生物医学工程学进展大全11篇

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生物医学工程学是生物学、自然科学与工程学、医学等多专业结合的典型的交叉性学科，研究内容涉及：探索人类生命的奥秘、研究组织器官病变机理，并通过相关技术手段对疾病提供诊断、治疗、预防的有效方法。不久的将来，各种技术相互融合、现有技术的不断演变、改进，新技术的发明、医疗整合及精准医疗的出现会更好的为人民的健康事业服务。未来医学对于操作的微创性、精准性的要求会越来越高，生物医学工程在医学中的应用也越来越广、越来越精，生物医学的发展无疑会对医学的发展展现其巨大的创造力和推动力。

1生物医学工程在临床中的应用及发展

1．1微创技术

“微创技术”始终贯穿于整个医学发展，是医学技术未来发展的方向。1985年由英国Payne和Wickham等最早提出了“微创操作”的概念［1］。而“微创外科”的概念是在微创概念的基础上出现的，其本质是腔镜技术。相对于传统开放手术，实则就是对患者采用最小创伤达到最佳治疗效果的方法都归“微创技术”，如介入超声、介入放射、内镜、腔镜及微创化手术等。而这些微创技术创造、发明，都是在生物学、工程学及医学等多学科的融合下完成的。

1．2内镜技术

我国内镜技术起步较晚，但发展较快，目前国内临床工作中常用的是纤维内镜。伴随科学技术及医学技术的不断发展，内镜和腔镜技术都不同程度的得到进一步发展及完善，诊疗过程也越来简便、微创化，是微创技术发展中最为全面和成熟的，如目前有更轻便的胶囊内镜等，无处不体现生物医学工程的重要性。

1．3腔镜技术

腔镜技术的发展在过去的20世纪80年代后期才有了质的飞跃，其中最为突出的是腹腔镜技术的发展，自1992年我国荀祖武首次开展腹腔镜下胆囊切除术之后，腔镜技术在国内发展迅猛，直到今天腔镜技术广泛应用于各个外科领域［2］，目前国际及国内更流行的有3D腹腔镜及达芬奇机器人手术系统。

2生物医学工程在影像及介入医学的应用

2．1影像介入技术

随着医学技术的进步，影像学科也在不断发展，尤其是透视引导下的微创技术更是发展迅猛。根据透视设备的不同，透视微创技术主要包括在X光／CT引导、超声引导和MRI引导下开展的透视微创治疗技术。而介入超声因其设备轻便、操作简便、无辐射等优点深受广大医务人员及患者的青睐。

2．2介入放射学

介入放射学技术是在1895年由Haschek和Lindenthal两位教授在行血管造影后首次提出并应用的，此技术出现后就引起了世界医学界的广泛关注，从此，世界范围内掀起了研究和应用的热潮。其应用范围也在不断扩展。介入放射学因其创伤小、效果好等特点，世界范围内绝大部分医疗机构都成立有不同规模的、单独的介入科，介入治疗在国内外已成为部分疾病的常规诊治措施，甚至取代了外科手术。

2．3CT引导下的微创－数字技术与医学的融合

生物医学不仅在诊疗设备、三围图像重建及数字医学等方面取得跨越式的进步，而且在诊疗模式也发生了根本性的改变，这些成果的取得恰恰是在计算机辅助下完成的［3］。主要体现为CT辅助的立体定位技术，例如CT定位引导下组织穿刺活检、脑血肿清除及腰间盘突出的定位。

2．4超声引导微创技术

我国在半个多世纪前超声学已应用于医学临床诊断，相对于其他医学影像学，超声有其诸多优势（如无放射性、无创伤、费用低廉、设备简单、报告迅速、便于多次随访等），而且还可以动态观察机体或脏器情况，对体内病理改变比较直观，故在超声引导下对甲状腺、乳腺、肝脏及肾脏等疾病进行微创治疗也得到良好效果。目前介入超声治疗在临床越来越被受到重视，尤其在小肿瘤的治疗优势更明显，其不仅代表了21世纪现代医学发展的方向，而且还展现了其定位精准、疗效显著、微创安全的医学发展模式。介入超声学在临床的应用使其成为最具发展潜力和学术活力的医学科学体系。近10余年，由超声科、医学工程学科专家创立和发展起来的这门新型学科技术，正在被泌尿外科、肝胆外科、血管外科、麻醉科及骨科等更多的临床医师所应用，这不仅使得介入超声学得到更迅速的传播和承认、在肿瘤及多种技术的综合应用等方面取得重要进展，同时也体现了生物医学工程在临床中的重要地位。超声引导下肿瘤的射频消融术对探针的要求比较高，而目前对金纳米材料的研究成了科学研究领域的一大热点，并取得了很大进展。大量的研究结果表明，金纳米材料具有独特的光学、电学、热学、化学等性质，在疾病的诊断、食品检测、肿瘤的显像与放射治疗、靶向载药、药物控释、以及对有机物的选择性催化反应等领域有着巨大的优势和广阔的应用前景［4～7］。面对学科发展之迅速。要求我们必须努力发展新技术、开展新业务，同时也要求我们技术操作更科学、合理、规范、个体化［8］，而这些恰恰需要有生物医学工程的参与，才能创造出更多、更精、更无创的医疗设备。

3生物医学工程展望

3．1生物医学工程学与其他学科的多学科合作

微创技术需要永无止境的追求。个人觉得相比于“能治病”，“会治病”更重要，这就要求我们必要要培养一种临床思维模式，这正如我们需要通过“微创”在客观上建立另一种临床思维模式，即微创技术的创新－微创医学的长远发展［9］；在微观上，借国家医改大好政策，展望未来5～10年微创技术将会进一步发展及普及，如现有各种微创技术的全面、系统提升，以及不同技术间的融合及新技术的创新发展。但是，微创医学发展到今天仍挑战巨大，特别是学科之间竞争激烈，这些可以在医疗资源及专业主导地位的分配反映出来，故使我们不仅要更进一步加快学科建设、人才培养，而且要促使基础、临床及预防医学和其他多个学科之间的合作，更进一步加快生物医学工程在医学中创造新方法、制造新设备的步伐，最终使各个学科受益，各个患者、医生受益。

3．2医疗整合

近些年临床各亚专科、亚专业的进一步细化，国内医学的发展模式也是以“能分则分、能细则细”为主，这虽然在一定程度上提高了诊疗水平，同时伴随的是医学知识及诊疗实践出现碎片化、机械化的问题。那么如何可以改变‘头痛医头，脚痛医脚’的状况以及未来医学到底该如何发展？樊代明、郎景和等多名院士及著名医学专家在2016年中国整合医学大会的发言称：实现医学模式转变不仅要进行医学整合，而且未来医学发展的方向，更需要我们为保障人类健康而具备新的临床思维模式和新的医学观念，而不是像目前仅具备的单纯“能看病”。所谓整合医学，前提必须是以人的整体为基础，根据生物、心理、社会、环境的现实将各医学专业目前国际最先进的知识和各专科最有效的治疗加以有机整合，使其对人体健康和疾病诊疗更符合、更适合的新的医学体系，医疗服务不仅使得心身并举、防治结合，而且要达到医养共进、人病同治的目的。国民全面健康，医学发展必须要靠基础医学、临床医学、生物工程学及预防医学等多学科整合，医学又是自然科学、社会科学和人文科学等多学科之间的交叉与融合。所以凡是涉及和人或人类健康有关的学科或科学都应该用来更好的为医学服务，为人类健康服务。而生物医学工程正是这样一门学科。同时把各种先进知识、有效实践经验进行合理、不同程度的整合，使其更好的为人类健康服务，形成生命医学高度融合的乘法效应。

3．3精准医疗

美国总统奥巴马于2015年1月30日在国情咨文演讲，宣布美国正式启动“精准医学”研究计划［10］。早在2011年，由美国科学院、工程院、国立卫生研究院及美国科学委员会就共同发出了“精准医学”的倡议［11～13］。其最高规模4大研究机构的联手倡议，为未来的医学指明方向，代表精准医学就是未来的医学发展方向。医学发展史上发展的3个里程碑分别是经验医学、实验医学和循证医学。而过去的研究模式以试验为主导的［14，15］，这不仅和临床距离大，而且根本无法达到临床需求。而以临床为主导的新研究模式恰恰是目前所提出的精准医学，精准医疗的发展必然要应用更精准的医疗仪器及设备，而精准设备及仪器的研发恰恰需要生物医学工程与其他学科的融合［16］。展望未来，所有疾病的治疗最终都将走向精准医学，医学的发展一定和生物医学工程的“同呼吸、共命运”。

参考文献：

［3］罗长坤．当前生物医学发展特征及其对科技创新方式的启示［J］．医学与哲学，2014，35（1A）：1－4．

［4］张磊，刘晓燕，沈晶晶，等．纳米颗粒在抗癌药物可控靶向释放中的应用［J］．化学进展，2013，25：1375－1382．

［5］曹丰晶，胡玉才，王卓，等．金纳米颗粒在疾病诊断和食品检测领域的研究进展［J］．中国材料进展，2012，31：31－35．

［6］凌萍，张旭光，涂或．纳米金在肿瘤显像与放射治疗中的应用［J］．国际放射医学核医学杂志，2011，35：59－62．

［7］王亮，孟祥举，肖丰收．负载型纳米Au催化剂催化氧化反应的研究进展［J］．石油化工，2010，39：827－833．

［8］马和平．微创介入放射学的临床实践与展望［J］．内蒙古医学杂志，2006，38（6）：489－491．

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【中图分类号】R318.0-4 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）02-0316-02

基金项目：重庆市教委人文社科基金资助项目（10SKS02）

随着近20年来世界范围内高新技术的迅猛发展，职业教育在形式和数量上都有了突飞猛进的增长。基于此，联合国教科文组织（UNESCO）推出最新版本“国际教育标准分类”ISCED1997，虽然将高等职业教育仍定位于ISCED5为“第三级教育第一阶段”，但是作为“不直接通向高等研究资格证书”（not leading directly to an advanced research qualification）获得的教育层次，它将初版中分属两个不同层次的大学专科（原ISCED5）和本科（原ISCED6）以及“所有博士学位以外的研究课程”（原ISCED7中的博士前课程部分）纳入了同一层次之中，从此突破了高等职业教育（尤其是在中国）仅仅局限于专科层次的教育瓶颈，为各类职业教育建立本科乃至硕士层次的教育提供了可能[1]。与普通本科教育并行的“立交桥式”发展之路由此拉开序幕。目前我国由于临床医学、中医学、口腔医学、药学等专业要求学生掌握一定的科学技术知识以达到“能进入一个高精技术要求的专门职业”。医学本科院校在医学主干专业的人才培养定位与水平上均高于医学类高职高专院校。本文将以生物医学工程学的国内外现状为例，来探索职业教育互补于普通医学本科教育的发展之路。

1生物医学工程国内外发展现状

生物医学工程学是理、工、医相结合的边缘学科，是多种工程学科向生物医学领域渗透的产物。它是运用现代自然科学和工程技术的原理与方法，从工程学的角度，在不同层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，揭示其生命现象，为防病治病、促进健康提供新技术手段的一门综合性的高技术学科。

1.1 80年代起生物医学工程学步入新起点 50年代是生物医学工程学发展的初期，工程技术与生物医学间的交差、渗透是从临床医学开始的，其中尤以人工器官的出现，可视为现代医学的一个重大特征。在经历了60年代的早期发展和70年代以医学影像技术为代表，所标志的生物医学工程学取得突破性进展的基础上，80年代起，生物医学工程学除继续向临床领域横向扩展外，开始在向纵深方向发展方面出现新的转折。如医学影像技术中的MRI、DSA、ECT、彩色多普勒超声诊断装置、图像文档与通讯系统等；出现了全实验室自动化系统、体外碎石机和除颤器等治疗装置以及微波、射频、激光、超声等各种治疗技术。

1.2 90年代与更多的学科交叉、融合 组织工程：是生物医学工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学，以及临床医学等学科间的不断交叉、渗透与融合，而形成的新的前沿科学。所涉及的组织有软骨、皮肤、胰腺、肝脏、肾脏、膀胱、输尿管、骨髓、神经、骨骼肌、肌键、心瓣膜、血管、肠、等，其中皮肤已有初步产品进入临床应用。我国自90年代初开始了有关的基础研究工作，并列入了国家重点基础研究发展规划（973），成为国家的重点支持项目。生物芯片：在实施人类基因组计划的推动下，DNA微探针阵列的基因芯片是最重要的生物芯片之一。它可以在同一时间内分析大量的基因，实现生物基因信息的大规模检测。微米/纳米技术：是指量度范围分别在0.1？100微米（？m）和0.1？100纳米（nm）内的物质或结构的制造技术。其最终目标是，人们将按自己的意志直接操纵单个原子、分子或原子团（小于10nm）、分子团，制造具有特定功能的产品，包括纳米材料学、纳米电子学、纳米机械学、纳米生物学、纳米显微学等等新的高技术群。我国在大尺寸纳米氧化物材料制备方面，已成功地研制出致密度高、形态复杂、性能优越的纳米陶瓷，从而进入了国际领先行列。日本研制出的“万能医用微型机器人”，可在不损害任何人体器官的情况下，沿着血管或胃肠道行进到发病部位进行检查，医生可指令机器人取组织样品、直接释放药物、清除血栓、切断或接通神经和进行细胞操作等精细手术。家庭保健工程（Home Health Care， HHC）：美国、日本和欧洲等均已将HHC作为重要内容列人21世纪的生物医学发展战略，成为优先资助的领域之一。即将家庭保健管理系统、疾病早期预报、家庭治疗和康复仪器、家庭急救支援系统等技术和产品作为重点开发项目。我国开展HHC的研究与开发以家用治疗产品为最多。通过采用电话传输监护网的方式进行心脏监测和急救，已在我国北京、上海、天津、南京、广州等大城市相继开展起来。

1.3 生物医学工程学传统领域的发展 生物材料：自50年代出现合成高分子材料以来，生物材料取得了很大发展；如今，合成高分子材料，天然高分子材料，医用金属材料，无机生物医学材料，以及由活体材料和非活体材料构成的杂化生物材料，几乎在临床医学各个领域得到广泛的应用，并最终导致了标志着本世纪现代医学重大特征之一的人工器官的出现；在此基础上，90年代生物材料又在向着复合/杂化型、功能型和智能型的方向发展。医学影像技术：在生物医学工程学中，像X射线、超声波、磁共振、放射性核素、红外线等物理源的医学影像技术，对医学的发展起了很大的推动作用，数字化、网络化、综合化已成为目前医学影像技术的总体发展方向。生物医学工程学所涉学科尚有生物力学、医学电子学、人工器官等等。

2国内生物医学工程专业建设情况

生物医学工程专业属工科专业，具有很强的多学科交叉性和前沿性，强调数理科学、电子信息和计算机技术等理工科知识与生物医学知识的有机结合。本专业课程设置除数理化及工程基础课外，主要专业课程有：电路、信号与系统，模拟与数字电子技术，数字信号处理，生物医学传感器与检测技术，微机原理与应用，单片机在医学中的应用，生命系统分析与仿真，生物医学信号处理，生物医学仪器，医学成像技术，医学图像处理，医学超声波，工程生理学，人体解剖学，组织胚胎学，自动控制，计算机与信息系列课程等，并开设多个专业课程设计，做到教学与实验设计并重。目前国内开设生物医学工程专业的学校，一部分是医科院校，一部分是各大综合类院校。排名前十的有浙江大学、四川大学、上海交通大学、东南大学、西安交通大学、天津大学、清华大学、华中科技大学、南方医科大学、大连理工大学。而在香港大学，生物医学工程学由工程学院与医学院合办，学生将学习到有关工程和生命科学的原理，理解不同类型的先进医学工程系统之设计和运作，掌握工程技术在医学领域的应用。

3医学职业教育可以在生物医学工程专业中寻找“立交桥式”发展契机

医学职业教育类院校，应该与本科院校错位发展。以生物医学工程专业为例，应该培养计算机网络技术服务和各类大型医疗设备的操作与维护方面的专业人才；计算机网络技术包括：数字化医学中心，医学图象处理及多媒体在医学中的应用，生物信息的控制及神经网络生物医学信号检测与处理。要求学生深入掌握电子技术，计算机技术，信息处理理论医学与工程相结合的科研能力，解决生物医学领域中的科学研究，医疗仪器研制，产品开发以及大型医疗设备的操作，维修管理等问题，同时也能胜任其他领域的电子技术及计算机技术。学生主要学习生命科学、电子技术、计算机技术和信息科学的基本理论和基本知识，受到电子技术、信号检测与处理、计算机技术在医学中的应用的基本训练，具有生物医学工程领域中的研究和开发的基本能力。

3.1 生物信息技术 实现生物技术和信息技术以及其他学科的有机结合，发展生物信息高通量、高效、快速的提取方法，发展疾病检测的新方法和新技术，发展研究药物与靶标作用的新方法，发展基因组数据、蛋白质组数据和结构基因组数据的计算机处理、分析和可视化方法，解析生物大分子结构和功能之间关系等，提高生物信息处理、分析和利用的水平，为我国生命科学和生物技术的源头创新奠定基础。

3.2 医学图像与医学电子学 医学图像处理和分析、计算机辅助诊断和治疗、医学物理等，以及生物、医学和工程学等领域理论和方法，并通过这些学科的交叉形成了新型学科。

3.3 生物与医学纳米技术 包括纳米生物材料、纳米生物器件研究、纳米生物技术在临床诊疗中的应用、纳米材料与器件的计算模拟。

3.4 生物与医学纳米技术 生物医用材料研究，用于人体、器官的诊断、修复、替换或增进其功能。

3.5 医学信息学及工程 应用系统分析工具这一新技术来研究医学的管理、过程控制、决策和对医学知识科学分析。

4以生物医学工程为例，探讨医学职业教育的前景

生物医学工程专业修业年限为四年或五年。授予学位是工学学士。就业前景良好，由于科学技术的发展，各类大型医疗设备的应用越来越广泛，大型医疗设备的操作、维修及管理人员是各大医院及公司急需的人才。毕业后可从事医学机构中医疗器械的维护、使用、销售和和医疗电子系统的开发与维护，辅助医生观察、诊断、治疗疾病。职称由卫生部组织统一考试评定，颁发临床医学工程技术（初级士、初级师、中级等）证书。

医学职业教育不仅要解决国家发展急需的基层卫生人才的培养问题，更重要的是要引领区域经济向先进领域拓展，提升地方行业水平。建设西部教育高地，需要在技术类专业中大胆创新，走别人没有走过或者没有走出规模的路。其重要意义体现在以下几点：①医学应用技术类专业虽然具有办学成本高、难度大等不利因素，但也具有技术含量高、可直接转化为现实生产力的巨大优势。②医学应用技术类专业走向产业化，对引领区域经济发展、拓展地方行业布局和提升地方行业水平都具有重要的现实意义。③医学应用技术类人才培育专业群的建成，将为地方输出高素质的技能型人才，同时也能提供高水平的就业岗位，有助于拉动地方经济，整体提高地方生产力。④医学应用技术类专业人才的聚集，与提高区域人才质量、推动地方经济发展进程直接相关。斯坦福大学在成立之初不被看好，但坚持将硅谷建设与学校成长联系在一起，最终成为世界名校就是例证[2]。

5结语

在国家拉动内需、教育优先的有利政策指引下，在医学职业教育领域大力发展医学应用技术专业是切实可行的。用教学做一体化培养医学技术专业人才，为地方医学应用技术产业化发展提供智力支撑，其意义也是深远的。创立医学应用技术专业基本原则是按照专业设计，分步骤解决专业基本格局，建设教学做一体化生产性实训基地，逐步提升专业办学水平和内涵质量，最终构建具有影响力的专业群。在全国众多的医学类高职高专院校中同质化办学的现象非常突出，上海医疗仪器高等专科学校涉足生物医学工程领域外，还没有一所学校开设生物医学工程的相关专业[3]。现代医疗活动是建立在庞大的医疗仪器设备的辅助诊断和治疗基础上的，急需医学工程技术的大量人才。只有大力拓展医学相关技术领域的办学，才能真正在传统医学专业之外办出既有生命力又有制高点的医学职业技术教育。

参考文献

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中图分类号：R318.08文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0410005-02

0 前言

聚乙烯醇（PVA）是由醋酸乙烯酯经过醇解，水解或氨解而得到的水溶性高聚物。PVA水凝胶是线性高分子通过交联形成三维网状结构，再经过大量溶剂溶胀形成的一种胶态物质。PVA水凝胶由于具有低毒性，吸水量高，机械性能优良（高弹性模量和高机械强度）以及生物相容性[1]好等优点，在生物医药，食品工业，渔林业等方面备受瞩目。本文简述了PVA水凝胶的制备方法、改性研究及应用，同时详细介绍了PVA水凝胶“反复冷冻解冻法”的机制、特点，与生物大分子明胶的共混改性及在生物医药方面的应用[2-7]。

1 PVA水凝胶的制备

PVA水凝胶的合成根据交联机制可以分为物理交联法，化学交联法和辐射交联法三种。物理交联目前报导中使用最多的是“反复冷冻解冻法”[8-9]和“冻结部分脱水法”[10-11]通过物理交联得到的水凝胶物理机械性能有很大的改善，交联过程可逆，但是透光性不好。可通过改变溶剂类型或使用混合溶剂等方法来改善。日本Hyon[12]等人用水和DMSO有机溶剂，通过冷冻处理得到透光率高的PVA水凝胶。化学交联主要采用化学交联剂，通过共价键或配位键的作用使PVA分子链之间形成凝胶。通过化学交联制得的水凝胶，保水性和某些力学强度有一定提高，但是透明性不好且含水量不高。辐射交联主要是利用γ射线、电子束、X光及紫外线等直接辐射PVA水溶液，或辐射用物理交联法制成的PVA水凝胶。经辐射制得的水凝胶因不需要添加任何添加剂，所以PVA纯度高，光学透明性好，但力学强度不高，抗蠕变性差，同时强烈的反应条件常常造成某些优异性能的损失。将辐射交联制得的PVA水凝胶经一定的物理处理过程可以使凝胶部分结晶化，从而提高了机械强度[13]。

2 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成胶机制及性能特点

2.1 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成胶机制

此法是将一定浓度的PVA水溶液浇铸于模具中，在-10℃～-40℃的条件下冷冻成型。时间为一天左右。然后将试样在室温下放置1～2小时融化，上述冷冻，解冻过程反复数次（一般为三到五次），可以得到弹性好，具有一定的机械强度、不透明的水凝胶。

此法的成胶机制目前比较成熟的有以下两点[14]：1）凝胶化是网络形成的结果且在凝胶化初始阶段形成高分子聚集区和非聚集区。2）凝胶在水溶液中形成首先是高分子氢键的作用。

这种物理交联所制备的水凝胶是分子链间通过氢键和微晶区等物理交联点形成的三维网络结构。当PVA溶液冷冻处理时，分子链运动减弱，链之间的接触时间变长，链之间的距离缩短，有利于分子链上的羟基间形成氢键缔合，同时PVA在低温下结晶作用，促使了物理网络交联点的形成，使形成了完善程度不一的结晶结构。柳明珠等认为当在室温下解冻时，由于交联点仍然稳定，所以该凝胶不会溶解。当反复冷冻处理后，少量可以活动的链段及未交联的分子链进一步交联，使得结晶结构不断完善，进而形成不溶于水的凝胶。Willcox研究表明：链段中微晶的形成，多数由第一次的冷冻解冻中决定。编排链段成3～8纳米的间距，被分隔与平均距离为30纳米的不规则的网格中。

2.2 “反复冷冻解冻法”PVA水凝胶成型条件及特点

“反复冷冻解冻”法制备的水凝胶具有高强度高弹性，含水率也较高。凝胶的成型条件取决于PVA的分子量，浓度，冷冻条件、解冻条件及循环次数。潘育松等人研究表明：此方法制备的PVA水凝胶的拉伸强度和拉伸模量随凝胶的浓度和冷冻解冻次数的增加而增大。最高拉伸强度可达2.27MPa。但当浓度大于20%时，溶液粘度较大，分子量较大时影响微晶的形成显著。所以常用浓度在7%～15%之间。冷冻温度不仅影响冷冻动力学而且影响界面间相平衡。冷冻温度一般在低于-10℃下进行。我们实验发现，15%的PVA溶液在-20℃下具有好的物理及力学性能，所以-20℃是常用的冷冻温度。此方法制备的PVA水凝胶不使用有毒性的有机交联剂，保持了良好的生物相容性，属于可逆性水凝胶，随着环境参数的变化，可以使物理交联点改变，还可以被溶解。因为方法简单，所制水凝胶与化学交联无明显差别，因此近年来备受亲睐，在许多领域，极具开发潜力。

3 PVA水凝胶的改性方法及与明胶复合的研究

3.1 PVA水凝胶常用的改性方法

PVA水凝胶常用的改性方法有：1）化学改性法：通过接枝等化学方法，改变PVA分子链的化学结构，或把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。如将利用苯酐或琥珀酸酐与PVA酯化，可得到侧链含有羧基的PVA。这种PVA还可以与双官能团的化合物如芳香族二环氧甘油醚反应，得到交联的PVA。这种立体网络结构使PVA薄膜的化学稳定性和选择性提高[19]。2）物理共混法：利用高分子链间分子间作用力形成分子聚集体，从而制备出性能优良的复合体系。但复合的材料要有良好的互溶性。例如董彦博[20]等以丙三醇为增塑剂，加入一定量的淀粉，对PVA膜进行了改性，研究表明，加入淀粉后薄膜的水溶性得到很大改善。3）与无机填料或有机小分子复合：其中无机填料包括生物活性陶瓷颗粒，如磷酸三钙，生物活性玻璃等。不仅保持了生物活性，同时提高了力学性能。有机小分子经常用复合剂，来降低PVA水凝胶的摩擦系数，改善摩擦性能。4）与生物活性分子的复合：一般通过生物活性分子的水溶液或悬浮液同PVA溶液共混，制得成型凝胶或用生物活性分子的溶液淋洗水凝胶，让生物活性分子扩散进去。常用的生物活性分子有胶原质，透明质酸盐、纤维素、壳聚糖，海藻酸盐等。

篇（4）

理工医相结合就是在知识结构上培养既懂医学又掌握工程技术的复合型人才，这是学科特色的要求也是社会的需求。我校由于有理工医学科的优势，特别是具有享有“南湘雅，北协和”盛誉的湘雅医学院以及三所全国“三甲”附属医院，因此，在理工医复合型人才培养方面，我们具有自己独特的优势。我们培养的研究生不仅具有深厚的理工医基础，而且具有独立分析和解决生物医学工程领域相关技术问题的能力。如，我们培养的医学成像与图像处理的研究生不仅有去大型医疗器械企业的，也有去大型医院放射科的，当然还有专门从事图像处理软件开发的。由于他们知识结构的全面性，受到了各用人单位的好评。生物医学工程专业的研究生常常由来自不同高校、不同学科领域的学生组成，由于各高校培养模式的差别以及侧重点不一样，研究生自身知识水平、实践经验、兴趣爱好也不一样，因此，在制定培养计划时，各个导师还要了解并征求学生的意见，选课和选题都因人而异，做到具体问题具体分析。例如，对数学理论基础好、年纪轻、又有兴趣的应届毕业入学的研究生，建议其进行应用基础理论方面的研究；对有工作经验的在职入学的研究生安排其进行相关的应用型研究。研究生个人的专业兴趣得以实现，有助于充分调动每个人的积极性，使之能充分发挥自己的潜能。

在培养阶段，还要使研究生在本学科的某一方面进行专家培养和训练，同时在其它相关学科也要进行广博的基础教育，使他们能在所从事的领域中具有较强的研究和开发能力。另外，还要培养他们广博的专业基础和社会人文知识，培养他们自我获取知识和综合分析问题的能力，以及优良的科学思维和创新意识，强调将知识、能力向高素质的升华与内化。

2.课程设置

课程结构关系到研究生的知识结构和科研技能。由于生物医学工程专业理工医复合交叉的特点，课程设置也和其它学科有所区别。目前，我国生物医学工程博士学科点只有一级学科，下面没有设置二级学科，主要原因就是生物医学工程涉及到的学科领域太广，它的研究方向和课题广泛渗透于医学、生物、电子、计算机、材料等学科。当然，每个高校在生物医学工程领域的研究都很难做到大而全，而是根据自身的优势和特点，选择其研究领域，并进而决定其课程设置。譬如清华大学生物医学工程专业的主要研究方向包括生物芯片、神经工程、微纳医学等，尤其是以程京院士为主的生物芯片技术占主导地位，因此，该校生物医学工程的课程设置就以生物类为主，辅之以《生理系统仿真与建模》、《数字信号处理》、《随机信号的统计处理》、《医学成像系统》等课程。我校的生物医学工程专业目前主要侧重于医学成像与图像处理、医学仪器与生物传感器等，因此，课程设置也以电子信息类课程为主，如《医学成像原理》、《医学图像处理》、《神经网络与模式识别》、《医学仪器原理》等。

另外，由于大部分高校的生物医学工程研究生招生几乎是面向所有的工程学科，因此，以前没有学过医学类课程的研究生，一般高校都会要求学生加以补修。有些导师也会根据研究课题的需求或个人研究领域的需求要求学生选修一些相关课程。如我校的新入学生物医学工程研究生，如果以前没有学过医学类课程，我们一般会要求学生补修《人体解剖生理学》、《病理学》等课程；有些研究生还会根据导师的需求补修《生理系统仿真与建模》、《现代数字信号处理》、《生物力学》、《生物化学》、《医学仪器》等课程。

3.过程管理

创新能力是科研能力的核心，创新意识、创造精神、创业能力的培养是研究生培养过程的重要环节，是研究生培养质量的主要标志。研究生培养过程管理是研究生创新能力培养的重要保证，这里所说的培养过程管理主要包括生物医学工程专业研究生的科研选题、中期考核和论文答辩等环节。

3.1 科研选题

作为科学研究的起点，选题不仅关系到科研的方向、目标和内容，直接影响着所运用的方法与途径，同时还决定着成果的水平、价值及发展前途。因此，在第一年生物医学专业基础科目系统整合与学习之后，则完成培养环节第一步，进入科研选题阶段。研究生的选题要与导师的科研项目相结合、与生物医学工程的学术前沿相结合，同时也要强调与理工医多学科相结合。科研选题必须在足够的调研、文献阅读甚至科学实验的基础上进行，否则就是无源之水，很难继续。譬如，医学图像处理领域的科研选题不仅要与图像处理的相关知识挂钩，还与相关的医学知识紧密相连，因此，我们必须要查阅大量的关于图像处理、医学影像、病理诊断等的相关文献，必要时还得与医院合作，参加医院的短期培训等。另外，科研选题还要注意团队协作，有些大的科研课题不是一两个人能够完成的，而是在导师的指导下，由博士、硕士组成的团队完成的，因此，科研选题也需在整个团队的指导下合作分工，共同参与。

3.2 中期考核

研究生的培养是一项较复杂的系统工程，涉及到学科建设、导师队伍、科研实力、教、学、管等多个环节，每个环节都离不开严格的管理，而管理的核心问题是要建立淘汰机制。研究生中期考核作为研究生的淘汰机制之一，对研究生的质量调控和把关起着重要的作用。在整个研究生的培养过程中，中期考核处在一个承前启后的重要位置。“承前”，是指经过一年半到两年的学习与科研参与后，研究生基本掌握了本领域的重要理论和一定的科研技能，了解了该研究领域的相关背景；“启后”，是指有必要了解研究生对已学到的理论和技能是否消化吸收，是否能灵活运用。

我校生物医学工程专业研究生的中期考核在科研选题之后的研究生第二学年末进行。中期考核不仅包括对所选课题的进展情况检查，还包括研究生参与学术活动的积极性。研究生在第一学年末完成选题，其后则必须进行为期一年的课题研究与实践活动，将所学理论与实践或实验相结合，以实践来验证与丰富理论，并寻求新的方法解决实践过程中出现的新问题。中期考核实际上是对研究生科研、协作与创新能力不断提升的过程。另外，研究所经常邀请一些在生物医学工程领域取得突出业绩的国内外知名学者来校讲学或作学术报告，这是所有研究生必须参与且严格考核的。另外，我们的研究生每人每周举行一次学术汇报，课题组老师的所有学生必须参与，汇报后老师给予点评及相关指导意见。

3.3 论文答辩

学位论文作为研究生教育的重要组成部分，也是研究生教育的总结性成果，集中反映了研究生的综合知识体系、专业知识、创新能力和研究水平。教育部规定研究生在申请学位时必须完成学位论文答辩，它是每一位研究生培养过程中的必要和重要环节。因此，在研究生培养的第三年就是学位论文的整理与撰写，在第三年末进行学位论文答辩，每位研究生必须通过论文答辩委员会公开统一的答辩评审后才允许毕业。通过学位论文答辩，可以检验研究生课程学习的效果，衡量研究生的创新能力，考察研究生在文献检索、资料运用、论文写作、观点论证和辩驳等方面的水平和技巧；对于学校而言，研究生学位论文答辩是检验研究生教育质量的主要依据；对于导师而言，研究生学位论文答辩是检验导师指导质量的主要依据。可以说，研究生学位论文答辩是研究生教育中重要、严肃的环节。我校生物医学工程专业研究生在学位论文答辩之前必须先由学校统一，也就是要求每位研究生的学位论文必须是自身学习研究成果的总结与提炼，如果与“中国学术期刊网”上所有论文的累计重复率超过5%，则论文必须发回重改，且重改次数不能超过2次，否则推迟半年至一年时间才能允许答辩。研究生论文之后，硕士学位论文由研究所统一匿名送至本所的相关老师评审，博士学位论文则一式三份全部由学校研究生院统一匿名邮寄至设有生物医学工程专业博士点的全国三所不同高校，再由这些高校的研究生院根据论文题目指定评审专家，这些高校不能在本省，也不能在同一省或市。当然，由于生物医学工程专业研究生的理工医跨学科培养性质，各高校研究生院在送审论文时，可以送至与之相关的学科专家评审。如医学图像处理领域的论文可以送至从事图像处理与模式识别研究的专家评审，也可送至从事计算机应用技术图像处理研究方向的专家评审。

篇（5）

1.2学生方面第三军医大学学生的整体素质良好、基础扎实。进入大学后，部分学生沉浸于考上大学的喜悦之中，没有了明确的学习目标和兴趣。由于习惯了中国式的传统教育方式并且缺乏针对新生的研究型课程设置，很多新生还在沿用高中的学习方式，机械呆板地学习，一切学习以考试为导向，缺乏正确的学习目标和动力。此时如果再加上教学方法不当，很多新生会产生厌学的情绪。由于是军队院校，第三军医大学生物医学工程专业研究生录取名额受限，很多学生即使非常优秀也不能顺利进入研究生阶段的学习；本科生毕业后将会统一参加学校的分配。随着目前我国就业难度的加大和军队分配形式的日益严峻，很多毕业生可能被分配至条件相对艰苦的地方工作，于是部分成绩较差的高年级本科生在学习方面的信心动摇，甚至有些学生产生了极强的厌学情绪，认为学习无用，从而破罐子破摔，在学生中间产生不良影响，也严重影响了教学质量；部分成绩较好的高年级学生为了实现保送研究生的目的，更加注重考试成绩，而不愿意花时间和精力参加科研实践活动，从而忽视了实际动手能力和实践技能的提高，阻碍了创新意识和科研能力的培养。

1.3体制方面第三军医大学近年来也开始重视本科生科研创新实践能力的培养，生物医学工程学院开始试行导师制，具体分两个阶段实施，第一阶段针对低年级本科生，侧重于任命教学经验丰富的教员为导师；第二阶段针对高年级本科生，侧重于任命科研经验丰富的教员为导师。学生可根据自己的兴趣选择导师，导师则应履行自己的职责，即鼓励学员自主开展科研试验研究，积极引导学生参与教研室科研工作等。试行导师制规定了导师每月指导学生的最低次数，对的学生和导师给予一定的奖励，对未达标的导师和学生实施相应惩罚。目前，第三军医大学生物医学工程学院的试行导师制已经初具规模，但还不够完善，在第一阶段培养方案中没有针对教学的具体措施，因此在实际实施过程中这一阶段的导师制形同虚设，导致学生的科研能力并未得到进一步提升；在第二阶段培养方案中，导师将引导学生参与教研室科研工作，由于没有具体规范措施，可能有些导师会倾向于让学生做重复性的简单工作，从而导致学生对科研的整体流程不熟悉。另外，目前没有建立起专门面向本科生的科研专项资金，可能会导致科研进展缓慢。为了有效整合创新资源和创新力量，实现资源共享、优势互补，2012年7月，第三军医大学与重庆大学成立了生物医学工程联合学院。自联合学院成立以来，两校共同培养生物医学工程专业本科生，瞄准生物医学工程发展前沿和热点研究领域，实质性推进生物材料与创伤修复等5个研究中心建设进程［4］。

2加强生物医学工程本科生科研能力培养的建议

2.1构建校园文化现在的本科生大都是90后，他们好奇心强，容易接受新生事物，但当今社会环境浮躁，人生观、价值观取向多元化，过分强化名利，而大学的人文环境应该培养出有思想、有学问、有高尚道德情操、有科研创新能力、有责任感的公民。第三军医大学更是肩负着培养忠诚于党、热爱人民、报效国家、献身使命、崇尚荣誉的当代革命军人的使命，因此要特别加强对本科生的思想品德教育，通过构建积极健康的校园文化，营造浓厚的学术科研氛围，以培养学生高尚的情操和探究科学的兴趣。教育和引导全体学员铸牢军魂意识、坚定理想信念，争做“对党忠诚、爱兵为民、品德高尚、敬业奉献、追求卓越”的红色军医，着力用好驻地丰富的红色文化教育资源，积极开展当代革命军人核心价值观教育。有必要在本科生中强调并非考上研究生就能确保获得较好的工作，而应注重自身人文素养、交流能力和科研能力等综合素质的提升。因为现代社会要求人的全面发展，用人单位更多考虑的是应聘者实际解决问题的能力；随着研究生数量的增多，研究生们找工作同样面临较大的压力，只有具备更好的综合素质，才能在以后的工作竞争中处于有利位置。另外，浓厚的学术氛围对学生们科研兴趣和科研素养的形成有着潜移默化的影响。可以适当开展专题学术讲座、学术交流活动和丰富多彩的科研文化活动。学生通过听取不同研究领域学者讲述各自的研究思路与成果，体会他们探求未知的执着和收获成功的喜悦，可以激发对专业的热爱，培养严谨的治学态度和踏实的研究作风，提升科学素养；学生通过参加科研文化活动，如研究生学术报告会、科技文化节系列活动、创新论坛等，可以活跃其思维，激发创新火花，开动脑筋、发挥才智、挖掘创新潜能。

2.2从教学入手古人云“授人以鱼，不如授之以渔”，教学过程中应体现以学生为主体、教师为主导的教学思想，教师通过讲课、传授知识的途径达到培养学生学习能力的目的。教学方法应多样化，将启发式、讨论式、交互式等方法融会贯通地应用于课堂教学，引导学生主动学习、带着问题学习，在课堂上应给学生留有一定的思考时间，尽量让学生主动提出问题；在传授知识的同时，还需要开拓学生的视野、拓宽知识面，并注重学生个性的发展，在这样的过程中不断提高学生的独立学习和思考能力。从新生入学就开始建立年级研讨班，由个人选择自己感兴趣的课题，按课题类型分小组；学生可选择相关课程听课，可采取各种方式独立学习、进行社会调研等，学期末交出研究论文或研究报告；教师指导和组织学生课外查找资料以及定期进行小组讨论，并给出成绩，对研讨课和选修课程记学分。研讨课的教师应尽量选定为教授，这样可为本科生提供多与教授接触的机会，让他们感受到学术魅力，初步了解科研的含义以及对某一专题进行重点研究和探索的基本方法，促进本科生科研能力的培养。科研方法是大学生科研能力培养的关键环节，而毕业设计是教学过程中本科生科研能力培养的关键途径。本科生通过完成毕业设计的工作可以初步了解科研活动的实施过程，学生一般能够做到在教师的指导下收集查阅资料、分步实施研究内容，但为了更好地锻炼学生的创新思维、逻辑思维、总结分析能力，教师应该在研究设计工作和论文撰写方面给予学生更多的指导和独立完成的机会，传授更多的科研方法。

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[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）15-0006-02

我国医疗仪器市场潜力巨大，但国内医疗仪器产品总体技术含量较低，关键技术主要被美、日、德等国家的少数几个跨国大公司所垄断。国内生物医疗产业普遍存在技术研发人才匮乏、研发能力不足等问题，产品总体质量和技术水平落后于发达国家，缺乏市场竞争力。要解决目前生物医疗产业创新研发能力低下的难题，首先要从生物医学工程人才培养这一根本问题上着手。

一、本科生创新培育计划思路的形成

2004年12月教育部在北京召开了第二次全国普通高等学校本科教学工作会议，研究制订了《关于进一步加强高等学校本科教学工作的若干意见》。该文件要求“积极推动研究性教学，提高大学生的创新能力”；同时提出“要让大学生通过参与教师科学研究项目或自主确定选题开展研究等多种形式，进行初步的探索性研究工作”。中山大学的本科人才培养教育观念是“通识教育、大类教学、复合创新”。相对于其他学科，生物医学工程学科的特点是多学科交叉，教学过程所涉及的内容多且杂，如果强调“宽”基础，学生能够“精（专）”的领域就有限。通过借鉴国内外著名高校的相关经验和近几年的尝试和思考，我们初步形成的思路是：首先培养学生掌握较为广泛扎实的基础理论知识，然后以某个方向专业训练为载体，着重培养学生的自我学习能力和创新思维能力，以及解决具体问题的实践能力。基于这一思路，我们推出生物医学工程创新培育计划，探索中山大学生物医学工程专业研究性教学的道路。该计划的总体内容和目标是：中山大学工学院生物医学工程专业为研究性教学的开展提供硬件条件（设备、场地）与软件条件（师资、管理）的支持，建立并实行本科生学业导师制度，以本学科已有的广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室为依托、以教师们正在进行的纵向科研项目或横向开发项目为载体，引导本科学生参与项目调研、方案制订和项目研发的整个过程，培养学生主动获取知识的能力、思考创新的能力和实践能力，为将来更好更快地适应各自的工作岗位要求奠定坚实的基础。

二、国内外著名大学创新性培养方案分析

我们对国内外著名大学的本科生培养方案，尤其是对国内外著名工科院校的实习教学方案进行了广泛的调研和分析，逐渐形成了在“宽”基础的前提下，强调培养学生的自我学习能力和创新思维能力，以及动手能力的思路。例如美国麻省理工学院着重培养学生创造性思维和解决问题的能力，以及终身学习的习惯。既培养学生某一方向的专业技能，也鼓励学生拓宽知识面，以适应现代社会的挑战。具体方案有：1.实行本科生学业导师制度。每名本科生入学后将被指定一位专职教师作为学业导师，导师帮助本科生设计学习项目、选课和选专业。在导师的指导下，本科生有机会参与跨学科实验室和研究中心的研究活动，从而培养学生的研究型思维、完成实验的技能和进行数据分析的能力。2.学院设有独立活动期。每年的一月，学生们可以利用学院实验室与研究中心的资源，从事一些自己感兴趣的研究项目。教师则成为项目的指导者与协作者，鼓励并引导本科生在研究型教学中主动地参与过程。美国明尼苏达大学机械工程本科培养特色为基础知识教育与科研能力培养并重，通识教育与专业教育并重。他们专门设有实践创新教育环节，培养学生综合实践和创意创新的能力。具体方案有：1.大量采用讲座+讨论、讲座+实验的授课方式，强调理论课程与实践、研究环节的结合。2.设立和基础课程学习紧密相关的实践性、研究性学习项目，通过项目的实施，进一步强化学生对基础理论学习与实际问题解决相互关系的理解。学校还设有独立活动期、本科生研究项目等实践创新教育项目，给学生提供了充分的个性发展空间。清华大学电子工程系奉行知识、能力、素质并重的教育理念，通过营造良好的学术环境来激发学生的学习热情和创造力，注重实验教学与理论教学相互促进，注重基本技能、综合能力和创新能力培养，注重将最新的科研成果引入实验教学。其特点是前期强化基础、复合交叉，后期导师指导、以人为本，激励创新。另外，国内外基于问题驱动的产学研教学模式也是值得我们借鉴的。

三、创新培育计划实施所具备的软硬件条件

中山大学生物医学工程学科具有生物医学工程一级学科博士点和博士后流动站，是广东省重点学科，设有广东省传感技术与生物医疗仪器重点实验室、广州市生物医疗设备重点实验室。目前生物医学工程学科已有教授38名、副教授41名、讲师64名，梯队完备，所有教师都是工作在科研一线的研究人员。学科的主要研究方向为医疗仪器与传感器、纳米生物材料与组织工程、靶向输送与控制释放。学科近年来在相关领域内承担了多项纵向研究项目，包括国家重点基础研究发展计划项目和国家高技术研究发展计划项目、国家科技部重大科技专项、国家自然科学基金重点项目和教育部新世纪优秀人才支持计划等。学科紧密结合南沙中山大学科技创新产业基地、广州大学城健康产业基地以及行业龙头企业等合作单位，大力倡导协同创新，承担了多项横向研究项目。因此，学科的平台和师资为生物医学工程本科生创新培育计划的开展提供了充分的保障。

四、本科生创新培育计划的实施方案

首先建立导师制，由专业教师担任本科生学业指导教师，负责本科生的学业指导和项目选题；同时由该教师属下的研究生担任学生导师，负责本科生创新培育计划具体工作的指导与跟进。实行导师制的目的是给予本科生更个性化的发展空间和更全面的有效的指导，这有利于师生双向提高。

在第一学年，考虑到本科生专业知识的缺乏，创新培育计划的主要内容是本科生利用课余时间协助教师或研究生从事实验辅助或文献调研等工作，使本科生对生医工专业本身和具体项目科研过程有一个初步的认识，培养学生基本的实验操作技能和自主检索学习的能力。后期在导师的指导下撰写一份助研工作总结报告或文献检索报告，同时做成PPT用于年终汇报考评，从而培养学生的基本科技写作能力和PPT制作与讲演能力。

第二学年开始引导本科生逐渐进入具体的项目工作。若干名学生组成项目组，可以参与指导教师的在研项目中的某一部分，或者在教师指导下自主选题。首先进行项目调研和前期预研，中期组织进行项目开题答辩，然后在学业导师或学生导师的具体指导下开展项目研究，鼓励项目进展较为顺利的项目组申报学校的大学生科研项目计划。

第三学年本科生在导师们的指导下继续开展创新培育计划项目工作，可以考虑将夏季学期（小学期）中4周生产实习（项目实习）课程和创新培育计划项目合并到一起来做。组织中期检查汇报与成绩评定，推荐项目工作表现优秀的本科生参加国家大学生创新计划、广东省大学生创新计划、挑战者杯等竞赛。

第四学年春季学期有长达12周毕业设计（论文）时间，可以充分利用这段时间，在前面三年创新培育计划工作的基础上，进一步深化、凝练项目成果，完成毕业设计（论文），进行项目结题答辩。对项目研发过程中表现优秀的本科生推荐研究生免试资格，鼓励成果突出的学生撰写专利或论文。另外，学生导师（在读研究生）给予颁发助教资历证书，其中表现优异者在教学实践考评和奖学金评定时给予加分。

总之，我们拟通过生物医学工程创新培育计划的实施，探索出一条研究型本科教学的路子，为解决生物医疗产业的自主技术创新、提升国内企业技术水平及市场竞争力提供人才支持。期望学生通过自主学习和项目实践，熟练掌握生物医学工程的基础理论，具备较强的自我学习能力和实践创新能力，能够综合应用多学科知识和方法解决医学实际问题，成为在生物医疗仪器、生物材料与组织工程等相关领域从事科学研究与应用开发的高素质医工复合型人才。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 王海鹰，杨刚，李玉红，季红梅.将科研实验引入本科实验教学的改革与实践[J].中国电力教育，2009，（144）：145-146.

[2] 马晓琼，蔡金平，凌有铸.基于问题驱动法的产学研教学模式创新研究[J].长沙大学学报，2011，25（2）：122-123.

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【中图分类号】R722.12 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）08-0143-01

1教学内容的优化设计

1.1教材与课程教学内容

我校生物医学工程专业分流后，课程增多，课时减少。《医学超声仪器原理》按教学计划，理论36学时，实验3学时，课时非常有限。讲授内容需突出重点，去粗取精，点面结合。其次，生物医学工程专业的主要目标是培养医学仪器的操作人员、维护人员、销售人员、设备管理人员和研发人员，授课过程中要既重基础又结合实际。综合各方面因素考虑，我们选择西安交通大学万明习教授主编的《生物医学超声学》作为教材。该书是目前国内对医学超声学的基础理论、关键技术及超声新技术发展介绍最为全面的一本专著，但内容较多且难，并不完全适用于3时的本科教学。因此，在教学过程中，我根据实际需要对其内容进行了相应筛选调整，并结合具体超声仪器实例进行授课，真正做到既重基础又结合应用实际。

具体课程内容归结为如下6个章节。（1）绪论：介绍医学超声仪器的分类，发展历史、现状及趋势。（2）医学超声的物理基础：介绍描述超声波的重要物理参数，超声波的传播特性、波动方程、多普勒效应，超声波的生物特性及安全剂量。（3）医用超声换能器：介绍压电效应及压电材料特性，医用超声换能器的种类与结构、声场的形成与分布。（4）超声波束的接收、预处理与DSC数字扫描变换器：介绍B型超声诊断仪超声回波信号的前置放大、接收多路转换、可变孔径技术、相位调整技术、增益控制与动态滤波、对数放大、检波与勾边技术，以及DSC数字扫描变换器。（5）超声多普勒血流测量与成像：介绍多普勒血流测量的基本原理，所需提取的主要参数，血流速度大小及方向的检测方法，多种多普勒血流仪系统和各自距离选通的原理，彩色多普勒血流成像的基本方法和原理。（6）其他医学超声技术及发展：介绍超声治疗技术、超声显微技术、超声CT，以及医学超声研究的新进展。

1.2实验设置

在教学实践的第一学年，我们采取的是以学生为检测对象，指导学生完成对颈部主动脉、肝、肾的纵向和横向扫查，并对图像进行分析，但是教学效果不很理想。原因有两个：一是虽然学生有一些解剖学基础，但是实验中让其独立准确找到解剖学位置仍有一定难度；二是教学资源有限，男女生同组，实验过程中进行腹部检测时难免尴尬，学生积极性难以调动。因此在第二学年，我们借鉴了其他高校的经验[2]，将检测对象由人换成熟鸡蛋，不仅可以形象地显示超声波在不同介质中的传播特性，而且很容易探测到熟鸡蛋的蛋白与蛋黄的切面图，避免了上述两个问题的存在。同时还可引导学生向鸡蛋内注入色拉油等物质，模拟组织内部发生病变的状况，极大地提高了学生的学习兴趣，教学效果鲜明、生动、直观。

2 生物医学工程的生物化学教学现状

生物化学相对于其他基础学科具有抽象难懂、内容繁杂等特点，是医学院学生感觉最难的课程之一。尤其是对于生物医学工程专业，缺乏一部为该专业量身打造的教材，内容多与课时少的矛盾极为突出。就本校而言，该专业的生物化学理论学时数仅为40学时，而使用的教材为刘新光主编、科学出版社出版的《生物化学（案例版）》，该书系统全面完整，但课时数远远不够，如果按照一般医学本科教学大纲进行讲授，学生感觉难以消化，对生物化学课程的畏难情绪和抵触情绪增加。其次，教学模式单一，以教师为课堂的绝对主体，进行传统填鸭式教学，学生缺乏主动学习的兴趣，容易疲劳。第三，考查形式单一，仅对书本知识进行闭卷考试的单一评价考核体系，既不能反映学生的综合素质，也难以激发学生的创造力，容易使学生投机取巧，仅关注考点，而忽视对学科知识的整体把握。

针对教学内容，灵活应用多种教学方法。例如，采用启发式教学，在每一章节授课前先根据教学内容针对性地设置几个问题，让学生带着问题听课，在课堂中寻求答案，变“填鸭式”的被动学习为主动学习。同时，为了培养学生的学习兴趣，可利用介绍本学科的发展动态，国内外重大研究成果、新方法、新应用等内容来激励学生，让他们充分认识到这门课程的实用性和重要性。

3存在的问题及解决思路

经过两个学年的教学实践，我在《医学超声仪器原理》课程的教学中已积累了不少经验，也存在不足之处，其中最突出的是实验教学内容略显单薄。针对这一问题，我已着手解决，将在原3个学时实验的基础上再设置相应的开放性实验，如生物组织超声参数的测量与估计、单阵元圆形超声换能器辐射声场分布特性测试与分析、彩色超声多普勒血流仪的操作及数据分析等。所设计的实验项目将与课程教学内容密切结合，进一步有效地增强教学效果。

4 结束语

综上所述，医学超声仪器原理涉及多个学科，内容较为抽象，且课时量有限，因此教学难度较大。我在教学过程中根据本专业的实际需求，以着重培养学生的实践能力和创新意识为目标，结合教学体会和学生的反馈信息，从教学内容优化、教学手段、教学方法等方面入手，经过两年多时间的实践，取得了较好的教学效果。

参考文献

篇（8）

超声在医学上的应用始于20世纪20―30年代苏联科学家Sokolov的超声热疗工作。经过几十年的发展，目前已形成了一门年轻并蓬勃发展着的交叉学科――医学超声学。该学科以研究超声波在生物组织内的传播特性与规律、设计制造用于医学诊断和治疗的超声设备为目的，涉及物理学、生物学、材料学、电子技术、图像处理、计算机等多个领域，是生物医学工程学科的重要分支之一［1］。而医学超声仪器则是医学超声学发展的载体及最终成果的体现。

温州医学院从2009年起对生物医学工程专业医学影像设备与技术方向的本科生开设《医学超声仪器原理》，旨在使分流到该方向的学生熟悉并掌握现代医学超声仪器的基本原理、结构、技术方法和设计思路，具有初步的仪器设计理念及开发新一代产品的综合能力，为学生踏上工作岗位奠定良好的理论与实践基础。

1.教学内容的优化设计

目前，国内高校大多将医学超声作为《医学电子仪器》或者《医学影像物理学》的一部分进行授课。独立开设医学超声仪器相关课程的仅西安交通大学、南方医科大学、上海交通大学等少数几个高校。此外，上述高校由于办学优势不同，对学生的培养目标不同，对教学内容的选择没有统一标准。而且，目前国内医学超声仪器相关的本科生教材非常少见，且出版时间大多较早，内容较为陈旧，对学科前沿知识介绍较少。因此，如何根据我校的实际情况，合理安排教学内容，做到既难易适中又能体现学科前沿发展，就成了该课程开设初期碰到的一大难题。

1.1教材与课程教学内容

我校生物医学工程专业分流后，课程增多，课时减少。《医学超声仪器原理》按教学计划，理论36学时，实验3学时，课时非常有限。讲授内容需突出重点，去粗取精，点面结合。其次，生物医学工程专业的主要目标是培养医学仪器的操作人员、维护人员、销售人员、设备管理人员和研发人员，授课过程中要既重基础又结合实际。综合各方面因素考虑，我们选择西安交通大学万明习教授主编的《生物医学超声学》作为教材。该书是目前国内对医学超声学的基础理论、关键技术及超声新技术发展介绍最为全面的一本专著，但内容较多且难，并不完全适用于3时的本科教学。因此，在教学过程中，我根据实际需要对其内容进行了相应筛选调整，并结合具体超声仪器实例进行授课，真正做到既重基础又结合应用实际。

具体课程内容归结为如下8个章节［1］。（1）绪论：介绍医学超声仪器的分类，发展历史、现状及趋势。（2）医学超声的物理基础：介绍描述超声波的重要物理参数，超声波的传播特性、波动方程、多普勒效应，超声波的生物特性及安全剂量。（3）医用超声换能器：介绍压电效应及压电材料特性，医用超声换能器的种类与结构、声场的形成与分布。（4）超声成像基本原理及性能指标：介绍脉冲回波法成像原理，A、B、M型超声诊断仪及其异同点，超声信号形式及其特征，超声诊断仪的基本结构及主要指标。（5）超声波束的发射、聚焦与控制：以B型超声诊断仪为基础，介绍多阵元超声换能器的组合发射方式，超声波束的聚焦、扫描方法及控制手段。（6）超声波束的接收、预处理与DSC数字扫描变换器：介绍B型超声诊断仪超声回波信号的前置放大、接收多路转换、可变孔径技术、相位调整技术、增益控制与动态滤波、对数放大、检波与勾边技术，以及DSC数字扫描变换器。（7）超声多普勒血流测量与成像：介绍多普勒血流测量的基本原理，所需提取的主要参数，血流速度大小及方向的检测方法，多种多普勒血流仪系统和各自距离选通的原理，彩色多普勒血流成像的基本方法和原理。（8）其他医学超声技术及发展：介绍超声治疗技术、超声显微技术、超声CT，以及医学超声研究的新进展。

1.2实验设置

由于条件限制，目前本课程仅设置3个学时实验，目的是指导学生熟悉B型超声诊断仪的操作。在教学实践的第一学年，我们采取的是以学生为检测对象，指导学生完成对颈部主动脉、肝、肾的纵向和横向扫查，并对图像进行分析，但是教学效果不很理想。原因有两个：一是虽然学生有一些解剖学基础，但是实验中让其独立准确找到解剖学位置仍有一定难度；二是教学资源有限，男女生同组，实验过程中进行腹部检测时难免尴尬，学生积极性难以调动。因此在第二学年，我们借鉴了其他高校的经验［2］，将检测对象由人换成熟鸡蛋，不仅可以形象地显示超声波在不同介质中的传播特性，而且很容易探测到熟鸡蛋的蛋白与蛋黄的切面图，避免了上述两个问题的存在。同时还可引导学生向鸡蛋内注入色拉油等物质，模拟组织内部发生病变的状况，极大地提高了学生的学习兴趣，教学效果鲜明、生动、直观。

2.多种教学方法与手段的有机结合

多媒体为主、板书为辅的教学方式的运用。随着计算机应用的普及，具有方便、快捷、高效特点的多媒体教学方式已成为高校教学的主要模式，并为高等教育改革带来了新的契机。多媒体教学方式综合利用了文字、图片、动画、视频等资源，因此在讲授一些抽象难懂的知识点时能更形象、直观，在活跃学生思维、激发学生学习兴趣上作用显著［3］。但是也存在一定的弊端，比如信息量大、节奏快，学生难免跟不上进度，只能被动接受，缺乏必要的思考过程，容易疲劳甚至产生抵触情绪。在多媒体教学的基础上，辅以传统的板书，则可以有效解决这些问题。特别是在讲授知识重点难点的时候，学生可通过教师板书的间隙思考或者记笔记，加深对知识的理解。

针对教学内容，灵活应用多种教学方法。例如，采用启发式教学，在每一章节授课前先根据教学内容针对性地设置几个问题，让学生带着问题听课，在课堂中寻求答案，变“填鸭式”的被动学习为主动学习。再例如，在第5―6章讲授B型超声诊断仪时采用案例教学法，引入阿洛卡SSD-256型的B超仪为例子，每当讲授完基本原理后即以该机型为例引导学生对其相应部分的电路进行分析，提高学生理论联系实际的能力。同时，为了培养学生的学习兴趣，可利用介绍本学科的发展动态，国内外重大研究成果、新方法、新应用等内容来激励学生，让他们充分认识到这门课程的实用性和重要性。

构建网络教学平台，积极加强师生交流。将课程教学大纲、进度表、课件、课后练习、课程通知等教学资源及时在网页，方便学生课后浏览下载；设置课后互动模块，方便学生提问交流；设置超声百科模块，方便学生了解学科前沿发展动态。网络教学平台的使用，提高了教学的灵活性，增加了师生之间的互动，获得了学生很高的评价。

3.存在的问题及解决思路

经过两个学年的教学实践，我在《医学超声仪器原理》课程的教学中已积累了不少经验，也存在不足之处，其中最突出的是实验教学内容略显单薄。针对这一问题，我已着手解决，将在原3个学时实验的基础上再设置相应的开放性实验，如生物组织超声参数的测量与估计、单阵元圆形超声换能器辐射声场分布特性测试与分析、彩色超声多普勒血流仪的操作及数据分析等［4］。所设计的实验项目将与课程教学内容密切结合，进一步有效地增强教学效果。

4.结语

医学超声仪器原理涉及多个学科，内容较为抽象，且课时量有限，因此教学难度较大。我在教学过程中根据本专业的实际需求，以着重培养学生的实践能力和创新意识为目标，结合教学体会和学生的反馈信息，从教学内容优化、教学手段、教学方法等方面入手，经过两年多时间的实践，取得了较好的教学效果。

参考文献：

［1］万明习.生物医学超声学［M］.北京：科学出版社，2010.

［2］陈艳霞，孙媛，柴英，王桂莲.医学物理学B超实验的新探索［J］.中国科技信息，2009，20：193.

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【关键词】人体解剖学；教育；工程专业

随着生命科学的发展，在许多工程院校中也开设了人体解剖学这门课程，如生物医学工程专业、生命学院等[1]。这些专业多是医学的交叉学科。人体解剖学是了解人体正常形态结构的课程，是最为重要的医学基础课程之一[2]。但由于这些专业在工程院校设立时间往往不长，人体解剖学在工程专业开设时间也不长，所以仍处在一个发展时期，在教学过程中存在很多问题。本文结合几年来的教学实践，对比医学院校开展本课程的情况，对工程专业人体解剖学的教学现状、存在的问题进行分析，并提出一些建设思路。

1工程专业人体解剖学教学现状及存在的问题

1.1无针对工程专业的人体解剖学教材:目前并无明确的针对工程专业的人体解剖学教材。我们目前使用的教材是为临床医学生开设的教材，人民卫生出版社第七版出版的《系统解剖学》。这些教材是针对将来要从医人员，因此医学术语繁多，课时也相对多。如人体解剖学在医学院针对大一学生在第一学期开设，一般包括理论学习和实验课，总学时约300学时，并且以动手解剖尸体为主。而在我校对理工类学生开设的人体解剖学课程，教学设置包括理论学习（40学时）和实验课（16学时）。与医学院比较，教材相同的情况下，课时确压缩了将近1/4。学生在学习的时候常感觉内容多，重点不突出。

1.2课程教育理念不清晰:目前工程专业人体解剖学的教学目的，主要是使这部分学生在较短的时间里，更好地理解和掌握医学基本理论、基本知识和基本研究方法，为学生从事生物医学工程类相关事业及相关工作打下必要的基础。但在实际工作中，由于受到授课时间短、教学内容多而杂、教学习惯等因素的影响，教师很容易从临床医学授课角度出发，忽略了这部分学生并非想成为医生，人体解剖学对工程专业只是支撑课程而非主学科的事实。在这样一种潜在观念的引导下，很可能导致两方面不良后果：一是教师对工程专业人体解剖学的失望，觉得不够被重视；二是学生在有限时间突然接受大量医学专业词汇，记忆感到枯燥乏味，对人体解剖学失去兴趣，甚至反感。

1.3教学手段缺乏:目前理工院校人体解剖学教学以理论课为主辅以实验课，由于学生课程多，期间经过几次教学改革，人体解剖学课时有所压缩，在有限的时间内完成较多的教学任务，教学形式欠丰富。虽然配有实验课，但工程专业学生人体解剖学课多以观摩模型为主，动手操作少，而模型又比较有限，学生很容易失去兴趣。教师顾着要在有限的时间内完成大纲规定内容，因此难以讲的很深恨透，更谈不上教学形式的多样性了。

1.4教师队伍有待提高:工程专业人体解剖学的教学对教师的要求高，要求教师不仅熟悉人体解剖学的教学内容，最好是有一定的临床实践经验，更为重要的是，而且还要求教师了解与学生相关专业的临床进展[3]。如生物医学工程专业的学生，要讲授介入医学在临床上的应用进展。

而目前现状是讲授人体解剖学的教师多是从事科研为主，长期脱离临床工作，而如果请临床大夫来讲授人体解剖学，又不太现实，且缺乏连贯性。这些因素都对教学有一定影响。

2工程专业人体解剖学的建设和发展思路

人体解剖学作为医药院校的重要专业课程之一，普遍存在且广泛设置，尽管在工程专业作为选修课程，但它对生物医学工程相关交叉学科，边缘学科的形成、促进医学基础知识的普及起了十分关键的作用。从工程专业人体解剖学的教育来看，无论是课程理念，教学方式，教师队伍，教材选择等方面，都还缺乏统一规范，需要相关教育工作者进一步完善。有以下几点可以考虑。

2.1明确工程专业人体解剖学教学理念:明确工程专业人体解剖学的定位是非常重要的。人体解剖学在工程类院校中属于非专业课程，教授的是工程类学生，是为工程专业学生成才作支撑及服务。因此要发挥人体解剖学在其他学科中的协同作用，以助于工程学生从事交叉学科，边缘学科的相关工作。因此应立足在“以学生为本”的服务理念，提高工程类院校工程类学生医学基础素养为目的，从而发挥人体解剖学在交叉学科中的作用。

2.2制定新的教学大纲，规范课程设置:根据生物医学工程专业的特色和这部分学生的特点，结合他们今后可能从事的工作方向，制定适合他们学习的新的教学大纲。人体解剖学是帮助学生开启一扇通晓生命科学知识的窗口。因此要在有限的课堂及短时间的教学中抓住要点，提高学生学习兴趣。生物医学工程专业学生多是从事医疗器械、医药工程设备等相关企业的管理和技术工作，因此应将与相关行业有关的人体解剖学知识作为掌握重点。教学内容不在求全而在求精，既要求注重相关人体解剖学知识点间的连贯性，同时要求内容精炼、重点突出，把医学最基础最根本的思想和理论，在有限的教学课时中着重体现出来。我认为，最为重要的是让学生理解医学的思维方式，研究手段，而医学术语名词的记忆应放在其次。

2.3改革生物医学工程专业人体解剖学教材:根据医学生使用的人体解剖学教材，适当降低医学术语的难度。教材内容可以涉及人体解剖学及生物工程应用等。注意内容的选择及相互之间的衔接，做到既完整、连贯、全面，又能够突出重点，同时还要形象生动，突出与相关学科的联系。

2.4进一步改革教学形式和方法:现在教学宜多采用多媒体课件，可增加一些教学视频，手术录像等，增强教学效果，提高学生学习兴趣和主动学习的能力。并且人体解剖学要注重理论与实践的结合，在教学计划中适当安排观察临床手术，解剖动物等实践性内容，采取多样化教学模式，增强学生的感性认识，提高学习效果。

2.5加强教师队伍建设，不断提高专业教师的水平:教师是灵魂的工程师，教师本身的学术水平对课程的教学效果有着十分重要的影响[3]。一个教师的专业水平和个人魅力也可影响学生对本课程的喜爱程度。让生物医学工程专业的学生在较短时间内得到相对专业的人体解剖学教育，对教师不啻为一种挑战。这不仅要求教师有全面而精神的专业素养，同时要有通俗易懂的讲解能力。因此要根据教学实际，建设一支素质优良的工程专业人体解剖学教师团队，定期开展业务培训，增强教学能力。

参考文献

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The Development and Applications of Digital Signal Processing(DSP)-chip

Abstract:Due to the limitation of operation speed，real time performance of digital signal processing (DSP) system is far from that of analog signal processing system in decades ago. Since early 80’s，DSP chips have been greatly improved in the following aspects: operation speed，computation precision，fabrication technics，cost，chip volume，operational power supply voltage，weight and power consumption. Furthermore，development tools and methods have been developed greatly. Modern DSP chips can be operated very fast，which make the implementation of many DSP based signal processing system possible. Now DSP chips have been widely applied successfully in communication，automatic control，aerospace and medicine. DSP based technology has very promising future in manned space flight area.

Key words:digital signal processing(DSP);chip;development;application

数字信号处理作为信号和信息处理的一个分支学科，已渗透到科学研究、技术开发、工业生产、国防和国民经济的各个领域，取得了丰硕的成果。对信号在时域及变换域的特性进行分析、处理，能使我们对信号的特性和本质有更清楚的认识和理解，得到我们需要的信号形式，提高信息的利用程度，进而在更广和更深层次上获取信息。数字信号处理系统的优越性表现为：1.灵活性好：当处理方法和参数发生变化时，处理系统只需通过改变软件设计以适应相应的变化。2.精度高：信号处理系统可以通过A/D变换的位数、处理器的字长和适当的算法满足精度要求。3.可靠性好：处理系统受环境温度、湿度，噪声及电磁场的干扰所造成的影响较小。4.可大规模集成：随着半导体集成电路技术的发展，数字电路的集成度可以作得很高，具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。

然而，数字信号处理系统由于受到运算速度的限制，其实时性在相当长的时间内远不如模拟信号处理系统，使得数字信号处理系统的应用受到了极大的限制和制约。自70年代末80年代初DSP(数字信号处理)芯片诞生以来，这种情况得到了极大的改善。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合进行数字信号处理运算的微处理器。DSP芯片的出现和发展，促进数字信号处理技术的提高，许多新系统、新算法应运而生，其应用领域不断拓展。目前，DSP芯片已广泛应用于通信、自动控制、航天航空、军事、医疗等领域。

DSP芯片的发展

70年代末80年代初，AMI公司的S2811芯片，Intel公司的2902芯片的诞生标志着DSP芯片的开端。随着半导体集成电路的飞速发展，高速实时数字信号处理技术的要求和数字信号处理应用领域的不断延伸，在80年代初至今的十几年中，DSP芯片取得了划时代的发展。从运算速度看，MAC（乘法并累加）时间已从80年代的400 ns降低到40 ns以下，数据处理能力提高了几十倍。MIPS（每秒执行百万条指令）从80年代初的5MIPS增加到现在的40 MIPS以上。DSP芯片内部关键部件乘法器从80年代初的占模片区的40%左右下降到小于5%，片内RAM增加了一个数量级以上。从制造工艺看，80年代初采用4μm的NMOS工艺而现在则采用亚微米CMOS工艺，DSP芯片的引脚数目从80年代初最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增多使得芯片应用的灵活性增加，使外部存储器的扩展和各个处理器间的通信更为方便。和早期的DSP芯片相比，现在的DSP芯片有浮点和定点两种数据格式，浮点DSP芯片能进行浮点运算，使运算精度极大提高。DSP芯片的成本、体积、工作电压、重量和功耗较早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP开发系统方面，软件和硬件开发工具不断完善。目前某些芯片具有相应的集成开发环境，它支持断点的设置和程序存储器、数据存储器和DMA的访问及程序的单部运行和跟踪等，并可以采用高级语言编程，有些厂家和一些软件开发商为DSP应用软件的开发准备了通用的函数库及各种算法子程序和各种接口程序，这使得应用软件开发更为方便，开发时间大大缩短，因而提高了产品开发的效率。

目前各厂商生产的DSP芯片有：TI公司的TMS320系列、AD公司的ADSP系列、AT&T公司的DSPX系列、Motolora公司的MC系列、Zoran公司的ZR系列、Inmos公司的IMSA系列、NEC公司的PD系列等。

通用DSP芯片的特点

1. 在一个周期内可完成一次乘法和一次累加。

2. 采用哈佛结构，程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。

3. 片内有快速RAM，通常可以通过独立的数据总线在两块中同时访问。

4. 具有低开销或无开销循环及跳转硬件支持。

5. 快速中断处理和硬件I/O支持。

6. 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

7. 可以并行执行多个操作。

8. 支持流水线操作，取指、译码和执行等操作可以重叠进行。

DSP芯片的应用

随着DSP芯片性能的不断改善，用DSP芯片构造数字信号处理系统作信号的实时处理已成为当今和未来数字信号处理技术发展的一个热点。随着各个DSP芯片生产厂家研制的投入，DSP芯片的生产技术不断更新，产量增大，成本和售价大幅度下降，这使得DSP芯片应用的范围不断扩大，现在DSP芯片的应用遍及电子学及与其相关的各个领域。

典型应用　(1)通用信号处理：卷积，相关，FFT，Hilbert变换，自适应滤波，谱分析，波形生成等。(2)通信：高速调制/解调器，编/译码器，自适应均衡器，仿真，蜂房网移动电话，回声/噪声对消，传真，电话会议，扩频通信，数据加密和压缩等。(3)语音信号处理：语音识别，语音合成，文字变声音，语音矢量编码等。(4)图形图像信号处理：二、三维图形变换及处理，机器人视觉，电子地图，图像增强与识别，图像压缩和传输，动画，桌面出版系统等。(5)自动控制：机器人控制，发动机控制，自动驾驶，声控等。(6)仪器仪表：函数发生，数据采集，航空风洞测试等。(7)消费电子：数字电视，数字声乐合成，玩具与游戏，数字应答机等。

在医学电子学方面的应用　 如同其它数字图像处理一样，DSP芯片已在医学图像处理，医学图像重构等领域，如CT、核磁成象技术等方面得到了广泛的应用，已取得了令人满意的效果。在助听，电子耳涡等方面也取得了相当的进展(文献［1，2］)。国内、外也有关于脑电、心电、心音和肌电信号处理方面基于DSP芯片系统的报道(文献［4～7］)，我们对1996年以前国外生物医学工程的部分核心期刊，如IEEE Transactions on Biomedical Engineering，Computers and Biomedical Research等核心期刊进行检索，有关基于DSP芯片处理系统的报道很少。对国内生物医学工程的核心期刊，如《中国医疗器械杂志》、《中国生物医学工程杂志》、《生物医学工程学杂志》和《中国生物医学工程学报》等刊物进行检索，未见有关基于DSP芯片系统方面的报道。对我所的光盘数据库进行检索，未见有关在航天医学方面应用的报告。

我们认为在生理信号处理领域基于DSP芯片的技术可以解决我们在实际工作中遇到的某些问题，如当生理信号数据量很大(如脑电，肌电等)且处理算法相对复杂时，现有的微机在实时采样、处理、存储和显示方面往往不能满足实际应用要求，而基于DSP芯片的高速处理单元和微机构成主从系统可以较好地解决这类问题。

载人航天领域中信号传输带宽的限制需要对生理数据进行实时压缩；大型实验中对庞大的数据进行实时处理依赖于数字处理系统的构成；载人航天中对数据处理精度，可靠性要求以及功耗、工作电压、体积、重量等方面的限制需要我们在构造处理系统中选择性能优良的芯片。我们认为将DSP技术应用于载人航天领域具有十分重要的意义。

结束语

以DSP芯片为核心构造的数字信号处理系统，可集数据采集、传输、存储和高速实时处理为一体，能充分体现数字信号处理系统的优越性，能很好地满足载人航天领域设备测量精度、可靠性、信道带宽、功耗、工作电压和重量等方面的要求。目前，DSP芯片正在向高性能、高集成化及低成本的方向发展，各种各类通用及专用的新型DSP芯片在不断推出，应用技术和开发手段在不断完善。这样为实时数字信号处理的应用——尤其是在载人航天领域中的应用提供了更为广阔的空间。我们有理由相信，DSP芯片进一步的发展和应用将会对载人航天信号处理领域产生深远的影响。

［参考文献］

［1］　李小华，李雪琳，徐俊荣.基于DSP的数字助听器的研究.95年生物电子学［C］，医学传感器等联合学术会议文集，北京，1995:438～439

［2］　候　刚，徐俊荣.用于植入式多道电子耳涡的一种数字实时语音特征分析系统的研究［M］.生物医学工程前沿，合肥：中国科技大学出版社，1993：471～476

［3］　邱澄宇，何宏彬.用于心电信号数据压缩的数字信号处理器［M］.生物医学工程前沿，合肥：中国科技大学出版社，1993：463～466

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Research of experimental of medical's Finite Element Analysis（FEA） simulation

Niu Xiaodong， Lu Lirong

Shanxi Changzhi medical college， Changzhi， 046000， China

Abstract： It will solve many complex problems if apply FEA to medical research， and these problems are difficult to solve but need to be solved in the physics of medical applications. So that it can provides theoretical guidance and scientific foundation for medical research and clinical treatment. Have the experimental course of medical’s FEA simulation， medical colleges have a very important significance for student’s study， teacher’s teaching and research， cooperation of college and affiliated hospitals.

Key words： FEA； medical； experimental of simulation

有限元分析是一种广泛应用于工程科学技术的数学物理方法，用于模拟并解决各种工程力学、热学、电磁学等物理场问题。1956年Turner等人提出有限元（Finite Element，FE）的概念。有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。

随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到越来越广泛的重视，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机大多数设计制造已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、生物医学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃。

1 医学有限元国内外研究现状分析

有限元方法最早应用于骨科研究，开始于脊柱生物力学[1]。几十年来其在解决生物力学问题上得到了广泛应用，尤其近年来，随着数字及计算机技术的不断进步，有限元法本身已不再是相对独立地研究生物力学性质，它越来越多地与各种动力学模型、参数优化选择、临床放射学与实物测量、有机化学、组织学与免疫组化等方法巧妙结合，使结果更加准确可靠，成为生物力学研究中的一种重要工具。有限元方法在医学上的研究主要包括以下四个方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影响有限元仿真实验结果的精度、计算机计算过程、计算时间的长短，且模型建立的优劣与建模人员的专业素质和有限元知识分不开。现有研究的模型包括：人眼[2]、牙齿及矫正器[3]、脊柱[4]、颅脑骨骼[5]、胃[6]等人体骨骼及器官的三维有限元模型。

1.2 力学实验仿真

A.Pandolfi，F.Manganiello对所建立的人眼角膜模型进行了力学分析[7]。Tammy L HD等对建立的胫股关节三维有限元模型分析了骨骼变形对关节面接触行为的影响以及约束关节运动对接触应力的影响等[8]。

脊柱生物力学仿真是有限元法在生物力学中研究最早、分析最多、临床上应用最广泛的领域。杜东鹏等则对腰椎间盘膨隆的力学机制与腰椎疲劳骨折分别进行了探讨[9]。

头颅及颞下关节也是有限元在生物力学中研究的重点。吕长生等对建立的足部骨组织模型进行有限元分析，为运动损伤或运动鞋的评价等提供了依据[10]。王芳等建立并验证中国人全颈椎有限元模型，用于挥鞭样损伤分析[11]。米那瓦尔・阿不都热依木采用有限元方法，对颌面外科手术术后的颜面软组织形态变化进行预测[12]。

1.3 医疗器械的力学性能评价及优化设计

牙科是有限元法在临床应用中的一大领域，相应的各种牙科固定器材得以研制开发，这些器材的力学性能又是研制过程中重点解决的问题。蔡玉惠等研究了RPA卡环在游离端义齿应用中支持组织的应力分布状况，对RPA卡环的临床应用具有力学上的指导作用[9]。

在内固定钢板方面，张美超等从临床应用出发，利用有限元法对颈前路蝶型钢板进行生物力学模拟分析，得到了与其一致的易断裂部位预测[9]。

在人工关节方面，Heegaard JH等建立了髌骨的计算模型，并且模拟了在人工膝关节中去掉股骨假体对髌骨活动的影响[13]。王永书等对患者胸腰椎爆裂性骨折节段（T12～L2）部位利用有限元进行手术模拟，均与标本模型及术后CT扫描基本相符[14]。

1.4 血流动力学CFD应用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent软件进行了血管壁中组织液流动的数值研究[15]。乔爱科等利用有限元分析方法得出冠状动脉搭桥术中对称双路搭桥比单路搭桥具有更合理的血流动力学，可以避免动脉粥样硬化的危险性血流动力学因素，从而减少手术再狭窄的发生[16]。杨金有应用CFD计算流体力学软件进行人体主动脉内血流数值模拟分析，为阐明血管疾病的发病机理提供理论依据[17]。姚伟用计算流体力学软件Fluent计算人体小腿骨间膜组织间隙中蛋白质非均匀分布情况下组织液流动[18]。

2 医学有限元仿真实验方法

通过上述医学有限元研究可得医学仿真实验的方法主要分为四步：（1）通过螺旋CT技术，采集大量的样本图像。运用现有医用物理实验室计算机对样本图像进行建模处理，并进行相关的有限元分析。（2）通过查阅相关国内外资料，针对所需建立模型的生理、物理等参数特性，在几种常用图像处理软件（Mimcs，Proe等）中选取较为合理准确的有限元建模软件。（3）在常用有限元分析软件（ANSYS，Fluent等）中选取较为合理准确的软件对模型进行有限元分析。（4）将有限元分析结果与实际测量数据进行对比，分析有限元模型的准确性。

3 有限元法在医学研究中的优势

有限元法在医学研究中具有四个方面的突出优势：（1）可根据需要产生各种各样的标本，对模型进行实验条件仿真，模拟拉伸、弯曲、扭转等各种力学实验，可以在不同实验条件下模拟任意部位变形、应力/应变分布、内部能量变化、极限破坏分析等情况。（2）标本也可以进行修正以模拟任何病理状态。同一个标本在虚拟计算中可进行无数次加载或组合而不会被损坏。（3）其结果不受实验条件的影响，也排除了实验条件造成的误差，而且可以重复计算，节约成本。（4）利用有限元法进行的模拟实验具有实验时间短、费用少、可模拟复杂条件、力学性能测试全面及可重复性好等优点。

4 医学院校开展医学有限元仿真实验的意义

在医学院校开展医学有限元仿真实验，可以使学生将相关医学、物理、生物等课程的知识综合应用于仿真实验中，给生物医学工程专业学生的毕业设计提供更为广阔的范围，使研究具有更高的水平；激发学生的创新思维和热情，使学生在自主科研创新的基础上，设计相关仿真实验加以验证、研究。同时，开展仿真实验要求教师不仅需要对本专业知识做到“了如指掌”，而且需要教师具有仿真实验相关的医学、物理学、生物学等非本专业学科的专业知识，还要求教师必须掌握螺旋CT扫描技术，Mimics，ANSYS等建模、仿真软件的计算机应用技术。这些知识对于教师实验教学、科研水平的提高具有十分重要而深远的意义。在开展医学仿真实验的基础上，建设医学仿真实验室，不仅可以为学生提供毕业实习条件，加强实习基地建设，而且与医院相关科室进行合作，可以在生物力学基础上预测手术中、长期效果，对医生手术具有较为科学的指导，加强了学校与医院的合作。

5 结束语

建立医学有限元实验有两个关键的问题：（1）医用有限元模型快速准确的建立。模型的快速准确建立可以减少仿真实验所需时间、降低费用、增加仿真的准确性和可信性。（2）建立通用的有限元模型库，为进一步的实验教学和科研打下坚实的基础。因此需要在具体实验实践中逐步探索和积累。

将工程有限元分析同医学结合开设实验课，属于多学科之间的交叉领域，不仅可以提高学生对所学专业知识的综合运用能力，增强学生就业与学习深造的竞争力，而且可以加强多学科教师的教学和科研合作，提高教师的教学科研水平。同时提高相关实验室的利用率，为学生自主开展创新实验提供平台，加强学校和附属医院的教学科研合作，为医学院校提供更为广阔的教学和科学研究领域。

参考文献

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