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第1篇

英文名稱：Beijing Biomedical Engineering

主管單位：衛(wèi)生局

主辦單位：北京生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會;北京心肺血管疾病研究所

出版周期：雙月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：16開

國際刊號：1002-3208

國內(nèi)刊號：11-2261/R

郵發(fā)代號：

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1981

期刊收錄：

核心期刊：

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽(yù)：

聯(lián)系方式

第2篇

關(guān)鍵詞：生物工程；人工生命；組織工程；人工組織；人工器官

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.095

0 引言

從廣義層面上來說人工生命即為具備有人的生命指征、功能、結(jié)構(gòu)以及外在形象的人工制造系統(tǒng)，是人對于自然生命的一種模擬與拓展。廣義上的人工生命是多門學(xué)科合并之后的產(chǎn)物。一般認(rèn)為人工生命學(xué)科是由生物科學(xué)技術(shù)與工程科學(xué)技術(shù)所結(jié)合而產(chǎn)生出的一門學(xué)科。下文將主要就針對材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程與組織工程、人工生命間的相關(guān)性，以及材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程、組織工程、人工組織及器官展開具體的論述。

1 材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)工程

此種工程學(xué)科的主要研究目標(biāo)即為各類生物材料及人工器官組織，其中就涵括了組織工程學(xué)科。在此方面研究工作中涵括有材料科學(xué)、生物科技、化學(xué)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、醫(yī)學(xué)以及生命科學(xué)等多門學(xué)科的基礎(chǔ)知識。

生物材料也就是對于生物體進(jìn)行臨床診治以及將其受損組織器官替換下來，亦或是增強(qiáng)人體某一部分功能的材料，因此就必須要求其能夠植入到人體當(dāng)中并不出現(xiàn)排異反應(yīng)，確保活體細(xì)胞可以在此材料之上自然生長。生物材料亦可被視作構(gòu)成人工組織與器官的核心材料。生物醫(yī)學(xué)材料在未來一段時期的主流發(fā)展趨勢，即為給予組織工程的發(fā)展提供優(yōu)勢特性顯著的活性生物材料，應(yīng)確保其具備良好的生物相容特點(diǎn)；親水特性；性；預(yù)防組織粘附特性；抗炎特性；抗凝特性等。以保障活體細(xì)胞能夠在所制成的人工材料上生長并對病變組織起到良好的改善、恢復(fù)效果，使之免疫識別與生物催化性能得以有效提高。

依據(jù)生物醫(yī)學(xué)材料的屬性可將之主要劃分為以下幾種：

（1）無機(jī)非金屬生物材料。①同人體組織力學(xué)間具備良好的相容性，同時還可改善組織生長的材料。②具備人體有機(jī)以及無機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)合型材料。

（2）金屬生物材料。①毒性較低，彈性模量更加符合入骨特點(diǎn)的合金材料。②各種植入人體當(dāng)中的器械材料，如較為常見的人工關(guān)節(jié)、種植牙、心臟支架等。③接入性診治所采用的醫(yī)療器械設(shè)備如官腔支撐架、引導(dǎo)絲等。

（3）生物醫(yī)用高分子材料。①可將血液之中的毒副物質(zhì)吸出的材料。②能夠在臨床上應(yīng)用于免疫性病癥治療的材料。

2 組織工程與人工組織

目前臨床上所面臨的主要醫(yī)學(xué)問題當(dāng)中主要就包括了組織與器官的衰竭、損傷，而臨床上在應(yīng)對此類問題時所較常采用的措施方法主要包括以下三方面：

（1）自體移植。由人體自身的部分組織來對損傷位置進(jìn)行修復(fù)，例如，對面部皮膚大面積燒傷患者進(jìn)行面部手術(shù)修復(fù)時通常會取其自身大腿位置的皮膚來進(jìn)行修復(fù)損傷組織。

（2）異體移植。例如，某患者在遭遇意外事故時，家屬自愿將其身體部分組織如眼角膜、腎臟等組織捐獻(xiàn)給有需要的人。然而此種情況時常會出現(xiàn)異體組織的兼容性問題，同時需要被捐助的人員與每年的捐獻(xiàn)人數(shù)相比差距過大，供體不足情況十分顯著。

（3）人工器官。這種方式能夠徹底解決供體不足的情況，但是其目前所存在的問題也是十分顯著的即異體反應(yīng)與感染情況十分明顯，絕大多數(shù)的患者在接受器官移植后都是應(yīng)各類感染致死。

對此人們也就設(shè)想若是能夠采用母體細(xì)胞以及生物降解材料在人體當(dāng)中構(gòu)建起新的組織器官，也就是進(jìn)行結(jié)構(gòu)組織，代謝組織以及細(xì)胞系統(tǒng)的重新建構(gòu)。目前這一設(shè)想已經(jīng)不再是僅存在于人們腦海之中的假想，而已經(jīng)走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，可以預(yù)見組織工程的發(fā)展必將會促成這一設(shè)想的實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)前，組織工程研究的主要內(nèi)容即為：適宜的母體細(xì)胞來源；能夠?yàn)榧?xì)胞粘附生長提供空間的細(xì)胞外基質(zhì)；可應(yīng)用在促進(jìn)細(xì)胞組織再生長的因子；以及組織間的相容性。

開展組織工程通常會應(yīng)用以下三種策略：（1）細(xì)胞以及生物材料的雜化體系，例如由小塊活體組織將特異細(xì)胞分離出來，通過體外擴(kuò)散增大之后種植于生物相容性較好同時能夠生物降解的聚合物所建立起的多孔支架當(dāng)中，在體外培養(yǎng)一段時間后可將細(xì)胞和支架結(jié)構(gòu)置入于患者體內(nèi)；伴隨著組織缺損部位的重新構(gòu)建，聚合物將會逐漸降解并消失。（2）僅具備生物降解材料體系，借助于生物生長方式促使細(xì)胞成長為多孔支架結(jié)構(gòu)，在通過增殖、分化來產(chǎn)生為相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)，并且與周邊組織相整合。例如采用珊瑚骨加支撐的羥基磷灰石陶瓷，其孔隙架構(gòu)與人體骨架構(gòu)極為接近，可被應(yīng)用在骨組織工程支架中。（3）細(xì)胞體系，經(jīng)過移植的細(xì)胞經(jīng)由生物過程演變?yōu)槲⒔Y(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語

總之，從廣義性的角度上來說人工生命必須要基于工程科學(xué)技術(shù)、生物科學(xué)技術(shù)以及生物工程科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)上。因而大量的工程、生物以及生物工程均是廣義上的人工生命科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。材料技術(shù)型生物醫(yī)學(xué)是工程的研究對象主要是生物材料與人體的各個身體器官。組織工程則是借助于生命科學(xué)以及工程科學(xué)的基礎(chǔ)理論與方法，來探究并開發(fā)出具備修復(fù)以及改善人體組織器官功能的新型臨床應(yīng)用取代物，也就是人工組織，因而材料技術(shù)性生物醫(yī)學(xué)工程以及組織工程也便是生物工程人工生命的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊國為，陳國江，涂序彥等.廣義人工生命的科學(xué)基礎(chǔ)（Ⅱ） --生物工程基礎(chǔ)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2013（09）.

第3篇

關(guān)鍵詞：3D打印；生物醫(yī)學(xué)工程；發(fā)展現(xiàn)狀

前言

三維打印（Three Dimension Printing，簡稱3DP）屬于一種快速成型（Rapid Prototyping，簡稱RP）技術(shù)，它由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)通過成型設(shè)備以材料逐層堆積的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)體成型。“三維打印”在技術(shù)界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分層制造”等[1]。三維打印起源可追溯于上世紀(jì)八十年代，1984年查爾斯?赫爾發(fā)明了將數(shù)字資源打印成三維立體模型的技術(shù)，并于1986年成立了3D Systems公司，開發(fā)了第一臺商用立體光敏3D打印機(jī)，1988年，斯科特?克倫普發(fā)明了熔融沉積成型技術(shù)（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，隨后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先進(jìn)的兩家3D打印公司。我國清華大學(xué)顏永年教授于1988開始研究3D打印成型技術(shù)，華中科技大學(xué)王運(yùn)贛教授以及西安交通大學(xué)盧秉恒院士等，紛紛于上世紀(jì)90年代起就開始涉足3D打印成型技術(shù)的研究。

1998年，清華大學(xué)的顏永年教授又將3D打印成型技術(shù)引入生命科學(xué)領(lǐng)域，提出生物制造工程學(xué)科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印設(shè)備，為制造科學(xué)提出了一個新的發(fā)展方向--生物制造。生物制造的一個重要手段即是生物3D打印。生物三維打印是以活細(xì)胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）為基本成形單元，設(shè)計(jì)制造具有生物活性的人工器官、植入物或細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)，是制造科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)交叉融合的新興學(xué)科，它是目前3D打印技術(shù)研究的最前沿領(lǐng)域，也是3D打印技術(shù)中最具活力和發(fā)展前景的方向[2，3]。

1 3D打印技術(shù)的分類

目前比較典型的3D打印快速成形技術(shù)主要分為三種[4]：

1.1 粉末粘結(jié)3D打印光固化材料3D打印與熔融材料3D打印

粉末粘結(jié)3D打印是目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù)，其工藝過程如下：首先，在工作平臺上均勻鋪灑單位厚度的粉末材料；其次，依據(jù)實(shí)體模型離散層面的數(shù)字信息將粘結(jié)劑噴射到粉末材料上，使粉末材料粘結(jié)，形成單位實(shí)體截面層；再次，將工作臺下降一個單位層厚；最后，重復(fù)第一步至第三步，逐層堆砌，形成三維打印產(chǎn)品。其存在缺點(diǎn)是，通過粉末粘連成形的零件精度和強(qiáng)度偏低，一般需要后續(xù)工藝提高其強(qiáng)度，但后續(xù)處理工藝會導(dǎo)致零件體積收縮，變形嚴(yán)重。

1.2 光固化3D打印（光敏三維打印）

該技術(shù)使用液態(tài)光敏樹脂作為原料制作零件模型，光敏材料三維打印成形基于噴射成形技術(shù)和光固化成形技術(shù)，噴頭沿X方向往復(fù)運(yùn)動，根據(jù)零件的截面形狀，選擇性噴射光固化實(shí)體材料和光固化支撐材料形成截面輪廓，在紫外光照射下光固化材料邊打印邊固化，層層堆積至制件成形完畢。但其應(yīng)用于骨骼類產(chǎn)品打印的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)前具有生物活性的骨骼類材料如羥基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需與光敏材料混合使用，因此影響產(chǎn)品的生物活性在打印后將受到很大影響。

1.3 熔融材料3D打印成形

熔融材料三維打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）專利技術(shù)，分別加熱兩種絲狀熱塑性材料至熔融態(tài)，根據(jù)零件截面形狀，選擇性涂覆實(shí)體材料和支撐材料形成截面輪廓，并迅速冷卻固化，層層堆積至制件成形完畢，其原理與光敏材料3D打印成形類似 [16]。目前熔融材料三維打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有機(jī)鹽配置而成的骨水泥，不需要額外添加紫外光照射固化所需的光敏介質(zhì)，有利于保證材料后續(xù)的生物相容性和生物活性。但由于擠壓式噴頭的噴嘴處壓力大，容易造成阻塞現(xiàn)象，因此對噴嘴和材料漿料的粒徑要求較高。

除三維打印外，應(yīng)用比較廣泛的商業(yè)化快速成形工藝還包括立體光刻成形（SLA）、選擇性激光燒結(jié)成形（SLS）堆疊、實(shí)體制造（LOM）、熔融堆積成形（FDM）等，但這些工藝大多需要配備價格昂貴的激光輔助系統(tǒng)，且成型工藝實(shí)質(zhì)上還是類似于上述三種材料疊加-固化技術(shù)。因此，三維打印技術(shù)被認(rèn)為是最具生命力的快速成形技術(shù)，發(fā)展?jié)摿薮螅卺t(yī)學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊，其推廣應(yīng)用將對傳統(tǒng)的醫(yī)療產(chǎn)品生產(chǎn)模式帶來顛覆性的影響。

2 三維仿生重構(gòu)建模技術(shù)的發(fā)展

基于醫(yī)學(xué)圖像的三維重構(gòu)建模技術(shù)是生物3D打印技術(shù)的重要研究內(nèi)容之一。3D打印生物構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)首先需要在計(jì)算機(jī)環(huán)境下有效重構(gòu)和建模，生成可用于驅(qū)動打印噴頭的指令數(shù)據(jù)進(jìn)而操控成型設(shè)備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成型。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，人體組織的二維斷層圖像數(shù)據(jù)可以方便地獲取以進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷和治療。但是，二維斷層圖像只是表達(dá)了某一截面的解剖信息，醫(yī)生可以憑經(jīng)驗(yàn)由多幅二維圖像去估計(jì)病灶的大小及形狀，“構(gòu)思”病灶與其周圍組織的三維幾何關(guān)系，可三維打印設(shè)備卻無法根據(jù)這些斷點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行立體三維成型，因此，基于醫(yī)學(xué)圖像的三維重構(gòu)建模技術(shù)是生物3D打印技術(shù)的重要前驅(qū)步驟。

由于CT或MRI等檢測設(shè)備掃描得到的二維圖像信息不能直接用于快速成型，只有通過專用軟件將二維斷層圖像序列重建為三維虛擬模型，并生成為快速成型機(jī)可以接受的STL（Stereo Lithography）格式圖形文件，才能最終制造出生物產(chǎn)品三維實(shí)體模型。近十多年來，歐美等發(fā)達(dá)國家的科研機(jī)構(gòu)對于醫(yī)學(xué)圖像三維重建的研究十分活躍，其技術(shù)水平正從后處理向?qū)崟r跟蹤和交互處理發(fā)展，并且已經(jīng)將超級計(jì)算機(jī)、光纖高速網(wǎng)、高性能工作站和虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來，代表著這一技術(shù)領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。

在市場應(yīng)用領(lǐng)域，國外已經(jīng)研制了三維醫(yī)學(xué)影像處理的商品化系統(tǒng)，其中，比較典型的有比利時Materialise公司的Mimics、美國Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在國內(nèi)，中國科學(xué)院自動化研究所醫(yī)學(xué)影像研究室自主開發(fā)的3D Med是基于普通微機(jī)的三維醫(yī)學(xué)影像處理與分析系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠接收CT、MRI等主要醫(yī)療影像設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理、二維讀片、距離測量、圖像分割以及三維重建等功能。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系研發(fā)的人體斷面解剖圖像三維重構(gòu)系統(tǒng)能給外科手術(shù)中的影像診斷提供一定的參考。中國科技大學(xué)在應(yīng)用Delphi開發(fā)三維重構(gòu)軟件的研究上取得了很好的成果。國內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了一些三維醫(yī)學(xué)影像處理系統(tǒng)。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高級圖像處理軟件”于2005年4月投入市場。它能對二維醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行快速的三維重建，并能對臨床影像的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效的可視化和智能化挖掘和處理，為臨床提供更多有價值的信息。但目前國外優(yōu)秀軟件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的價格非常昂貴，且其技術(shù)嚴(yán)格保密。國內(nèi)的產(chǎn)品大多沒有自主知識產(chǎn)權(quán)和成熟的商業(yè)應(yīng)用模式。

3 3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用

3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中應(yīng)用廣泛，其應(yīng)用領(lǐng)域大致包括：體外器官模型、仿生模型制造；手術(shù)導(dǎo)板、假肢設(shè)計(jì)；個性化植入體制造；組織工程支架制造；生物活體器件構(gòu)建以及器官打印；藥物篩選生物模型等。如圖1所示為3D打印在生物醫(yī)學(xué)工程中的各種應(yīng)用情況[5-7]。

3.1 體外器官模型、仿生模型制造。該類應(yīng)用主要用于醫(yī)療診斷和外科手術(shù)策劃，它能有效地提高診斷和手術(shù)水平，縮短時間、節(jié)省費(fèi)用。便于醫(yī)生、患者之間的溝通，為診斷和治療提供了直觀、能觸摸的信息，從而使手術(shù)者之間、醫(yī)生和病人之間的交流更加方便。

3.2 手術(shù)導(dǎo)板、假肢設(shè)計(jì)。該類應(yīng)用便于訂制精確的個性化假體，實(shí)現(xiàn)個性化醫(yī)療需求。根據(jù)患者缺損組織數(shù)據(jù)量身訂制的假肢，可提高假肢設(shè)計(jì)的精確性，提高手術(shù)精確度，確保患者的功能恢復(fù)，減少患者的痛苦。

3.3 個性化植入體制造。人體許多部位的受損組織，需要個性化定制。如人類面部頜骨（包括上下頜骨） 形態(tài)復(fù)雜， 極富個性特征， 形成了個體間千差萬別的面貌特點(diǎn)。人類的頭顱骨，需要準(zhǔn)確與顱內(nèi)大腦等軟組織精確匹配扣合，人體的下肢骨、脊柱骨等會嚴(yán)重影響患者今后的步態(tài)及功能恢復(fù)。因此這類修復(fù)體可通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)個性化訂制和精確 “克隆”受損組織部位和形狀。

3.4 組織工程支架制造。如通過3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)和制備具有與天然骨類似的材料組分和三維貫通微孔結(jié)構(gòu)，使之高度仿生天然骨組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)特征，賦予組織工程支架高度的生物活性和骨修復(fù)能力。

3.5 生物活體器件構(gòu)建以及器官打印。此方面的應(yīng)用大多涉及活體細(xì)胞的生物3D打印技術(shù)。細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)體的3D構(gòu)建可以通過活細(xì)胞及其外基質(zhì)材料的打印構(gòu)建活體生物器件。如英國赫瑞瓦特大學(xué)和一家干細(xì)胞技術(shù)公司合作，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細(xì)胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細(xì)胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能。美國康奈爾大學(xué)研究人員最近在其發(fā)表的研究論文中稱，他們利用牛耳細(xì)胞在3D打印機(jī)中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。

3.6 藥物篩選生物模型。藥物篩選指的是采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ瑢赡茏鳛樗幬锸褂玫奈镔|(zhì)（采樣）進(jìn)行生物活性、藥理作用及藥用價值的評估過程。作為篩選，需要對不同化合物的生理活性做大規(guī)模橫向比較，因此有研究人員指出通過3D打印技術(shù)，精確設(shè)計(jì)仿生組織藥物病理作用模型，可以使人們開在短時間內(nèi)大規(guī)模高通量篩選新型高效藥物。最近，四川大學(xué)聯(lián)合加州大學(xué)圣地亞哥分校等科研機(jī)構(gòu)，通過3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)了一款肝組織仿生結(jié)構(gòu)藥物解毒模型（如圖1-c），該研究成果發(fā)表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

3D打印在生物醫(yī)學(xué)工程中應(yīng)用：（a）3D打印磷酸鈣骨組織工程支架； （b）3D打印細(xì)胞、活體器官構(gòu)件；（c）3D打印肝組織仿生結(jié)構(gòu)藥物解毒模型。

4 結(jié)束語

三維打印技術(shù)正處在蓬勃興起的階段，3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀表明：3D打印在體外器官模型、組織工程與再生醫(yī)學(xué)、個性化醫(yī)療以及新藥研發(fā)等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。抓住生物材料及植入器械的三維打印技術(shù)新一輪發(fā)展浪潮，發(fā)展我國生物三維打印技術(shù)，對發(fā)展我國生物材料醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)步入國際先進(jìn)水平具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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第4篇

[關(guān)鍵詞]課堂教學(xué) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì) 工程實(shí)踐 人才培養(yǎng)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品以其高性能、低功耗、應(yīng)用方案靈活、成本低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制、軍事國防、航空航天、網(wǎng)絡(luò)通信、消費(fèi)電子等行業(yè)發(fā)揮著重要作用，廣泛應(yīng)用于各個科技領(lǐng)域和日常生活的每個角落。在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，嵌入式系統(tǒng)在生理參數(shù)測量、傳輸、監(jiān)測，在完善醫(yī)療輔助設(shè)備，以及研發(fā)新型醫(yī)療儀器等方面都有著重要應(yīng)用。

本文針對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生，在單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)課程教學(xué)過程中存在的問題，提出了一系列教學(xué)改革措施，改善工程實(shí)踐性很強(qiáng)的課程教學(xué)效果，使學(xué)生在有限的時間里獲得最大的收獲，在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和設(shè)計(jì)等方面獲得豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

一、單片機(jī)教學(xué)實(shí)踐中存在的主要問題

嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的難度較大，門檻較高，往往要求研發(fā)者具備良好的軟硬件知識和設(shè)計(jì)、開發(fā)、調(diào)試、測試技能，以及扎實(shí)的專業(yè)知識。如何培養(yǎng)出具備扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識和實(shí)踐開發(fā)能力的高素質(zhì)研究型人才是學(xué)校嵌入式教學(xué)的首要任務(wù)[1]。

單片機(jī)與嵌入式技術(shù)課程知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的內(nèi)容繁多，實(shí)踐性強(qiáng)。大學(xué)生如果能夠掌握相關(guān)技術(shù)，就能成為滿足實(shí)際研發(fā)需要的復(fù)合型工程技術(shù)人才。但是目前大學(xué)嵌入式人才培養(yǎng)和教學(xué)與企業(yè)科研需求之間存在一定的偏差，造成學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐動手能力不足，導(dǎo)致理論學(xué)習(xí)與人才需求出現(xiàn)了脫鉤[2，3]。主要問題表現(xiàn)在：

（1） 授課內(nèi)容過時、枯燥，不能緊跟嵌入式技術(shù)最新發(fā)展現(xiàn)狀，不能滿足實(shí)際需要；

（2） 對嵌入式操作系統(tǒng)的講授和配套實(shí)驗(yàn)內(nèi)容嚴(yán)重不足；

（3） 綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)較少，不注重學(xué)生的綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)；

（4） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容單一，不具備研發(fā)價值。

二、教學(xué)改革實(shí)踐

作為全國最早開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)校，單片機(jī)教學(xué)始終是最重要的專業(yè)選修課之一，目前課程以ARM-V4版的RM7TDMI-S內(nèi)核為核心，以飛利浦公司的LPC2000系列單片機(jī)為應(yīng)用目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容、互動教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、創(chuàng)新實(shí)踐等方面進(jìn)行了積極的探索和研究，使傳統(tǒng)的專業(yè)實(shí)踐課程煥發(fā)出新的光彩。

（一）堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式

大學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容應(yīng)該以理論學(xué)習(xí)為主，尤其是針對32位ARM單片機(jī)，必須搞清楚ARM7內(nèi)核的基本結(jié)構(gòu)，7種處理器工作模式的定義及特點(diǎn)，標(biāo)準(zhǔn)32位ARM指令和16位的Thume指令使用，主要寄存器與基本外設(shè)定義等知識點(diǎn)，學(xué)習(xí)理解這些基本概念對于掌握32位ARM單片機(jī)的工作原理，舉一反三，進(jìn)而熟悉相關(guān)單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)提供了重要的基礎(chǔ)理論保障。

在程序設(shè)計(jì)方面采用大量程序設(shè)計(jì)實(shí)例，在講授程序設(shè)計(jì)思想的同時加速理解匯編語言使用方法，初步學(xué)習(xí)C交叉匯編語言程序設(shè)計(jì)方法，為后續(xù)硬件系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)；在講述硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，圍繞單片機(jī)主要外設(shè)類型，不拘泥于具體單片機(jī)型號，以不同外設(shè)的基本工作原理和控制寄存器為主要內(nèi)容，同時增加應(yīng)用實(shí)例，提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果；在課程配套實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，更加關(guān)注實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)[4，5]，從操作技能學(xué)習(xí)到認(rèn)知技能學(xué)習(xí)，按照學(xué)生實(shí)踐技能學(xué)習(xí)基本規(guī)律，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了7個共16個課時的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括了IO接口、基本外設(shè)，操作系統(tǒng)移植，數(shù)字信號處理，綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，涵蓋了嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)主要技術(shù)要點(diǎn)，使學(xué)生在有限時間里就可對單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)有一個較全面的學(xué)習(xí)和能力培養(yǎng)。

（二）利用優(yōu)勢資源，豐富教學(xué)內(nèi)容

針對課程實(shí)踐性很強(qiáng)的特點(diǎn)，我們結(jié)合學(xué)校科研項(xiàng)目，對嵌入式系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)儀器設(shè)計(jì)應(yīng)用方面進(jìn)行了卓有成效的實(shí)踐，突出了課程教學(xué)的實(shí)用性，強(qiáng)化了學(xué)習(xí)內(nèi)容的工程觀念，取得了很好的教學(xué)效果。

我們將多參數(shù)生命參數(shù)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)引入課堂教學(xué)，其硬件單元主要包括生理數(shù)據(jù)采集、ARM內(nèi)核、人機(jī)接口、SD卡存儲器、GPRS、GPS、電源管理等模塊，系統(tǒng)從溫度傳感器電路等模擬電路設(shè)計(jì)，到大容量鋰離子電池優(yōu)化和電源模塊設(shè)計(jì)，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到遠(yuǎn)程通訊規(guī)約設(shè)計(jì)、地理信息使用。在介紹這些軟硬件功能模塊基礎(chǔ)上，再引入嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-Ⅱ，按照設(shè)備依賴性、關(guān)鍵性、緊迫性等任務(wù)劃分原則構(gòu)成一套多任務(wù)系統(tǒng)，逐步引入任務(wù)設(shè)計(jì)、時間管理、中斷管理、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理與同步，資源同步、數(shù)據(jù)管理等關(guān)鍵知識內(nèi)容，使學(xué)生在6-8個課時內(nèi)學(xué)習(xí)熟悉一種實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，加深對所學(xué)知識和應(yīng)用環(huán)境的正確理解。

（三）重視互動教學(xué)，追求質(zhì)量卓越

由于課時的限制，大量增加實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容是有一定困難的，為了能夠達(dá)到預(yù)期教學(xué)目標(biāo)，增加了課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容，希望通過課外閱讀和研究，鞏固嵌入式單片機(jī)的教學(xué)內(nèi)容，增強(qiáng)學(xué)生對嵌入式系統(tǒng)在日常生活中的應(yīng)用技能，課程設(shè)計(jì)的完成質(zhì)量則要通過PPT答辯互動，師生共同評分進(jìn)行保障，使單個設(shè)計(jì)內(nèi)容通過交流互動達(dá)到全體共享，互相學(xué)習(xí)的目的。

課程設(shè)計(jì)包括三個設(shè)計(jì)任務(wù)，2人一組，每組選擇一個任務(wù)題目進(jìn)行研究設(shè)計(jì)，表1是部分課程設(shè)計(jì)題目，任務(wù)要求如下：

表1：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)選編

①完成一項(xiàng)有關(guān)單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)在日常生活方面應(yīng)用的項(xiàng)目設(shè)計(jì)，要求有明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)，具體可行的設(shè)計(jì)參數(shù)和可能達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。

②針對一種嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行深入的介紹和移植方法的研究。要求內(nèi)容包括內(nèi)核特點(diǎn)，進(jìn)程管理，內(nèi)存管理，移植方法、BSP（board support package）編程等。

③針對多種嵌入式操作系統(tǒng)進(jìn)行深入的對比研究和綜述，選擇4種以上的操作系統(tǒng)，主要從任務(wù)調(diào)度機(jī)制，數(shù)據(jù)同步和通訊機(jī)制比較，內(nèi)存及數(shù)據(jù)架構(gòu)與管理，支持的硬件功能，中斷管理，實(shí)時性，市場份額，發(fā)展前景等多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行對比研究。

通過2個月時間的研究準(zhǔn)備，在學(xué)期末進(jìn)行全體師生共同參加的課程設(shè)計(jì)答辯會，由一位同學(xué)進(jìn)行PPT講解，另一位同學(xué)負(fù)責(zé)回答質(zhì)詢問題。考核成績按照20分標(biāo)準(zhǔn)，由全體同學(xué)打分，并與教師分?jǐn)?shù)加權(quán)計(jì)算后再進(jìn)行歸一化處理，使答辯評分更加客觀合理。

（四）結(jié)合學(xué)科競賽，加強(qiáng)實(shí)踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)

單片機(jī)的教學(xué)可以貫穿于整個高年級教學(xué)實(shí)踐活動中，在課程教學(xué)之外，通過鼓勵學(xué)生積極參加電子創(chuàng)新類學(xué)科競賽，鼓勵學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行創(chuàng)新科技活動，在具體科研實(shí)踐中使學(xué)生獲得更多更豐富的專業(yè)知識，進(jìn)行科研能力的培養(yǎng)[6]。

在大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“超聲注射藥物溶解加速器”研發(fā)過程中，小組5名同學(xué)從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、模塊規(guī)劃、硬件構(gòu)成、功能設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等項(xiàng)目內(nèi)容進(jìn)行了深入的研制工作，以MSP430單片機(jī)為主體，構(gòu)建了包括反饋采樣、鍵盤顯示，頻率合成、高頻功率放大、匹配電路和超聲換能器等組成的系統(tǒng)硬件，僅軟件程序就達(dá)450余行，系統(tǒng)通過藥物對比實(shí)驗(yàn)，對整個加速溶解系統(tǒng)進(jìn)行了綜合測試，取得了明顯加速藥物溶解的效果，并取得了國家發(fā)明專利授權(quán)。

在“生物醫(yī)學(xué)工程教學(xué)仿真人系統(tǒng)”項(xiàng)目中，利用單片機(jī)技術(shù)模擬產(chǎn)生人體真實(shí)生理信號，通過對生理信號進(jìn)行采樣，預(yù)處理，無線發(fā)射到主機(jī)模塊，并通過LabVIEW設(shè)計(jì)上位機(jī)多參數(shù)生理監(jiān)護(hù)軟件，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)人體生理參數(shù)動態(tài)采集顯示。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想來源于醫(yī)學(xué)儀器課堂教學(xué)，最終通過將其回饋應(yīng)用于課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對學(xué)生的理論知識起到了積極的作用。

三、小結(jié)

嵌入式系統(tǒng)是一個朝氣蓬勃、發(fā)展迅速的專業(yè)領(lǐng)域，人才稀缺，門檻較高，針對目前課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)存在的種種不足，我們深刻體會到必須改變單一的課堂教學(xué)模式和刻板的被動灌輸式教學(xué)方法，在課堂教學(xué)中我們注意到既要重視基礎(chǔ)理論內(nèi)容的教學(xué)，在有限的課時內(nèi)使學(xué)生得到一個完整的單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)知識體系，為科研實(shí)踐提供有力的知識保障。同時，作為實(shí)踐性很強(qiáng)的課程教學(xué)，我們利用一切可利用資源用于教學(xué)，將教師科研成果引入教學(xué)，通過具體科研項(xiàng)目案例強(qiáng)化學(xué)習(xí)內(nèi)容的工程觀念；利用課外學(xué)時增加課程設(shè)計(jì)內(nèi)容，采用項(xiàng)目導(dǎo)向式教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了交流互動，資源共享，共同進(jìn)步的教學(xué)目標(biāo)；利用各類電子學(xué)科競賽和開放實(shí)驗(yàn)室，使單片機(jī)科研實(shí)踐貫穿于整個人才培養(yǎng)階段，在具體科研實(shí)踐中使學(xué)生獲得更多更豐富的專業(yè)知識，進(jìn)行科研能力的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了全階段立體式創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

[參考文獻(xiàn)]

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第5篇

[關(guān)鍵詞]合成材料；醫(yī)用紡織品；生物相容性；過濾；滲透

中圖分類號：TS106 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0101-01

目前，使用具有可吸收和生物活性聚合物制得的纖維織物，已在組織工程上使用。隨著生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)整形使用的硬件材料受到了巨大沖擊。高性能纖維材料、先進(jìn)的制造工藝和獨(dú)特的織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正成為醫(yī)用紡織品的選擇。據(jù)纖維基醫(yī)用制品廠家（如Biomedical―Concordia公司）的預(yù)測，醫(yī)用紡織品在組織修復(fù)植入和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。這主要涉及如下幾個方面：矯正整形手術(shù)，心臟血管手術(shù)，泌尿/婦產(chǎn)科手術(shù)，再生植入手術(shù)，普通手術(shù)等。

1 高端醫(yī)用合成材料的纖維原料及織物種類

1.1 纖維原料

合成醫(yī)用材料的纖維原料根據(jù)其在使用時是植入性材料還是非植入性材料可以分為可吸收纖維材料和非可吸收纖維材料。可吸收纖維材料有聚羥基乙酯（PGA）、聚L一乳酸（PLLA）以及PGA和PLA的共聚物（PLGA），其他共聚高分子，如聚已內(nèi)酯（PCL）、三甲基碳酸酯（TMC）和聚乙二醇（PEG）等。非可吸收纖維材料包括PET、PP、聚醚醚酮（PEEK）、聚四氟乙烯（PTRFE）、超高相對分子質(zhì)量聚乙烯（UHMWPE）等。

1.2 織物種類

1.2.1 非織造布

醫(yī)用紡織品使用的非織造布種類涉及紡粘（SB）、熔噴（MB）和使用短纖維為原料的梳理型非織造布。

1.2.2 編織結(jié)構(gòu)織物

編織物的規(guī)格包括：圓形實(shí)心帶、中空無芯帶、管狀帶、扁平型帶和附加軸向紗的編織物等。

1.2.3 針織網(wǎng)材

針織網(wǎng)材采用平幅經(jīng)編和圓機(jī)緯編工藝，編織紋路設(shè)計(jì)十分重要。醫(yī)用制品對針織網(wǎng)材的性能，諸如平均孔隙尺寸、單位質(zhì)量、厚度、撕裂強(qiáng)力、伸長、頂破強(qiáng)力、剛性和懸垂性等均有嚴(yán)格要求。針織網(wǎng)材較之于非織造布具有更好的彈性、擴(kuò)展性能、回復(fù)性以及良好的撕裂強(qiáng)力，顯示出較好的組織支撐能力。圓機(jī)織物的管狀結(jié)構(gòu)有較大尺寸適應(yīng)性，其直徑可膨脹亦可緊縮，有利于醫(yī)用紡織品性能的發(fā)揮。目前針織網(wǎng)材已用于手術(shù)網(wǎng)、疝氣修復(fù)、整型和化妝手術(shù)網(wǎng)等領(lǐng)域。

1.2.4 其他制品

一些廠家，如美國Concordia公司，有多年的纖維加工經(jīng)驗(yàn)，可以根據(jù)用戶和臨床的要求，選擇如變形紗、卷曲纖維、切斷纖維、梳理纖維片等原料加工成適用的醫(yī)用制品。

2 高端醫(yī)用合成材料的用途

2.1 高性能單絲的醫(yī)療用途

2.1.1 動脈血液過濾器

動脈血液過濾器是在胸外科手術(shù)中，經(jīng)過純化、氧合、恒溫的循環(huán)血液進(jìn)入人體的最后一道過濾。因此說過濾器介質(zhì)的選擇和最適宜的設(shè)計(jì)，有助于降低病人的出血、血凝、炎癥的發(fā)生和整個系統(tǒng)的供氧及pH值的控制。瑞士Sefar公司開發(fā)出用于心肺機(jī)的過濾介質(zhì)，即“Medi FAB 07/40”系列。使用PET或PA單絲編織，織物結(jié)構(gòu)孔隙為40um，空隙占有率25%，紗線直徑為34um。“Medi FAB 07/40”過濾介質(zhì)已在動脈血液過濾器中使用，在臨床中作為―個暫時性的替代心肺功能的裝置，以維持生命的體外循環(huán)系統(tǒng)。臨床結(jié)果顯示，“Medi FAB 07/40”具有良好的使用性能，主要表現(xiàn)在：最低的壓力降，最小的啟動灌注體積，裝置外部尺寸小型化和制造成本可以被市場接受。與現(xiàn)有使用中的濾材，如非織造布、膜材料和復(fù)絲織物比較，單絲織物過濾介質(zhì)更具有商業(yè)化價值。

2.1.2 透析器過濾介質(zhì)

醫(yī)用透析使用的泵過濾器，其作用是捕集循環(huán)系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的顆粒狀物質(zhì)。該防護(hù)性過濾器結(jié)構(gòu)通常采用直徑50mm的圓盤形式的過濾介質(zhì)，經(jīng)硅質(zhì)墊圈密封后配置于透析泵上。Sefar公司開發(fā)的新型過濾材料“Peaktex”，采用PEEK為原料，單絲直徑為38―500 um，過濾材料為雙層單絲織物，單位質(zhì)量285 g/m2，厚度480um，空氣透過率2000 m3/m2?h[2]。

2.1.3 醫(yī)用可植入材料

PEEK單絲織物作為人體可植入材料，具有良好的撓性和耐磨性，特別是其生物相容性、穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)了良好的臨床效果。目前已用于人體植入臨床使用的PEEK單絲的強(qiáng)力在33―75 daN/mm，伸長為20%―40%，使用溫度250℃，干濕態(tài)相對強(qiáng)力比為100%。

2.2 UHMWPE纖維在醫(yī)用領(lǐng)域的使用

自2004年UHMWPE――Dyneema纖維用于醫(yī)用縫合線以來，UHMWPE在醫(yī)用領(lǐng)域的綜合醫(yī)療性能越來越被人們所認(rèn)識。作為新一代獨(dú)具特色的醫(yī)用材料，其特性主要表現(xiàn)在如下幾個方面：①Dyneema Purity纖維是專門設(shè)計(jì)的、用做人體可植入的材料，纖維品質(zhì)和生產(chǎn)工藝完全符合S010933/ISO13458的要求，并得到美國FDA認(rèn)證；②單位體積的強(qiáng)度性能符合可植入材料制品微型化的條件；③Dyneema Purity纖維有較高的剛性，兼具十分良好的柔韌性，可在整型手術(shù)中有效地強(qiáng)化定位功能；④Dyneema Purity纖維的耐疲勞性和耐磨性好，具有長時間承載動態(tài)負(fù)荷的能力，適應(yīng)心臟血管手術(shù)醫(yī)用器具的性能要求；⑤Dyneema Purity纖維具有生物相容性，是理想的醫(yī)用人體可植入材料[3]。

2.3 功能性熔噴非織造布在呼吸器上的使用

通過添加生物活性劑的方法，制取具有生物活性的熔噴纖維網(wǎng)，為呼吸器提供高效捕集微生物的過濾介質(zhì)，對于人類抵御病菌源、健康防護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。波蘭Lodz大學(xué)與國家勞動保護(hù)研究所合作開發(fā)了生物活性熔噴非織造布材料。該產(chǎn)品使用PP為原料。生物活性劑于螺桿擠壓機(jī)的喂入?yún)^(qū)注入，熔體加熱溫度274―280℃，熱空氣溫度295℃，熱空氣消耗量9 m3/h。生物活性熔噴非織造布材料的面密度為lO一200 g/m2，單絲直徑2.43 um，其過濾吸附性能通過氣溶膠一石腦油霧測試評估，吸附性能良好[4]。

2.4 纖維基增強(qiáng)復(fù)合材料在醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用

英國Invibio公司開發(fā)了兩種PEEK新產(chǎn)品，其一為PEEK―Optim/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，另一種為具有影像對比度的PEEK―Optima/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。兩種復(fù)合材料已用于人體植入、血管、骨骼修復(fù)等。PEEK―Optima/碳纖維復(fù)合材料具有十分良好的耐磨性能，與其他生物材料相比，其抗彎剛性更接近于人的骨骼，是整型材料的上佳選擇。同時該材料亦表現(xiàn)出比較優(yōu)良的外部負(fù)荷的均勻分布承載性能，以及應(yīng)力沖擊的弱化功能。此外，具有影像對比度的PEEK―Optima/碳纖維復(fù)合材料。由于注入射線阻隔添加劑，可以使用專門的方法，在手術(shù)后，通過觀察植入物的部位。可觀察修復(fù)部位狀況，有效控制治愈的過程。PEEK―Optima碳纖維的復(fù)合增強(qiáng)系列產(chǎn)品可用于關(guān)節(jié)結(jié)合處、脊椎等部位的壞損修補(bǔ)。

結(jié)語

我國醫(yī)用紡織品生產(chǎn)已初具規(guī)模，但低風(fēng)險性產(chǎn)品占絕大比例，與高端醫(yī)用紡織品研究開發(fā)非常薄弱的現(xiàn)狀形成了鮮明的反差。鑒于高性能醫(yī)用纖維制品涉及到原料、高聚物成形、纖維加工和醫(yī)學(xué)工程設(shè)計(jì)等諸多學(xué)科，整個生產(chǎn)鏈很長，要全程技術(shù)引進(jìn)顯然是十分困難的。考慮到我國有全球最大的需求群體，靠進(jìn)口或合資生產(chǎn)，是可以緩解一下需求上的壓力，但終究不是長久之計(jì)，還是應(yīng)該有―個可持續(xù)的技術(shù)進(jìn)步理念。

參考文獻(xiàn)

第6篇

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理 計(jì)算機(jī)三維重建 應(yīng)用

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0066-01

數(shù)字圖像處理技術(shù)是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)對數(shù)字圖像信息進(jìn)行處理，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)學(xué)、光物理學(xué)等多個領(lǐng)域。數(shù)字圖像可以小到電子顯微鏡的圖像，大到遙感圖像、航空照片或者天文望遠(yuǎn)鏡的圖像，因此在生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、國防軍事、多媒體等方面都有著十分廣泛的應(yīng)用。物體三維重建是數(shù)字圖像處理的重要內(nèi)容。人眼看到的世界是三維立體的，但是傳統(tǒng)照相機(jī)、CCD或者CMOS圖像傳感器獲取的圖像都是二維平面的，不具備深度信息。這種二維成像系統(tǒng)限制了人類對真實(shí)世界中復(fù)雜的物體的感知和理解的能力。計(jì)算機(jī)三維重建的出現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)二維成像系統(tǒng)的局限，重建后的圖像直觀、逼真，可任意旋轉(zhuǎn)、逐層剝離以及定量分析，顯著提高了人類對世界的認(rèn)識理解能力。

1 計(jì)算機(jī)三維重建

計(jì)算機(jī)三維重建是利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)根據(jù)真實(shí)場景的數(shù)據(jù)重建出具有準(zhǔn)確幾何信息和照片真實(shí)感的三維模型，并可進(jìn)行多角度顯示的技術(shù)。這些精確的三維模型，不僅能用于場景可視化和虛擬漫游，還可以滿足數(shù)據(jù)的存檔、測量和分析等更高層次的需求，尤其適用于輔助教學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)學(xué)診斷、航天、工業(yè)測量、地理信息、數(shù)字文物和古建筑、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域。

計(jì)算機(jī)三維重建方法有兩種：一種是利用精密的硬件設(shè)備，如激光掃描儀、深度掃描儀等，直接測量出物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種方法是直接對三維物體的空間信息進(jìn)行處理，精度較高，但是設(shè)備要求極高，因此極大地限制了該技術(shù)的使用。另一種是通過相機(jī)或攝像機(jī)獲得二維數(shù)字圖像，然后通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出物體的三維結(jié)構(gòu)。后一種方法數(shù)字圖像容易獲得，但重建結(jié)果易受到其他因素的影響，本文就此方法展開研究。

2 二維數(shù)字圖像的三維重建

2.1 二維數(shù)字圖像的獲取

二維數(shù)字圖像的獲取包括物體外觀圖像的獲取和物體內(nèi)部圖像的獲取。物體外觀圖像的獲取通常通過2臺以上照相機(jī)或攝像機(jī)從不同角度拍攝，比如3D電影的制作。物體內(nèi)部圖像的獲取，通常為斷層掃描或連續(xù)切片成像，比如計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描（CT）、激光掃描共聚焦顯微鏡（CLSM）成像、生物標(biāo)本連續(xù)切片的顯微成像等。

2.2 二維數(shù)字圖像的預(yù)處理

二維數(shù)字圖像通過三維成像軟件來處理，不同領(lǐng)域有各自適用的軟件，比如：3D Studio Max，適用于廣告、影視、工業(yè)和建筑設(shè)計(jì)、游戲的三維成像和動畫；Amira，Mimics，適用于識別生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)；Oasis montaj，適用于地球物理勘探、鉆探、地球化學(xué)勘探等。軟件對圖像經(jīng)過增強(qiáng)、圖像定位校正和圖像分割等預(yù)處理后進(jìn)行三維重建。

圖像增強(qiáng)：現(xiàn)在的數(shù)字成像技術(shù)，基本可以得到分辨率高、清晰度好的圖像，但如果前期成像較模糊，可以通過對比度增強(qiáng)、Gamma校正、銳化或噪聲消除等方法進(jìn)行處理，以突出目飼域。

定位校正：多臺相機(jī)或攝像機(jī)從不同角度拍攝的物體外觀圖像、生物標(biāo)本連續(xù)切片的顯微成像由于不能準(zhǔn)確定位，還需進(jìn)行圖像定位校正。

圖像分割：在對圖像的研究和應(yīng)用中，人們往往僅對圖像中的某些特定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域感興趣，這些區(qū)域稱為目標(biāo)或前景（其他部分稱為背景）。可根據(jù)灰度、顏色、紋理和形狀等提取感興趣目標(biāo)，從而把圖像分割成若干互不交迭的區(qū)域，并使這些特征在同一區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出相似性，而在不同區(qū)域間呈現(xiàn)出明顯的差異性。常用的分割方法有：基于灰度閾值的圖像分割、交互式圖像分割、基于活動輪廓或者形變模型的分割等等。針對不一樣的圖像和待分割的圖像特點(diǎn)，可以選擇不一樣的分割方法。圖像分割是圖像處理的基本前提，同時也是一個經(jīng)典難題，到目前為止還沒有一種圖像分割方法是通用的。

2.3 圖像的三維重建

二維數(shù)字圖像的三維重建技術(shù)有兩種：表面繪制和體繪制。舉例而言，你站在一輛汽車前，只能看到外觀，但無法觀察到車子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如發(fā)動機(jī)，這是表面繪制；假設(shè)汽車和車內(nèi)中的結(jié)構(gòu)都是半透明的，就可以同時看到所有的細(xì)節(jié)，這就是體繪制所要達(dá)到的效果，即三維透視。表面繪制是表示三維物體形狀最基本的方法，可以提供三維物體形狀的全面信息。它是從數(shù)字圖像中抽取一系列相關(guān)表面，并用多邊形擬合近似后，再通過傳統(tǒng)的圖形學(xué)算法顯示出來。體繪制是依據(jù)三維體數(shù)據(jù)，將所有體細(xì)節(jié)同時展現(xiàn)在二維圖片上，可以在一幅圖像中顯示多種物質(zhì)的綜合分布情況，并且可以通過不透明度的控制，反應(yīng)等值面的情況。該方法特別適合于云霧、流體、大腦軟組織、氣體等無固定形狀的體數(shù)據(jù)圖像的生成，產(chǎn)生的圖像真實(shí)感強(qiáng)。

3 面臨的問題

二維數(shù)字圖像的三維重建是數(shù)字圖像處理技術(shù)十分活躍的研究方向，雖然這一領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速，但仍有一些方面是需要進(jìn)一步提高。（1）提高計(jì)算精度：圖像分割是人工手動完成，然后通過數(shù)學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)，這涉及到個人知識熟悉程度和計(jì)算精度，如果個人經(jīng)驗(yàn)不足，或者計(jì)算精度不夠，則圖像效果不符合客觀實(shí)際，不一定能夠達(dá)到人眼識別的舒適度。因此，基于專業(yè)知識的圖像分割標(biāo)準(zhǔn)化方面還有待進(jìn)一步研究。（2）計(jì)算精度和處理速度之間的矛盾：圖像處理需要巨大的數(shù)據(jù)運(yùn)算，運(yùn)算量遠(yuǎn)大于文本處理，所以在提高運(yùn)算精度的同時還要考慮提高運(yùn)算速度。（3）計(jì)算機(jī)三維重建是研究工具，必須加強(qiáng)交叉學(xué)科間的聯(lián)合研究，才能夠在推廣應(yīng)用上取得進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

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[3]耿歡，覃文軍，楊金柱，曹鵬，趙大哲.基于CT影像的肺組織分割方法綜述[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2016，33（7）：1929-1935.

第7篇

【關(guān)鍵詞】白芍總苷；臨床應(yīng)用；制劑；研究進(jìn)展

【中圖分類號】G446 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1004—7484（2013）11—0100—01

白芍總苷（total glucosides of paeonia，TGP）是從中藥白芍（Paeonia lactiflora pall）飲片提取的總苷，是白芍中具有生理功效成分的混合物，其中芍藥苷的含量占總苷的90% 以上。以白芍提取的有效成分芍藥苷為主要成分的帕夫林，已作為第一個治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的抗炎免疫調(diào)節(jié)中藥應(yīng)用于臨床，療效顯著[1]。至今，TGP的研究和應(yīng)用絕大多數(shù)集中在治療風(fēng)濕免疫疾病及調(diào)節(jié)免疫功能方面，但最近也有TGP在心血管、皮膚等病變方面的治療與研究報(bào)道，本文綜述了TGP近年來在此方面的研究與應(yīng)用，旨為相關(guān)疾病的治療提供依據(jù)。

1 治療慢性蕁麻疹

鄒氏以白芍總苷聯(lián)合依匹斯汀治療慢性蕁麻疹三組共60例，有效率90%，且不良反應(yīng)少[2]。孟氏以白芍總苷聯(lián)合咪唑斯汀治療慢性蕁麻疹40例，有效率90%，療效明顯好于對照組[3]，盛氏以地氯雷他定聯(lián)合白芍總苷治療慢性蕁麻疹30例，結(jié)果治療組的療效（60%）顯著好于對照組（33.3%），且無明顯不良反應(yīng)[4]。任氏檢測給予白芍總苷治療的慢性蕁麻疹患者（30例）治療前后血清IFN-γ、IL-4、IL-17水平，結(jié)果治療后患者血清IL-4、IL-17的濃度較治療前顯著降低（P

2 治療銀屑病

孫氏以白芍總苷聯(lián)合一清膠囊治療尋常型銀屑病56例，有效率89.3%，顯著高于對照組（P

3 治療散發(fā)型白癜風(fēng)

葉氏以白芍總苷聯(lián)合吡美莫司治療散發(fā)型白癜風(fēng)45例，結(jié)果白芍總苷聯(lián)合吡美莫司能促進(jìn)散發(fā)型白癜風(fēng)患者皮損恢復(fù)，改善外周血CD4+/CD8+T細(xì)胞比值，提高CD4+/CD25+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞水平[8]。

4 治療干燥綜合征

蔡氏以白芍總苷聯(lián)合甲氨蝶呤治療干燥綜合征60例，治療組有效率83.3%，與對照組差異顯著（P

5 治療附睪淤積癥

陳氏用微波聯(lián)合白芍總苷治療附睪淤積癥27例，總有效率92.59%，表明微波聯(lián)合白芍總苷是治療附睪淤積癥的一種有效方法[10]。

6 治療慢性腎炎蛋白尿

謝氏以白芍總苷聯(lián)合氯沙坦甲治療慢性腎炎蛋白尿33例，結(jié)果治療前后尿蛋白定量明顯下降，治療組較對照組下降的更顯著（P

7 對心肌重構(gòu)的影響

韓氏研究白芍總苷對鹽酸異丙腎上腺素、左旋甲狀腺素誘導(dǎo)所致的心肌重構(gòu)的影響，結(jié)果表明白芍總苷具有一定的抗心肌重構(gòu)作用[12]。

8 治療掌跖膿皰病

賈氏以阿維A聯(lián)合白芍總苷治療掌跖膿皰病30例，結(jié)果有效率87%，明顯高于對照組（68%），差異顯著（P

9 脂質(zhì)體和注射制劑實(shí)驗(yàn)研究

李氏以逆向蒸發(fā)法研究制備了白芍總苷的脂質(zhì)體制劑，獲得了平均粒徑為498nm的圓球狀單室脂質(zhì)體，在4℃貯存穩(wěn)定[14]。劉氏采用柱層析分離、純化，制得純度較高的白芍總苷，通過單因素、正交試驗(yàn)選出提取溶媒，考察成型工藝，制成注射用白芍總苷凍干粉[15]。

總之，白芍總苷的臨床應(yīng)用與劑型拓展，擴(kuò)大了中藥白芍的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著應(yīng)用與研究的深入，白芍將更好地為人類健康作貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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第8篇

[關(guān)鍵詞]　心動過速；室上性；胺碘酮；普羅帕酮；老年；腫瘤；

[中圖分類號]　r541.7+1 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]　a [文章編號]　1674-4721（2012）12（c）-0075-03

室上性心動過速（svt）包括房性心動過速、心房撲動、房室結(jié)折返性心動過速（avnrt）及房室折返性心動過速（avrt），是臨床上常見的心律失常類型之一，癥狀取決于心室率、潛在心臟疾病、室上速的持續(xù)時間、患者的自我感覺[1]。老年腫瘤患者因手術(shù)應(yīng)激、疼痛、尿管、胃管刺激等因素影響易發(fā)生室上性心動過速，該群體大多耐受能力下降，svt發(fā)生時往往癥狀較重，常伴有血流動力學(xué)改變，有潛在致命風(fēng)險，故臨床上對老年腫瘤患者svt的發(fā)作應(yīng)積極治療，快速終止其發(fā)作。本研究對采用機(jī)械刺激興奮迷走神經(jīng)無效后患者分別靜脈注射胺碘酮、普羅帕酮終止svt，若無效再采取兩組間藥物互相聯(lián)合，觀察用藥后的療效、安全性，現(xiàn)報(bào)道如下：

1　資料與方法

1.1　一般資料

選取2006年7月～2012年7月在本院門診或住院svt發(fā)作的老年腫瘤患者，將無法通過機(jī)械刺激終止并已排除器質(zhì)性心臟病史共56例患者按就診順序隨機(jī)分為胺碘酮組和普羅帕酮組，分別進(jìn)行胺碘酮、普羅帕酮靜脈注射治療，若單一用藥無效，則兩組間藥物互相聯(lián)合靜脈注射。胺碘酮組共32例，其中，男15例，女17例，年齡60～82（69±8）歲；普羅帕酮組共24例，其中，男13例，女11例，年齡63～85（70±11）歲。病例入選標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥60歲，未長期規(guī)律口服抗心律失常藥且已確診的svt老年腫瘤患者，同時除外下列疾病：心肌缺血、心功能不全和室內(nèi)傳導(dǎo)障礙者；甲狀腺功能異常；嚴(yán)重的肝腎功能不全；未控制的嚴(yán)重慢性阻塞性肺部疾病；qt間期大于0.5　s[2]。兩組患者性別、年齡、血壓、心室率、室上性心動過速分類、原發(fā)病比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p　>　0.05），具有可比性。

1.2　治療方法

1.3　觀察指標(biāo)

2.2　心率、血壓變化　胺碘酮、普羅帕酮治療后對心率、收縮壓和舒張壓的影響

具體見表2。

2.3　不良反應(yīng)

胺碘酮組竇性心動過緩2例，靜脈炎1例；普羅帕酮組竇性心動過緩1例，偶發(fā)室性期前收縮1例。兩組不良反應(yīng)停藥后均可恢復(fù)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（p　>　0.05）。聯(lián)合用藥后出現(xiàn)竇性心動過緩1例，ⅰ度房室傳導(dǎo)阻滯1例，低血壓狀態(tài)1例，停藥后未予處理，自行恢復(fù)。

3　討論

svt根治的方法為射頻消融術(shù)，大多數(shù)老年腫瘤患者無法接受，但該患病群體對室上性心動過速耐受性差，對機(jī)械刺激興奮迷走神經(jīng)仍無法終止的患者必須選擇一種治療效果好、不良反應(yīng)少的抗心律失常藥物及時終止svt。

胺碘酮是ⅲ類廣譜抗心律失常藥物，作為多通道阻滯劑，除阻滯ⅰkr、ⅰks、ⅰkur、背景鉀流（ⅰkl）外，也阻滯ⅰna、ⅰca-l，延長心肌細(xì)胞動作電位時程，延長復(fù)極時間，延長有效不應(yīng)期，在目前臨床廣泛應(yīng)用于各種室性及室上性心律失常，不足之處是心外副作用較多，主要是肺毒性和甲狀腺功能異常，外周靜脈給藥時易發(fā)生靜脈炎，可能與其分子中含碘有關(guān)[3，5]。本研究中胺碘酮轉(zhuǎn)變svt有效率為78.1%，治療的有效率與普羅帕酮相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。首次使用時劑量易于掌握，使用安全，尤其適合于急癥時應(yīng)用。因本研究對觀察對象的入選標(biāo)準(zhǔn)，且累計(jì)用量少，觀察時間短，未出現(xiàn)嚴(yán)重不良反應(yīng)。

普羅帕酮是ⅰc類抗心律失常藥，通過阻滯心肌細(xì)胞快na+

通道的開放，減慢心肌傳導(dǎo)，有效地終止鈉通道依賴的折返[6]，但與開放和失活狀態(tài)的通道親和力大，因此呈使用依賴性。本研究中其治療svt有效率為79.2%，結(jié)果顯示其對于本研究入選的正常心功能老年腫瘤患者安全有效，但對存在器質(zhì)性心臟病尤其對缺血心肌敏感，易誘發(fā)致命性心律失常（心室顫動、室性心動過速）[7]。

對兩組患者單一用藥無效后，再采取兩組間互相聯(lián)合用藥治療，可進(jìn)一步提高療效，總有效率達(dá)98.2%，而且并未監(jiān)測到嚴(yán)重不良反應(yīng)，顯示兩種藥物聯(lián)合安全有效。但本研究局限于已排除器質(zhì)性心臟病患者，且治療后觀察時間短，對患者遠(yuǎn)期療效和預(yù)后影響未知。在臨床應(yīng)用中處理svt時根據(jù)患者有無器質(zhì)性心臟病史、血流動力學(xué)是否穩(wěn)定等有選擇地應(yīng)用胺碘酮、普羅帕酮，必要時兩種藥物聯(lián)合可以安全有效地控制老年腫瘤患者室上性心動過速的發(fā)作。

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第9篇

[中圖分類號] R541.7+5 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號] 1005-0515（2010）-12-024-01

性早搏(房早)是心房內(nèi)異位起搏點(diǎn)提前發(fā)生的激動。房顫是一種以心房不協(xié)調(diào)活動而導(dǎo)致的心房機(jī)械功能惡化為特征的快速心律失常。兩者都是臨床上常見的心律失常。房顫的危害主要有：①潛在的血栓栓塞，以腦栓塞為主，致殘率高；②惡化心臟功能，如心房喪失泵血作用，心排血量降低；③降低生活質(zhì)量，由于心室搏動極不勻齊，患者易感覺心慌、乏力等不適。房顫早期治療療效尚可，但反復(fù)發(fā)作后可形成難治性房顫，所以了解房顫誘發(fā)的因素和機(jī)制有重要意義。

1 房性早搏是心房顫動的始動因素

房顫絕大多數(shù)由器質(zhì)性心臟病引起，極少數(shù)無明確病因[1]。人群研究顯示，孤立性房顫的發(fā)生率占所有房顫的比例不到1.2%。

孫藝紅等的研究顯示：225次房顫中，210次均由房早誘發(fā)；誘發(fā)房顫的早搏聯(lián)律間期較未誘發(fā)房顫的早搏聯(lián)律間期縮短25ms。研究認(rèn)為相當(dāng)一部分房顫是由心房內(nèi)某一特殊的異位起搏點(diǎn)觸發(fā)的[2]。王興德等的研究顯示：50例患者的290次房顫發(fā)作的心電觸發(fā)因素中，房早占86.2%；觸發(fā)房顫的房早聯(lián)律間期比為觸發(fā)房顫的房早聯(lián)律間期縮短40ms以上[3]。因此探討房早誘發(fā)的房顫具有重要的臨床價值。

2房顫的相關(guān)機(jī)制分析

房顫是一種多因素共同作用下的病變，其病因主要有①神經(jīng)內(nèi)分泌因素（手術(shù)、代謝紊亂、藥物、酒精等）②心臟結(jié)構(gòu)病變（心肌炎癥、心肌肥厚、瓣膜病變、纖維樣變等）③肺部疾病（肺心病、肺栓塞等）④其他（遺傳等）。

目前，房顫的發(fā)生機(jī)制傾向于觸發(fā)機(jī)制和維持機(jī)制的共同作用。大量的研究支持心房基質(zhì)異常在維持房顫中的作用[3]。而觸發(fā)機(jī)制在房顫的發(fā)生與維持中也起了非常重要作用；房早、房速、房撲等因素均可觸發(fā)房顫，其中房性早搏是最重要因素之一[4]。房顫前頻繁的房早刺激心房，可能導(dǎo)致心房急性電重構(gòu)，房內(nèi)傳導(dǎo)時間延長，容易折返而始動房顫。

觸發(fā)房顫的房早聯(lián)律間期縮短表明心房不應(yīng)期的延長，這時，心房肌的有效不應(yīng)期、相對不應(yīng)期、易顫期都相應(yīng)延長[5]，房早來的越早，越易落入心房肌的易顫期或落入折返窗口中而增加房早誘發(fā)房顫的概率[6]。

房顫發(fā)生前的頻發(fā)房早可能通過刺激心房，使得電活動在心肌中擴(kuò)布，從而形成折返和微折返而誘發(fā)房顫。

3小結(jié)

目前我們對房顫的機(jī)制認(rèn)識還非常有限，但臨床數(shù)據(jù)表明，我們可以從房性早搏入手，來預(yù)防和治療早期房顫，從而提高患者的生活質(zhì)量和生存率。

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