.5.2 差拍现象与干扰电疗仪35

2.5.3 相互垂直、同频率简谐振动的合成37

2.5.4 相互垂直、不同频率简谐振动的合成38

2.5.5 Fourier分析与频谱39

2.5.6 线性运动系统的叠加原理43

本章小结44

问题与思考44

第3章 波的传播45

3.1 波的描述45

3.1.1 波的基本物理量45

3.1.2 三维简谐波49

3.1.3 简谐波的复数表示法、复振幅51

3.2 波动方程和波速52

3.2.1 弦振动产生横波52

3.2.2 固体中的弹性波53

3.2.3 理想流体中的声波57

3.3 波的能量传输64

3.3.1 波能和波能密度65

3.3.2 能量通量、能流密度和波强度66

3.4 波的反射和折射68

3.4.1 惠更斯原理和反射、折射定律68

3.4.2 反射波、透射波的振幅和相位70

3.5 多普勒效应74

3.5.1 声学多普勒原理75

3.5.2 超声多普勒血流速度测量76

本章小结84

问题与思考84

第4章 电磁波86

4.1 电磁波的波动方程86

4.1.1 真空中的平面电磁波86

4.1.2 非导电媒质中的电磁波、色散现象90

4.1.3 折射率随频率变化机制91

4.2 电磁波的能量、动量94

4.2.1 电磁波的能量传输、坡印廷矢量94

4.2.2 电磁波的动量、辐射压力95

4.2.3 波阻抗、声波与电磁波类比97

4.2.4 媒质对电磁波的吸收98

4.3 电磁辐射99

4.3.1 电磁辐射一般概念与电偶极子近场、远场特点99

4.3.2 电偶极子辐射总功率102

4.3.3 微波偶极子辐射的热场分布102

4.4 电磁波的反射、折射108

4.4.1 反射、折射波的振幅——非涅耳公式108

4.4.2 反射、折射波的相位、强度和能通量114

4.5 电磁波的多普勒效应117

4.5.1 电磁波多普勒效应的基本特点118

4.5.2 电磁波多普勒频移公式及与声波的比较119

4.5.3 激光多普勒血流速度测量120

本章小结122

问题与思考123

第5章 波的干涉与衍射124

5.1 非简谐波的传播124

5.1.1 波的叠加原理与线性媒质124

5.1.2 波的叠加和分解125

5.1.3 相速度与群速度126

5.2 驻波130

5.2.1 驻波的形成及其特点130

5.2.2 电磁驻波的产生131

5.3 波的干涉132

5.3.1 干涉现象和相干条件132

5.3.2 相干条件讨论和干涉能量分布134

5.4 波的衍射137

5.4.1 电磁波复数表示与空间频率概念138

5.4.2 基尔霍夫衍射理论——球面波描述方式142

5.4.3 衍射的角谱理论——平面波描述方式147

5.4.4 两种衍射理论的比较149

本章小结149

问题与思考150

第6章 超声波在生物医学中的应用151

6.1 声波和超声151

6.1.1 超声产生的压电原理152

6.1.2 超声换能器的特性与结构158

6.2 超声在生物组织内的传播特性167

6.2.1 超声振子辐射声场的特点167

6.2.2 超声在生物组织内传播和衰减特性168

6.2.3 超声对生物组织的作用174

6.3 医学超声诊断技术175

6.3.1 超声脉冲反射法与相控阵扫描175

6.3.2 医学超声成像仪器的类型与原理特点177

6.3.3 超声多普勒诊断技术181

6.4 医学超声治疗技术183

6.4.1 医用超声治疗仪器183

6.4.2 高强度聚焦超声治癌技术187

本章小结193

问题与思考194

第7章 电磁波在生物医学中的应用195

7.1 电磁波生物效应195

7.1.1 电磁波生物效应的类型和特点195

7.1.2 电磁波生物效应的作用机理197

7.1.3 电磁波生物效应的应用与防护204

7.2 电磁波热疗治癌技术207

7.2.1 肿瘤温热疗法207

7.2.2 电容射频热疗212

7.2.3 微波热疗技术226

本章小结231

问题与思考231

第8章 波动理论应用新进展233

8.1 随机共振233

8.1.1 随机共振现象233

8.1.2 随机共振在生物医学工程中的应用235

8.2 THz波237

8.2.1 什么是THz波237

8.2.2 THz波的产生239

8.2.3 THz波在生物医学工程中的应用241

8.3 无线供电244

8.3.1 共振磁耦合原理245

8.3.2 无线供电在生物医学工程中的应用248

8.4 结束语255

本章小结255

问题与思考256

附录257

附录A 振动一览表257

附录B 电磁波谱图259

附录C 矢量算法259

C.1 矢量代数259

C.2 矢量分析262

附录D 场论初步263

D.1 场的基本概念及其特征参量263

D.2 场的特征参量在不同坐标系中的表达式264

D.3 矢量积分定理266

参考文献267