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開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇生物醫學工程學進展，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
［關鍵詞］生物醫學工程；介入超聲學；微創技術
生物醫學工程學是生物學、自然科學與工程學、醫學等多專業結合的典型的交叉性學科，研究內容涉及：探索人類生命的奧秘、研究組織器官病變機理，并通過相關技術手段對疾病提供診斷、治療、預防的有效方法。不久的將來，各種技術相互融合、現有技術的不斷演變、改進，新技術的發明、醫療整合及精準醫療的出現會更好的為人民的健康事業服務。未來醫學對于操作的微創性、精準性的要求會越來越高，生物醫學工程在醫學中的應用也越來越廣、越來越精，生物醫學的發展無疑會對醫學的發展展現其巨大的創造力和推動力。
1生物醫學工程在臨床中的應用及發展
1．1微創技術
“微創技術”始終貫穿于整個醫學發展，是醫學技術未來發展的方向。1985年由英國Payne和Wickham等最早提出了“微創操作”的概念［1］。而“微創外科”的概念是在微創概念的基礎上出現的，其本質是腔鏡技術。相對于傳統開放手術，實則就是對患者采用最小創傷達到最佳治療效果的方法都歸“微創技術”，如介入超聲、介入放射、內鏡、腔鏡及微創化手術等。而這些微創技術創造、發明，都是在生物學、工程學及醫學等多學科的融合下完成的。
1．2內鏡技術
我國內鏡技術起步較晚，但發展較快，目前國內臨床工作中常用的是纖維內鏡。伴隨科學技術及醫學技術的不斷發展，內鏡和腔鏡技術都不同程度的得到進一步發展及完善，診療過程也越來簡便、微創化，是微創技術發展中最為全面和成熟的，如目前有更輕便的膠囊內鏡等，無處不體現生物醫學工程的重要性。
1．3腔鏡技術
腔鏡技術的發展在過去的20世紀80年代后期才有了質的飛躍，其中最為突出的是腹腔鏡技術的發展，自1992年我國荀祖武首次開展腹腔鏡下膽囊切除術之后，腔鏡技術在國內發展迅猛，直到今天腔鏡技術廣泛應用于各個外科領域［2］，目前國際及國內更流行的有3D腹腔鏡及達芬奇機器人手術系統。
2生物醫學工程在影像及介入醫學的應用
2．1影像介入技術
隨著醫學技術的進步，影像學科也在不斷發展，尤其是透視引導下的微創技術更是發展迅猛。根據透視設備的不同，透視微創技術主要包括在X光／CT引導、超聲引導和MRI引導下開展的透視微創治療技術。而介入超聲因其設備輕便、操作簡便、無輻射等優點深受廣大醫務人員及患者的青睞。
2．2介入放射學
介入放射學技術是在1895年由Haschek和Lindenthal兩位教授在行血管造影后首次提出并應用的，此技術出現后就引起了世界醫學界的廣泛關注，從此，世界范圍內掀起了研究和應用的熱潮。其應用范圍也在不斷擴展。介入放射學因其創傷小、效果好等特點，世界范圍內絕大部分醫療機構都成立有不同規模的、單獨的介入科，介入治療在國內外已成為部分疾病的常規診治措施，甚至取代了外科手術。
2．3CT引導下的微創－數字技術與醫學的融合
生物醫學不僅在診療設備、三圍圖像重建及數字醫學等方面取得跨越式的進步，而且在診療模式也發生了根本性的改變，這些成果的取得恰恰是在計算機輔助下完成的［3］。主要體現為CT輔助的立體定位技術，例如CT定位引導下組織穿刺活檢、腦血腫清除及腰間盤突出的定位。
2．4超聲引導微創技術
我國在半個多世紀前超聲學已應用于醫學臨床診斷，相對于其他醫學影像學，超聲有其諸多優勢（如無放射性、無創傷、費用低廉、設備簡單、報告迅速、便于多次隨訪等），而且還可以動態觀察機體或臟器情況，對體內病理改變比較直觀，故在超聲引導下對甲狀腺、乳腺、肝臟及腎臟等疾病進行微創治療也得到良好效果。目前介入超聲治療在臨床越來越被受到重視，尤其在小腫瘤的治療優勢更明顯，其不僅代表了21世紀現代醫學發展的方向，而且還展現了其定位精準、療效顯著、微創安全的醫學發展模式。介入超聲學在臨床的應用使其成為最具發展潛力和學術活力的醫學科學體系。近10余年，由超聲科、醫學工程學科專家創立和發展起來的這門新型學科技術，正在被泌尿外科、肝膽外科、血管外科、麻醉科及骨科等更多的臨床醫師所應用，這不僅使得介入超聲學得到更迅速的傳播和承認、在腫瘤及多種技術的綜合應用等方面取得重要進展，同時也體現了生物醫學工程在臨床中的重要地位。超聲引導下腫瘤的射頻消融術對探針的要求比較高，而目前對金納米材料的研究成了科學研究領域的一大熱點，并取得了很大進展。大量的研究結果表明，金納米材料具有獨特的光學、電學、熱學、化學等性質，在疾病的診斷、食品檢測、腫瘤的顯像與放射治療、靶向載藥、藥物控釋、以及對有機物的選擇性催化反應等領域有著巨大的優勢和廣闊的應用前景［4～7］。面對學科發展之迅速。要求我們必須努力發展新技術、開展新業務，同時也要求我們技術操作更科學、合理、規范、個體化［8］，而這些恰恰需要有生物醫學工程的參與，才能創造出更多、更精、更無創的醫療設備。
3生物醫學工程展望
3．1生物醫學工程學與其他學科的多學科合作
微創技術需要永無止境的追求。個人覺得相比于“能治病”，“會治病”更重要，這就要求我們必要要培養一種臨床思維模式，這正如我們需要通過“微創”在客觀上建立另一種臨床思維模式，即微創技術的創新－微創醫學的長遠發展［9］；在微觀上，借國家醫改大好政策，展望未來5～10年微創技術將會進一步發展及普及，如現有各種微創技術的全面、系統提升，以及不同技術間的融合及新技術的創新發展。但是，微創醫學發展到今天仍挑戰巨大，特別是學科之間競爭激烈，這些可以在醫療資源及專業主導地位的分配反映出來，故使我們不僅要更進一步加快學科建設、人才培養，而且要促使基礎、臨床及預防醫學和其他多個學科之間的合作，更進一步加快生物醫學工程在醫學中創造新方法、制造新設備的步伐，最終使各個學科受益，各個患者、醫生受益。
3．2醫療整合
近些年臨床各亞專科、亞專業的進一步細化，國內醫學的發展模式也是以“能分則分、能細則細”為主，這雖然在一定程度上提高了診療水平，同時伴隨的是醫學知識及診療實踐出現碎片化、機械化的問題。那么如何可以改變‘頭痛醫頭，腳痛醫腳’的狀況以及未來醫學到底該如何發展？樊代明、郎景和等多名院士及著名醫學專家在2016年中國整合醫學大會的發言稱：實現醫學模式轉變不僅要進行醫學整合，而且未來醫學發展的方向，更需要我們為保障人類健康而具備新的臨床思維模式和新的醫學觀念，而不是像目前僅具備的單純“能看病”。所謂整合醫學，前提必須是以人的整體為基礎，根據生物、心理、社會、環境的現實將各醫學專業目前國際最先進的知識和各專科最有效的治療加以有機整合，使其對人體健康和疾病診療更符合、更適合的新的醫學體系，醫療服務不僅使得心身并舉、防治結合，而且要達到醫養共進、人病同治的目的。國民全面健康，醫學發展必須要靠基礎醫學、臨床醫學、生物工程學及預防醫學等多學科整合，醫學又是自然科學、社會科學和人文科學等多學科之間的交叉與融合。所以凡是涉及和人或人類健康有關的學科或科學都應該用來更好的為醫學服務，為人類健康服務。而生物醫學工程正是這樣一門學科。同時把各種先進知識、有效實踐經驗進行合理、不同程度的整合，使其更好的為人類健康服務，形成生命醫學高度融合的乘法效應。
3．3精準醫療
美國總統奧巴馬于2015年1月30日在國情咨文演講，宣布美國正式啟動“精準醫學”研究計劃［10］。早在2011年，由美國科學院、工程院、國立衛生研究院及美國科學委員會就共同發出了“精準醫學”的倡議［11～13］。其最高規模4大研究機構的聯手倡議，為未來的醫學指明方向，代表精準醫學就是未來的醫學發展方向。醫學發展史上發展的3個里程碑分別是經驗醫學、實驗醫學和循證醫學。而過去的研究模式以試驗為主導的［14，15］，這不僅和臨床距離大，而且根本無法達到臨床需求。而以臨床為主導的新研究模式恰恰是目前所提出的精準醫學，精準醫療的發展必然要應用更精準的醫療儀器及設備，而精準設備及儀器的研發恰恰需要生物醫學工程與其他學科的融合［16］。展望未來，所有疾病的治療最終都將走向精準醫學，醫學的發展一定和生物醫學工程的“同呼吸、共命運”。
參考文獻：
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符合生物醫學工程學科學生認知規律。生物醫學工程學科交叉性強，知識體系更新快，專業課教學難度大。任務驅動型教學模式，符合人類認知過程中的從“平衡”到“不平衡”再到新“平衡”的認知過程。新任、新目標的提出打破了學生已有知識體系的“平衡”，通過解決問題的過程，使學生不斷學習新知識，建立新的知識體系平衡。通過系列由易到難、循序漸進的“任務”，培養學生清晰的思路、方法和知識的脈絡，不斷提升培養分析問題、解決問題以及處理信息的能力。有利于調動學生的主動性。任務驅動型教學以建構理論為基礎，強調以學生為中心對知識進行主動探究，而教師在教學中發揮組織者和指導者的作用，這種教學模式的目的在于充分發揮學生的主動性和創造性。生物醫學工程專業課程理論性、交叉性較強，學生在學習過程中常會出現倦怠和畏難情緒，而任務驅動型教學法，要求教師將授課內容具體化為一個個實際的任務，學生在接到“任務”后，由被動學習轉化為主動解決問題的狀態。通過查閱資料、探索解決問題的途徑，學生在教學過程中始終處于積極主動的狀態中，可極大提高學生的學習效率。強化學生的體驗感和成就感。以學生為主體的教學強調學生自主實踐，親自動手解決問題。教師在課堂中將相對抽象化的理論知識轉化為系列具體任務，學生在完成“任務”和實現“目標”的同時，必須親自動手實踐和驗證新理論，這有助于提高對枯燥、復雜的專業課理論理解的深度，這種親自經歷形成的知識體系比直接被教師告知而獲得的更具實際意義。此外，學生在親歷實踐解決問題的同時，也會提升自主探索和互動協作意識，在完成既定任務的同時也會獲得成就感，可以極大地激發學生的求知欲，形成一個快樂學習的良性教學循環。
2生物醫學工程專業課教學中任務驅動型課堂教學設計
2．1緊貼教學大綱進行任務設計教學的最終目的是使學生對知識的深度和廣度的掌握達到相應標準要求。任務驅動型教學中任務的設計是關鍵，通過系統的“任務鏈”的設計，使學生在學習知識的過程中層層深入，因此在生物醫學工程專業課教學中要緊扣教學大綱進行任務設計。教師需要根據教學內容進行總任務、章節任務、課題任務等大小不同任務的設計，而且要根據教學重點和難點對任務的難度進行量化。只有緊貼教學大綱，緊扣培養目標，在任務設計中才能相互關聯，具有統一的目標指向，而且每一任務都以前面的任務為基礎或出發點，后面的任務依屬于前面的任務，這樣，每一課或每一教學單元的任務系列構成一列教學階梯。
2．2結合學科新進展進行任務設計生物醫學工程屬新型交叉學科，學科知識更新快。這要求教師在對教材現有內容準確傳授的同時，補充專業領域內新知識和新進展，并將這些新知識和新進展結合教學目標，轉化成新的“任務”。與學科新進展緊密結合，可以避免“任務”內容設計陳舊，可以使學生在完成任務的同時，通過查閱資料主動了解目前的學科進展和前沿，培養學生的科研興趣和探索未知領域的科學意識。
2．3結合實際應用需求進行任務設計在教學過程中以實際應用需求為例進行引導，是一種生動形象的教學方法。同樣在任務驅動型教學中，將任務的設計與實際應用需求緊密結合，可以給學生提供一種更為真實和現實的場景。通過任務設計創造出接近真實的場景，可以提升學生對任務的興趣，而且也是一種理論與實踐相結合的最好體現。例如，可以將教研室中的科研項目或醫院中的一些現實需求，與教學內容有機結合，指導學生把所學的知識靈活運用到這些“實際任務”中，解決現實問題，提高學生的應用能力、實踐能力。
3任務驅動型教學方法實施中應注意的問題
對教師的素養提出更高的要求。任務驅動型教學法中教師的角色是教學過程的組織者和引導者，要求教師具有豐富的理論和實踐經驗。為了使任務設計體現專業課程的系統性以及學科發展的前沿性，教師應不斷提升自身的素養，提高教學水平，增強自己駕馭任務教學的能力。這就要求教師一方面注意不斷補充新知識，更新完善自己的知識結構，另一方面要提升自身的科研或應用實踐水平。只有教師的素養提高了，才能使任務驅動型教學更加生動。任務設計要注重趣味性。任務驅動型教學法的目的是通過任務的驅動，增加學生自主學習的興趣和意識，所以在任務的設計中要緊貼大綱，考慮學生的認知能力和現有知識結構，盡量不要設計那些讓學生有負重感的任務，任務設計的難度要以大部分學生能完成為原則。同時為激發學生的學習熱情，任務的設計要具有趣味性和多樣化，首先是任務內容自身的趣味性，其次可以通過組織形式，如師生互動、分組比賽、一題多解等方式增加任務的趣味性。
任務設計要難易適宜。學習是一個循序漸進的過程，在進行任務設計時考慮所涉及知識點的難易度、連貫性。過于簡單的任務不能激發學生的潛能，過于復雜的任務則會打擊學生的自信心。其次考慮到每個學生的基礎和能力也有不同，所以在任務分配時可以考慮分組實施，最大程度地調動每個學生的積極性，讓學生嘗試成功的體驗。生物醫學工程專業課程具有知識連貫性和交叉性強的特點，教師在教學設計時更需要將抽象的理論知識進行具體化和應用化分解，將每個分配給學生的“任務”變得具有可操作性和可實現性。任務完成后要定期評價。評價和總結是提升和促進教學的關鍵，任務驅動型教學在學生完成任務后，要對每個“作品”進行評價。評價時側重于實踐過程和知識應用能力的點評，不需要太重視結果的表現形式。這樣的評價和總結重點在于幫助學生提升分析問題和應用知識解決問題的能力，這對學生而言是一次再學習的過程，也是一次激勵的過程。如果缺少這一環節，任務驅動型教學就會變得有頭無尾，學生在任務完成后就會降低積極性和驅動力。
4結語
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關鍵詞 全日制工程碩士；醫學基礎；教學方法
中圖分類號：G643.2 文獻標識碼：B
文章編號：1671-489X（2014）06-0061-03
Exploration and Application of Full-time Engineering Master for Medical Foundation Teaching Methods//L? Xiuhua， LIU Wei， ZHOU Yubai， ZHOU Zhixiang， SHENG Wang， MA Xuemei， YAN Hong
Abstract With the changes and reforms of the graduate enrollment system， the full-time Master of Engineering enrollment has gradually expanded. Therefore， the completing training and achieving goals have been highly valued. In this paper， the following four aspects of the full-time Master of Engineering medical foundation teaching methods were explored with the practical application respect. These four aspects are： The combination of theoretical and practical application is the practical requirements to the engineering master's； Rational organization of classroom discussion is an effective way to train engineering master professional interest； Teaching is an effective way for the infiltrated project to broaden the depth and breadth of knowledge； and the highlight innovative teaching process is to develop a master project to adapt the foundation of society. The conclusion is this kind of teaching model is a useful teaching exploration， especially for the overall requirements of the full-time Master of Engineering training
Key words Full-time Engineering Master； medical foundation； teaching methods
生物醫學工程是綜合工程學、醫學和生物學的理論和方法而發展起來的交叉邊緣學科，基本任務是運用工程技術手段研究和解決生命科學特別是醫學中的有關問題，主要研究利用電子信息技術結合醫學臨床對人體信息進行無損或微損的提取和處理，是關系到提高醫療診斷水平和人類自身健康的重要工程領域。
北京工業大學生命科學與生物工程學院從2005年開始，正式開設醫學基礎研究生專業學位課，每年選課人數都在10人左右。但是隨著社會的發展和需求，近年全日制工程碩士（專業學位研究生）的招生規模逐年增加，2012年選課人數是19人，2013年選課人數已經達到25人。由于研究生的培養目標在不斷更新和變化，作為已有專業知識模塊中的醫學基礎課程的教學方法，已經不能完全適用于專業學位研究生的培養，需要重新探索工科院校全日制工程碩士醫學基礎課程的教學方法，并結合實際教學情況進行應用研究。
有效的教學方法構建有效的課堂組織，有效的課堂組織造就更高的教學質量，更高的教學質量鋪墊中國教育的基石[1]。醫學基礎課程具有理論性強、應用性強兩大特點，增加了教學的難度和復雜性，因此必須要緊密結合專業知識，采取多種教學方法聯合并用，增強教學的針對性、實用性，使學生具體體會到學有所用，增強學習興趣，圓滿完成教學計劃和培養目標。
1 理論性與應用性的有機結合是工程碩士的實際需求
建立面向應用領域、跨學科門類、融合工程技術和工程科學、保證工程系統性和完整性的應用實踐型教學模式是保障全日制工程碩士人才培養質量，保證教育產品符合企業人才需求的關鍵。所以，醫學基礎課程不僅在教學內容上有所突破，在教學方法上也要大膽創新，將理論性與應用性有機結合，通過基礎知識模塊和應用知識模塊來體現，突出案例分析和實踐研究。
從臨床醫學的角度講解基礎醫學的內容，使學生的學習更有針對性。在教學方法上，適當引入案例教學為基礎的課堂討論，以病例、問題為先導，把基礎醫學、臨床醫學、預防醫學、康復醫學等知識有機串聯起來，形成一個系統完整的新的理論體系。病例中包括對病人的發病原因、發病機制、實驗室診斷、臨床癥狀、防治、愈后康復以及與之相關的儀器研發應用等內容。
如在學習循環系統時，除了常規學習心臟血管的形態學知識外，以冠狀動脈粥樣硬化性心臟病為線索，將生理病理、臨床癥狀體征、診斷治療、預防康復等融為一個整體，結合本院生物醫學工程專業的研究成果，將人工心臟、人工血管、支架的研究內容納入綜合治療方案、特殊治療方法的范疇。同時在將知識進行縱橫聯系的同時，還需了解學生的個體需求、發展規劃，可以將課堂教學內容與學生的畢業論文及實際工作相結合。這種教學模式既能增加學生的知識層面，啟發學生學習的興趣，最大限度地調動學生自主學習的積極性，又能培養學生的綜合思維，而且可以鍛煉學生分析問題、解決問題的能力以及反應的靈活性，是一種有益的教學探索，尤其適合于全日制工程碩士培養的整體要求。
2 合理組織課堂討論是培養工程碩士專業興趣的有效方法
根據醫學基礎課程的教學目標，把教學內容分為重點講述、一般概述、自學三部分，但并不等于后兩部分內容不重要，而是課堂教學的學時所限，因此，要求教師合理、科學地督促學生把這些知識不僅要學好，而且要用好。
采用課堂討論式教學方法比較適合這兩部分內容的教學，為了有效利用課上時間，討論課前，師生都要充分準備，查找相關資料，將適當的課堂討論融入整體的教學過程中。整個環節包含題目的提出、主題發言、學生互動、教師完善補充、總結五大部分。其中題目的選擇是課堂討論成敗的關鍵，教師結合每個學生的學術背景和研究方向，選擇相關的比較前沿的討論題目。如有的學生畢業論文或工作內容與腫瘤相關，無論是抗腫瘤的藥物研究，還是腫瘤表面標志物的篩選、腫瘤早期基因診斷試劑盒的研發以及肝癌的微波熱療等，都會以細胞為基礎，輻射藥理學、細胞生物學、分子生物學、免疫學、腫瘤學的一些基礎知識，使學生對腫瘤的相關知識點有全面的了解，同時對自己所要研究的實際問題又有比較深入的思索和規劃。因此，在討論課上既有學生的主題發言，又有相互間的探討和交流。這樣既培養了學生獨立思考和自學的能力，又加深了學生對課程的理解熟知程度；同時也不同程度地培養了學生的思維敏捷能力、應變能力、與人溝通能力、語言表達能力等綜合實力，提倡暢所欲言、各抒己見，博采眾長、堅持真理的學術理念，培養學生研究實踐問題的主動意識和持續科研的能力。
興趣是學習的生命力、源動力。學生只有產生興趣，才能充分發揮主觀能動性，產生學習積極性；只有懷著好奇心和求知欲，自覺地投入到學習過程中來，才能主動地去學習知識、掌握知識和運用知識，才會提高學習效率，學有成效[2]。堅信興趣是最好老師的教學理念，做到學有所用、用有所長、長有所專。
3 教學多向滲透是工程碩士拓寬知識深度和廣度的有效途徑
由于醫學基礎課程的寬廣性和綜合性、理論性和應用性的特點，決定了無論基礎知識模塊還是應用知識模塊的教學內容，必須將基礎醫學、臨床醫學、預防醫學、康復醫學、特殊醫學五者相互貫穿、有機聯系，同時將醫學基礎內容滲透到生物醫學工程專業所涉及的研究和應用領域，增強學生學習的實用性。比如在學習細胞、腫瘤等知識時，會實時地將生物電磁效應研究的內容、手機輻射對人體健康的影響融入其中。同時基于生物醫學圖像處理的研究課題，如細胞顯微圖像的計算機自動分析、B型超聲圖像處理等理論，突出結構與功能的關系，即結構是功能的基礎，而某一種生理功能又是某一特定結構的運動形式；健康與疾病的關系，即疾病與健康一樣，都是生命的表現形式，疾病中所表現出來的種種病理變化，都是正常結構、功能發生量變和質變的結果。只有了解正常，才能確定異常，才能對疾病做出正確的診斷和治療，才能準確判斷預后。
另外，生物力學仿真與醫學應用也是生物醫學工程所涉及的研究領域，其研究方向側重于研究血流動力學與動脈疾病（特別是動脈粥樣硬化）的關系，以及血流動力學的臨床應用，如血管搭橋術、動脈瘤支架介入治療等，這又關聯到如血液在血管中的流動、心臟瓣膜及人工瓣膜等的工作過程所要涉及的醫學基礎本質內容。可以看出，通過這樣的多向滲透，將縱橫交錯的復雜知識網絡梳理成一條直線清晰的脈絡，使學生學到的不是一點點具體課程知識的堆砌，而是注意學科知識間的滲透與綜合，重視知識應用性的溝通與轉化；使學生意識到在應用領域中基礎知識的重要性和必要性，沒有基礎理論作為基石的支持，后續的應用研究不僅是空中樓閣，且很難實施和實現。從另一個角度無形中又激發了學生自主學習的自覺性和積極性，形成一個良性的循環過程。這種教學方法提高了教學的針對性，更有利于全日制工程碩士研究生培養目標的實現和順利完成。
4 突出教學過程的創新性是培養工程碩士適應社會、服務社會的基礎
醫學基礎知識是從事生物醫學工程技術工作的重要基礎，同時各種生物醫學工程技術又促進了醫學水平的全面提升。隨著高科技產業的發展和應用，迫切需要具有科學思維和創新意識、能夠敏銳發現問題和創造性地解決實際問題的生物醫學工程人才。教學過程不是簡單重復書本上的條條框框、考核試卷上的題目，而是一個創造性的過程，是教學雙方挖掘、展示、發揮人的創造性和主觀能動性的過程。
創新是研究生教育的核心內容，也是全日制工程碩士培養的深層次目標。醫學基礎課程建設的特點是“厚基礎理論，博前沿知識，重實際應用”，在整個教學環節中逐步滲透和培養全日制工程碩士研究生的創新意識。教師擁有了培養學生創新意識的理念，就會體現于教與學的創新上。學生是教學過程的核心，教學設計要想引導出富有創新性的教學過程，就必須關注最新的科技動態、科研成果，具有前瞻性的思維模式和科學研究的主導思想。因此，在每年的教學內容中都會適時添加當年的諾貝爾生理學與醫學獎的獲獎內容，并由此引申到相關知識領域的研究進展、發展動態及未來的可能趨勢。例如，2011年諾貝爾生理學與醫學獎塵埃落定之際，就將樹突狀細胞等在第二道防線中的作用和重要意義，以及一些目前用來治療自身免疫疾病的新藥和很多正在開發的免疫治療癌癥的藥物，都利用了諾貝爾獎得主發現的這些機理和原理等納入相關的與免疫有關的章節中。
2012年令人驚訝的是“發現成熟細胞可被重組變為多能性”，通過導入僅僅少量的基因，就可以將成熟細胞重編程為多能干細胞，即可發育成為身體各種組織的非成熟細胞。這些突破性的發現徹底改變了對于發育和細胞特化的看法。現在知道成熟細胞并不需要永遠局限在它的特定功能里，歷史被改寫，新的研究領域產生。通過重編程人體細胞，疾病研究的新機遇獲得實現，診斷與治療的新方法獲得發展。
2013年諾貝爾生理學與醫學獎授予了三位解開細胞如何組織其運輸系統之謎的科學家，揭開了細胞物質運輸和投遞的精確控制系統的面紗。該系統的失調不僅會帶來有害影響，并可導致諸如神經學疾病、糖尿病和免疫學疾病等的發生。
由此可見，激發教學雙方在知識、經驗、精神等各個層面的交流與碰撞，是確保教學效果和質量不可或缺的一個重要因素。實際上，在教學過程中，培養學生創新意識和能力的同時，既有助于促進教師加強自身學習、更新知識，拓寬教師知識面、擴充教學內容，也有助于調動學生的學習熱情，且能保證教學內容與最新科學技術同步發展的應變性和連續性；使學生在獲得較寬厚的基礎理論知識的同時，又具有較強的科學研究能力與技術開發能力。可以認為，突出教學過程的創新性，是培養高素質、有創造力的高技能高層次應用型人才的重要內容和方式。
注重工程應用，構建合理的知識結構，是全日制工程碩士研究生培養的一種特殊模式，強化他們的優勢、彌補他們的不足是主導思想。正如郭婧娟[3]所言：“堅持獨特的培養理念是工程碩士持續發展的根本所在。”全日制學術型研究生的培養，可以說有很多成熟、成功的經驗值得推廣和借鑒，但全日制工程碩士研究生培養，由于其培養目的和目標的特定性、社會需求的特殊性，還有許多問題有待進一步的深入研究和探索。
參考文獻
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【關鍵詞】 納米磁性材料; 生物相容性; 評價方法; 文獻綜述
隨著人們生活水平的不斷提高，惡性腫瘤已經成為威脅人類健康的勁敵。各種報道和調查顯示[1]，全世界每年新發現的腫瘤患者多達1 090萬，而且腫瘤的發病率持續上升，成為僅次于心血管疾病的第二大致死原因。但是，目前臨床上對腫瘤的治療手段仍然十分有限，預后也比較差。腫瘤磁感應熱療[2-5]是一種新型的腫瘤治療手段，它通過各種方法將納米磁性材料精確地分布于腫瘤組織中，在外加交變磁場的作用下，納米材料感應發熱，使腫瘤組織達到一定的溫度，從而達到治療腫瘤的效果。有研究表明[6]，腫瘤細胞在高溫的環境下對放射線更為敏感。研究發現[7]，越小的納米顆粒越有可能穿透細胞并產生毒性作用。所以，納米磁性材料能否用于人體，首先必須考察其是否具有良好的生物相容性。
生物相容性一般包括細胞相容性、血液相容性和組織相容性3個方面。下面就生物相容性的概念、生物相容性的3個方面及生物相容性評價工作中存在問題的研究進展作一綜述。
1 生物相容性的概念
相容性[8]是指兩種或兩種以上的體系共存時互相之間的影響。如果這些體系在共存時互不影響，互不損傷，互不破壞，就可以說這些體系間有完全的相容性。如果這些體系在共存時相互影響，相互破壞，導致不能時，就可以說這些體系之間的相容性差或沒有相容性。生物相容性[9]是指任何一種外源性物質，包括天然材料[10]、治療用的外源性細胞、植入的器官、人工材料的植入體或納米粒子，為治療目的植入或通過某種方式進入生物體，或與生物組織共存時，對生物體和生物組織造成損傷，或引起生物體、生物組織發生反應的能力和性質，和(或)生物體容許這種材料在體內存在及與這種材料的相互作用的能力和性質。普遍認為生物相容性包括兩大原則[11]：一是生物安全性原則即消除生物材料對人體的破壞性;二是生物功能性原則(或稱為機體功能的促進作用)，指其在特殊應用中“能夠激發宿主恰當地應答”的能力。納米材料對于宿主是異物，在體內必定會產生某種應答或出現排異現象。納米材料要使發生的反應能被宿主接受，不產生有害的作用，因此要對納米材料進行生物安全性評價，即生物學評價。對納米磁性材料進行生物相容性評價是納米磁性材料能否進入臨床研究的關鍵環節[12]。
2 細胞相容性評價
細胞相容性[13]是材料對細胞的生長、附著、增殖及代謝功能的影響，以存活的有功能的細胞或(和)細胞生長增殖情況作為材料的生物相容性評價指標。常用的細胞相容性評價實驗方法有 MTT試驗、流式細胞光度術等。一般選用L929細胞和HeLa細胞來進行試驗，這兩種細胞[14]具有傳代容易、繁殖迅速、體外培養條件低、易儲存，同時這兩種已建立成系的細胞株能為實驗提供穩定傳代的細胞、能為許多材料細胞毒性評價所共用等優點，1982年美國質量標準協會將L929細胞推薦為細胞毒性試驗中的標準細胞。
2.1 MTT試驗
MTT試驗是大部分磁性介質生物相容性評價工作采用的基本試驗項目。它是一種比較準確、快速和簡便、可作定量評價的常用方法，現已廣泛應用于醫用材料的生物學評價。其原理是活細胞中的線粒體脫氫酶將MTT分子還原產生紫色結晶物，紫色結晶物形成數目的多寡與活細胞數目和功能狀態呈正相關，用DMSO溶解結晶后，在酶聯免疫檢測儀上測吸光度，即可代表細胞數量。將測得的吸光度帶入細胞相對增殖率的公式來計算。細胞相對增殖率(RGR)= 實驗組OD均值/陰性對照組OD均值×100%。把RGR值轉換成6級反應[15]：0級反應RGR值為≥100%，1級反應RGR值為75%～99%，2級反應RGR值為50%～74%，3級反應RGR值為25%～49%，4級反應RGR值為1%～24%，5級反應RGR值為0。實驗結果是0或 1級反應為合格，實驗結果是2級反應需要結合細胞形態綜合評價，實驗結果是3～5級反應為不合格。
目前已進行過細胞學評價的納米磁性材料有納米Fe2O[15]3、納米Fe3O[16]4、納米鎳銅熱籽[17]、納米Mn0.5Zn0.5Fe2O[18]4等。例如顏士巖等[15]研究指出，不同濃度的Fe2O3納米磁性粒子浸提液作用于L929細胞72 h 后，其細胞RGR分別為91.3%、76.9%、76.6%、81.9%，依相對增殖率與毒性分級轉換表標準判定不同濃度的Fe2O3納米磁性粒子浸提液其細胞毒性均為1級，均屬對細胞無毒性范疇，而陽性對照組0.7%的丙烯酰胺單體溶液的細胞RGR為11.6%，其毒性評定為4級，為不合格生物材料，證實其自制的F2O3納米磁性粒子體外試驗無細胞毒性作用。該法簡便迅速、不接觸同位素、敏感性高，缺點是紫色結晶物有時易聚集成團影響結果的準確性[19]。
2.2 流式細胞光度術(flow cytometry，FCM)[20]
該法利用鞘流原理，使被熒光標記的單個懸浮細胞排成單列，按重力方向流動。細胞被激光照射后發射熒光，檢測器可逐個對細胞的熒光強度進行測定，常用來檢測細胞周期和細胞凋亡。鄧凌燕[21]研究發現，隨著Fe3O4磁微粒浸提液干預濃度的增高，肺泡上皮細胞和血管內皮細胞的凋亡率無增高的趨勢，差異無統計學意義(P>0.05)。證實不同濃度Fe3O4磁微粒浸提液對肺泡上皮細胞和人血管內皮細胞凋亡無影響。FCM法能提供具體明確的凋亡率值，為評價凋亡提供客觀的數值指標，同時可為分析材料對細胞周期的影響提供證據。
2.3 乳酸脫氫酶(LDH)試驗[22]
LDH定位于細胞胞漿內。一般情況下，LDH不能透過細胞膜。當細胞受損傷或死亡時可釋放到細胞外，此時細胞培養液中LDH活性與細胞死亡數目成正比。這一方法已被用來檢測碳納米管的細胞毒性[23-24]。王曉娜等[25]發現，隨著Fe2O3納米顆粒作用濃度的升高(267.5、535、1 070 μg·ml-1)，可致細胞內LDH漏出量增加。此法通過檢測細胞培養液上清中LDH的活性，可判斷細胞受損的程度。
2.4 單細胞凝膠電泳技術檢測細胞DNA損傷
單細胞凝膠電泳又稱彗星實驗，由Singh等[26]和Ostling等[27]在中性凝膠電泳技術基礎上改進和建立，是檢測單個細胞DNA鏈斷裂的實驗方法，該方法具有靈敏、簡便、快速、樣品用量少及不需放射性等優點。李倩等[28]運用單細胞凝膠電泳技術檢測發現，納米Fe2O3可造成小鼠肝、脾、腎組織細胞、外周血細胞和骨髓細胞的DNA斷裂，其研究表明DNA斷裂與細胞的氧化損傷有密切關系。Lacava等[29]發現，磁流體還可以致小鼠發生炎癥反應，導致巨噬細胞內氧自由基和氧化亞氮的生成，從而造成DNA損傷。
除此之外，還有一些研究者進行過其他相關實驗，如體外CHI細胞染色體畸變試驗[30]DNA合成檢測方法、細胞膜完整性測定、人工計算細胞數[1]等細胞相容性試驗。
3 血液相容性評價
血液相容性試驗[31]通過生物材料和醫療器械與血液相接觸(體外、半體內或體內)，評價其對血栓形成、血漿蛋白、血液有形成分和補體系統的作用。通過對材料與血細胞體外接觸過程中所致紅細胞溶解和血紅蛋白游離程度的測定，對材料的體外溶血進行評價，能敏感地反映試樣對紅細胞的影響，在生物安全性評價中起重要作用。
體外溶血試驗是鑒定血液相容性最基本方法之一[32]，它不僅可以評價樣品的體外溶血性，還可以敏感地提示樣品的毒性。Zhang等[33]通過體外溶血試驗發現，Fe3O4納米磁性粒子的溶血率為0.514%，遠小于5%，表明實驗用Fe3O4納米磁性粒子無溶血作用，符合醫用材料的溶血試驗要求。Zhang等[34]研究發現MgZnMn合金的溶血率高達65.75%。Li[35]研究發現單純的鎂溶血率是59.3%。因此說溶血試驗在生物安全性評價中起著重要的作用。
由于體內環境的復雜性及多變性和血凝機理，ISO標準中也只能提出一個評價方向的基本要求，到目前為止還沒有建立一套相關的評價標準。新近研究建立的新方法[36]有血小板黏附及血小板消耗量、復鈣時間、凝血因子Ⅳ、血漿總蛋白和球蛋白計數等諸多方面的血液相容性試驗方法，但對納米磁性材料進行定量化的評價有一定的難度，需要不斷成熟和完善，將其標準化。
4 組織相容性評價
組織相容性[37]是指生物材料與人體組織接觸后，在材料組織界面發生一系列相互作用，最終被人體組織所接受的性能。常用的組織相容性試驗有體內植入試驗、微核試驗、肝臟穿刺試驗等。
4.1 體內植入試驗
植入試驗[31]將生物材料和醫療器械植入動物的合適部位，如皮下、肌肉和骨，在觀察一定時期(短期為7、15、30、60、90 d，長期為180、360或720 d)后，評價對活體組織局部毒性作用。主要通過病理切片觀察組織的變化。根據產品使用部位可選擇皮下組織植入試驗、肌肉植入試驗或骨內植入試驗。體內植入試驗可從宏觀和微觀水平來評價組織工程支架材料對組織的局部反應，包括早期的炎癥反應和隨后的纖維結締組織增生反應。通過體內埋植實驗可以直接觀察動物機體對材料中的抗原或化學物質產生的免疫應答[38-39]。材料植入機體后[40]被視為異物，在無其他因素影響的情況下，如材料有毒性，會導致其周圍組織死亡;如材料無毒性，機體組織對植入物的反應主要是無菌性炎癥反應和纖維結締組織包膜產生。組織反應在早期呈現異物刺激引起輕中度的無菌性急性炎癥反應比如水腫、組織充血和中性粒細胞的浸潤等等，兩周后轉為慢性炎癥反應包括巨噬細胞、淋巴細胞和纖維母細胞的增生。機體通過吞噬和酶消化方法消除異物，或者通過纖維囊的包裹隔離材料。材料中任何成分分解產生的小分子都會影響炎癥反應的過程。白雪[17]研究發現，其自制的鍍金鎳銅熱籽植入肌肉后，植入后的局部組織無明顯的毒性及刺激作用，組織相容性較好。 Fulzele等[41]研究發現甘油酯(GMR)和季戊四醇酯(PMR)植入局部組織無明顯的炎癥反應。
4.2 微核試驗
微核試驗是一種檢測材料致畸致突變作用的方法，能夠簡便、快速地檢測樣品的短期遺傳毒性。間隔24 h給藥2次，首次給藥后第30小時處死小鼠，常規制片。每只動物計數1 000個嗜多染紅細胞，計算微核率。Zhang等[42]研究發現，其制備的熱敏磁性復合納米粒通過檢測各組嗜多染紅細胞中的微核(MN)出現率，未發現復合納米粒組與陰性對照組間有顯著性差異，認為該復合納米粒無致畸或致突變作用。
4.3 肝臟穿刺試驗
肝臟穿刺試驗是將磁性材料置入組織器官一段時間后，觀察材料對創傷性組織炎癥防御性反應和主要代謝器官、血液系統的功能影響的一種方法。方法: 在無菌條件下，用3%戊巴比妥鈉麻醉后在超聲導向定位下肝臟穿刺注入0.9%生理鹽水和納米粒懸液，1個月后處死，取心、肝、脾、肺、腎等進行病理形態觀察.實驗前后試驗動物靜脈采血作血常規及肝腎功能檢查。叢小明等[18]研究發現，沿穿刺方向切開肝臟，見黑色材料浸潤在注射路徑周圍，材料和周圍肝組織邊界清晰，無瘀血及炎癥改變，在材料分布區，部分材料微粒被肝細胞吞噬，肝小葉結構完整無變形以及纖維化，心肝脾肺腎腦等臟器未見明顯組織形態學變化。血常規、肝腎功能無明顯變化，證明其自制的納米材料具有良好的組織相容性，適宜應用于肝內局部注射治療腫瘤。
5 生物相容性評價工作中存在的問題
近年來，多種納米磁性材料的生物相容性接受了不同程度的評價研究，有了更多新的試驗方法和檢測指標，使生物相容性研究不斷深入。但是，其中仍然存在一定的問題，首先是存在純度的問題，目前進行實驗的材料往往混有其他雜質， 在使用高純材料進行實驗之前，這些雜質所起到的作用是無法排除的。其次，存在粒度均勻性問題，目前進行實驗的材料，粒度分布很寬，從幾個納米到幾百納米的顆粒都存在，不同粒徑的性質無法檢驗出來，目前的實驗結果到底是小顆粒作用的結果，還是大顆粒的結果，有待于粒徑均勻顆粒實驗結果的證明[43]。再次，很多研究[44-47]報道納米顆粒在介質(如水、細胞培養液)中會發生團聚的現象，發生團聚后，納米顆粒的物理化學性質可能會發生改變，從而影響其生物學效應。納米顆粒在細胞培養液中的溶解度對其細胞生物學效應的影響，也是需要特殊考慮的[48-49]。最后，目前所有的評價，都沒有一個統一的標準的方法，不同方法之間的結果不具有可比性。這些都需要科研工作者在以后的實驗中不斷深入探索和研究。
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【關鍵詞】脈搏波 醫療診斷 HRV分析 波形極值點 傅里葉變換
1 前言
現代社會中，人們隨著生活水平的提高，膳食結構不斷改變，動脈硬化等心血管疾病發病率越來越高，嚴重威脅到人們的身體健康。這類病也因此受到社會和人們的關注，如何預防這類疾病，已成為各國需要迫切解決的一項重大課題。
從脈搏波中提取出的與人體相關的生理病理信息作為臨床診斷和治療的依據，歷年來都受到醫學界的極度重視。如今，越來越多的科學工作者將脈搏特征信息與診斷各種疾病聯系起來，其中許多是將脈搏波傳播速度與心血管狀況結合起來進行探討。近年來隨著電子計算機在醫學上的廣泛應用和生物醫學的飛速發展，利用傳感器來模仿醫生的手指感覺，從中檢測出脈搏波的波形、波幅、波速和周期等重要的特征信息正在不斷更新和完善。通過正常情況和不正常情況的脈搏波特征的比較，再根據脈搏波理論計算出血壓、血流、血管阻力和血管壁彈性等血流參數的變化。通過分析這些參數可以得出動脈硬化高血壓等疾病的癥狀特征。
本文提出一種基于脈搏波的診療分析系統，采用簡單的光電指端傳感器采集指夾脈搏信號，利用計算機技術實現完整的數據接收、存儲、計算和分析。
2 基于脈搏信號的分析方法
2.1 借鑒成熟的心電圖分析方法進行分析
本文通過一個簡單的指夾傳感器來模仿醫生的手指感覺采集指端脈搏波信號，從中檢測出脈搏波的波形、波幅、波速和周期等重要的特征信息。通過正常情況和心腦血管病人不正常的脈搏波特征比較，再借鑒成熟的心電圖分析方法，比較參數的變化得出病人的癥狀特征。
2.2 HRV時域頻域方法結合分析
心率的快慢差異性稱為HRV（heart rate variability），HRV是分析每個心動周期細微的時間變化及其規律，研究相鄰心動周期的時間差別。目前HRV的分析方法主要有時域分析、頻域分析，時域分析法計算簡單， 意義直觀， 易于為臨床醫生所接受，但是它的靈敏度、特異性低， 不能進一步區分心臟交感、迷走神經的張力及其均衡性的變化， 而頻域分析方法能彌補這一缺憾。因此本文采用時頻結合的方法對采樣時間為5min的數據進行分析。
3 系統設計
3.1 數據采集
硬件采用紅外脈搏傳感器，通過紅外線對射式指夾檢測手指末稍血管血容積變化，采樣頻率200Hz，通訊速率：9600 bps，數據格式：8位數據+1位停止位。獲得的數據通過放大、信號調整將實時的血容積變化信號傳送到計算機，由于不同的機器虛擬COM端口號不確定，應用程序編寫時采用串口掃描來確定串口號。
具體實現是創建一個串口類，在該類中定義open函數和close函數，在open函數中完成數據初始化工作，發送指令啟動采樣，通過一個Id對象服務打開端口并獲得串口對象，再通過串口對象獲得串口流讀寫對象。數據采集停止或程序異常調用close函數，發送串口關閉指令，并關閉讀寫流。
3.2 數據分析
3.2.1 判別脈搏波波形極值點
由于每個人的心臟功能有別，脈搏波形狀不盡相同，而且每個波形大都有次波、重波，這給準確計算R-R間期帶來非常大的困難，因此需要有一個好的算法來準確完好地提取脈搏波信號的特征點，本文采用極值法提取脈搏時域信號。
3.2.2 R-R間期重采樣
R-R間期數據是按心搏順序測量得到的，由于每個心搏的R-R間期并不相等，為此需要將R-R間期的數據改造成等間隔的數據。本系統采用樣條函數擬合方法，先將不等間隔的數據用一個平滑的曲線描述，再對此連續曲線通過三次樣條插值方法進行等間隔采樣，得到等間隔的NN間期數據。經過重新采樣的數據即保持了原有的變化規律，每個數據之間的時間間隔又是相等的。
3.2.3 傅里葉變換
在頻域分析中本文采用目前廣泛使用的基于FFT經典譜的傅里葉變換分析方法對脈搏波進行頻域分析，FFT傅里葉變換是數字信號處理重要的工具之一，具有算法優化，計算量減少等特點，數字處理時利用FFT計算有限長序列的離散傅里葉變換Y（f），以獲取信號頻譜。
3.3 數據存儲與數據顯示
根據采樣頻率200Hz和采樣時間5min，可以計算出有6萬個采樣數據，為了使數據能快速存儲并顯示，采用圖形格式進行存儲。
在數據顯示中主要利用jfreechart包繪制圖表。當用傳感器對就診者進行脈搏波測量時，創建ChartUtil類實時繪制動態波形圖，并創建DrawChart類繪制通過計算數據后得到的時序圖、直方圖、線性圖、散點圖、頻譜圖等，并將圖形存入服務器端數據庫中。創建JFreechartInter類，為各繪圖類實現統一的接口。
4 討論
指端脈搏人體健康監測系統，以計算機技術作為設計手段，結合專業的醫學知識，通過紅外測試儀提取指端脈搏信號，對監測數據進行科學分析，最終對受試者心血管狀況進行初步判斷。
該系統采用可穿戴式的指端測試儀，測試方便、簡潔，系統將成熟的心率變異方法用于脈搏信號的生物反饋中，研究并設計了一套脈搏波醫療診斷系統。該系統包括數據采集、數據分析、數據存儲、數據顯示等功能，通過臨床驗證，證明該系統可行有效。
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關鍵詞：一體化；醫學儀器；實驗平臺；理論教學體系
作者簡介：陳洪斌（1973-），男，吉林白城人，吉林醫藥學院副教授，研究方向為原子與分子物理學、大學生思想政治教育與管理。
中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1001-7518（2016）11-0073-04
職業院校一體化醫學儀器技能實驗平臺“教學體系構建”內容的相關研究課題，是在醫學院校職業化轉型過程中出現的歷史階段性產物，是本科專業教學體系職業化改革的必然趨勢。“改”就需要“變”，改變的程度不能仍然依附于現有本科專業教學體系而進行的小修小改、修枝剪丫，改革要適應于職業化人才培養目標，要努力形成“創新、創業”雙創型人才培養模式。
生物醫學工程專業（Biomedical-Engineering，簡稱BME）是一個含電子學、醫學、化學、材料學等的學科交叉型專業[1][2]。在一體化實驗平臺建設的過程中，加強BME理論課程設置是非常必要的[3]。目前還沒有與之相配套的教學體系構建內容直接對接使用，故而課題組根據BME專業發展方向及人才培養模式特點，提出了與實驗平臺相配套的理論教學中課程體系建設問題。學生要有一定的基礎醫學和電子學知識基礎，如生物醫學傳感技術、醫學儀器原理、影像技術等課程，與之相關專業課程的學習是橋梁。通過課程模塊的學習為學生形成醫學儀器原理分析與構成設計能力、診療設備操作能力、器械故障診斷與維護等能力而奠定堅實的理論基礎。
一、一體化實驗平臺教學體系構建
在職業院校一體化醫學儀器技能實驗平臺構建方案中，“教學體系構建”為其重要構成部分之一。教學體系構建涵蓋通識課程、基礎課程、專業課程、限定選修及其它課程設計工作。含教學體系構建的一體化實驗平臺結構示意框圖，如圖1所示：
二、一體化實驗平臺教學體系構建原則
一體化實驗平臺教學體系構建主要環節為：通識課程、基礎課程、專業課程、限定選修及其它課程合理、適當設置等設計工作；該工作中課程設計內容、形式、教學手段與方法等各教學環節不能簡單的被修改或近似等同于現有的課程理論教學體系，要真正體現出BME職業化教育的特色，更加注重學生個體實踐技能提升的培養。
（一）理論教學體系構建方案設計基本原則及結構框架
堅持以為指導，科學、系統地闡述課程的基本理論和基本知識，科學處理課程體系與學科體系的關系，注意課程之間的內容銜接，遵循由易到難、由簡到繁、由淺入深、循序漸進的認知規律，注意吸收新知識與新成果。貫徹理論知識傳授與技能培養并重的方針，在教學內容和課程結構上做出相應調整，適當地增補學科的新進展、新理論和新概念，對各學科之間重復或交叉的內容做出相應的刪減或調整，力求使教學大綱更貼近現代醫學課程的要求。
理論教學體系構建方案設計結構層次框圖，如圖2所示。
一體化實驗平臺理論教學體系構建中，與BME專業相關、應開出課程設置為以下內容：
通識課程：含計算機應用基礎；
基礎課程：含高等數學、普通物理學、機械制圖、C語言程序設計、概率論與數理統計、電路分析、線性代數、模擬電子技術、復變函數與積分變換、電工學、脈沖數字電子技術、系統解剖學、生理學、工程力學；
專業課程：含數據庫程序設計、軟件技術基礎、自動控制原理、微機原理與接口技術、機械設計基礎、單片機技術與應用、生物醫學電子學、數字信號處理、醫用儀器原理、檢驗分析儀器、醫用影像設備學；
限定選修課程：含數學實驗、文獻檢索、科研設計、醫學圖像處理、金工實習、醫學儀器實驗、醫用儀器管理與維護、軟件綜合設計、單片機綜合設計。
（二）輔助教學體系構建方案設計基本原則及結構框架
平臺輔助教學體系主要構建環節為：通識課程、基礎課程、專業課程、限定選修及其它課程等輔助實驗教學設計工作；輔助實驗教學設計內容，要體現出生物醫學工程專業職業化教育的特色，更加注重學生個體實踐技能能力的培養。實驗技能即實驗操作技能、實驗數據處理能力、電路設計與制板能力、小型智能醫學儀器的設計與實踐應用能力的提高，為培養適應社會發展、適應醫療設備應用要求的復合型人才。
輔助教學層次設計結構框圖，圖3所示：
實驗教學環節應輔助于相應課程理論教學內容，即在課程所在實驗場所內進行實踐活動。不同課程群對應不同實驗場所，下面列舉部分實驗室功能與各課程群間對應關系：
通識課程實驗室：計算機應用基礎實驗、數學實驗、科研設計；
基礎課程實驗室：普通物理學、機械制圖、C語言程序設計、電路分析、模擬電子技術、電工學、脈沖數字電子技術；
專業課程實驗室：數據庫程序設計、軟件技術基礎、微機原理與接口技術、機械設計基礎、單片機技術與應用、醫用儀器原理、檢驗分析儀器、醫用影像設備學；
常規醫學儀器設備實驗室：金工實習、醫學儀器實驗、醫用儀器管理與維護、軟件綜合設計、單片機綜合設計。
三、理論教學體系構建方案設計問題研究
（一）理論教學體系構建方案設計――實踐鍛煉與認知過程探究
認知過程是對未知世界、未知領域的探索過程，通常以理論文獻查找為前站。醫學儀器技能養成的認知過程，則要通過現有理論進行相應教學設計，讓醫學生首先了解醫學儀器設備有記錄以來的發展歷史，其次能夠識別醫學儀器設備種類與分類，使其在該領域產生濃厚的興趣，最后再去深層次探索醫學儀器設備帶給人類的益處。實踐過程，就是在了解與熟悉醫學儀器構成、原理、使用功能等基礎上，按著指導教師的引導對各種醫學儀器設備進行實踐應用鍛煉過程，進而根據儀器設備故障外觀，能夠提出初步診斷等問題。理論教學體系構建方案設計中實踐鍛煉與認知過程是首要設計環節。
（二）理論教學體系構建方案設計――通識課程設置必要性探究
以本科課程為主，進行通識課程理論知識學習。如《醫療器械認知實踐》課程應該作為BME通識課程，讓學生去學習；該課程具有“廣而淺”的特點，利用這種特殊性，讓學生在還不懂專業知識的同時步入了醫學儀器技能培養的領域內，通過逐漸接觸專業領域內常識性問題，讓學生知道自己將來的學習方向[4]，提升學生的學習興趣。理論教學體系構建方案設計中通識課程的設置是必要的。
（三）理論教學體系構建方案設計――基礎理論知識學習探究
以本科課程為主，進行專業基礎課理論知識學習。理論教學體系構建方案中，專業基礎課理論知識體系建設起到支撐作用，其促進知識體系融合，形成閉合知識鏈條。教材建設是前期工作，選擇知識體系認知設計比較好的教程，或者課題組自行編選適用BME學生使用的教材；合理設計，增、刪、減具體教學內容，提煉教材的適用度。課程群建設是基石，如普通物理學、電路分析與綜合、電子學基礎等，形成一個基礎知識認知課程體系，支撐醫學儀器技能訓練計劃工程的基礎課理論知識學習。
（四）理論教學體系構建方案設計――深層次理論知識學習探究
以本科課程為主，進行專業課深層次理論知識學習。綜合應用能力的提升，基本實驗技能的養成，必然要進行諸如傳感器學、集成電路、CPLD、單片機、程序設計、Matlab、醫學信號采集與醫學圖像處理等專業課深層次理論知識的學習；否則，無法滿足時展對醫學儀器設備更新換代的需求。基礎知識的學習是認知過程的前身，專業課深層次理論知識學習是后事之師。
（五）理論教學體系構建方案設計――先進理論與技術引入課堂教學探究
在本科課程學習基礎上，將先進理論與技術引入課堂教學。BME教學體系的重要組成部分包括：電子應用技術、計算機應用技術、信號測量分析處理技術和基礎醫學知識等，其具有理論性、技術性和實踐性都很強的特點；同時產品開發周期短、技術更新快，有必要將更為先進的、前沿技術理論引入課堂，培養學生具有一定分析問題、解決問題的能力[5]。
四、基于實驗平臺輔助教學系統設計研究
（一）輔助教學系統設計――基礎驗證性實驗問題研究
基于實驗平臺輔助教學系統，以本科課程、基礎驗證性實驗設計為基礎。根據實驗數量、名稱、內容、目標要求等，進行電路實驗設計與開發、電工學實驗設計與開發、模擬與數字電子技術基礎實驗設計與開發等研究。目的明確，力求基礎，養成思考問題習慣、培育實踐動手能力、促進潛在開發意識、形成基本職業技能。
（二）輔助教學系統設計――虛擬儀器開發平臺研究
基于實驗平臺輔助教學系統，開發虛擬儀器平臺。實驗室虛擬儀器工程平臺（LabVIEW-Laboratory Virtual Instrument Engineer-ing Workbench），由美國NI公司推出，且以圖形化編程語言為主的一種虛擬儀器開發平臺；以LabVIEW為契機，可模擬實現常規醫學電子儀器功能的基礎上，并可適當開發出更多功能，應用虛擬技術來處理醫學信號，使醫學電子儀器模擬設計變得更加方便[6]。也可依托嵌入式醫學儀器系統，充分利用該系統功能可靠、性價比高等優點[7]，開發相應產品，最后由模擬仿真到產品生產。虛擬儀器平臺開發能力高低，是測試學生醫學儀器實踐技能的最佳手段。
（三）輔助教學系統設計――軟件仿真實驗問題研究
基于實驗平臺輔助教學系統，以本科課程為基礎，進行各門課程的實驗數據仿真實驗設計。將實驗室中的各類實驗數據，進行驗證性研究，對如何能夠克服工作環境、人為、儀器設備等因素造成的誤差問題進行探討；在軟件上是否能夠跑通，如何選件，對電路設計進行可行性分析等，節省時間、節約成本，防止器件使用中的浪費，減少軟硬件間調試問題。軟件仿真實驗設計技巧的熟練應用，是醫學生對醫學儀器軟、硬件綜合應用能力提升的體現。
（四）輔助教學系統設計――設計性實驗問題研究
基于實驗平臺輔助教學系統，以本科課程、設計性實驗為核心。根據實驗設計意義、目標要求等，進行傳感器學實驗設計與開發、集成電路實驗設計與開發、CPLD實驗設計與開發、單片機實驗設計與開發、程序設計實驗設計與開發、軟件仿真與Matlab實驗設計與開發、醫學信號采集與醫學圖像處理實驗設計與開發、小型醫學儀器實驗設計與開發等研究。以問題設計為中心，開展探究式實驗教學，促使學生第一時間了解學科最前沿科技進展，培養潛在科研意識[8]。
（五）輔助教學系統設計――醫學儀器設備調試與操作水平能力提升研究
基于實驗平臺輔助教學系統，提升儀器設備調試與操作者應用水平。操作者必須了解、掌握其使用原理和應用方向，以虛擬儀器使用為例：虛擬儀器操作面板，與常規儀器設計具有相似性，如開關、指示燈等控制部件的圖形化表示，通過操作、控制虛擬面板，從而完成對被測信號的采集、分析、存儲、顯示及輸出等功能[9]。儀器設備基本信息、使用功能等基本知識的掌握，是醫學生提高醫學儀器設備調試與操作水平能力的前提。
（六）輔助教學系統設計――醫學儀器設備故障診斷與維護能力養成研究
基于實驗平臺輔助教學系統，培養儀器設備故障診斷與維護者技能水平。維護者必須熟悉各類儀器設備結構構成、工作原理，以虛擬儀器使用為例：虛擬儀器主要由硬件和軟件兩大部分構成，虛擬醫學電子儀器以計算機為核心，利用軟件來完成生物醫學信息的采集、處理、分析、顯示等功能[10]。儀器設備結構構成、工作原理等知識的掌握，是醫學生提高醫學儀器設備故障診斷與維護能力養成的前提。
五、基于一體化實驗平臺推動教學方法改進
探索多種教學方法，提高學生的學習熱情與效率，提高教學效果。如通過啟發式教學，由原理結論教學轉移到設備應用教學上來，再反作用于原理學習，調動學習積極性，提高學生解決問題的能力；采用比較教學法，讓學生發現不同原理設備的共同點和各自設備自身的特點，引導學生發現醫學儀器各原理及各設計方法的本質；爭議討論式教學，針對有爭議的授課內容，安排學生課下查證，課上討論，促進學生積極思考，激發學生學習的潛能；教學中要發揮網絡技術優勢，將教學融入網絡世界中去，克服傳統教學內容更新慢較慢等弊端[11]。
綜上所述，為培養適應社會醫療服務發展需求，適應醫療設備輔助治療、康復、預防、保健等應用功能要求的技能型人才，依托一體化醫學儀器技能實驗平臺，提出教學體系構建設計方案是必要的；其為高校一體化醫學儀器技能實驗平臺構建設計工作主體構成部分之一。
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關鍵詞：人體脊柱；跌到沖擊載荷；力學響應特性
胸腰段是人體脊柱易發生骨折部位之一，約有79.5%的脊柱損傷為胸腰段骨折，且多由高處墜落所致。由于該處損傷機制十分復雜，治療費用昂貴，嚴重增加了患者家庭及社會的經濟負擔[1]。人體胸腰段有限元研究的主要方向為評價手術內固定與構建脊柱骨折模型，而關于脊柱保護器的研究集中于矯形治療脊柱側彎的領域。目前，臨床對脊柱保護器的正確運用仍缺乏相應有的有限元研究[2]。本研究通過建立脊柱胸腰段模型，設計并建立脊柱保護器及三維模型，根據生物力學原理分析人體脊柱骨折機制，探討保護人體胸腰段的有效途徑。現報道如下。
1資料與方法
1.1一般資料 選取中國力學虛擬人數據集切片，共9000張圖片，格式為冷凍切片。給予三維有限元分析，觀察單一樣本。
1.2方法 ①建立胸腰段三維模型：經中國力學虛擬人數據庫提取軟組織、骨等輪廓曲線，通過軟件構建人體軀干模型，包括簡化的軀干輪廓軟組織，骨盆、肋骨、骶骨、脊柱等輪廓曲線，軟組織應用Mooney-Rivlin超彈性材料，應用Hypermesh軟件將幾何面模型劃分成網格，建立人體軀干三維仿真模型，截取T11～L12節段模型為觀察對象。應用四面體單元劃分模型中軟組織與松質骨，三角形殼單元劃分皮質骨。②建立脊柱護具模型：運用Hypermesh軟件構建脊柱保護器模型，其形狀貼合腰背部、胸腹部與雙側肩部輪廓，下緣與骶尾部水平持平。選用1 cm厚海綿材料與厚度為3 mm的聚乙烯硬性材料，要求具有韌性。為固定脊柱保護器，模擬束縛帶，分別于腰部與肩關節前面兩側施以60N與80N的預緊力。③邊界條件與加載：對照組胸腰段模型未使用脊柱保護器，而觀察組應用脊柱保護器。兩組模型均模仿真人體自高處墜落時坐骨著地情形，重力加速度設為9.8 m/s2，人體落地瞬間速度設為2 m/s，地面與模型之間摩擦系數為0.5。④采樣等效應力單元：將胸腰椎橫斷面分為4個區，為中柱中心、前柱中心、后柱左右側中心。取4個區域等效應力并計算平均值，予以分析。
1.3觀察指標 對兩組模型目標單元等效應力及應變進行賦值、加載、運算。
1.4統計學方法 采用SPSS19.0統計軟件處理數據，采用Bartlett方差齊性檢驗模型中T11～L12椎體所受應力，P>0.1為滿足方差齊性；采用樣本t檢驗，P
2結果
2.1胸腰椎體所受應力變化情況 觀察組各椎體受力較對照組均勻平緩，且各椎體所受應力較對照組均呈不同程度的下降，其中T11椎體降幅最小，T12椎體降幅最大。應用脊柱保護器后總體上減輕了胸腰段椎體所受應力。兩組模型應力峰值最大的椎體均為L2，見表1。
2.2成對樣本分析 配對t檢驗發現，T12段與L2段P分別為0.21、0.13，均P0.05，故此處應用脊柱保護器o顯著差異，見表2。
3 討論
胸腰段位于活動的腰椎與固定的胸椎之間，包括T11、T12、L1、L2四個節段。胸椎與腰椎之間關節突關節排列在解剖結構上由冠狀位轉化為矢狀位，椎體受外力作用時其剛度迅速增加[3-4]。脊柱承受軀干與上肢垂直載荷后即刻傳至胸腰段生理彎曲，再經骨盆傳至雙側下肢，從而形成X形分布的應力，同時應力高度集中的X形中點正是胸腰段部位。由于自上肢傳導的有害應力過度集中于胸腰段，無法迅速分散至骨盆及雙下肢，故易造成胸腰段骨折[5]。
臨床研究表明[6]，正常情況下，人體重心部位是脊柱椎體前緣，依靠后部韌帶與肌肉的收縮力及椎體前方重力，形成一個力學天平，且支點為椎體。兩端正常條件下處于平衡狀態，但軀體受外力作用而導致重心前傾時，必然增加支點與重心之間的力臂，若需維持平衡狀態，后部韌帶與肌肉需產生強大的力量進行對抗[7]。脊柱保護器可盡量阻止重心前移，同時可增加后部肌肉后伸力量，以最大限度的平衡脊柱力學。本研究中脊柱保護器的主要作用原理如下[8]：①脊柱保護器可通過與腰圍良好的貼合，將腰腹區覆蓋，并均勻加壓周圍組織。腹部可作為密閉水囊，起到一定的緩沖作用，從而自椎旁肌分散并吸收由脊柱傳導的應力，最終減輕脊柱的應力。②脊柱保護器通過對軀干前傾的有效抑制，促使重心后移，可起到良好的平衡作用。③脊柱保護器可跨過包圍腹部的腰圍與雙肩的肩帶，通過預緊力對軀干起到束縛的作用，進而較好的分流應力。本研究發現，兩組椎體應力均分布于L2椎體后緣、椎板周緣、雙側上下關節突處及雙側椎弓根處，這與大多數學者關于胸腰段應力集中部位的研究結果相似。另外，觀察組各椎體所承受的應力較對照組明顯降低，其中T12與L2段降幅最為明顯，P均
綜上所述，基于有限元的分析結果，對比研究兩組模型沖擊下載荷力學的響應特性，運用脊柱保護器可有效分散、減小脊柱胸腰段不良應力，能夠較好的保護脊柱胸腰段，值得應用。
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關鍵詞:生物醫學信息檢索;雙語教學;高等教育
0前言
21世紀全球經濟一體化，科學技術飛速發展，英語作為國際上的全球化通用語言，其重要性不言而喻，它發揮的馬太效應已經愈來愈明顯。而我國傳統的英語教育更側重于理論知識的學習，對更為實際的語言應用能力則有所忽視，尤其是專業英語的教育存在較大的空白，導致相當多的學生在專業領域內英語的實際運用能力有限。但是現如今，無論是各類型企業還是科研機構，對同時具備良好的專業知識和高水平的英語應用能力的人才的需求非常大。可以說，作為高層次的人才，僅僅具備專業知識，而英語應用能力存在短板會極大地限制專業水平的進一步提高，降低國際交流與協作的效率，對職業生涯造成無法低估的傷害。高等教育應從多方面入手，努力培養有國際視野的“專業+英語”復合型人才，滿足這一需求。雙語教學作為一種與國際接軌的教學模式，一方面有利于提高學生的英語學習能力，另一方面可以更快速更全面地獲取專業相關的科技進展，有利于提升學生的專業水平。而生物醫學信息檢索是一門關于信息獲取、知識更新的課程，只有當學生具備良好的英語能力，才能更高效更全面地獲取最前沿的信息，學習最先進的知識，更好地服務于生物醫學行業。將雙語教學應用于生物醫學信息檢索，是一個事半功倍的方法。①②筆者在生物醫學信息檢索的雙語教學實踐中，總結了一些方法與技巧，并對其潛在的問題提供相應的解決方案。
1方法與技巧
1.1精選教材且及時調整課程難度
“工欲善其事，必先利其器”，雙語教學的首要問題便是雙語教材的選擇，教材選擇的好與壞，直接影響著教學效果的好壞。教育部高等教育司曾提出：“在有條件的高等學校的某些信息科學和技術課程中推動使用國外優秀教材的影印版進行英語或雙語教學，以縮短我國與國際先進水平的差距，同時也有助于強化我國大學生的英語水平。”原版外文教材在內容上更具有前瞻性、專業的前沿知識也更加規范和優越，更利于學生接觸到新知識，選擇原版外文教材也是營造全英文環境的一個有利措施，可以高效率地學習專業詞匯的使用、專業內容的表達。但是，到目前為止，我國的生物醫學信息檢索的雙語教材選擇比較少。而直接采用美國等發達國家的生物醫學信息檢索原版教材，其課程內容并不一致，而且由于國外教材是按照英文的思維方式編寫的，對于學生來講難度較大，會對學生造成很大的學習壓力。綜合以上原因，我們在授課中參考了國外的一部分原版教材以后，自編了適合學生全英文的教材和練習。該教材兼顧學生按教學大綱要求掌握專業知識和基本技能,重點強調與現行的生物醫學前沿進展的聯系。最后在教學實踐過程中，根據學生的學習和掌握情況隨時進行修改和調整。
1.2多媒體教學結合上機實踐
現代計算機和網絡的普及大大減輕了雙語教學中的困難。隨著網絡技術的發展和網絡信息資源的大幅度增長，生物醫學信息檢索也更多地在網絡上進行。為了配合這一現實的應用現狀，我們在教學中采用了教師多媒體講授和學生上機實踐相結合的方式，旨在讓學生們能擺脫紙上談兵的桎梏，充分地將字面的知識固化為自己掌握的本領，能利用網絡進行生物醫學信息的檢索。教師在教學中利用課件控制，對臨場情況做出及時的響應調整教學策略和學習內容，以適應動態教學環境所帶來的變化。在多媒體演示教學環境中，老師可將操作過程和所得到的結果展現在學生面前，讓學生親自動手操作，以使學生對知識的理解更加具體透徹。上機實踐使得整個教學環境由靜態向動態轉變。這個方式一則是充分發揮學生的積極主動性，從老師“教”轉化為學生“學”，二則有利于學生將理論學習和技能提升有機地結合在一起。這一方式在沒有增加學時的情況下，本科生的生物醫學信息檢索課程的教學質量有了比較大的提升，得到學生的普遍好評。
1.3小班教學增強師生交流
雙語教學要考慮到學生之間的水平差異，采用小班教學的模式。我們在教學中發現雙語教學的最大困難在于學生之間存在專業英語水平的差異，尤其是對于生源來源廣泛的民族院校，這種情況尤其突出，教師如何平衡這種差異、并且及時調整教學的進度和難度是重中之重。而小班教學的方式能夠保證信息的充分交流和師生的順暢溝通，有利于增進學生對專業知識的理解和應用，也可以給授課老師及時反饋。小班教學可以營造一個良好的每個人都可以參與其中的雙語氛圍，獲得更好的教學效果。
2問題與對策
2.1加強專業英語學習
筆者在雙語教學實踐中發現，教學效果的好壞很大程度取決于學生自身的英文水平，尤其是專業英文水平。當學生的專業英文水平有限的時候，會出現不能理解關鍵詞的準確含義、無法閱讀摘要的主要內容，進而不能獲得所需要的信息。在這種情形之下，無論老師如何講授信息檢索的原理，介紹信息檢索的方法，對于學生來講，都會出現茫然不知所措的狀態。比如說指定檢索癌癥相關信息，部分同學只知道cancer可以表示癌癥，不知道還有tumor、carcinoma也可以表示癌癥，并且詞義在醫學領域存在差異。再比如，在表述胃癌的時候，可以用stomachcancer，也可以用gastricCancer。針對這一情況，筆者在授課之初會詳細講解MeSH（MedicalSubjectHeadings），即由美國國家醫學圖書館建立的一套完整詳細的生物醫學領域的主題詞庫。同時，筆者也建議先導課的專業課老師在授課的過程中，盡量采用全英文幻燈片展示，中英文對照學習的方式。上述措施可以有意識地幫助學生擴大專業詞匯量和幫助學生理解專業描述，進而幫助學生克服雙語教學中的最大障礙。這是從根本上解決雙語教學對于學生來說較為困難的方式，也唯有真正具備良好的專業英語水平才可以從本質上掌握生物醫學信息檢索的方法，才能夠滿足今后的學習和工作的需求。另一方面，對于生物醫學數據庫的英文界面不熟悉才會增加學生學習的難度。筆者比較困惑的是，在上課之初，一部分同學不太理解starmenu的含義，對于全英文界面的數據庫NCBI（NationalCenterforBiotechnologyInformation），ScienceDirect，Highwire，以及軟件Endnote初次接觸的時候更是如同看天書。這本身并不困難，但是會極大地增加學生的心理壓力，所以這需要授課老師對界面進行詳細的講解和介紹，并給予學生足夠的時間去熟悉界面，達到能夠熟練掌握的水平，消除學生的畏難心理。
2.2循序漸進
為了避免在學習過程中，學生出現習得性無助的情況，雙語教學一定要采用循序漸進的方式進行。切忌一開始就加重學習任務加大學習難度，這樣的結果是多數同學會跟不上老師的進度，產生嚴重的厭學心理，進而會完全放棄這門課程的學習。教師授課以前需要對學生的英文水平和專業覆蓋面有一個大概的了解，和學生溝通交流他們的學習興趣、需求和困難所在，并根據獲取的信息結合教學大綱及時調整授課的內容、重點和難點。當學生第一次接觸到該門課程的雙語學習時，教師需利用其最初的新奇感和參與意識激發同學們的學習興趣，從簡到難的學習進度中，讓同學們自主地參與到課程的學習中來，收獲到成功的喜悅是進一步深入學習的強大動力。教師在課堂講授中要循序漸進地增加英語表達的比例，在遇到部分專業詞匯時需要做詳盡的中文解釋；在遇到英文表意較為復雜的情況也需要輔以中文指導，全場和學生保持溝通順暢，把握教學難點和內容。雙語授課不能單純為了英文表達而表達，忽視了學生在課堂上專業水平的提升。同時也可以讓學生自發組成學習小組，讓英語基礎比較好的同學帶動其他同學的學習，同學之間互相促進互相合作，形成一個良好的互動氛圍，從教師的“教”徹底轉變為學生的“學”，讓所有的同學參與到這個過程中來，避免個別同學落后于集體學習進度的情況。
3結語
雙語醫學信息檢索這門課程既有利于學生英語應用能力的提高，同時也有利于學生專業知識的擴展和深化，可以極大地增強學生在今后的深造和就業中的競爭力。雖然這門課中還存在很多問題有待我們做進一步思考與改進，但是只要我們勇于拓新，這門課一定會發揮其作用、展現其價值。隨著高等教育中教育理念的更新，雙語教學在醫學信息檢索教學課中的運用會真正服務于學生，服務于社會。
注釋
①肖鳳玲.醫學信息檢索課雙語教學探析.科技情報開發與經濟,2009.19(36):149-150.
關鍵詞： 步態研究 研究方法 正常步態 不正常步態 應用
人出生后大約12―15個月就開始獨立行走。此后一生中，步行成為人體活動最基本的方式之一，人的步行姿態在一定程度上是與人體所處生物學因素及環境因素相互作用的體現。步態分析是對人體步行從運動學、動力學、肌肉工作特征及其運動控制等方面，進行系統的分析研究。研究者們通過對步行姿態（步態）的研究，對人的行走功能進行評定、對疾病的恢復效果進行評價、對不正常步態進行矯正、對行走輔助功能提供參考。步態研究已經成為生物力學及醫學界的一個重要課題，國內外學者們對此做了廣泛而深入的研究。本文通過對步態研究的方法、研究進展等方面作綜述，希望為以后步態問題的深入研究提供參考。
1.步態研究的方法的發展
隨著人類科技的進步，步態研究的方法在不斷更新。從原始的肉眼觀察、簡單工具測量到應用數碼攝像技術、計算機模擬，到目前最為先進的步態系統研究方法。方法的更新和進步使步態研究更加準確和豐富，為人類的健康作出了巨大的貢獻。
1.1肉眼觀察法
19世紀德國生理學家webers兄弟首先發表了對人體的基本位移形式―步行的研究。由于受到當時條件的限制，他們采用了觀察法，通過素描及繪畫的方法對步態進行了描述［1］。這也是較早對人體步態的研究之一。很顯然，這種方法的精確性差，而且僅能夠粗略地描述人體的步態。所以，這種方法隨著時代的發展已經不再為人們所采用。但是，他們的研究方法引發了人們對步態研究的無窮探索。
1.2走紙法［2］
走紙法是一種較為古老的步態研究方法。它是通過對測試者所走過的足跡進行測量，借助簡單的工具進行步態分析的方法。這種研究法所能得到的參數很少，而且測試的工作量較大，且因為測量工具問題誤差較大。至今，這種方法逐漸被淘汰。從研究方法學來說，這種方法是人類利用測量工具研究步態的開始。
1.3攝影攝像法
隨著科學技術的發展，人們開始利用性能較高的攝影攝像技術分析人體步態。使用兩到三臺互相垂直的攝像機對人體正常步行進行拍攝。然后利用計算機分析系統對步態參數進行測定。這種方法的精確度較高，參數分析的范圍比以往任何方法都要大。通過這種方法，我們可以得到步態的時間、空間、時間―空間參數，包括人體步行時的重心曲線，肢體各關節的運動曲線等。通過這些數據，我們可以對人體步行的穩定性、協調性、節奏性、對稱性進行評價，從而為疾病恢復、步態矯正、假肢研制等提供重要的參考。這種方法的缺點是反饋速度慢，以及對一些力學參數的測定無能為力等。所以目前研究者主要用攝影攝像法與三維測力臺配合使用，使研究更加全面，更加有說服力。
1.4三維測力臺法
這種方法是讓測試者在測力臺上按測試要求正常步行，測力臺的內部的電阻受壓后，應變片因拉伸或壓縮而產生電阻的電信號變化，通過放大后進入連接的計算機處理［3］。通過這種方法，我們可以獲得步態的力學參數，如足底壓力分布、空間各方向的分力、與地面的支撐反作用力等。通過這些參數，我們可以對行走的穩定性、對稱性等進行評價。目前這一技術已經比較成熟，典型的有kistler測力臺和AMFI測力臺。測力臺所得力學參數與數碼影像分析所得的時空參數相結合，綜合人體相關生理知識，我們已經能夠對步態進行較為精確的描述。
1.5步態分析系統法
它由計算機、測力板和測角儀組成，利用隨身攜帶的單片機，記錄由測角儀測得的關節角度信號，并由與測力板以及安裝在步行道上的壓力開關相連的光電裝置，控制單片機和測力板的同步周期采樣，測試完畢后，用串行通訊方法將單片機的采樣信號輸入計算機處理，而整個步行采用無電線連接測試，并針對以往簡易步態測試裝置不能確定人置的不足，建立了能確定著地足位置的積分方程，再利用測角儀測得的關節角度信號和用多剛體力學建立的人體步行運動學、動力學程序，使得它像各種先進的紅外步態分析系統一樣，計算出步行的各種能量變化、人體行走位置、關節受力和肌肉力矩等。我國也開展了各種簡易步態分析系統的研究，較有代表性的工作有：微機化步態分析系統［4］和靴式步態分析系統［5］。
2.步態研究的進展及對人類健康所作的貢獻
2.1對不正常步態的研究及對人類健康的貢獻
所謂不正常步，即步態特征的變化超出正常范圍。whittle（1996）列出四點被視為不能正常行走的特點，一是兩腿不能交替支持人體重量，二是在單腿支撐時不能靜力性或動力性保持平衡，三是擺動腿不能前擺到一位置上從而變為支撐的作用，四是力量不足以令下肢移動的同時帶動上肢。異常步態有時很明顯僅憑肉眼觀察就可看出，而有時必須通過實驗儀器才可以得出步態異常。
近年來，以步態分析的方法來評估及治療肌肉骨骼和神經方面的研究發展迅速，并由此進一步推動了對不正常步態的深入研究。這方面的研究很多，如劉永斌［6］等人對三截一癱殘疾者進行步態測試，以反映人體行走姿態變化時間歷程的周期、時相及反映支撐反力的三維離曲線為基礎，用特征函數的基本概念進行歸類組合，提出5個相應的經驗公式，以此對三截一癱患者的行走功能進行評定。Rozendal［7］等通過三維步態分析系統提供三維平面的地面與反力的向量圖，繪出偏癱病人足―地接觸力的向量環，可以發現健側和患側下肢的力量環和形態明顯不同，借此可客觀評定步態異常機理。Granataetal.（2000）［8］通過步態分析，研究延長肌腱的治療方法對兒童腦癱病人的影響，等等。除此以外，臨床步態實驗室也在不斷增加。對于不正常步態的研究，可以幫助早期偏癱、腦癱等功能性疾病的診斷，還可以通過矯正促進疾病的恢復。醫學界正在越來越多地應用步態研究成果為人類健康服務。
2.2對正常步態的研究及應用
一個正常的步態周期，通常由腳跟著地開始，至同側腳跟再次著地為止，包括支撐和擺動階段［9］。對正常步態的研究主要是從步態的時間、空間、時―空、力學等參數入手研究各年齡段、各類不同職業的群體、不同形體特征的步態差異，對人類的步行規律及相關影響因素進行探討。
國內外研究主要集中于老年人、兒童等特殊人群的步態。而對于成年人特別是與步態與運動能力的關系的研究較少。如Hills and parker（1991）［10］研究表明身高與步幅顯著相關。Mann and hagg（1980）研究表明，正常兒童以自然步速行走，支撐時間是整個步行周期的62%，且支撐時間似乎并不隨年齡而變化。只有在步行節奏改變時，如跑或快速步行時變化才比較明顯，其他學者的研究也支持了這一點。另外，granata，abel，anddamiano（2000）［11］對下肢關節角度和關節角速度的變化做了研究，指出步行時關節角度的大小是與肌肉的活動和發力是相關的。北京體育大學趙芳、周興龍等（1996）［12］分析139名普通中老年人在正常步行下的步態，其目的是研究從中年到老年這一衰老過程步態指標的變化，希望能將步態指標作為中老年人體質衰老的評價標準。另外，一些學者對肥胖兒童、長期負重、高跟鞋等對步態的影響也做了一些研究。這些研究對于人體步態矯形，塑造人的形體美，以及利用人體步態參數為肢體殘疾者制作合適的假肢，促進青少年形體的健康發展等起到了巨大的作用。不足的是對健康成年人步態與身體功能、步態與人體運動功能關系的研究還較少，相信隨著研究手段的日益完善，這方面會取得較大的進步。
3.討論
3.1隨著科學技術的發展，對步態研究的方法也日益完善。從原始的觀察法、走紙法等發展到準確全面的影像技術、測力臺技術和步態測試系統。國內外很多學者仍然在努力嘗試研究更為科學的研究方法，并且陸續有報導。另外，因應醫學上對病態步態分析應用的要求，臨床步態實驗室不斷增加，并且朝向實用性、準確性、系統性、低成本方向發展。
3.2隨著研究方法的不斷進步，步態研究也在不斷深入，通過對正常步態從時間、空間、時間―空間、力學等參數的測定，對人體正常行走的規律及不同人群的步態特征的研究也取得了很大的成功。對一些特殊形體如肥胖、長期負重及等人群的步態也開始研究。這些研究對評價人體行走功能、矯正不正常步態等提供了科學的依據。病態步態方面的研究如“三截一癱”者步態，為科學診斷及恢復治療、恢復評定提供了重要參考。不足的是，對步態與運動功能的關系，健康成年人步態與身體功能的關系等的研究還較少，希望這方面能夠引起研究者的重視。
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【關鍵詞】 椎體；生物力學；橫截面積；掃描法
目前，應用生物力學指標對骨骼的相關性能進行描述是十分有效的研究方法之一，在運動醫學及骨質疏松癥領域進展較快，特別是在動物實驗中，直接通過對動物骨標本進行生物力學相關指標測試，觀測相關指標的變化，即可得出機體骨骼性能變化的情況。骨生物力學檢測指標中，極限強度、破斷強度及結構剛度均由相關檢測數據計算得出，而這其中，橫截面積是極為重要的數據，通過一定的方法計算出骨骼受力部位的橫截面積就顯得非常關鍵了［1］。
通過觀察實驗動物(如大鼠)股骨的生物力學性能指標的變化可以推斷其皮質骨性能的改變，推斷松質骨性能變化通常則是觀察其腰椎生物力學指標的變化。目前，椎體橫截面積的計算方法是根據阿基米德定理通過椎體的浮力計算所得，此方法技術成熟，應用最為廣泛，已經得到普遍公認［2，3］。
具體測試過程為：首先用游標卡尺測量出椎體的高度(H)；用分析天平稱取椎體濕重(G1)，再應用分析天平稱取椎體浸沒在蒸餾水的重量(G2)，求兩重量之差(G1-G2)即可得椎體在蒸餾水中所受浮力(F)，水的密度(ρ)與重力加速度(g)的乘積再除椎體在蒸餾水中所受浮力(F)，數學公式表述為F/ρg，即可得到椎體體積(V)；最后求椎體體積(V)與椎體高度(H)，數學公式表述為V/H，即得到椎體的橫截面積。總的數學計算公式可寫為： (G1-G2)/ ρg H從上述計算椎體橫截面積的描述中我們不難看出其中的計算過程比較麻煩，由于實驗中稱取椎體浸沒在蒸餾水中的重量一般均應用精確度較高的分析天平，而分析天平在測量時要求較高，如干燥、空氣流動較小等，在應用分析天平稱取椎體浸沒在蒸餾水中的重量的實際操作中就顯得過于復雜，而且因為干擾因素相對多，也可能造成誤差相對較大。而在動物實驗中，應用最廣泛的大鼠椎體的體積小、重量輕，這樣的小標本在具體操作中顯得很不方便。另外，椎體生物力學實驗中，實驗前椎體標本需要作一定處理，目前通常的處理方法是處死動物后取出腰椎，剪除椎體上下椎間盤、棘突及附件，并用細砂紙打磨成上下平面平行且與縱軸垂直的三棱柱［4］。正是因為這樣的打磨手段，然后通過浮力的方法檢測，這樣不可避免地會產生與方法不夠嚴密相關的誤差。因為椎體外層較薄的皮質骨在打磨中受損甚至完全去除，這樣在將其浸沒水中測量計算其體積時，水將會進入與外界相通的松質骨間隙中，造成計算所得體積值比真實值偏小，這樣就會造成最終計算所得到的椎體橫截面積偏小。因此我們認為此方法不僅有操作上不方便的缺陷，而且造成的誤差可能會較大。
正是基于上述考慮，我們對傳統方法進行了一些改進，設計了一種便于操作的計算椎體橫截面積方法，我們將之稱為“掃描法”。具體操作方法如下［5］：將磨制好的椎體豎直置于掃描儀上，經掃描后存儲BMP圖像。分別掃描椎體上下兩底面。然后采用Photoshop7．0圖形軟件處理系統對其進行分析處理，所得結果再經SP專用軟件分析計算上下兩底面面積，兩底面面積求平均值即為椎體橫切面積。掃描后通過電腦處理直接求出椎體橫截面積。
“掃描法” 在椎體生物力學實驗中計算其橫截面積相對目前常用的傳統方法不僅具有著操作方便的優點，而且此方法是通過掃描，然后通過圖像直接計算得出結果，這樣就避免了操作過程中可能產生較大誤差的步驟。
“掃描法”在計算椎體橫截面積中有著傳統方法所不能及的優點，不僅簡化了相關科研實驗的步驟，大大提高工作效率，而且可以最大程度減少誤差，提高實驗的準確程度。所以我們認為此方法可以在相關研究中推廣應用。
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[關鍵詞] 骨關節；創傷治療技術；組織工程學；康復新理念
[中圖分類號] R68 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-4721（2013）02（c）-0016-03
骨骼對人體有著重要作用，如果人體骨骼健康得不到保證，人的健康就會受到巨大影響。隨著社會的發展，骨關節創傷的病例也在不斷增加，但是骨關節治療技術伴隨著科技的進步得到不斷提升。對于骨關節的治療有了更新的理念，對于骨關節創傷的治療依然需要引起更多的重視，明確影響骨關節創傷修復的各種因素，不斷進行創新、發展新技術，做好相關護理工作，促進骨關節治療技術的不斷提高。
1 骨關節創傷簡述
骨骼作為人體的重要部分，同時也是一個十分重要的器官[1]。作為人體結構的一個支架，骨骼有著至關重要的作用，負責人體支持、承重以及造血、貯鈣和代謝的相關功能。骨關節創傷較為常見并且較為嚴重，而且具有較高的傷殘率，其主要涉及人體的脊柱、四肢等部位。骨與關節損傷所造成的關節活動受到限制和骨質疏松等一系列問題更是對人的日常生活、學習與工作都有嚴重的影響[2]。骨關節一旦受到損傷，人體自身的許多活動功能會受到限制，而且所需要的康復治療周期通常很長，但是只要及時并且有效地治療，通常可以有最大程度的恢復。隨著近幾年的醫學水平的不斷提高，科學技術不斷發展，臨床對于骨關節創傷的治療水平也得到了大幅度提高，并且可最大程度地避免并發癥和后遺癥，特別是術前與術后關節的攣縮和部分功能的受限，減少了以后為改善功能而二次治療的手術過程。骨關節損傷的恢復過程是循序漸進的，是一個自然的恢復過程，而適當的正確的康復治療會有助于縮短骨關節的恢復時期。
2 影響骨關節損傷康復效果的因素
骨關節損傷造成的一系列損傷的恢復，需要一個較長的恢復時期，不能夠急功近利。骨折愈合因素、關節和軟組織的損傷以及不合理的固定與活動都對骨關節的恢復情況有一定的影響。因此，臨床應本著減少后遺癥及并發癥、提高骨關節恢復效果的原則，結合醫療康復和其他的康復措施共同實施的方法，來保證骨關節損傷能夠恢復到最佳效果[3]。
2.1 骨折愈合因素
骨折愈合需要經過一個漫長的階段，首先是肉芽修復，其次是骨痂的形成與成熟，最后是骨折骨的重新塑形。因此，為了確保骨折處的順利愈合，需要正確的固定為其塑形。目前，我國已經在骨科手術中采用了許多優質的器材，對骨折骨進行固定，但是骨折骨的上、下關節仍會存在活動從而造成二次損害[4]，尤其是靠近關節的骨折，還有關節處的骨折，都是對于骨折肢體的恢復不利的因素。
2.2 關節損傷因素
關節內的損傷包括許多方面，主要是關節內骨折和關節內滑膜的損傷，還有關節面的粗糙所引起的疼痛加劇，關節軟骨的損傷加快。特別是軟骨盤的損傷，更容易影響關節功能的運轉，并會伴隨著難以忍受的疼痛；關節的穩定性主要是受韌帶的影響，而對于關節的運動功能又由穩定性決定，故關節滑膜的損傷所導致的急或慢性炎癥會對關節的運動功能有必然的影響[5]。
2.3 軟組織損傷因素
受目前科學技術的限制，臨床還不能對軟組織損傷的輕重程度做出較為準確的判斷，臨床醫師通常是根據以往的經驗與知識來進行判斷，因此，誤診及治療方法不當的情況時常發生。受傳統方法的不良誘導，對于軟組織損傷的處理方法往往采用外固定，會造成軟組織的恢復不完全，為以后再次損傷和運動過程中疼痛埋下了隱患。
2.4 疼痛
關節疼痛有多方面的原因，包括損傷本身、損傷后的關節因創發性而引起的關節炎，還有因組織損傷或修復不完全所導致的慢性炎癥，這些都會拖延恢復的過程和影響恢復的效果。
2.5 固定
依靠現在發達的科學技術，在大多數骨科手術中，需要限制關節活動的骨折處明顯減少，目的是不影響患者的正常生活，同時，也為創傷處的恢復留下足夠的運動空間。但是，臨床總是存在特殊病例因關節骨折處受限制而造成生活上的不便[6]。為確保損傷組織的正常恢復，需要在術后對其進行合理的固定，限制其活動，以避免二次損傷。
2.6 不合理活動
對于運動訓練，不合理的運動量會造成撕裂的組織得不到恢復，這是造成損傷后功能受到限制的主要原因和引起慢性疼痛的主要因素。如果早期就進行強度大的訓練活動，會對組織的損傷恢復起到相反的作用；而在損傷的后期如果為了改善功能，已經被修復的組織可能會因大強度的訓練而重新被撕裂，如果產生了新的粘連，相關的關節功能可能就被影響，使得最終的關節恢復陷入了絕境[7]。
3 骨關節創傷治療技術應用分析
四肢創傷是骨關節創傷中的最為常見的一種傷病，占所有骨關節創傷的60%～70%，其中以四肢骨折以及關節脫位最多見。近年來隨著技術的進步和科技的發展，醫療水平有了長足的進步，且治療觀念以及方法都有了很大改善。對于骨關節創傷的治療，很多都是按照復位、固定以及進行功能恢復相關鍛煉進行的。這種治療方案的核心環節是固定，隨著相關技術的發展，這種治療技術在理論以及相關方法上都得到很大的提升，同時在實踐中得到很大的成功[8]。此種治療方案在治療過程中也存在一定的問題，這些問題值得研究。首先需要考慮的是應力遮擋效應，應力遮擋效應可以導致鋼板下組織缺血，進而引起骨質疏松。交鎖髓內釘固定以后，也會在相應的骨折部位出現應力遮擋效應，這就增加了對骨折進行修復的困難。因此，在進行治療時，需要特別注意局部軟組織供血以及加強對骨膜的保護。
非手術治療技術在臨床中得到了大量的應用，包括夾板、支具療法以及錐點狀鋼板和支撐式固定等，同時還包括動力式交鎖髓內釘以及骨外固定器等相關技術的應用，其不僅可以幫助患者很好地恢復，也解決了很多難題。我國早在20世紀五六十年代就已經開始使用小夾板以及支具療法，并取得了一定的效果。但是在使用的時候缺乏合理的限制，導致由于濫用出現了很多并發癥，同時進一步影響了這一技術的不斷深入和發展。20世紀70年代，國內外的知名教授設計出了各具特色的骨外固定器，而且在現代四肢骨折的治療中起著更加突出的作用。當前，隨著骨科微創技術以及骨外固定的治療技術得到了迅速的發展和提高[9]，骨關節創傷的治療將會是更加的合理，治療技術也會不斷提高，盡管當前的骨外固定技術依然具有很多不完善的地方，但是，其特點一定會得到很好的推廣。
4 組織工程學及基因治療發展展望
近20年以來，關于細胞生物學以及生物材料學的相關研究都獲得了很大的進展，而且隨之誕生了一門新興的學科――組織工程學。組織工程學的發展對骨科疾病的治療有了很大幫助，可以實現骨的再生以及完成骨損傷的修復，同時也為相關問題的解決提供了全新的思路和方法。
當前，基因治療在創傷性骨折的研究中具有較高的熱度，國際上很多學者都在進行相關研究。這種治療方法的實質就是將目的基因完成向關節骨膜以及軟骨細胞中，并以此達到抑制軟骨損壞的目的，同時促進軟骨合成。這種方法的實施，主要依托于目的基因的精確轉入靶細胞，并且在穩定的環境下，準確的表達信息。在相關組織以及骨細胞的修復再生過程中，很多基因治療成果以及臨床研究都來自實驗研究，但是已經展示出十分誘人的前景[10]。
雖然通過組織工程學的研究和發展為當前的骨關節以及骨損壞相關問題的解決提出了新方法以及新技術，但是很多問題依然需要繼續研究以待解決，如細胞老化和生長因子的恰當發揮以及基因突變的相關問題等。總之，組織工程學以及基因治療技術治療方法目前僅僅局限于實驗研究階段，因而基因治療技術在今后的發展中依然是值得重視的研究課題。可以預計，隨著醫療水平的不斷發展，骨關節創傷的治療技術一定會得到很大提升。
5 骨關節功能康復新理念
骨關節功能的修復以及重建主要是為了恢復其原有的生理功能，同時又強調將手術、功能訓練以及假肢矯形器進行有機的結合。傳統觀念缺乏對康復的正確認識，忽視了康復訓練過程中的手術作用，而手術治療是康復過程中的重要環節以及手段。而且康復訓練作為一個長期的工作，需要具有過硬的心理素質以及耐心，而且治療過程也更加復雜，因而在治療過程中及時的進行準確評估[11]，加強與患者家屬的交流和溝通，盡量取得他們的配合以及理解，對治療的成功有著積極重要的作用。
另一方面，針對現在的科學發展趨勢，微創康復的理念已經逐漸開始成為人們關注的焦點，但是在臨床上卻很少有人提及“微創治療”。實際上，如何將骨關節功能和重建醫療的損傷降低到最小[12]，使得患者的身、心兩方面都受到最小的損害，至今仍是該領域最為重要的研究課題。同樣不可忽視的是康復過程中所伴隨的疼痛感，利用電刺激來為外周神經定位使之持續置管神經阻滯麻醉是當前最為有效的控制疼痛的選擇。簡而言之，對于疼痛的控制是個極其復雜的問題，根據最新的臨床研究證明，控制骨科疼痛的最有潛力的發展方向就是多學科、多種藥物結合，利用生物-心理治療的模式，這是以后值得重視和研究的方向。
骨關節康復的主要途徑除醫療技術外，還必須正視團隊合作和患者內心的心理活動以及整個社會對其的影響，并需要站在一個較高的高度，通過正規地系統地確定長期的治療方案，嚴謹有序地實施整個的治療計劃。
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