生物醫學工程學進展大全11篇

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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：

［3］羅長坤．當前生物醫學發展特征及其對科技創新方式的啟示［J］．醫學與哲學，2014，35（1A）：1－4．

［4］張磊，劉曉燕，沈晶晶，等．納米顆粒在抗癌藥物可控靶向釋放中的應用［J］．化學進展，2013，25：1375－1382．

［5］曹豐晶，胡玉才，王卓，等．金納米顆粒在疾病診斷和食品檢測領域的研究進展［J］．中國材料進展，2012，31：31－35．

［6］凌萍，張旭光，涂或．納米金在腫瘤顯像與放射治療中的應用［J］．國際放射醫學核醫學雜志，2011，35：59－62．

［7］王亮，孟祥舉，肖豐收．負載型納米Au催化劑催化氧化反應的研究進展［J］．石油化工，2010，39：827－833．

［8］馬和平．微創介入放射學的臨床實踐與展望［J］．內蒙古醫學雜志，2006，38（6）：489－491．

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【中圖分類號】R318.0-4 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）02-0316-02

基金項目：重慶市教委人文社科基金資助項目（10SKS02）

隨著近20年來世界范圍內高新技術的迅猛發展，職業教育在形式和數量上都有了突飛猛進的增長。基于此，聯合國教科文組織（UNESCO）推出最新版本“國際教育標準分類”ISCED1997，雖然將高等職業教育仍定位于ISCED5為“第三級教育第一階段”，但是作為“不直接通向高等研究資格證書”（not leading directly to an advanced research qualification）獲得的教育層次，它將初版中分屬兩個不同層次的大學專科（原ISCED5）和本科（原ISCED6）以及“所有博士學位以外的研究課程”（原ISCED7中的博士前課程部分）納入了同一層次之中，從此突破了高等職業教育（尤其是在中國）僅僅局限于專科層次的教育瓶頸，為各類職業教育建立本科乃至碩士層次的教育提供了可能[1]。與普通本科教育并行的“立交橋式”發展之路由此拉開序幕。目前我國由于臨床醫學、中醫學、口腔醫學、藥學等專業要求學生掌握一定的科學技術知識以達到“能進入一個高精技術要求的專門職業”。醫學本科院校在醫學主干專業的人才培養定位與水平上均高于醫學類高職高專院校。本文將以生物醫學工程學的國內外現狀為例，來探索職業教育互補于普通醫學本科教育的發展之路。

1生物醫學工程國內外發展現狀

生物醫學工程學是理、工、醫相結合的邊緣學科，是多種工程學科向生物醫學領域滲透的產物。它是運用現代自然科學和工程技術的原理與方法，從工程學的角度，在不同層次上研究人體的結構、功能及其相互關系，揭示其生命現象，為防病治病、促進健康提供新技術手段的一門綜合性的高技術學科。

1.1 80年代起生物醫學工程學步入新起點 50年代是生物醫學工程學發展的初期，工程技術與生物醫學間的交差、滲透是從臨床醫學開始的，其中尤以人工器官的出現，可視為現代醫學的一個重大特征。在經歷了60年代的早期發展和70年代以醫學影像技術為代表，所標志的生物醫學工程學取得突破性進展的基礎上，80年代起，生物醫學工程學除繼續向臨床領域橫向擴展外，開始在向縱深方向發展方面出現新的轉折。如醫學影像技術中的MRI、DSA、ECT、彩色多普勒超聲診斷裝置、圖像文檔與通訊系統等；出現了全實驗室自動化系統、體外碎石機和除顫器等治療裝置以及微波、射頻、激光、超聲等各種治療技術。

1.2 90年代與更多的學科交叉、融合 組織工程：是生物醫學工程、細胞生物學、分子生物學、生物材料、生物技術、生物化學、生物力學，以及臨床醫學等學科間的不斷交叉、滲透與融合，而形成的新的前沿科學。所涉及的組織有軟骨、皮膚、胰腺、肝臟、腎臟、膀胱、輸尿管、骨髓、神經、骨骼肌、肌鍵、心瓣膜、血管、腸、等，其中皮膚已有初步產品進入臨床應用。我國自90年代初開始了有關的基礎研究工作，并列入了國家重點基礎研究發展規劃（973），成為國家的重點支持項目。生物芯片：在實施人類基因組計劃的推動下，DNA微探針陣列的基因芯片是最重要的生物芯片之一。它可以在同一時間內分析大量的基因，實現生物基因信息的大規模檢測。微米/納米技術：是指量度范圍分別在0.1？100微米（？m）和0.1？100納米（nm）內的物質或結構的制造技術。其最終目標是，人們將按自己的意志直接操縱單個原子、分子或原子團（小于10nm）、分子團，制造具有特定功能的產品，包括納米材料學、納米電子學、納米機械學、納米生物學、納米顯微學等等新的高技術群。我國在大尺寸納米氧化物材料制備方面，已成功地研制出致密度高、形態復雜、性能優越的納米陶瓷，從而進入了國際領先行列。日本研制出的“萬能醫用微型機器人”，可在不損害任何人體器官的情況下，沿著血管或胃腸道行進到發病部位進行檢查，醫生可指令機器人取組織樣品、直接釋放藥物、清除血栓、切斷或接通神經和進行細胞操作等精細手術。家庭保健工程（Home Health Care， HHC）：美國、日本和歐洲等均已將HHC作為重要內容列人21世紀的生物醫學發展戰略，成為優先資助的領域之一。即將家庭保健管理系統、疾病早期預報、家庭治療和康復儀器、家庭急救支援系統等技術和產品作為重點開發項目。我國開展HHC的研究與開發以家用治療產品為最多。通過采用電話傳輸監護網的方式進行心臟監測和急救，已在我國北京、上海、天津、南京、廣州等大城市相繼開展起來。

1.3 生物醫學工程學傳統領域的發展 生物材料：自50年代出現合成高分子材料以來，生物材料取得了很大發展；如今，合成高分子材料，天然高分子材料，醫用金屬材料，無機生物醫學材料，以及由活體材料和非活體材料構成的雜化生物材料，幾乎在臨床醫學各個領域得到廣泛的應用，并最終導致了標志著本世紀現代醫學重大特征之一的人工器官的出現；在此基礎上，90年代生物材料又在向著復合/雜化型、功能型和智能型的方向發展。醫學影像技術：在生物醫學工程學中，像X射線、超聲波、磁共振、放射性核素、紅外線等物理源的醫學影像技術，對醫學的發展起了很大的推動作用，數字化、網絡化、綜合化已成為目前醫學影像技術的總體發展方向。生物醫學工程學所涉學科尚有生物力學、醫學電子學、人工器官等等。

2國內生物醫學工程專業建設情況

生物醫學工程專業屬工科專業，具有很強的多學科交叉性和前沿性，強調數理科學、電子信息和計算機技術等理工科知識與生物醫學知識的有機結合。本專業課程設置除數理化及工程基礎課外，主要專業課程有：電路、信號與系統，模擬與數字電子技術，數字信號處理，生物醫學傳感器與檢測技術，微機原理與應用，單片機在醫學中的應用，生命系統分析與仿真，生物醫學信號處理，生物醫學儀器，醫學成像技術，醫學圖像處理，醫學超聲波，工程生理學，人體解剖學，組織胚胎學，自動控制，計算機與信息系列課程等，并開設多個專業課程設計，做到教學與實驗設計并重。目前國內開設生物醫學工程專業的學校，一部分是醫科院校，一部分是各大綜合類院校。排名前十的有浙江大學、四川大學、上海交通大學、東南大學、西安交通大學、天津大學、清華大學、華中科技大學、南方醫科大學、大連理工大學。而在香港大學，生物醫學工程學由工程學院與醫學院合辦，學生將學習到有關工程和生命科學的原理，理解不同類型的先進醫學工程系統之設計和運作，掌握工程技術在醫學領域的應用。

3醫學職業教育可以在生物醫學工程專業中尋找“立交橋式”發展契機

醫學職業教育類院校，應該與本科院校錯位發展。以生物醫學工程專業為例，應該培養計算機網絡技術服務和各類大型醫療設備的操作與維護方面的專業人才；計算機網絡技術包括：數字化醫學中心，醫學圖象處理及多媒體在醫學中的應用，生物信息的控制及神經網絡生物醫學信號檢測與處理。要求學生深入掌握電子技術，計算機技術，信息處理理論醫學與工程相結合的科研能力，解決生物醫學領域中的科學研究，醫療儀器研制，產品開發以及大型醫療設備的操作，維修管理等問題，同時也能勝任其他領域的電子技術及計算機技術。學生主要學習生命科學、電子技術、計算機技術和信息科學的基本理論和基本知識，受到電子技術、信號檢測與處理、計算機技術在醫學中的應用的基本訓練，具有生物醫學工程領域中的研究和開發的基本能力。

3.1 生物信息技術 實現生物技術和信息技術以及其他學科的有機結合，發展生物信息高通量、高效、快速的提取方法，發展疾病檢測的新方法和新技術，發展研究藥物與靶標作用的新方法，發展基因組數據、蛋白質組數據和結構基因組數據的計算機處理、分析和可視化方法，解析生物大分子結構和功能之間關系等，提高生物信息處理、分析和利用的水平，為我國生命科學和生物技術的源頭創新奠定基礎。

3.2 醫學圖像與醫學電子學 醫學圖像處理和分析、計算機輔助診斷和治療、醫學物理等，以及生物、醫學和工程學等領域理論和方法，并通過這些學科的交叉形成了新型學科。

3.3 生物與醫學納米技術 包括納米生物材料、納米生物器件研究、納米生物技術在臨床診療中的應用、納米材料與器件的計算模擬。

3.4 生物與醫學納米技術 生物醫用材料研究，用于人體、器官的診斷、修復、替換或增進其功能。

3.5 醫學信息學及工程 應用系統分析工具這一新技術來研究醫學的管理、過程控制、決策和對醫學知識科學分析。

4以生物醫學工程為例，探討醫學職業教育的前景

生物醫學工程專業修業年限為四年或五年。授予學位是工學學士。就業前景良好，由于科學技術的發展，各類大型醫療設備的應用越來越廣泛，大型醫療設備的操作、維修及管理人員是各大醫院及公司急需的人才。畢業后可從事醫學機構中醫療器械的維護、使用、銷售和和醫療電子系統的開發與維護，輔助醫生觀察、診斷、治療疾病。職稱由衛生部組織統一考試評定，頒發臨床醫學工程技術（初級士、初級師、中級等）證書。

醫學職業教育不僅要解決國家發展急需的基層衛生人才的培養問題，更重要的是要引領區域經濟向先進領域拓展，提升地方行業水平。建設西部教育高地，需要在技術類專業中大膽創新，走別人沒有走過或者沒有走出規模的路。其重要意義體現在以下幾點：①醫學應用技術類專業雖然具有辦學成本高、難度大等不利因素，但也具有技術含量高、可直接轉化為現實生產力的巨大優勢。②醫學應用技術類專業走向產業化，對引領區域經濟發展、拓展地方行業布局和提升地方行業水平都具有重要的現實意義。③醫學應用技術類人才培育專業群的建成，將為地方輸出高素質的技能型人才，同時也能提供高水平的就業崗位，有助于拉動地方經濟，整體提高地方生產力。④醫學應用技術類專業人才的聚集，與提高區域人才質量、推動地方經濟發展進程直接相關。斯坦福大學在成立之初不被看好，但堅持將硅谷建設與學校成長聯系在一起，最終成為世界名校就是例證[2]。

5結語

在國家拉動內需、教育優先的有利政策指引下，在醫學職業教育領域大力發展醫學應用技術專業是切實可行的。用教學做一體化培養醫學技術專業人才，為地方醫學應用技術產業化發展提供智力支撐，其意義也是深遠的。創立醫學應用技術專業基本原則是按照專業設計，分步驟解決專業基本格局，建設教學做一體化生產性實訓基地，逐步提升專業辦學水平和內涵質量，最終構建具有影響力的專業群。在全國眾多的醫學類高職高專院校中同質化辦學的現象非常突出，上海醫療儀器高等專科學校涉足生物醫學工程領域外，還沒有一所學校開設生物醫學工程的相關專業[3]。現代醫療活動是建立在龐大的醫療儀器設備的輔助診斷和治療基礎上的，急需醫學工程技術的大量人才。只有大力拓展醫學相關技術領域的辦學，才能真正在傳統醫學專業之外辦出既有生命力又有制高點的醫學職業技術教育。

參考文獻

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中圖分類號：R318.08文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2012）0410005-02

0 前言

聚乙烯醇（PVA）是由醋酸乙烯酯經過醇解，水解或氨解而得到的水溶性高聚物。PVA水凝膠是線性高分子通過交聯形成三維網狀結構，再經過大量溶劑溶脹形成的一種膠態物質。PVA水凝膠由于具有低毒性，吸水量高，機械性能優良（高彈性模量和高機械強度）以及生物相容性[1]好等優點，在生物醫藥，食品工業，漁林業等方面備受矚目。本文簡述了PVA水凝膠的制備方法、改性研究及應用，同時詳細介紹了PVA水凝膠“反復冷凍解凍法”的機制、特點，與生物大分子明膠的共混改性及在生物醫藥方面的應用[2-7]。

1 PVA水凝膠的制備

PVA水凝膠的合成根據交聯機制可以分為物理交聯法，化學交聯法和輻射交聯法三種。物理交聯目前報導中使用最多的是“反復冷凍解凍法”[8-9]和“凍結部分脫水法”[10-11]通過物理交聯得到的水凝膠物理機械性能有很大的改善，交聯過程可逆，但是透光性不好。可通過改變溶劑類型或使用混合溶劑等方法來改善。日本Hyon[12]等人用水和DMSO有機溶劑，通過冷凍處理得到透光率高的PVA水凝膠。化學交聯主要采用化學交聯劑，通過共價鍵或配位鍵的作用使PVA分子鏈之間形成凝膠。通過化學交聯制得的水凝膠，保水性和某些力學強度有一定提高，但是透明性不好且含水量不高。輻射交聯主要是利用γ射線、電子束、X光及紫外線等直接輻射PVA水溶液，或輻射用物理交聯法制成的PVA水凝膠。經輻射制得的水凝膠因不需要添加任何添加劑，所以PVA純度高，光學透明性好，但力學強度不高，抗蠕變性差，同時強烈的反應條件常常造成某些優異性能的損失。將輻射交聯制得的PVA水凝膠經一定的物理處理過程可以使凝膠部分結晶化，從而提高了機械強度[13]。

2 “反復冷凍解凍法”PVA水凝膠成膠機制及性能特點

2.1 “反復冷凍解凍法”PVA水凝膠成膠機制

此法是將一定濃度的PVA水溶液澆鑄于模具中，在-10℃～-40℃的條件下冷凍成型。時間為一天左右。然后將試樣在室溫下放置1～2小時融化，上述冷凍，解凍過程反復數次（一般為三到五次），可以得到彈性好，具有一定的機械強度、不透明的水凝膠。

此法的成膠機制目前比較成熟的有以下兩點[14]：1）凝膠化是網絡形成的結果且在凝膠化初始階段形成高分子聚集區和非聚集區。2）凝膠在水溶液中形成首先是高分子氫鍵的作用。

這種物理交聯所制備的水凝膠是分子鏈間通過氫鍵和微晶區等物理交聯點形成的三維網絡結構。當PVA溶液冷凍處理時，分子鏈運動減弱，鏈之間的接觸時間變長，鏈之間的距離縮短，有利于分子鏈上的羥基間形成氫鍵締合，同時PVA在低溫下結晶作用，促使了物理網絡交聯點的形成，使形成了完善程度不一的結晶結構。柳明珠等認為當在室溫下解凍時，由于交聯點仍然穩定，所以該凝膠不會溶解。當反復冷凍處理后，少量可以活動的鏈段及未交聯的分子鏈進一步交聯，使得結晶結構不斷完善，進而形成不溶于水的凝膠。Willcox研究表明：鏈段中微晶的形成，多數由第一次的冷凍解凍中決定。編排鏈段成3～8納米的間距，被分隔與平均距離為30納米的不規則的網格中。

2.2 “反復冷凍解凍法”PVA水凝膠成型條件及特點

“反復冷凍解凍”法制備的水凝膠具有高強度高彈性，含水率也較高。凝膠的成型條件取決于PVA的分子量，濃度，冷凍條件、解凍條件及循環次數。潘育松等人研究表明：此方法制備的PVA水凝膠的拉伸強度和拉伸模量隨凝膠的濃度和冷凍解凍次數的增加而增大。最高拉伸強度可達2.27MPa。但當濃度大于20%時，溶液粘度較大，分子量較大時影響微晶的形成顯著。所以常用濃度在7%～15%之間。冷凍溫度不僅影響冷凍動力學而且影響界面間相平衡。冷凍溫度一般在低于-10℃下進行。我們實驗發現，15%的PVA溶液在-20℃下具有好的物理及力學性能，所以-20℃是常用的冷凍溫度。此方法制備的PVA水凝膠不使用有毒性的有機交聯劑，保持了良好的生物相容性，屬于可逆性水凝膠，隨著環境參數的變化，可以使物理交聯點改變，還可以被溶解。因為方法簡單，所制水凝膠與化學交聯無明顯差別，因此近年來備受親睞，在許多領域，極具開發潛力。

3 PVA水凝膠的改性方法及與明膠復合的研究

3.1 PVA水凝膠常用的改性方法

PVA水凝膠常用的改性方法有：1）化學改性法：通過接枝等化學方法，改變PVA分子鏈的化學結構，或把水凝膠接枝到具有一定強度的載體上。如將利用苯酐或琥珀酸酐與PVA酯化，可得到側鏈含有羧基的PVA。這種PVA還可以與雙官能團的化合物如芳香族二環氧甘油醚反應，得到交聯的PVA。這種立體網絡結構使PVA薄膜的化學穩定性和選擇性提高[19]。2）物理共混法：利用高分子鏈間分子間作用力形成分子聚集體，從而制備出性能優良的復合體系。但復合的材料要有良好的互溶性。例如董彥博[20]等以丙三醇為增塑劑，加入一定量的淀粉，對PVA膜進行了改性，研究表明，加入淀粉后薄膜的水溶性得到很大改善。3）與無機填料或有機小分子復合：其中無機填料包括生物活性陶瓷顆粒，如磷酸三鈣，生物活性玻璃等。不僅保持了生物活性，同時提高了力學性能。有機小分子經常用復合劑，來降低PVA水凝膠的摩擦系數，改善摩擦性能。4）與生物活性分子的復合：一般通過生物活性分子的水溶液或懸浮液同PVA溶液共混，制得成型凝膠或用生物活性分子的溶液淋洗水凝膠，讓生物活性分子擴散進去。常用的生物活性分子有膠原質，透明質酸鹽、纖維素、殼聚糖，海藻酸鹽等。

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理工醫相結合就是在知識結構上培養既懂醫學又掌握工程技術的復合型人才，這是學科特色的要求也是社會的需求。我校由于有理工醫學科的優勢，特別是具有享有“南湘雅，北協和”盛譽的湘雅醫學院以及三所全國“三甲”附屬醫院，因此，在理工醫復合型人才培養方面，我們具有自己獨特的優勢。我們培養的研究生不僅具有深厚的理工醫基礎，而且具有獨立分析和解決生物醫學工程領域相關技術問題的能力。如，我們培養的醫學成像與圖像處理的研究生不僅有去大型醫療器械企業的，也有去大型醫院放射科的，當然還有專門從事圖像處理軟件開發的。由于他們知識結構的全面性，受到了各用人單位的好評。生物醫學工程專業的研究生常常由來自不同高校、不同學科領域的學生組成，由于各高校培養模式的差別以及側重點不一樣，研究生自身知識水平、實踐經驗、興趣愛好也不一樣，因此，在制定培養計劃時，各個導師還要了解并征求學生的意見，選課和選題都因人而異，做到具體問題具體分析。例如，對數學理論基礎好、年紀輕、又有興趣的應屆畢業入學的研究生，建議其進行應用基礎理論方面的研究；對有工作經驗的在職入學的研究生安排其進行相關的應用型研究。研究生個人的專業興趣得以實現，有助于充分調動每個人的積極性，使之能充分發揮自己的潛能。

在培養階段，還要使研究生在本學科的某一方面進行專家培養和訓練，同時在其它相關學科也要進行廣博的基礎教育，使他們能在所從事的領域中具有較強的研究和開發能力。另外，還要培養他們廣博的專業基礎和社會人文知識，培養他們自我獲取知識和綜合分析問題的能力，以及優良的科學思維和創新意識，強調將知識、能力向高素質的升華與內化。

2.課程設置

課程結構關系到研究生的知識結構和科研技能。由于生物醫學工程專業理工醫復合交叉的特點，課程設置也和其它學科有所區別。目前，我國生物醫學工程博士學科點只有一級學科，下面沒有設置二級學科，主要原因就是生物醫學工程涉及到的學科領域太廣，它的研究方向和課題廣泛滲透于醫學、生物、電子、計算機、材料等學科。當然，每個高校在生物醫學工程領域的研究都很難做到大而全，而是根據自身的優勢和特點，選擇其研究領域，并進而決定其課程設置。譬如清華大學生物醫學工程專業的主要研究方向包括生物芯片、神經工程、微納醫學等，尤其是以程京院士為主的生物芯片技術占主導地位，因此，該校生物醫學工程的課程設置就以生物類為主，輔之以《生理系統仿真與建模》、《數字信號處理》、《隨機信號的統計處理》、《醫學成像系統》等課程。我校的生物醫學工程專業目前主要側重于醫學成像與圖像處理、醫學儀器與生物傳感器等，因此，課程設置也以電子信息類課程為主，如《醫學成像原理》、《醫學圖像處理》、《神經網絡與模式識別》、《醫學儀器原理》等。

另外，由于大部分高校的生物醫學工程研究生招生幾乎是面向所有的工程學科，因此，以前沒有學過醫學類課程的研究生，一般高校都會要求學生加以補修。有些導師也會根據研究課題的需求或個人研究領域的需求要求學生選修一些相關課程。如我校的新入學生物醫學工程研究生，如果以前沒有學過醫學類課程，我們一般會要求學生補修《人體解剖生理學》、《病理學》等課程；有些研究生還會根據導師的需求補修《生理系統仿真與建模》、《現代數字信號處理》、《生物力學》、《生物化學》、《醫學儀器》等課程。

3.過程管理

創新能力是科研能力的核心，創新意識、創造精神、創業能力的培養是研究生培養過程的重要環節，是研究生培養質量的主要標志。研究生培養過程管理是研究生創新能力培養的重要保證，這里所說的培養過程管理主要包括生物醫學工程專業研究生的科研選題、中期考核和論文答辯等環節。

3.1 科研選題

作為科學研究的起點，選題不僅關系到科研的方向、目標和內容，直接影響著所運用的方法與途徑，同時還決定著成果的水平、價值及發展前途。因此，在第一年生物醫學專業基礎科目系統整合與學習之后，則完成培養環節第一步，進入科研選題階段。研究生的選題要與導師的科研項目相結合、與生物醫學工程的學術前沿相結合，同時也要強調與理工醫多學科相結合。科研選題必須在足夠的調研、文獻閱讀甚至科學實驗的基礎上進行，否則就是無源之水，很難繼續。譬如，醫學圖像處理領域的科研選題不僅要與圖像處理的相關知識掛鉤，還與相關的醫學知識緊密相連，因此，我們必須要查閱大量的關于圖像處理、醫學影像、病理診斷等的相關文獻，必要時還得與醫院合作，參加醫院的短期培訓等。另外，科研選題還要注意團隊協作，有些大的科研課題不是一兩個人能夠完成的，而是在導師的指導下，由博士、碩士組成的團隊完成的，因此，科研選題也需在整個團隊的指導下合作分工，共同參與。

3.2 中期考核

研究生的培養是一項較復雜的系統工程，涉及到學科建設、導師隊伍、科研實力、教、學、管等多個環節，每個環節都離不開嚴格的管理，而管理的核心問題是要建立淘汰機制。研究生中期考核作為研究生的淘汰機制之一，對研究生的質量調控和把關起著重要的作用。在整個研究生的培養過程中，中期考核處在一個承前啟后的重要位置。“承前”，是指經過一年半到兩年的學習與科研參與后，研究生基本掌握了本領域的重要理論和一定的科研技能，了解了該研究領域的相關背景；“啟后”，是指有必要了解研究生對已學到的理論和技能是否消化吸收，是否能靈活運用。

我校生物醫學工程專業研究生的中期考核在科研選題之后的研究生第二學年末進行。中期考核不僅包括對所選課題的進展情況檢查，還包括研究生參與學術活動的積極性。研究生在第一學年末完成選題，其后則必須進行為期一年的課題研究與實踐活動，將所學理論與實踐或實驗相結合，以實踐來驗證與豐富理論，并尋求新的方法解決實踐過程中出現的新問題。中期考核實際上是對研究生科研、協作與創新能力不斷提升的過程。另外，研究所經常邀請一些在生物醫學工程領域取得突出業績的國內外知名學者來校講學或作學術報告，這是所有研究生必須參與且嚴格考核的。另外，我們的研究生每人每周舉行一次學術匯報，課題組老師的所有學生必須參與，匯報后老師給予點評及相關指導意見。

3.3 論文答辯

學位論文作為研究生教育的重要組成部分，也是研究生教育的總結性成果，集中反映了研究生的綜合知識體系、專業知識、創新能力和研究水平。教育部規定研究生在申請學位時必須完成學位論文答辯，它是每一位研究生培養過程中的必要和重要環節。因此，在研究生培養的第三年就是學位論文的整理與撰寫，在第三年末進行學位論文答辯，每位研究生必須通過論文答辯委員會公開統一的答辯評審后才允許畢業。通過學位論文答辯，可以檢驗研究生課程學習的效果，衡量研究生的創新能力，考察研究生在文獻檢索、資料運用、論文寫作、觀點論證和辯駁等方面的水平和技巧；對于學校而言，研究生學位論文答辯是檢驗研究生教育質量的主要依據；對于導師而言，研究生學位論文答辯是檢驗導師指導質量的主要依據。可以說，研究生學位論文答辯是研究生教育中重要、嚴肅的環節。我校生物醫學工程專業研究生在學位論文答辯之前必須先由學校統一，也就是要求每位研究生的學位論文必須是自身學習研究成果的總結與提煉，如果與“中國學術期刊網”上所有論文的累計重復率超過5%，則論文必須發回重改，且重改次數不能超過2次，否則推遲半年至一年時間才能允許答辯。研究生論文之后，碩士學位論文由研究所統一匿名送至本所的相關老師評審，博士學位論文則一式三份全部由學校研究生院統一匿名郵寄至設有生物醫學工程專業博士點的全國三所不同高校，再由這些高校的研究生院根據論文題目指定評審專家，這些高校不能在本省，也不能在同一省或市。當然，由于生物醫學工程專業研究生的理工醫跨學科培養性質，各高校研究生院在送審論文時，可以送至與之相關的學科專家評審。如醫學圖像處理領域的論文可以送至從事圖像處理與模式識別研究的專家評審，也可送至從事計算機應用技術圖像處理研究方向的專家評審。

篇（5）

1.2學生方面第三軍醫大學學生的整體素質良好、基礎扎實。進入大學后，部分學生沉浸于考上大學的喜悅之中，沒有了明確的學習目標和興趣。由于習慣了中國式的傳統教育方式并且缺乏針對新生的研究型課程設置，很多新生還在沿用高中的學習方式，機械呆板地學習，一切學習以考試為導向，缺乏正確的學習目標和動力。此時如果再加上教學方法不當，很多新生會產生厭學的情緒。由于是軍隊院校，第三軍醫大學生物醫學工程專業研究生錄取名額受限，很多學生即使非常優秀也不能順利進入研究生階段的學習；本科生畢業后將會統一參加學校的分配。隨著目前我國就業難度的加大和軍隊分配形式的日益嚴峻，很多畢業生可能被分配至條件相對艱苦的地方工作，于是部分成績較差的高年級本科生在學習方面的信心動搖，甚至有些學生產生了極強的厭學情緒，認為學習無用，從而破罐子破摔，在學生中間產生不良影響，也嚴重影響了教學質量；部分成績較好的高年級學生為了實現保送研究生的目的，更加注重考試成績，而不愿意花時間和精力參加科研實踐活動，從而忽視了實際動手能力和實踐技能的提高，阻礙了創新意識和科研能力的培養。

1.3體制方面第三軍醫大學近年來也開始重視本科生科研創新實踐能力的培養，生物醫學工程學院開始試行導師制，具體分兩個階段實施，第一階段針對低年級本科生，側重于任命教學經驗豐富的教員為導師；第二階段針對高年級本科生，側重于任命科研經驗豐富的教員為導師。學生可根據自己的興趣選擇導師，導師則應履行自己的職責，即鼓勵學員自主開展科研試驗研究，積極引導學生參與教研室科研工作等。試行導師制規定了導師每月指導學生的最低次數，對的學生和導師給予一定的獎勵，對未達標的導師和學生實施相應懲罰。目前，第三軍醫大學生物醫學工程學院的試行導師制已經初具規模，但還不夠完善，在第一階段培養方案中沒有針對教學的具體措施，因此在實際實施過程中這一階段的導師制形同虛設，導致學生的科研能力并未得到進一步提升；在第二階段培養方案中，導師將引導學生參與教研室科研工作，由于沒有具體規范措施，可能有些導師會傾向于讓學生做重復性的簡單工作，從而導致學生對科研的整體流程不熟悉。另外，目前沒有建立起專門面向本科生的科研專項資金，可能會導致科研進展緩慢。為了有效整合創新資源和創新力量，實現資源共享、優勢互補，2012年7月，第三軍醫大學與重慶大學成立了生物醫學工程聯合學院。自聯合學院成立以來，兩校共同培養生物醫學工程專業本科生，瞄準生物醫學工程發展前沿和熱點研究領域，實質性推進生物材料與創傷修復等5個研究中心建設進程［4］。

2加強生物醫學工程本科生科研能力培養的建議

2.1構建校園文化現在的本科生大都是90后，他們好奇心強，容易接受新生事物，但當今社會環境浮躁，人生觀、價值觀取向多元化，過分強化名利，而大學的人文環境應該培養出有思想、有學問、有高尚道德情操、有科研創新能力、有責任感的公民。第三軍醫大學更是肩負著培養忠誠于黨、熱愛人民、報效國家、獻身使命、崇尚榮譽的當代革命軍人的使命，因此要特別加強對本科生的思想品德教育，通過構建積極健康的校園文化，營造濃厚的學術科研氛圍，以培養學生高尚的情操和探究科學的興趣。教育和引導全體學員鑄牢軍魂意識、堅定理想信念，爭做“對黨忠誠、愛兵為民、品德高尚、敬業奉獻、追求卓越”的紅色軍醫，著力用好駐地豐富的紅色文化教育資源，積極開展當代革命軍人核心價值觀教育。有必要在本科生中強調并非考上研究生就能確保獲得較好的工作，而應注重自身人文素養、交流能力和科研能力等綜合素質的提升。因為現代社會要求人的全面發展，用人單位更多考慮的是應聘者實際解決問題的能力；隨著研究生數量的增多，研究生們找工作同樣面臨較大的壓力，只有具備更好的綜合素質，才能在以后的工作競爭中處于有利位置。另外，濃厚的學術氛圍對學生們科研興趣和科研素養的形成有著潛移默化的影響。可以適當開展專題學術講座、學術交流活動和豐富多彩的科研文化活動。學生通過聽取不同研究領域學者講述各自的研究思路與成果，體會他們探求未知的執著和收獲成功的喜悅，可以激發對專業的熱愛，培養嚴謹的治學態度和踏實的研究作風，提升科學素養；學生通過參加科研文化活動，如研究生學術報告會、科技文化節系列活動、創新論壇等，可以活躍其思維，激發創新火花，開動腦筋、發揮才智、挖掘創新潛能。

2.2從教學入手古人云“授人以魚，不如授之以漁”，教學過程中應體現以學生為主體、教師為主導的教學思想，教師通過講課、傳授知識的途徑達到培養學生學習能力的目的。教學方法應多樣化，將啟發式、討論式、交互式等方法融會貫通地應用于課堂教學，引導學生主動學習、帶著問題學習，在課堂上應給學生留有一定的思考時間，盡量讓學生主動提出問題；在傳授知識的同時，還需要開拓學生的視野、拓寬知識面，并注重學生個性的發展，在這樣的過程中不斷提高學生的獨立學習和思考能力。從新生入學就開始建立年級研討班，由個人選擇自己感興趣的課題，按課題類型分小組；學生可選擇相關課程聽課，可采取各種方式獨立學習、進行社會調研等，學期末交出研究論文或研究報告；教師指導和組織學生課外查找資料以及定期進行小組討論，并給出成績，對研討課和選修課程記學分。研討課的教師應盡量選定為教授，這樣可為本科生提供多與教授接觸的機會，讓他們感受到學術魅力，初步了解科研的含義以及對某一專題進行重點研究和探索的基本方法，促進本科生科研能力的培養。科研方法是大學生科研能力培養的關鍵環節，而畢業設計是教學過程中本科生科研能力培養的關鍵途徑。本科生通過完成畢業設計的工作可以初步了解科研活動的實施過程，學生一般能夠做到在教師的指導下收集查閱資料、分步實施研究內容，但為了更好地鍛煉學生的創新思維、邏輯思維、總結分析能力，教師應該在研究設計工作和論文撰寫方面給予學生更多的指導和獨立完成的機會，傳授更多的科研方法。

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[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）15-0006-02

我國醫療儀器市場潛力巨大，但國內醫療儀器產品總體技術含量較低，關鍵技術主要被美、日、德等國家的少數幾個跨國大公司所壟斷。國內生物醫療產業普遍存在技術研發人才匱乏、研發能力不足等問題，產品總體質量和技術水平落后于發達國家，缺乏市場競爭力。要解決目前生物醫療產業創新研發能力低下的難題，首先要從生物醫學工程人才培養這一根本問題上著手。

一、本科生創新培育計劃思路的形成

2004年12月教育部在北京召開了第二次全國普通高等學校本科教學工作會議，研究制訂了《關于進一步加強高等學校本科教學工作的若干意見》。該文件要求“積極推動研究性教學，提高大學生的創新能力”；同時提出“要讓大學生通過參與教師科學研究項目或自主確定選題開展研究等多種形式，進行初步的探索性研究工作”。中山大學的本科人才培養教育觀念是“通識教育、大類教學、復合創新”。相對于其他學科，生物醫學工程學科的特點是多學科交叉，教學過程所涉及的內容多且雜，如果強調“寬”基礎，學生能夠“精（專）”的領域就有限。通過借鑒國內外著名高校的相關經驗和近幾年的嘗試和思考，我們初步形成的思路是：首先培養學生掌握較為廣泛扎實的基礎理論知識，然后以某個方向專業訓練為載體，著重培養學生的自我學習能力和創新思維能力，以及解決具體問題的實踐能力。基于這一思路，我們推出生物醫學工程創新培育計劃，探索中山大學生物醫學工程專業研究性教學的道路。該計劃的總體內容和目標是：中山大學工學院生物醫學工程專業為研究性教學的開展提供硬件條件（設備、場地）與軟件條件（師資、管理）的支持，建立并實行本科生學業導師制度，以本學科已有的廣東省傳感技術與生物醫療儀器重點實驗室為依托、以教師們正在進行的縱向科研項目或橫向開發項目為載體，引導本科學生參與項目調研、方案制訂和項目研發的整個過程，培養學生主動獲取知識的能力、思考創新的能力和實踐能力，為將來更好更快地適應各自的工作崗位要求奠定堅實的基礎。

二、國內外著名大學創新性培養方案分析

我們對國內外著名大學的本科生培養方案，尤其是對國內外著名工科院校的實習教學方案進行了廣泛的調研和分析，逐漸形成了在“寬”基礎的前提下，強調培養學生的自我學習能力和創新思維能力，以及動手能力的思路。例如美國麻省理工學院著重培養學生創造性思維和解決問題的能力，以及終身學習的習慣。既培養學生某一方向的專業技能，也鼓勵學生拓寬知識面，以適應現代社會的挑戰。具體方案有：1.實行本科生學業導師制度。每名本科生入學后將被指定一位專職教師作為學業導師，導師幫助本科生設計學習項目、選課和選專業。在導師的指導下，本科生有機會參與跨學科實驗室和研究中心的研究活動，從而培養學生的研究型思維、完成實驗的技能和進行數據分析的能力。2.學院設有獨立活動期。每年的一月，學生們可以利用學院實驗室與研究中心的資源，從事一些自己感興趣的研究項目。教師則成為項目的指導者與協作者，鼓勵并引導本科生在研究型教學中主動地參與過程。美國明尼蘇達大學機械工程本科培養特色為基礎知識教育與科研能力培養并重，通識教育與專業教育并重。他們專門設有實踐創新教育環節，培養學生綜合實踐和創意創新的能力。具體方案有：1.大量采用講座+討論、講座+實驗的授課方式，強調理論課程與實踐、研究環節的結合。2.設立和基礎課程學習緊密相關的實踐性、研究性學習項目，通過項目的實施，進一步強化學生對基礎理論學習與實際問題解決相互關系的理解。學校還設有獨立活動期、本科生研究項目等實踐創新教育項目，給學生提供了充分的個性發展空間。清華大學電子工程系奉行知識、能力、素質并重的教育理念，通過營造良好的學術環境來激發學生的學習熱情和創造力，注重實驗教學與理論教學相互促進，注重基本技能、綜合能力和創新能力培養，注重將最新的科研成果引入實驗教學。其特點是前期強化基礎、復合交叉，后期導師指導、以人為本，激勵創新。另外，國內外基于問題驅動的產學研教學模式也是值得我們借鑒的。

三、創新培育計劃實施所具備的軟硬件條件

中山大學生物醫學工程學科具有生物醫學工程一級學科博士點和博士后流動站，是廣東省重點學科，設有廣東省傳感技術與生物醫療儀器重點實驗室、廣州市生物醫療設備重點實驗室。目前生物醫學工程學科已有教授38名、副教授41名、講師64名，梯隊完備，所有教師都是工作在科研一線的研究人員。學科的主要研究方向為醫療儀器與傳感器、納米生物材料與組織工程、靶向輸送與控制釋放。學科近年來在相關領域內承擔了多項縱向研究項目，包括國家重點基礎研究發展計劃項目和國家高技術研究發展計劃項目、國家科技部重大科技專項、國家自然科學基金重點項目和教育部新世紀優秀人才支持計劃等。學科緊密結合南沙中山大學科技創新產業基地、廣州大學城健康產業基地以及行業龍頭企業等合作單位，大力倡導協同創新，承擔了多項橫向研究項目。因此，學科的平臺和師資為生物醫學工程本科生創新培育計劃的開展提供了充分的保障。

四、本科生創新培育計劃的實施方案

首先建立導師制，由專業教師擔任本科生學業指導教師，負責本科生的學業指導和項目選題；同時由該教師屬下的研究生擔任學生導師，負責本科生創新培育計劃具體工作的指導與跟進。實行導師制的目的是給予本科生更個性化的發展空間和更全面的有效的指導，這有利于師生雙向提高。

在第一學年，考慮到本科生專業知識的缺乏，創新培育計劃的主要內容是本科生利用課余時間協助教師或研究生從事實驗輔助或文獻調研等工作，使本科生對生醫工專業本身和具體項目科研過程有一個初步的認識，培養學生基本的實驗操作技能和自主檢索學習的能力。后期在導師的指導下撰寫一份助研工作總結報告或文獻檢索報告，同時做成PPT用于年終匯報考評，從而培養學生的基本科技寫作能力和PPT制作與講演能力。

第二學年開始引導本科生逐漸進入具體的項目工作。若干名學生組成項目組，可以參與指導教師的在研項目中的某一部分，或者在教師指導下自主選題。首先進行項目調研和前期預研，中期組織進行項目開題答辯，然后在學業導師或學生導師的具體指導下開展項目研究，鼓勵項目進展較為順利的項目組申報學校的大學生科研項目計劃。

第三學年本科生在導師們的指導下繼續開展創新培育計劃項目工作，可以考慮將夏季學期（小學期）中4周生產實習（項目實習）課程和創新培育計劃項目合并到一起來做。組織中期檢查匯報與成績評定，推薦項目工作表現優秀的本科生參加國家大學生創新計劃、廣東省大學生創新計劃、挑戰者杯等競賽。

第四學年春季學期有長達12周畢業設計（論文）時間，可以充分利用這段時間，在前面三年創新培育計劃工作的基礎上，進一步深化、凝練項目成果，完成畢業設計（論文），進行項目結題答辯。對項目研發過程中表現優秀的本科生推薦研究生免試資格，鼓勵成果突出的學生撰寫專利或論文。另外，學生導師（在讀研究生）給予頒發助教資歷證書，其中表現優異者在教學實踐考評和獎學金評定時給予加分。

總之，我們擬通過生物醫學工程創新培育計劃的實施，探索出一條研究型本科教學的路子，為解決生物醫療產業的自主技術創新、提升國內企業技術水平及市場競爭力提供人才支持。期望學生通過自主學習和項目實踐，熟練掌握生物醫學工程的基礎理論，具備較強的自我學習能力和實踐創新能力，能夠綜合應用多學科知識和方法解決醫學實際問題，成為在生物醫療儀器、生物材料與組織工程等相關領域從事科學研究與應用開發的高素質醫工復合型人才。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 王海鷹，楊剛，李玉紅，季紅梅.將科研實驗引入本科實驗教學的改革與實踐[J].中國電力教育，2009，（144）：145-146.

[2] 馬曉瓊，蔡金平，凌有鑄.基于問題驅動法的產學研教學模式創新研究[J].長沙大學學報，2011，25（2）：122-123.

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【中圖分類號】R722.12 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）08-0143-01

1教學內容的優化設計

1.1教材與課程教學內容

我校生物醫學工程專業分流后，課程增多，課時減少。《醫學超聲儀器原理》按教學計劃，理論36學時，實驗3學時，課時非常有限。講授內容需突出重點，去粗取精，點面結合。其次，生物醫學工程專業的主要目標是培養醫學儀器的操作人員、維護人員、銷售人員、設備管理人員和研發人員，授課過程中要既重基礎又結合實際。綜合各方面因素考慮，我們選擇西安交通大學萬明習教授主編的《生物醫學超聲學》作為教材。該書是目前國內對醫學超聲學的基礎理論、關鍵技術及超聲新技術發展介紹最為全面的一本專著，但內容較多且難，并不完全適用于3時的本科教學。因此，在教學過程中，我根據實際需要對其內容進行了相應篩選調整，并結合具體超聲儀器實例進行授課，真正做到既重基礎又結合應用實際。

具體課程內容歸結為如下6個章節。（1）緒論：介紹醫學超聲儀器的分類，發展歷史、現狀及趨勢。（2）醫學超聲的物理基礎：介紹描述超聲波的重要物理參數，超聲波的傳播特性、波動方程、多普勒效應，超聲波的生物特性及安全劑量。（3）醫用超聲換能器：介紹壓電效應及壓電材料特性，醫用超聲換能器的種類與結構、聲場的形成與分布。（4）超聲波束的接收、預處理與DSC數字掃描變換器：介紹B型超聲診斷儀超聲回波信號的前置放大、接收多路轉換、可變孔徑技術、相位調整技術、增益控制與動態濾波、對數放大、檢波與勾邊技術，以及DSC數字掃描變換器。（5）超聲多普勒血流測量與成像：介紹多普勒血流測量的基本原理，所需提取的主要參數，血流速度大小及方向的檢測方法，多種多普勒血流儀系統和各自距離選通的原理，彩色多普勒血流成像的基本方法和原理。（6）其他醫學超聲技術及發展：介紹超聲治療技術、超聲顯微技術、超聲CT，以及醫學超聲研究的新進展。

1.2實驗設置

在教學實踐的第一學年，我們采取的是以學生為檢測對象，指導學生完成對頸部主動脈、肝、腎的縱向和橫向掃查，并對圖像進行分析，但是教學效果不很理想。原因有兩個：一是雖然學生有一些解剖學基礎，但是實驗中讓其獨立準確找到解剖學位置仍有一定難度；二是教學資源有限，男女生同組，實驗過程中進行腹部檢測時難免尷尬，學生積極性難以調動。因此在第二學年，我們借鑒了其他高校的經驗[2]，將檢測對象由人換成熟雞蛋，不僅可以形象地顯示超聲波在不同介質中的傳播特性，而且很容易探測到熟雞蛋的蛋白與蛋黃的切面圖，避免了上述兩個問題的存在。同時還可引導學生向雞蛋內注入色拉油等物質，模擬組織內部發生病變的狀況，極大地提高了學生的學習興趣，教學效果鮮明、生動、直觀。

2 生物醫學工程的生物化學教學現狀

生物化學相對于其他基礎學科具有抽象難懂、內容繁雜等特點，是醫學院學生感覺最難的課程之一。尤其是對于生物醫學工程專業，缺乏一部為該專業量身打造的教材，內容多與課時少的矛盾極為突出。就本校而言，該專業的生物化學理論學時數僅為40學時，而使用的教材為劉新光主編、科學出版社出版的《生物化學（案例版）》，該書系統全面完整，但課時數遠遠不夠，如果按照一般醫學本科教學大綱進行講授，學生感覺難以消化，對生物化學課程的畏難情緒和抵觸情緒增加。其次，教學模式單一，以教師為課堂的絕對主體，進行傳統填鴨式教學，學生缺乏主動學習的興趣，容易疲勞。第三，考查形式單一，僅對書本知識進行閉卷考試的單一評價考核體系，既不能反映學生的綜合素質，也難以激發學生的創造力，容易使學生投機取巧，僅關注考點，而忽視對學科知識的整體把握。

針對教學內容，靈活應用多種教學方法。例如，采用啟發式教學，在每一章節授課前先根據教學內容針對性地設置幾個問題，讓學生帶著問題聽課，在課堂中尋求答案，變“填鴨式”的被動學習為主動學習。同時，為了培養學生的學習興趣，可利用介紹本學科的發展動態，國內外重大研究成果、新方法、新應用等內容來激勵學生，讓他們充分認識到這門課程的實用性和重要性。

3存在的問題及解決思路

經過兩個學年的教學實踐，我在《醫學超聲儀器原理》課程的教學中已積累了不少經驗，也存在不足之處，其中最突出的是實驗教學內容略顯單薄。針對這一問題，我已著手解決，將在原3個學時實驗的基礎上再設置相應的開放性實驗，如生物組織超聲參數的測量與估計、單陣元圓形超聲換能器輻射聲場分布特性測試與分析、彩色超聲多普勒血流儀的操作及數據分析等。所設計的實驗項目將與課程教學內容密切結合，進一步有效地增強教學效果。

4 結束語

綜上所述，醫學超聲儀器原理涉及多個學科，內容較為抽象，且課時量有限，因此教學難度較大。我在教學過程中根據本專業的實際需求，以著重培養學生的實踐能力和創新意識為目標，結合教學體會和學生的反饋信息，從教學內容優化、教學手段、教學方法等方面入手，經過兩年多時間的實踐，取得了較好的教學效果。

參考文獻

篇（8）

超聲在醫學上的應用始于20世紀20―30年代蘇聯科學家Sokolov的超聲熱療工作。經過幾十年的發展，目前已形成了一門年輕并蓬勃發展著的交叉學科――醫學超聲學。該學科以研究超聲波在生物組織內的傳播特性與規律、設計制造用于醫學診斷和治療的超聲設備為目的，涉及物理學、生物學、材料學、電子技術、圖像處理、計算機等多個領域，是生物醫學工程學科的重要分支之一［1］。而醫學超聲儀器則是醫學超聲學發展的載體及最終成果的體現。

溫州醫學院從2009年起對生物醫學工程專業醫學影像設備與技術方向的本科生開設《醫學超聲儀器原理》，旨在使分流到該方向的學生熟悉并掌握現代醫學超聲儀器的基本原理、結構、技術方法和設計思路，具有初步的儀器設計理念及開發新一代產品的綜合能力，為學生踏上工作崗位奠定良好的理論與實踐基礎。

1.教學內容的優化設計

目前，國內高校大多將醫學超聲作為《醫學電子儀器》或者《醫學影像物理學》的一部分進行授課。獨立開設醫學超聲儀器相關課程的僅西安交通大學、南方醫科大學、上海交通大學等少數幾個高校。此外，上述高校由于辦學優勢不同，對學生的培養目標不同，對教學內容的選擇沒有統一標準。而且，目前國內醫學超聲儀器相關的本科生教材非常少見，且出版時間大多較早，內容較為陳舊，對學科前沿知識介紹較少。因此，如何根據我校的實際情況，合理安排教學內容，做到既難易適中又能體現學科前沿發展，就成了該課程開設初期碰到的一大難題。

1.1教材與課程教學內容

我校生物醫學工程專業分流后，課程增多，課時減少。《醫學超聲儀器原理》按教學計劃，理論36學時，實驗3學時，課時非常有限。講授內容需突出重點，去粗取精，點面結合。其次，生物醫學工程專業的主要目標是培養醫學儀器的操作人員、維護人員、銷售人員、設備管理人員和研發人員，授課過程中要既重基礎又結合實際。綜合各方面因素考慮，我們選擇西安交通大學萬明習教授主編的《生物醫學超聲學》作為教材。該書是目前國內對醫學超聲學的基礎理論、關鍵技術及超聲新技術發展介紹最為全面的一本專著，但內容較多且難，并不完全適用于3時的本科教學。因此，在教學過程中，我根據實際需要對其內容進行了相應篩選調整，并結合具體超聲儀器實例進行授課，真正做到既重基礎又結合應用實際。

具體課程內容歸結為如下8個章節［1］。（1）緒論：介紹醫學超聲儀器的分類，發展歷史、現狀及趨勢。（2）醫學超聲的物理基礎：介紹描述超聲波的重要物理參數，超聲波的傳播特性、波動方程、多普勒效應，超聲波的生物特性及安全劑量。（3）醫用超聲換能器：介紹壓電效應及壓電材料特性，醫用超聲換能器的種類與結構、聲場的形成與分布。（4）超聲成像基本原理及性能指標：介紹脈沖回波法成像原理，A、B、M型超聲診斷儀及其異同點，超聲信號形式及其特征，超聲診斷儀的基本結構及主要指標。（5）超聲波束的發射、聚焦與控制：以B型超聲診斷儀為基礎，介紹多陣元超聲換能器的組合發射方式，超聲波束的聚焦、掃描方法及控制手段。（6）超聲波束的接收、預處理與DSC數字掃描變換器：介紹B型超聲診斷儀超聲回波信號的前置放大、接收多路轉換、可變孔徑技術、相位調整技術、增益控制與動態濾波、對數放大、檢波與勾邊技術，以及DSC數字掃描變換器。（7）超聲多普勒血流測量與成像：介紹多普勒血流測量的基本原理，所需提取的主要參數，血流速度大小及方向的檢測方法，多種多普勒血流儀系統和各自距離選通的原理，彩色多普勒血流成像的基本方法和原理。（8）其他醫學超聲技術及發展：介紹超聲治療技術、超聲顯微技術、超聲CT，以及醫學超聲研究的新進展。

1.2實驗設置

由于條件限制，目前本課程僅設置3個學時實驗，目的是指導學生熟悉B型超聲診斷儀的操作。在教學實踐的第一學年，我們采取的是以學生為檢測對象，指導學生完成對頸部主動脈、肝、腎的縱向和橫向掃查，并對圖像進行分析，但是教學效果不很理想。原因有兩個：一是雖然學生有一些解剖學基礎，但是實驗中讓其獨立準確找到解剖學位置仍有一定難度；二是教學資源有限，男女生同組，實驗過程中進行腹部檢測時難免尷尬，學生積極性難以調動。因此在第二學年，我們借鑒了其他高校的經驗［2］，將檢測對象由人換成熟雞蛋，不僅可以形象地顯示超聲波在不同介質中的傳播特性，而且很容易探測到熟雞蛋的蛋白與蛋黃的切面圖，避免了上述兩個問題的存在。同時還可引導學生向雞蛋內注入色拉油等物質，模擬組織內部發生病變的狀況，極大地提高了學生的學習興趣，教學效果鮮明、生動、直觀。

2.多種教學方法與手段的有機結合

多媒體為主、板書為輔的教學方式的運用。隨著計算機應用的普及，具有方便、快捷、高效特點的多媒體教學方式已成為高校教學的主要模式，并為高等教育改革帶來了新的契機。多媒體教學方式綜合利用了文字、圖片、動畫、視頻等資源，因此在講授一些抽象難懂的知識點時能更形象、直觀，在活躍學生思維、激發學生學習興趣上作用顯著［3］。但是也存在一定的弊端，比如信息量大、節奏快，學生難免跟不上進度，只能被動接受，缺乏必要的思考過程，容易疲勞甚至產生抵觸情緒。在多媒體教學的基礎上，輔以傳統的板書，則可以有效解決這些問題。特別是在講授知識重點難點的時候，學生可通過教師板書的間隙思考或者記筆記，加深對知識的理解。

針對教學內容，靈活應用多種教學方法。例如，采用啟發式教學，在每一章節授課前先根據教學內容針對性地設置幾個問題，讓學生帶著問題聽課，在課堂中尋求答案，變“填鴨式”的被動學習為主動學習。再例如，在第5―6章講授B型超聲診斷儀時采用案例教學法，引入阿洛卡SSD-256型的B超儀為例子，每當講授完基本原理后即以該機型為例引導學生對其相應部分的電路進行分析，提高學生理論聯系實際的能力。同時，為了培養學生的學習興趣，可利用介紹本學科的發展動態，國內外重大研究成果、新方法、新應用等內容來激勵學生，讓他們充分認識到這門課程的實用性和重要性。

構建網絡教學平臺，積極加強師生交流。將課程教學大綱、進度表、課件、課后練習、課程通知等教學資源及時在網頁，方便學生課后瀏覽下載；設置課后互動模塊，方便學生提問交流；設置超聲百科模塊，方便學生了解學科前沿發展動態。網絡教學平臺的使用，提高了教學的靈活性，增加了師生之間的互動，獲得了學生很高的評價。

3.存在的問題及解決思路

經過兩個學年的教學實踐，我在《醫學超聲儀器原理》課程的教學中已積累了不少經驗，也存在不足之處，其中最突出的是實驗教學內容略顯單薄。針對這一問題，我已著手解決，將在原3個學時實驗的基礎上再設置相應的開放性實驗，如生物組織超聲參數的測量與估計、單陣元圓形超聲換能器輻射聲場分布特性測試與分析、彩色超聲多普勒血流儀的操作及數據分析等［4］。所設計的實驗項目將與課程教學內容密切結合，進一步有效地增強教學效果。

4.結語

醫學超聲儀器原理涉及多個學科，內容較為抽象，且課時量有限，因此教學難度較大。我在教學過程中根據本專業的實際需求，以著重培養學生的實踐能力和創新意識為目標，結合教學體會和學生的反饋信息，從教學內容優化、教學手段、教學方法等方面入手，經過兩年多時間的實踐，取得了較好的教學效果。

參考文獻：

［1］萬明習.生物醫學超聲學［M］.北京：科學出版社，2010.

［2］陳艷霞，孫媛，柴英，王桂蓮.醫學物理學B超實驗的新探索［J］.中國科技信息，2009，20：193.

篇（9）

【關鍵詞】人體解剖學；教育；工程專業

隨著生命科學的發展，在許多工程院校中也開設了人體解剖學這門課程，如生物醫學工程專業、生命學院等[1]。這些專業多是醫學的交叉學科。人體解剖學是了解人體正常形態結構的課程，是最為重要的醫學基礎課程之一[2]。但由于這些專業在工程院校設立時間往往不長，人體解剖學在工程專業開設時間也不長，所以仍處在一個發展時期，在教學過程中存在很多問題。本文結合幾年來的教學實踐，對比醫學院校開展本課程的情況，對工程專業人體解剖學的教學現狀、存在的問題進行分析，并提出一些建設思路。

1工程專業人體解剖學教學現狀及存在的問題

1.1無針對工程專業的人體解剖學教材:目前并無明確的針對工程專業的人體解剖學教材。我們目前使用的教材是為臨床醫學生開設的教材，人民衛生出版社第七版出版的《系統解剖學》。這些教材是針對將來要從醫人員，因此醫學術語繁多，課時也相對多。如人體解剖學在醫學院針對大一學生在第一學期開設，一般包括理論學習和實驗課，總學時約300學時，并且以動手解剖尸體為主。而在我校對理工類學生開設的人體解剖學課程，教學設置包括理論學習（40學時）和實驗課（16學時）。與醫學院比較，教材相同的情況下，課時確壓縮了將近1/4。學生在學習的時候常感覺內容多，重點不突出。

1.2課程教育理念不清晰:目前工程專業人體解剖學的教學目的，主要是使這部分學生在較短的時間里，更好地理解和掌握醫學基本理論、基本知識和基本研究方法，為學生從事生物醫學工程類相關事業及相關工作打下必要的基礎。但在實際工作中，由于受到授課時間短、教學內容多而雜、教學習慣等因素的影響，教師很容易從臨床醫學授課角度出發，忽略了這部分學生并非想成為醫生，人體解剖學對工程專業只是支撐課程而非主學科的事實。在這樣一種潛在觀念的引導下，很可能導致兩方面不良后果：一是教師對工程專業人體解剖學的失望，覺得不夠被重視；二是學生在有限時間突然接受大量醫學專業詞匯，記憶感到枯燥乏味，對人體解剖學失去興趣，甚至反感。

1.3教學手段缺乏:目前理工院校人體解剖學教學以理論課為主輔以實驗課，由于學生課程多，期間經過幾次教學改革，人體解剖學課時有所壓縮，在有限的時間內完成較多的教學任務，教學形式欠豐富。雖然配有實驗課，但工程專業學生人體解剖學課多以觀摩模型為主，動手操作少，而模型又比較有限，學生很容易失去興趣。教師顧著要在有限的時間內完成大綱規定內容，因此難以講的很深恨透，更談不上教學形式的多樣性了。

1.4教師隊伍有待提高:工程專業人體解剖學的教學對教師的要求高，要求教師不僅熟悉人體解剖學的教學內容，最好是有一定的臨床實踐經驗，更為重要的是，而且還要求教師了解與學生相關專業的臨床進展[3]。如生物醫學工程專業的學生，要講授介入醫學在臨床上的應用進展。

而目前現狀是講授人體解剖學的教師多是從事科研為主，長期脫離臨床工作，而如果請臨床大夫來講授人體解剖學，又不太現實，且缺乏連貫性。這些因素都對教學有一定影響。

2工程專業人體解剖學的建設和發展思路

人體解剖學作為醫藥院校的重要專業課程之一，普遍存在且廣泛設置，盡管在工程專業作為選修課程，但它對生物醫學工程相關交叉學科，邊緣學科的形成、促進醫學基礎知識的普及起了十分關鍵的作用。從工程專業人體解剖學的教育來看，無論是課程理念，教學方式，教師隊伍，教材選擇等方面，都還缺乏統一規范，需要相關教育工作者進一步完善。有以下幾點可以考慮。

2.1明確工程專業人體解剖學教學理念:明確工程專業人體解剖學的定位是非常重要的。人體解剖學在工程類院校中屬于非專業課程，教授的是工程類學生，是為工程專業學生成才作支撐及服務。因此要發揮人體解剖學在其他學科中的協同作用，以助于工程學生從事交叉學科，邊緣學科的相關工作。因此應立足在“以學生為本”的服務理念，提高工程類院校工程類學生醫學基礎素養為目的，從而發揮人體解剖學在交叉學科中的作用。

2.2制定新的教學大綱，規范課程設置:根據生物醫學工程專業的特色和這部分學生的特點，結合他們今后可能從事的工作方向，制定適合他們學習的新的教學大綱。人體解剖學是幫助學生開啟一扇通曉生命科學知識的窗口。因此要在有限的課堂及短時間的教學中抓住要點，提高學生學習興趣。生物醫學工程專業學生多是從事醫療器械、醫藥工程設備等相關企業的管理和技術工作，因此應將與相關行業有關的人體解剖學知識作為掌握重點。教學內容不在求全而在求精，既要求注重相關人體解剖學知識點間的連貫性，同時要求內容精煉、重點突出，把醫學最基礎最根本的思想和理論，在有限的教學課時中著重體現出來。我認為，最為重要的是讓學生理解醫學的思維方式，研究手段，而醫學術語名詞的記憶應放在其次。

2.3改革生物醫學工程專業人體解剖學教材:根據醫學生使用的人體解剖學教材，適當降低醫學術語的難度。教材內容可以涉及人體解剖學及生物工程應用等。注意內容的選擇及相互之間的銜接，做到既完整、連貫、全面，又能夠突出重點，同時還要形象生動，突出與相關學科的聯系。

2.4進一步改革教學形式和方法:現在教學宜多采用多媒體課件，可增加一些教學視頻，手術錄像等，增強教學效果，提高學生學習興趣和主動學習的能力。并且人體解剖學要注重理論與實踐的結合，在教學計劃中適當安排觀察臨床手術，解剖動物等實踐性內容，采取多樣化教學模式，增強學生的感性認識，提高學習效果。

2.5加強教師隊伍建設，不斷提高專業教師的水平:教師是靈魂的工程師，教師本身的學術水平對課程的教學效果有著十分重要的影響[3]。一個教師的專業水平和個人魅力也可影響學生對本課程的喜愛程度。讓生物醫學工程專業的學生在較短時間內得到相對專業的人體解剖學教育，對教師不啻為一種挑戰。這不僅要求教師有全面而精神的專業素養，同時要有通俗易懂的講解能力。因此要根據教學實際，建設一支素質優良的工程專業人體解剖學教師團隊，定期開展業務培訓，增強教學能力。

參考文獻

篇（10）

TheDevelopmentandApplicationsofDigitalSignalProcessing(DSP)-chip

Abstract:Duetothelimitationofoperationspeed，realtimeperformanceofdigitalsignalprocessing(DSP)systemisfarfromthatofanalogsignalprocessingsystemindecadesago.Sinceearly80’s，DSPchipshavebeengreatlyimprovedinthefollowingaspects:operationspeed，computationprecision，fabricationtechnics，cost，chipvolume，operationalpowersupplyvoltage，weightandpowerconsumption.Furthermore，developmenttoolsandmethodshavebeendevelopedgreatly.ModernDSPchipscanbeoperatedveryfast，whichmaketheimplementationofmanyDSPbasedsignalprocessingsystempossible.NowDSPchipshavebeenwidelyappliedsuccessfullyincommunication，automaticcontrol，aerospaceandmedicine.DSPbasedtechnologyhasverypromisingfutureinmannedspaceflightarea.

Keywords:digitalsignalprocessing(DSP);chip;development;application

數字信號處理作為信號和信息處理的一個分支學科，已滲透到科學研究、技術開發、工業生產、國防和國民經濟的各個領域，取得了豐碩的成果。對信號在時域及變換域的特性進行分析、處理，能使我們對信號的特性和本質有更清楚的認識和理解，得到我們需要的信號形式，提高信息的利用程度，進而在更廣和更深層次上獲取信息。數字信號處理系統的優越性表現為：1.靈活性好：當處理方法和參數發生變化時，處理系統只需通過改變軟件設計以適應相應的變化。2.精度高：信號處理系統可以通過A/D變換的位數、處理器的字長和適當的算法滿足精度要求。3.可靠性好：處理系統受環境溫度、濕度，噪聲及電磁場的干擾所造成的影響較小。4.可大規模集成：隨著半導體集成電路技術的發展，數字電路的集成度可以作得很高，具有體積小、功耗小、產品一致性好等優點。

然而，數字信號處理系統由于受到運算速度的限制，其實時性在相當長的時間內遠不如模擬信號處理系統，使得數字信號處理系統的應用受到了極大的限制和制約。自70年代末80年代初DSP(數字信號處理)芯片誕生以來，這種情況得到了極大的改善。DSP芯片，也稱數字信號處理器，是一種特別適合進行數字信號處理運算的微處理器。DSP芯片的出現和發展，促進數字信號處理技術的提高，許多新系統、新算法應運而生，其應用領域不斷拓展。目前，DSP芯片已廣泛應用于通信、自動控制、航天航空、軍事、醫療等領域。

DSP芯片的發展

70年代末80年代初，AMI公司的S2811芯片，Intel公司的2902芯片的誕生標志著DSP芯片的開端。隨著半導體集成電路的飛速發展，高速實時數字信號處理技術的要求和數字信號處理應用領域的不斷延伸，在80年代初至今的十幾年中，DSP芯片取得了劃時代的發展。從運算速度看，MAC（乘法并累加）時間已從80年代的400ns降低到40ns以下，數據處理能力提高了幾十倍。MIPS（每秒執行百萬條指令）從80年代初的5MIPS增加到現在的40MIPS以上。DSP芯片內部關鍵部件乘法器從80年代初的占模片區的40%左右下降到小于5%，片內RAM增加了一個數量級以上。從制造工藝看，80年代初采用4μm的NMOS工藝而現在則采用亞微米CMOS工藝，DSP芯片的引腳數目從80年代初最多64個增加到現在的200個以上，引腳數量的增多使得芯片應用的靈活性增加，使外部存儲器的擴展和各個處理器間的通信更為方便。和早期的DSP芯片相比，現在的DSP芯片有浮點和定點兩種數據格式，浮點DSP芯片能進行浮點運算，使運算精度極大提高。DSP芯片的成本、體積、工作電壓、重量和功耗較早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP開發系統方面，軟件和硬件開發工具不斷完善。目前某些芯片具有相應的集成開發環境，它支持斷點的設置和程序存儲器、數據存儲器和DMA的訪問及程序的單部運行和跟蹤等，并可以采用高級語言編程，有些廠家和一些軟件開發商為DSP應用軟件的開發準備了通用的函數庫及各種算法子程序和各種接口程序，這使得應用軟件開發更為方便，開發時間大大縮短，因而提高了產品開發的效率。

目前各廠商生產的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芯片的特點1.在一個周期內可完成一次乘法和一次累加。

2.采用哈佛結構，程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據。

3.片內有快速RAM，通常可以通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問。

4.具有低開銷或無開銷循環及跳轉硬件支持。

5.快速中斷處理和硬件I/O支持。

6.具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器。

7.可以并行執行多個操作。

8.支持流水線操作，取指、譯碼和執行等操作可以重疊進行。

DSP芯片的應用

隨著DSP芯片性能的不斷改善，用DSP芯片構造數字信號處理系統作信號的實時處理已成為當今和未來數字信號處理技術發展的一個熱點。隨著各個DSP芯片生產廠家研制的投入，DSP芯片的生產技術不斷更新，產量增大，成本和售價大幅度下降，這使得DSP芯片應用的范圍不斷擴大，現在DSP芯片的應用遍及電子學及與其相關的各個領域。

典型應用(1)通用信號處理：卷積，相關，FFT，Hilbert變換，自適應濾波，譜分析，波形生成等。(2)通信：高速調制/解調器，編/譯碼器，自適應均衡器，仿真，蜂房網移動電話，回聲/噪聲對消，傳真，電話會議，擴頻通信，數據加密和壓縮等。(3)語音信號處理：語音識別，語音合成，文字變聲音，語音矢量編碼等。(4)圖形圖像信號處理：二、三維圖形變換及處理，機器人視覺，電子地圖，圖像增強與識別，圖像壓縮和傳輸，動畫，桌面出版系統等。(5)自動控制：機器人控制，發動機控制，自動駕駛，聲控等。(6)儀器儀表：函數發生，數據采集，航空風洞測試等。(7)消費電子：數字電視，數字聲樂合成，玩具與游戲，數字應答機等。

在醫學電子學方面的應用如同其它數字圖像處理一樣，DSP芯片已在醫學圖像處理，醫學圖像重構等領域，如CT、核磁成象技術等方面得到了廣泛的應用，已取得了令人滿意的效果。在助聽，電子耳渦等方面也取得了相當的進展(文獻［1,2］)。國內、外也有關于腦電、心電、心音和肌電信號處理方面基于DSP芯片系統的報道(文獻［4～7］)，我們對1996年以前國外生物醫學工程的部分核心期刊，如IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,ComputersandBiomedicalResearch等核心期刊進行檢索，有關基于DSP芯片處理系統的報道很少。對國內生物醫學工程的核心期刊，如《中國醫療器械雜志》、《中國生物醫學工程雜志》、《生物醫學工程學雜志》和《中國生物醫學工程學報》等刊物進行檢索，未見有關基于DSP芯片系統方面的報道。對我所的光盤數據庫進行檢索，未見有關在航天醫學方面應用的報告。

我們認為在生理信號處理領域基于DSP芯片的技術可以解決我們在實際工作中遇到的某些問題，如當生理信號數據量很大(如腦電，肌電等)且處理算法相對復雜時，現有的微機在實時采樣、處理、存儲和顯示方面往往不能滿足實際應用要求，而基于DSP芯片的高速處理單元和微機構成主從系統可以較好地解決這類問題。

載人航天領域中信號傳輸帶寬的限制需要對生理數據進行實時壓縮；大型實驗中對龐大的數據進行實時處理依賴于數字處理系統的構成；載人航天中對數據處理精度，可靠性要求以及功耗、工作電壓、體積、重量等方面的限制需要我們在構造處理系統中選擇性能優良的芯片。我們認為將DSP技術應用于載人航天領域具有十分重要的意義。

結束語

以DSP芯片為核心構造的數字信號處理系統，可集數據采集、傳輸、存儲和高速實時處理為一體，能充分體現數字信號處理系統的優越性，能很好地滿足載人航天領域設備測量精度、可靠性、信道帶寬、功耗、工作電壓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發展，各種各類通用及專用的新型DSP芯片在不斷推出，應用技術和開發手段在不斷完善。這樣為實時數字信號處理的應用——尤其是在載人航天領域中的應用提供了更為廣闊的空間。我們有理由相信，DSP芯片進一步的發展和應用將會對載人航天信號處理領域產生深遠的影響。

［參考文獻］

［1］李小華，李雪琳，徐俊榮.基于DSP的數字助聽器的研究.95年生物電子學［C］，醫學傳感器等聯合學術會議文集，北京，1995:438～439

［2］候剛，徐俊榮.用于植入式多道電子耳渦的一種數字實時語音特征分析系統的研究［M］.生物醫學工程前沿，合肥：中國科技大學出版社，1993：471～476

［3］邱澄宇，何宏彬.用于心電信號數據壓縮的數字信號處理器［M］.生物醫學工程前沿，合肥：中國科技大學出版社，1993：463～466

篇（11）

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

有限元分析是一種廣泛應用于工程科學技術的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學等物理場問題。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結構的離散化，就是將實際結構假想地離散為有限數目的規則單元組合體，實際結構的物理性能可以通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果替代對實際結構的分析，這樣可以解決很多實際工程需要解決而理論分析又無法解決的復雜問題。

隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，現在從汽車到航天飛機大多數設計制造已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、生物醫學研究等各個領域的廣泛應用已使設計水平發生了質的飛躍。

1 醫學有限元國內外研究現狀分析

有限元方法最早應用于骨科研究，開始于脊柱生物力學[1]。幾十年來其在解決生物力學問題上得到了廣泛應用，尤其近年來，隨著數字及計算機技術的不斷進步，有限元法本身已不再是相對獨立地研究生物力學性質，它越來越多地與各種動力學模型、參數優化選擇、臨床放射學與實物測量、有機化學、組織學與免疫組化等方法巧妙結合，使結果更加準確可靠，成為生物力學研究中的一種重要工具。有限元方法在醫學上的研究主要包括以下四個方面。

1.1 有限元模型的建立

有限元模型的建立，直接影響有限元仿真實驗結果的精度、計算機計算過程、計算時間的長短，且模型建立的優劣與建模人員的專業素質和有限元知識分不開。現有研究的模型包括：人眼[2]、牙齒及矯正器[3]、脊柱[4]、顱腦骨骼[5]、胃[6]等人體骨骼及器官的三維有限元模型。

1.2 力學實驗仿真

A.Pandolfi，F.Manganiello對所建立的人眼角膜模型進行了力學分析[7]。Tammy L HD等對建立的脛股關節三維有限元模型分析了骨骼變形對關節面接觸行為的影響以及約束關節運動對接觸應力的影響等[8]。

脊柱生物力學仿真是有限元法在生物力學中研究最早、分析最多、臨床上應用最廣泛的領域。杜東鵬等則對腰椎間盤膨隆的力學機制與腰椎疲勞骨折分別進行了探討[9]。

頭顱及顳下關節也是有限元在生物力學中研究的重點。呂長生等對建立的足部骨組織模型進行有限元分析，為運動損傷或運動鞋的評價等提供了依據[10]。王芳等建立并驗證中國人全頸椎有限元模型，用于揮鞭樣損傷分析[11]。米那瓦爾?阿不都熱依木采用有限元方法，對頜面外科手術術后的顏面軟組織形態變化進行預測[12]。

1.3 醫療器械的力學性能評價及優化設計

牙科是有限元法在臨床應用中的一大領域，相應的各種牙科固定器材得以研制開發，這些器材的力學性能又是研制過程中重點解決的問題。蔡玉惠等研究了RPA卡環在游離端義齒應用中支持組織的應力分布狀況，對RPA卡環的臨床應用具有力學上的指導作用[9]。

在內固定鋼板方面，張美超等從臨床應用出發，利用有限元法對頸前路蝶型鋼板進行生物力學模擬分析，得到了與其一致的易斷裂部位預測[9]。

在人工關節方面，Heegaard JH等建立了髕骨的計算模型，并且模擬了在人工膝關節中去掉股骨假體對髕骨活動的影響[13]。王永書等對患者胸腰椎爆裂性骨折節段（T12～L2）部位利用有限元進行手術模擬，均與標本模型及術后CT掃描基本相符[14]。

1.4 血流動力學CFD應用

Tarbell JM用FIDAP和Fluent軟件進行了血管壁中組織液流動的數值研究[15]。喬愛科等利用有限元分析方法得出冠狀動脈搭橋術中對稱雙路搭橋比單路搭橋具有更合理的血流動力學，可以避免動脈粥樣硬化的危險性血流動力學因素，從而減少手術再狹窄的發生[16]。楊金有應用CFD計算流體力學軟件進行人體主動脈內血流數值模擬分析，為闡明血管疾病的發病機理提供理論依據[17]。姚偉用計算流體力學軟件Fluent計算人體小腿骨間膜組織間隙中蛋白質非均勻分布情況下組織液流動[18]。

2 醫學有限元仿真實驗方法

通過上述醫學有限元研究可得醫學仿真實驗的方法主要分為四步：（1）通過螺旋CT技術，采集大量的樣本圖像。運用現有醫用物理實驗室計算機對樣本圖像進行建模處理，并進行相關的有限元分析。（2）通過查閱相關國內外資料，針對所需建立模型的生理、物理等參數特性，在幾種常用圖像處理軟件（Mimcs，Proe等）中選取較為合理準確的有限元建模軟件。（3）在常用有限元分析軟件（ANSYS，Fluent等）中選取較為合理準確的軟件對模型進行有限元分析。（4）將有限元分析結果與實際測量數據進行對比，分析有限元模型的準確性。

3 有限元法在醫學研究中的優勢

有限元法在醫學研究中具有四個方面的突出優勢：（1）可根據需要產生各種各樣的標本，對模型進行實驗條件仿真，模擬拉伸、彎曲、扭轉等各種力學實驗，可以在不同實驗條件下模擬任意部位變形、應力/應變分布、內部能量變化、極限破壞分析等情況。（2）標本也可以進行修正以模擬任何病理狀態。同一個標本在虛擬計算中可進行無數次加載或組合而不會被損壞。（3）其結果不受實驗條件的影響，也排除了實驗條件造成的誤差，而且可以重復計算，節約成本。（4）利用有限元法進行的模擬實驗具有實驗時間短、費用少、可模擬復雜條件、力學性能測試全面及可重復性好等優點。

4 醫學院校開展醫學有限元仿真實驗的意義

在醫學院校開展醫學有限元仿真實驗，可以使學生將相關醫學、物理、生物等課程的知識綜合應用于仿真實驗中，給生物醫學工程專業學生的畢業設計提供更為廣闊的范圍，使研究具有更高的水平；激發學生的創新思維和熱情，使學生在自主科研創新的基礎上，設計相關仿真實驗加以驗證、研究。同時，開展仿真實驗要求教師不僅需要對本專業知識做到“了如指掌”，而且需要教師具有仿真實驗相關的醫學、物理學、生物學等非本專業學科的專業知識，還要求教師必須掌握螺旋CT掃描技術，Mimics，ANSYS等建模、仿真軟件的計算機應用技術。這些知識對于教師實驗教學、科研水平的提高具有十分重要而深遠的意義。在開展醫學仿真實驗的基礎上，建設醫學仿真實驗室，不僅可以為學生提供畢業實習條件，加強實習基地建設，而且與醫院相關科室進行合作，可以在生物力學基礎上預測手術中、長期效果，對醫生手術具有較為科學的指導，加強了學校與醫院的合作。

5 結束語

建立醫學有限元實驗有兩個關鍵的問題：（1）醫用有限元模型快速準確的建立。模型的快速準確建立可以減少仿真實驗所需時間、降低費用、增加仿真的準確性和可信性。（2）建立通用的有限元模型庫，為進一步的實驗教學和科研打下堅實的基礎。因此需要在具體實驗實踐中逐步探索和積累。

將工程有限元分析同醫學結合開設實驗課，屬于多學科之間的交叉領域，不僅可以提高學生對所學專業知識的綜合運用能力，增強學生就業與學習深造的競爭力，而且可以加強多學科教師的教學和科研合作，提高教師的教學科研水平。同時提高相關實驗室的利用率，為學生自主開展創新實驗提供平臺，加強學校和附屬醫院的教學科研合作，為醫學院校提供更為廣闊的教學和科學研究領域。

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