生醫訊號與係統 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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• 生物醫學信號
• 信號處理
• 係統分析
• 醫學工程
• 生物工程
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• 濾波
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• 圖像處理

　　訊號與係統是一門基礎的訓練課程，其應用的範圍十分廣泛，涵蓋電機、資訊、電子、通訊、生物醫學工程、係統生物…等學術領域，而本課程主要是介紹基本訊號與係統的理論，並搭配生物醫學工程方麵之應用，以提升讀者的學習興趣。

跨越生物與工程的交匯點：現代信號處理與生物係統的深度融閤 一本關於生命現象的量化描述、信息編碼與係統解析的前沿著作 本書聚焦於當今生命科學與工程技術深度交織的前沿領域，旨在係統闡述如何運用先進的信號處理理論、信息論原理以及係統動力學模型，來解析、理解乃至調控復雜的生物學過程。它並非一本介紹特定醫療設備或生物分子機製的教科書，而是著重於從信息和係統的角度審視生命體——從分子層麵到器官層麵的運行規律。 本書的構建邏輯是：生物體本質上是一個極其復雜的、動態變化的物理係統，其內部信息的傳遞、存儲與處理，無不依賴於可被量化和分析的“信號”。理解這些信號的本質、特徵、編碼方式以及係統對這些信號的響應，是實現精準醫學和生物工程創新的關鍵。 第一部分：生物信號的基礎理論與錶徵 本部分奠定瞭全書的理論基石，將傳統的信號處理工具箱與生物係統的特有屬性相結閤。 第一章：生命係統中的“信號”與“噪聲”的界定 生物係統中的信號遠非簡單的電學或聲學信號可比擬。本章首先嚴格定義瞭在生物背景下，哪些是具有信息意義的“信號”（如基因錶達的波動、離子通道的瞬態變化、神經元的動作電位），哪些是乾擾或背景的“噪聲”（如環境波動、測量誤差、係統內部隨機漲落）。重點討論瞭在低信噪比環境下，如何通過統計學方法和時頻分析技術，有效提取微弱的生物學信息。內容涵蓋瞭生物物理信號的非綫性和時變特性。 第二章：生物信號的數學建模與動態係統描述 如何將一個活細胞的代謝通路、一個心髒的節律變化，轉化為可操作的數學模型？本章深入探討瞭使用常微分方程（ODE）、偏微分方程（PDE）以及隨機微分方程（SDE）來描述生物係統的動態行為。特彆關注瞭反應-擴散係統在形態發生和組織形成中的應用，以及如何利用相空間分析（如李雅普諾夫指數）來評估生物係統的穩定性、復雜性和混沌特性。 第三章：時頻分析與生物數據的多尺度解析 生命現象的特徵往往是多尺度的——從毫秒級的神經脈衝到數小時的基因轉錄周期。本章詳述瞭傅裏葉變換的局限性，並著重介紹瞭小波分析（Wavelet Analysis）、經驗模態分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）等先進的時頻分析工具。這些工具被用來精確地定位信號在時間-頻率（或時間-尺度）上的能量分布，揭示隱藏在復雜振蕩背後的生物學周期性。 第二部分：信息編碼、傳輸與網絡動力學 生物係統是信息的網絡化處理單元。本部分從信息論的角度剖析瞭生命信息是如何被編碼、壓縮、傳輸和解碼的。 第四章：信息論在生物係統中的應用 本章將香農信息論的概念應用於生物語境。探討瞭細胞如何通過信道容量（Channel Capacity）來優化其對環境變化的響應速度和準確性。內容涉及互信息（Mutual Information）在確定基因調控網絡中關鍵節點的作用，以及熵（Entropy）在衡量細胞狀態多樣性與信息存儲效率上的意義。 第五章：生物網絡結構與信息流的拓撲分析 生物學研究的焦點已從單個基因轉移到復雜的分子網絡（如代謝網絡、信號轉導網絡）。本章引入瞭圖論和網絡科學的工具，分析網絡的連接性、模塊化結構和魯棒性。詳細講解瞭如何使用中心性指標（如度中心性、介數中心性）來識彆網絡中的“核心調控者”，並探討瞭信息流（Information Flow）在網絡中擴散的機製。 第六章：同步性、耦閤與集體行為的湧現 從神經元的集體放電到心髒的協調收縮，生物係統的集體行為依賴於單元間的有效“耦閤”。本章深入研究瞭不同類型的耦閤機製（如相位耦閤、振幅耦閤），並引入瞭Kuramoto模型等同步性理論來解釋這些現象。探討瞭如何通過外部微弱的外部驅動信號（如外部電刺激或光遺傳學刺激）來誘導或抑製係統同步行為。 第三部分：係統辨識、控製與應用前沿 本部分將理論分析的成果轉化為實際的工程應用和對疾病狀態的理解。 第七章：生物係統的辨識與參數估計 為瞭建立準確的預測模型，必須從實驗數據中“辨識”齣係統的內在參數。本章側重於係統辨識的挑戰，包括模型結構的不確定性、參數的非綫性和相關性。介紹瞭卡爾曼濾波（Kalman Filtering）及其擴展形式（如粒子濾波）在實時估計細胞內部狀態變量（如酶活性、底物濃度）方麵的應用。 第八章：反饋、前饋與生物係統的魯棒性控製 反饋機製是生物係統保持穩態和實現精確響應的核心。本章詳細分析瞭負反饋（維持穩定）和正反饋（實現開關功能）的數學特性。重點探討瞭魯棒性（Robustness）的來源——即係統在麵對參數變化或外部乾擾時，仍能維持其核心功能的能力。此外，還討論瞭前饋結構在加速響應和防止誤觸發中的作用。 第九章：從係統視角解讀生理失調與疾病信號 疾病通常可以被視為係統動態行為的失穩或信息處理的故障。本章將係統理論應用於病理生理學的分析。例如，分析癌細胞增殖失控是由於信號通路中關鍵閾值設定的偏差，還是由於反饋機製的失效。探討瞭如何利用係統識彆技術來區分健康和病理狀態的“吸引子”（Attractor），並基於此設計靶嚮性的係統乾預策略。 第十章：先進測量技術與閉環生物工程 本章展望瞭未來，如何將實時信號處理與工程控製相結閤，形成閉環（Closed-Loop）生物工程係統。討論瞭如何整閤高通量組學數據（Transcriptomics, Proteomics）與時間序列數據，構建混閤模型。並介紹瞭在體外器官芯片（Organ-on-a-Chip）上實施實時傳感、分析與反饋控製的可能性，為開發下一代智能藥物遞送和細胞治療奠定理論基礎。 本書的特色： 本書的敘事風格嚴謹而富有洞察力，強調數學工具的嚴謹性與生物學解釋的直觀性之間的橋梁搭建。它麵嚮的是生命科學、生物工程、生物物理學以及係統生物學的高年級本科生、研究生以及希望將量化分析工具應用於生物領域的科研人員。全書旨在培養讀者一種全新的思維模式：將復雜的生命現象視為一個信息豐富的、動態演化的工程係統來加以解析。 最終目標是提供一套完整的理論框架和分析工具箱，以應對未來生命科學領域中日益復雜的數據挑戰。

作者簡介

瀋祖望 博士

　　現職：
　　慈濟大學醫學資訊學係(所)助理教授

　　學曆：
　　美國史丹福大學(Stanford University,USA)：颱灣－史丹福醫療器材産品設計之人纔培訓計畫(STB 2012)
　　美國威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin－Madison,USA)生物醫學工程(Biomedical Engineering)博士

　　經曆：
　　慈濟大學課務組組長(2005/08/01-2006/07/31)
　　國立東華大學全球運籌管理研究所兼任助理教授(2008-2009)
　　慈濟大學醫學研究所閤聘助理教授(2006-2009)
　　教育部高科技專利取得與攻防種子教師(2006)
　　中華民國生醫工程師證照(2007)
　　醫學資訊管理師證照(2008)
　　LABVIEW CLAD證照認證閤格(since 2010)

　　教學與研究領域：
　　生醫工程／生物醫學訊號處理／生物安全辨識／類神經網路／人工智慧
 

评分☆☆☆☆☆

不得不說，《生醫訊號與係統》這本書真的給瞭我很多意想不到的啓發。我原本以為這是一本偏重理論、枯燥乏味的書籍，但實際閱讀下來，我發現它的內容非常有深度，並且和實際應用緊密相連。作者在闡述復雜理論的同時，始終沒有忘記它與生物醫學領域的聯係。例如，在討論噪聲在生物信號中的影響時，作者沒有簡單地羅列幾種噪聲類型，而是結閤瞭生理環境的特點，分析瞭不同來源的噪聲是如何乾擾生理信號的，並提齣瞭一係列有效的濾波和去噪方法。這些方法不僅在理論上具有指導意義，在實際的實驗設計和數據處理中也同樣適用。更讓我印象深刻的是，書中對不同生物醫學係統的分析，從簡單的單細胞模型，到復雜的全身性生理係統，作者都給齣瞭非常詳盡的數學模型和仿真方法。這讓我看到瞭如何用係統工程的思維來理解生命體，如何通過量化的方法來研究生理現象。我尤其喜歡書中關於反饋機製的講解，它不僅解釋瞭生理穩態的維持原理，還探討瞭失調的反饋機製如何導緻疾病，這讓我對疾病的發生發展有瞭更宏觀和深入的理解。這本書的價值在於，它不僅僅是知識的傳遞，更是思維方式的引導，它讓我學會瞭如何用係統和信號的視角去觀察和分析生命現象，這對我今後的學習和研究都將産生深遠的影響。

评分☆☆☆☆☆

《生醫訊號與係統》這本書，在我讀過的專業書籍中，無疑是讓我印象最深刻的一本。作者的敘述風格非常獨特，既有嚴謹的科學邏輯，又不乏生動的學術魅力。他善於將抽象的概念具象化，將復雜的理論簡單化，讓讀者在不知不覺中就能夠理解和掌握那些原本看起來高不可攀的知識。我尤其喜歡書中關於生物醫學係統建模的講解，作者並沒有簡單地套用現成的模型，而是會深入分析每一個係統的特點和關鍵因素，然後構建齣能夠準確描述其行為的數學模型。這讓我看到瞭，建模不僅僅是為瞭理解，更是為瞭預測和控製。書中還列舉瞭大量實際的案例，通過分析這些案例中的生醫訊號，來展示理論知識的運用，這對於我這樣希望將所學知識應用於實際的讀者來說，具有非常重要的參考價值。例如，在討論人工器官的設計時，作者就詳細分析瞭生物體與人工器官之間的信號交互問題，以及如何通過優化信號接口來實現更佳的生物相容性。這本書讓我看到瞭，生物醫學研究的最終目標，不僅僅是認識生命，更是要通過科學技術來改善和提升生命質量。

评分☆☆☆☆☆

讀完《生醫訊號與係統》，我最大的感受就是作者在內容上的博大精深和在組織上的獨具匠心。書中所涵蓋的範圍之廣，足以讓我驚嘆，從神經科學中的神經信號傳遞，到心血管係統中的血流動力學分析，再到呼吸係統中的氣體交換模型，幾乎囊括瞭生命科學的各個重要領域。然而，令人稱道的是，作者並沒有讓這些龐雜的知識點顯得雜亂無章，而是通過“訊號”和“係統”這兩個核心概念，將它們有機地串聯起來。我尤其欣賞作者在講解每一個生物醫學係統時，都會先建立一個清晰的概念模型，然後逐步引入數學描述和信號分析的方法。這種由錶及裏、由宏觀到微觀的講解方式，使得我能夠循序漸進地理解復雜的生物學現象。例如，在討論免疫係統時，作者不僅解釋瞭免疫細胞的功能和相互作用，還詳細闡述瞭免疫信號的識彆與傳遞過程，並利用係統動力學模型來模擬免疫反應的動態變化。這讓我得以從一個全新的角度去理解免疫係統的運作機製，以及如何通過調控係統參數來影響免疫反應。這本書的獨特之處在於，它不僅是一本教科書，更像是一位經驗豐富的導師，它引領著我去探索生命科學的奧秘，讓我看到瞭科學研究的無限可能。

评分☆☆☆☆☆

《生醫訊號與係統》這本書，就像是一把鑰匙，為我打開瞭生物醫學研究的另一扇大門。我之前對生物醫學的理解，大多停留在一些宏觀的描述，而這本書則將我帶入瞭微觀的信號層麵，讓我看到瞭生命活動背後那些看不見的“語言”。作者在講解生物信號的産生、傳播和接收機製時，運用瞭大量的圖示和公式，但這些公式並非枯燥的數學符號，而是生動地描繪瞭生理過程的內在邏輯。我尤其喜歡書中關於生理反饋控製係統的分析，它讓我深刻理解瞭身體是如何維持各種生理指標在穩定範圍內的，以及當這些反饋機製齣現異常時，疾病是如何産生的。這不僅僅是理論知識的講解，更是一種對生命智慧的贊嘆。書中還涉及瞭許多前沿的生物醫學技術，比如基於生物信號的診斷設備、可穿戴式健康監測係統等等，這些都讓我看到瞭生物醫學與工程技術融閤的巨大潛力。我特彆對書中關於信號特徵提取和模式識彆技術的介紹感興趣，它讓我明白，如何從海量、復雜的生物信號中提取齣有用的信息，這對於疾病的早期診斷和個性化治療具有至關重要的意義。這本書讓我感到，生物醫學不僅僅是關於生命，更是關於如何理解和改造生命。

评分☆☆☆☆☆

這本《生醫訊號與係統》真的讓我大開眼界，顛覆瞭我對許多生物醫學現象的傳統認知。我之前一直以為，生物體內的各種活動，都是一些模糊不清、難以量化的過程，但這本書讓我看到瞭，生命其實是由無數個精妙的“訊號”在相互傳遞、相互調控的“係統”構成的。作者在講解各種生物訊號的産生機製時，會深入到分子、細胞層麵，讓我理解瞭每一個訊號背後的生理基礎。同時，他對這些訊號在不同係統中的傳遞、處理和響應方式也進行瞭詳盡的分析，讓我看到瞭生命活動的宏觀規律。我尤其喜歡書中關於生物醫學信號的測量和分析技術的部分，它讓我明白，如何利用各種先進的儀器和算法，來捕捉和解讀這些看不見的生命語言。例如，作者在介紹高通量測序技術時，就詳細闡述瞭如何從基因組數據中提取齣有用的信息，以及這些信息如何指導疾病的診斷和治療。這本書讓我看到瞭，生物醫學不僅僅是一門科學，更是一門藝術，它需要我們用敏銳的觀察力、嚴謹的邏輯思維和創新的技術手段，去探索生命的奧秘。

评分☆☆☆☆☆

《生醫訊號與係統》這本書，真的是一本可以反復品讀的寶藏。作者在內容的深度和廣度上都做得非常齣色，而且講解的條理性和邏輯性也令人稱贊。我之前對生物醫學信號的理解，大多局限於一些基礎的概念，而這本書則將我帶入瞭一個更加專業和係統的領域。作者在講解每一個生物醫學係統時，都會先建立一個清晰的框架，然後逐步深入到各個子係統的細節，並分析它們之間的相互作用。這讓我能夠以一種全局的視角來理解生命體，而不是碎片化的知識堆砌。我特彆欣賞作者在處理復雜生物係統時所采用的建模方法，他不僅能夠準確地描述係統的靜態特性，更能揭示其動態行為和演化規律。例如，在討論藥物動力學時，作者就利用微分方程模型，詳細分析瞭藥物在體內的吸收、分布、代謝和排泄過程，並探討瞭如何通過優化藥物劑量和給藥方案來達到最佳的治療效果。這本書讓我看到瞭，信號與係統理論在生物醫學研究中的巨大潛力和價值，它不僅能夠幫助我們更好地理解生命，更能為我們開發更有效的醫療技術和治療方案提供理論指導。

评分☆☆☆☆☆

不得不說，《生醫訊號與係統》這本書對我而言，是一次深刻的學術洗禮。作者在內容的編排上，顯示齣極高的專業素養和深厚的學術功底。從基礎的生物電生理學原理，到復雜的係統動力學建模，再到前沿的生物醫學信號處理技術，這本書幾乎涵蓋瞭現代生物醫學工程的各個重要分支。我最欣賞的是作者對於每一個概念的深入剖析，他不僅給齣瞭清晰的定義和理論解釋，更重要的是，他總是能夠將這些理論與實際的生物醫學應用聯係起來，讓我能夠真正理解這些知識的價值和意義。例如，在討論腦電信號時，作者不僅詳細介紹瞭腦電波的産生機製和不同頻段的意義，還深入分析瞭腦電信號在癲癇、睡眠障礙等疾病診斷中的應用，以及相關的信號處理算法。這種理論與實踐相結閤的講解方式，讓我感覺受益匪淺。這本書讓我看到瞭，生物醫學研究是一個高度交叉和融閤的學科，它需要物理、化學、數學、計算機科學等多個領域的知識作為支撐。它也讓我認識到，信號與係統理論在理解和解決生物醫學問題中所起到的關鍵作用。我感覺自己在這本書的引導下，對生物醫學的認識又上瞭一個新的颱階。

评分☆☆☆☆☆

我必須承認，《生醫訊號與係統》這本書在我的閱讀清單中，屬於那種需要花費大量時間和精力去啃讀的類型，但一旦深入其中，便會發現其無窮的魅力。作者在構建整個知識體係時，展現瞭非凡的洞察力，將看似分散的生物醫學信息，巧妙地整閤在一個統一的“訊號”與“係統”的框架之下。我特彆欣賞作者在介紹每一個生物醫學模型時，都會先詳細闡述其研究背景和動機，然後逐步推導齣數學模型，並輔以詳實的仿真結果和實驗數據。這種嚴謹的科學態度，讓我對書中的內容深信不疑，也讓我更加理解瞭科學研究的嚴謹性和復雜性。在處理復雜生物係統時，作者並沒有迴避其內在的非綫性、時變等特性，而是通過引入先進的建模和分析技術，來揭示這些係統的本質。例如，在討論神經元網絡模型時，作者就深入探討瞭網絡結構的復雜性、突觸傳遞的動態變化，以及這些因素如何共同影響整體的神經信號輸齣。這本書讓我看到瞭，生命體本身就是一個極其精妙而復雜的“係統”，而各種“訊號”則是這個係統內部進行信息交流的載體。它不僅拓展瞭我的知識廣度，更重要的是，它改變瞭我看待生命現象的視角，讓我能夠用一種更加科學和係統的眼光去審視它們。

评分☆☆☆☆☆

《生醫訊號與係統》這本書，給我帶來的不僅僅是知識的增益，更是一種思維方式的革新。我之前對於生物醫學的認識，更多地停留在對解剖結構和生理功能的記憶層麵，而這本書則教會瞭我如何用一種更加量化、更加係統化的方式來理解生命。作者在書中巧妙地引入瞭信號處理的數學工具，將抽象的生理過程轉化為可以分析和處理的信號。我印象最深刻的是關於生物傳感器部分的講解，作者詳細介紹瞭各種生物傳感器的基本原理、信號轉換機製，以及在疾病診斷和監測中的應用。這讓我明白瞭，許多看似復雜的生物學指標，都可以通過巧妙的信號轉換和處理，轉化為易於理解和分析的數據。書中對於不同類型生物信號的分類和特徵分析也做得非常到位，讓我能夠清晰地區分各種生理信號的異同，並根據其特點選擇閤適的分析方法。我尤其喜歡書中關於數據挖掘和機器學習在生物醫學信號分析中的應用介紹，這讓我看到瞭人工智能技術在未來生物醫學領域的光明前景，也為我未來的學習方嚮提供瞭新的思考。這本書確實讓我看到瞭一個更加廣闊和充滿活力的生物醫學研究領域。

评分☆☆☆☆☆

這本《生醫訊號與係統》我真的是花瞭好些時間纔看完，坦白說，一開始拿到書的時候，我被它厚重的篇幅和專業的書名給嚇瞭一跳，心裏多少有點打退堂鼓。畢竟，我對生醫領域算是個門外漢，對“訊號”和“係統”這些詞匯的理解也僅停留在一些非常錶麵的概念上，腦子裏浮現的更多是電子工程或者通信領域的圖景。但是，當我翻開第一頁，被作者嚴謹又不失條理的敘述所吸引之後，那種最初的畏懼感就一點點消散瞭。書中的內容，雖然涉及的知識領域非常廣泛，從基礎的生物電生理學原理，到復雜的信號處理算法，再到各種生物醫學係統的建模與分析，但作者並沒有一股腦地將所有的信息堆砌在這裏，而是層層遞進，邏輯清晰。我尤其喜歡作者在講解每一個概念時，都會給齣詳實的背景介紹和相關的研究進展，這讓我這個初學者能夠更好地理解這個概念的意義和在實際中的應用。比如，在講到心電信號的時候，作者不僅詳細闡述瞭心肌細胞動作電位的産生機製，還深入剖析瞭心電圖的形成原理，以及不同導聯的信號特性。更讓我驚喜的是，書中還列舉瞭許多實際的臨床案例，通過分析這些案例中的生醫訊號，來展示理論知識的運用，這種理論與實踐相結閤的方式，讓我覺得這本書的學習過程充滿瞭成就感，也讓我對生醫訊號和係統有瞭更深刻的認識，感覺打開瞭一個全新的世界，發現瞭許多之前從未想過的可能性。