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　　讯号与系统是一门基础的训练课程，其应用的范围十分广泛，涵盖电机、资讯、电子、通讯、生物医学工程、系统生物…等学术领域，而本课程主要是介绍基本讯号与系统的理论，并搭配生物医学工程方面之应用，以提升读者的学习兴趣。

跨越生物与工程的交汇点：现代信号处理与生物系统的深度融合 一本关于生命现象的量化描述、信息编码与系统解析的前沿著作 本书聚焦于当今生命科学与工程技术深度交织的前沿领域，旨在系统阐述如何运用先进的信号处理理论、信息论原理以及系统动力学模型，来解析、理解乃至调控复杂的生物学过程。它并非一本介绍特定医疗设备或生物分子机制的教科书，而是着重于从信息和系统的角度审视生命体——从分子层面到器官层面的运行规律。 本书的构建逻辑是：生物体本质上是一个极其复杂的、动态变化的物理系统，其内部信息的传递、存储与处理，无不依赖于可被量化和分析的“信号”。理解这些信号的本质、特征、编码方式以及系统对这些信号的响应，是实现精准医学和生物工程创新的关键。 第一部分：生物信号的基础理论与表征 本部分奠定了全书的理论基石，将传统的信号处理工具箱与生物系统的特有属性相结合。 第一章：生命系统中的“信号”与“噪声”的界定 生物系统中的信号远非简单的电学或声学信号可比拟。本章首先严格定义了在生物背景下，哪些是具有信息意义的“信号”（如基因表达的波动、离子通道的瞬态变化、神经元的动作电位），哪些是干扰或背景的“噪声”（如环境波动、测量误差、系统内部随机涨落）。重点讨论了在低信噪比环境下，如何通过统计学方法和时频分析技术，有效提取微弱的生物学信息。内容涵盖了生物物理信号的非线性和时变特性。 第二章：生物信号的数学建模与动态系统描述 如何将一个活细胞的代谢通路、一个心脏的节律变化，转化为可操作的数学模型？本章深入探讨了使用常微分方程（ODE）、偏微分方程（PDE）以及随机微分方程（SDE）来描述生物系统的动态行为。特别关注了反应-扩散系统在形态发生和组织形成中的应用，以及如何利用相空间分析（如李雅普诺夫指数）来评估生物系统的稳定性、复杂性和混沌特性。 第三章：时频分析与生物数据的多尺度解析 生命现象的特征往往是多尺度的——从毫秒级的神经脉冲到数小时的基因转录周期。本章详述了傅里叶变换的局限性，并着重介绍了小波分析（Wavelet Analysis）、经验模态分解（Empirical Mode Decomposition, EMD）等先进的时频分析工具。这些工具被用来精确地定位信号在时间-频率（或时间-尺度）上的能量分布，揭示隐藏在复杂振荡背后的生物学周期性。 第二部分：信息编码、传输与网络动力学 生物系统是信息的网络化处理单元。本部分从信息论的角度剖析了生命信息是如何被编码、压缩、传输和解码的。 第四章：信息论在生物系统中的应用 本章将香农信息论的概念应用于生物语境。探讨了细胞如何通过信道容量（Channel Capacity）来优化其对环境变化的响应速度和准确性。内容涉及互信息（Mutual Information）在确定基因调控网络中关键节点的作用，以及熵（Entropy）在衡量细胞状态多样性与信息存储效率上的意义。 第五章：生物网络结构与信息流的拓扑分析 生物学研究的焦点已从单个基因转移到复杂的分子网络（如代谢网络、信号转导网络）。本章引入了图论和网络科学的工具，分析网络的连接性、模块化结构和鲁棒性。详细讲解了如何使用中心性指标（如度中心性、介数中心性）来识别网络中的“核心调控者”，并探讨了信息流（Information Flow）在网络中扩散的机制。 第六章：同步性、耦合与集体行为的涌现 从神经元的集体放电到心脏的协调收缩，生物系统的集体行为依赖于单元间的有效“耦合”。本章深入研究了不同类型的耦合机制（如相位耦合、振幅耦合），并引入了Kuramoto模型等同步性理论来解释这些现象。探讨了如何通过外部微弱的外部驱动信号（如外部电刺激或光遗传学刺激）来诱导或抑制系统同步行为。 第三部分：系统辨识、控制与应用前沿 本部分将理论分析的成果转化为实际的工程应用和对疾病状态的理解。 第七章：生物系统的辨识与参数估计 为了建立准确的预测模型，必须从实验数据中“辨识”出系统的内在参数。本章侧重于系统辨识的挑战，包括模型结构的不确定性、参数的非线性和相关性。介绍了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）及其扩展形式（如粒子滤波）在实时估计细胞内部状态变量（如酶活性、底物浓度）方面的应用。 第八章：反馈、前馈与生物系统的鲁棒性控制 反馈机制是生物系统保持稳态和实现精确响应的核心。本章详细分析了负反馈（维持稳定）和正反馈（实现开关功能）的数学特性。重点探讨了鲁棒性（Robustness）的来源——即系统在面对参数变化或外部干扰时，仍能维持其核心功能的能力。此外，还讨论了前馈结构在加速响应和防止误触发中的作用。 第九章：从系统视角解读生理失调与疾病信号 疾病通常可以被视为系统动态行为的失稳或信息处理的故障。本章将系统理论应用于病理生理学的分析。例如，分析癌细胞增殖失控是由于信号通路中关键阈值设定的偏差，还是由于反馈机制的失效。探讨了如何利用系统识别技术来区分健康和病理状态的“吸引子”（Attractor），并基于此设计靶向性的系统干预策略。 第十章：先进测量技术与闭环生物工程 本章展望了未来，如何将实时信号处理与工程控制相结合，形成闭环（Closed-Loop）生物工程系统。讨论了如何整合高通量组学数据（Transcriptomics, Proteomics）与时间序列数据，构建混合模型。并介绍了在体外器官芯片（Organ-on-a-Chip）上实施实时传感、分析与反馈控制的可能性，为开发下一代智能药物递送和细胞治疗奠定理论基础。 本书的特色： 本书的叙事风格严谨而富有洞察力，强调数学工具的严谨性与生物学解释的直观性之间的桥梁搭建。它面向的是生命科学、生物工程、生物物理学以及系统生物学的高年级本科生、研究生以及希望将量化分析工具应用于生物领域的科研人员。全书旨在培养读者一种全新的思维模式：将复杂的生命现象视为一个信息丰富的、动态演化的工程系统来加以解析。 最终目标是提供一套完整的理论框架和分析工具箱，以应对未来生命科学领域中日益复杂的数据挑战。

作者简介

沈祖望 博士

　　现职：
　　慈济大学医学资讯学系(所)助理教授

　　学历：
　　美国史丹福大学(Stanford University,USA)：台湾－史丹福医疗器材产品设计之人才培训计画(STB 2012)
　　美国威斯康辛大学麦迪逊分校(University of Wisconsin－Madison,USA)生物医学工程(Biomedical Engineering)博士

　　经历：
　　慈济大学课务组组长(2005/08/01-2006/07/31)
　　国立东华大学全球运筹管理研究所兼任助理教授(2008-2009)
　　慈济大学医学研究所合聘助理教授(2006-2009)
　　教育部高科技专利取得与攻防种子教师(2006)
　　中华民国生医工程师证照(2007)
　　医学资讯管理师证照(2008)
　　LABVIEW CLAD证照认证合格(since 2010)

　　教学与研究领域：
　　生医工程／生物医学讯号处理／生物安全辨识／类神经网路／人工智慧
 

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《生医讯号与系统》这本书对我而言，是一次深刻的学术洗礼。作者在内容的编排上，显示出极高的专业素养和深厚的学术功底。从基础的生物电生理学原理，到复杂的系统动力学建模，再到前沿的生物医学信号处理技术，这本书几乎涵盖了现代生物医学工程的各个重要分支。我最欣赏的是作者对于每一个概念的深入剖析，他不仅给出了清晰的定义和理论解释，更重要的是，他总是能够将这些理论与实际的生物医学应用联系起来，让我能够真正理解这些知识的价值和意义。例如，在讨论脑电信号时，作者不仅详细介绍了脑电波的产生机制和不同频段的意义，还深入分析了脑电信号在癫痫、睡眠障碍等疾病诊断中的应用，以及相关的信号处理算法。这种理论与实践相结合的讲解方式，让我感觉受益匪浅。这本书让我看到了，生物医学研究是一个高度交叉和融合的学科，它需要物理、化学、数学、计算机科学等多个领域的知识作为支撑。它也让我认识到，信号与系统理论在理解和解决生物医学问题中所起到的关键作用。我感觉自己在这本书的引导下，对生物医学的认识又上了一个新的台阶。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《生医讯号与系统》这本书真的给了我很多意想不到的启发。我原本以为这是一本偏重理论、枯燥乏味的书籍，但实际阅读下来，我发现它的内容非常有深度，并且和实际应用紧密相连。作者在阐述复杂理论的同时，始终没有忘记它与生物医学领域的联系。例如，在讨论噪声在生物信号中的影响时，作者没有简单地罗列几种噪声类型，而是结合了生理环境的特点，分析了不同来源的噪声是如何干扰生理信号的，并提出了一系列有效的滤波和去噪方法。这些方法不仅在理论上具有指导意义，在实际的实验设计和数据处理中也同样适用。更让我印象深刻的是，书中对不同生物医学系统的分析，从简单的单细胞模型，到复杂的全身性生理系统，作者都给出了非常详尽的数学模型和仿真方法。这让我看到了如何用系统工程的思维来理解生命体，如何通过量化的方法来研究生理现象。我尤其喜欢书中关于反馈机制的讲解，它不仅解释了生理稳态的维持原理，还探讨了失调的反馈机制如何导致疾病，这让我对疾病的发生发展有了更宏观和深入的理解。这本书的价值在于，它不仅仅是知识的传递，更是思维方式的引导，它让我学会了如何用系统和信号的视角去观察和分析生命现象，这对我今后的学习和研究都将产生深远的影响。

评分☆☆☆☆☆

《生医讯号与系统》这本书，在我读过的专业书籍中，无疑是让我印象最深刻的一本。作者的叙述风格非常独特，既有严谨的科学逻辑，又不乏生动的学术魅力。他善于将抽象的概念具象化，将复杂的理论简单化，让读者在不知不觉中就能够理解和掌握那些原本看起来高不可攀的知识。我尤其喜欢书中关于生物医学系统建模的讲解，作者并没有简单地套用现成的模型，而是会深入分析每一个系统的特点和关键因素，然后构建出能够准确描述其行为的数学模型。这让我看到了，建模不仅仅是为了理解，更是为了预测和控制。书中还列举了大量实际的案例，通过分析这些案例中的生医讯号，来展示理论知识的运用，这对于我这样希望将所学知识应用于实际的读者来说，具有非常重要的参考价值。例如，在讨论人工器官的设计时，作者就详细分析了生物体与人工器官之间的信号交互问题，以及如何通过优化信号接口来实现更佳的生物相容性。这本书让我看到了，生物医学研究的最终目标，不仅仅是认识生命，更是要通过科学技术来改善和提升生命质量。

评分☆☆☆☆☆

《生医讯号与系统》这本书，真的是一本可以反复品读的宝藏。作者在内容的深度和广度上都做得非常出色，而且讲解的条理性和逻辑性也令人称赞。我之前对生物医学信号的理解，大多局限于一些基础的概念，而这本书则将我带入了一个更加专业和系统的领域。作者在讲解每一个生物医学系统时，都会先建立一个清晰的框架，然后逐步深入到各个子系统的细节，并分析它们之间的相互作用。这让我能够以一种全局的视角来理解生命体，而不是碎片化的知识堆砌。我特别欣赏作者在处理复杂生物系统时所采用的建模方法，他不仅能够准确地描述系统的静态特性，更能揭示其动态行为和演化规律。例如，在讨论药物动力学时，作者就利用微分方程模型，详细分析了药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程，并探讨了如何通过优化药物剂量和给药方案来达到最佳的治疗效果。这本书让我看到了，信号与系统理论在生物医学研究中的巨大潜力和价值，它不仅能够帮助我们更好地理解生命，更能为我们开发更有效的医疗技术和治疗方案提供理论指导。

评分☆☆☆☆☆

《生医讯号与系统》这本书，就像是一把钥匙，为我打开了生物医学研究的另一扇大门。我之前对生物医学的理解，大多停留在一些宏观的描述，而这本书则将我带入了微观的信号层面，让我看到了生命活动背后那些看不见的“语言”。作者在讲解生物信号的产生、传播和接收机制时，运用了大量的图示和公式，但这些公式并非枯燥的数学符号，而是生动地描绘了生理过程的内在逻辑。我尤其喜欢书中关于生理反馈控制系统的分析，它让我深刻理解了身体是如何维持各种生理指标在稳定范围内的，以及当这些反馈机制出现异常时，疾病是如何产生的。这不仅仅是理论知识的讲解，更是一种对生命智慧的赞叹。书中还涉及了许多前沿的生物医学技术，比如基于生物信号的诊断设备、可穿戴式健康监测系统等等，这些都让我看到了生物医学与工程技术融合的巨大潜力。我特别对书中关于信号特征提取和模式识别技术的介绍感兴趣，它让我明白，如何从海量、复杂的生物信号中提取出有用的信息，这对于疾病的早期诊断和个性化治疗具有至关重要的意义。这本书让我感到，生物医学不仅仅是关于生命，更是关于如何理解和改造生命。

评分☆☆☆☆☆

读完《生医讯号与系统》，我最大的感受就是作者在内容上的博大精深和在组织上的独具匠心。书中所涵盖的范围之广，足以让我惊叹，从神经科学中的神经信号传递，到心血管系统中的血流动力学分析，再到呼吸系统中的气体交换模型，几乎囊括了生命科学的各个重要领域。然而，令人称道的是，作者并没有让这些庞杂的知识点显得杂乱无章，而是通过“讯号”和“系统”这两个核心概念，将它们有机地串联起来。我尤其欣赏作者在讲解每一个生物医学系统时，都会先建立一个清晰的概念模型，然后逐步引入数学描述和信号分析的方法。这种由表及里、由宏观到微观的讲解方式，使得我能够循序渐进地理解复杂的生物学现象。例如，在讨论免疫系统时，作者不仅解释了免疫细胞的功能和相互作用，还详细阐述了免疫信号的识别与传递过程，并利用系统动力学模型来模拟免疫反应的动态变化。这让我得以从一个全新的角度去理解免疫系统的运作机制，以及如何通过调控系统参数来影响免疫反应。这本书的独特之处在于，它不仅是一本教科书，更像是一位经验丰富的导师，它引领着我去探索生命科学的奥秘，让我看到了科学研究的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，《生医讯号与系统》这本书在我的阅读清单中，属于那种需要花费大量时间和精力去啃读的类型，但一旦深入其中，便会发现其无穷的魅力。作者在构建整个知识体系时，展现了非凡的洞察力，将看似分散的生物医学信息，巧妙地整合在一个统一的“讯号”与“系统”的框架之下。我特别欣赏作者在介绍每一个生物医学模型时，都会先详细阐述其研究背景和动机，然后逐步推导出数学模型，并辅以详实的仿真结果和实验数据。这种严谨的科学态度，让我对书中的内容深信不疑，也让我更加理解了科学研究的严谨性和复杂性。在处理复杂生物系统时，作者并没有回避其内在的非线性、时变等特性，而是通过引入先进的建模和分析技术，来揭示这些系统的本质。例如，在讨论神经元网络模型时，作者就深入探讨了网络结构的复杂性、突触传递的动态变化，以及这些因素如何共同影响整体的神经信号输出。这本书让我看到了，生命体本身就是一个极其精妙而复杂的“系统”，而各种“讯号”则是这个系统内部进行信息交流的载体。它不仅拓展了我的知识广度，更重要的是，它改变了我看待生命现象的视角，让我能够用一种更加科学和系统的眼光去审视它们。

评分☆☆☆☆☆

这本《生医讯号与系统》我真的是花了好些时间才看完，坦白说，一开始拿到书的时候，我被它厚重的篇幅和专业的书名给吓了一跳，心里多少有点打退堂鼓。毕竟，我对生医领域算是个门外汉，对“讯号”和“系统”这些词汇的理解也仅停留在一些非常表面的概念上，脑子里浮现的更多是电子工程或者通信领域的图景。但是，当我翻开第一页，被作者严谨又不失条理的叙述所吸引之后，那种最初的畏惧感就一点点消散了。书中的内容，虽然涉及的知识领域非常广泛，从基础的生物电生理学原理，到复杂的信号处理算法，再到各种生物医学系统的建模与分析，但作者并没有一股脑地将所有的信息堆砌在这里，而是层层递进，逻辑清晰。我尤其喜欢作者在讲解每一个概念时，都会给出详实的背景介绍和相关的研究进展，这让我这个初学者能够更好地理解这个概念的意义和在实际中的应用。比如，在讲到心电信号的时候，作者不仅详细阐述了心肌细胞动作电位的产生机制，还深入剖析了心电图的形成原理，以及不同导联的信号特性。更让我惊喜的是，书中还列举了许多实际的临床案例，通过分析这些案例中的生医讯号，来展示理论知识的运用，这种理论与实践相结合的方式，让我觉得这本书的学习过程充满了成就感，也让我对生医讯号和系统有了更深刻的认识，感觉打开了一个全新的世界，发现了许多之前从未想过的可能性。

评分☆☆☆☆☆

这本《生医讯号与系统》真的让我大开眼界，颠覆了我对许多生物医学现象的传统认知。我之前一直以为，生物体内的各种活动，都是一些模糊不清、难以量化的过程，但这本书让我看到了，生命其实是由无数个精妙的“讯号”在相互传递、相互调控的“系统”构成的。作者在讲解各种生物讯号的产生机制时，会深入到分子、细胞层面，让我理解了每一个讯号背后的生理基础。同时，他对这些讯号在不同系统中的传递、处理和响应方式也进行了详尽的分析，让我看到了生命活动的宏观规律。我尤其喜欢书中关于生物医学信号的测量和分析技术的部分，它让我明白，如何利用各种先进的仪器和算法，来捕捉和解读这些看不见的生命语言。例如，作者在介绍高通量测序技术时，就详细阐述了如何从基因组数据中提取出有用的信息，以及这些信息如何指导疾病的诊断和治疗。这本书让我看到了，生物医学不仅仅是一门科学，更是一门艺术，它需要我们用敏锐的观察力、严谨的逻辑思维和创新的技术手段，去探索生命的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

《生医讯号与系统》这本书，给我带来的不仅仅是知识的增益，更是一种思维方式的革新。我之前对于生物医学的认识，更多地停留在对解剖结构和生理功能的记忆层面，而这本书则教会了我如何用一种更加量化、更加系统化的方式来理解生命。作者在书中巧妙地引入了信号处理的数学工具，将抽象的生理过程转化为可以分析和处理的信号。我印象最深刻的是关于生物传感器部分的讲解，作者详细介绍了各种生物传感器的基本原理、信号转换机制，以及在疾病诊断和监测中的应用。这让我明白了，许多看似复杂的生物学指标，都可以通过巧妙的信号转换和处理，转化为易于理解和分析的数据。书中对于不同类型生物信号的分类和特征分析也做得非常到位，让我能够清晰地区分各种生理信号的异同，并根据其特点选择合适的分析方法。我尤其喜欢书中关于数据挖掘和机器学习在生物医学信号分析中的应用介绍，这让我看到了人工智能技术在未来生物医学领域的光明前景，也为我未来的学习方向提供了新的思考。这本书确实让我看到了一个更加广阔和充满活力的生物医学研究领域。