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篇(1)

關(guān)鍵詞：三位一體化；數(shù)字醫(yī)療；生物醫(yī)學(xué)工程

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0134-02

一、“三位一體化”創(chuàng)新型數(shù)字醫(yī)療人才培養(yǎng)模式的必要性

我國高等教育當(dāng)前的任務(wù)是為社會培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才，工程類和“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)必須面向我國經(jīng)濟建設(shè)主戰(zhàn)場，應(yīng)責(zé)無旁貸地為地方經(jīng)濟的振興和可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。國家“十一五”規(guī)劃中把發(fā)展教育和培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才擺在了更加突出的戰(zhàn)略位置[1，2]。在我國，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)大致可分為兩種類型：“研究型的綜合性的，大體是我們國立的重點大學(xué)”；“應(yīng)用型的專業(yè)性的、培養(yǎng)各行各業(yè)的應(yīng)用型的高級專門人才，包括一般的高等學(xué)校，尤其是地方高等學(xué)?！焙汀奥殬I(yè)性的技術(shù)技能型”。傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式仍然占統(tǒng)治地位，其課程設(shè)置、課程內(nèi)容以及教學(xué)過程中都帶有濃重的學(xué)科體系特點。學(xué)生的職業(yè)能力難以提高，很難適應(yīng)實際工作的需要，從而出現(xiàn)了人才市場上供求失衡的結(jié)構(gòu)性矛盾?？梢钥闯觯瑐鹘y(tǒng)的教育教學(xué)模式對學(xué)生能力培養(yǎng)的缺失決定了教學(xué)模式改革的必然性。而“三位一體化”創(chuàng)新型數(shù)字醫(yī)療人才培養(yǎng)模式是一種以職業(yè)能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教育模式，其彌補了傳統(tǒng)的教育模式在能力培養(yǎng)上的不足，符合生物醫(yī)學(xué)工程人才培養(yǎng)的需求。因此，構(gòu)建“三位一體化”創(chuàng)新型數(shù)字醫(yī)療人才培養(yǎng)模式，切實提高生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量，努力培養(yǎng)符合時代要求的人才，顯得尤為重要。

二、“三位一體化”創(chuàng)新型數(shù)字醫(yī)療人才培養(yǎng)模式的規(guī)劃

我校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科人才培養(yǎng)應(yīng)以信息技術(shù)為支撐，以服務(wù)地方經(jīng)濟為出發(fā)點，以數(shù)字醫(yī)療儀器為特色，培養(yǎng)具備生命科學(xué)、電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)及信息科學(xué)有關(guān)的理論知識，具有能將醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合的科學(xué)研究能力，能從事醫(yī)學(xué)電子儀器的設(shè)計制造、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計制造以及在其他電子應(yīng)用技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)等方面從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)運行等工作的高水平、創(chuàng)新復(fù)合型人才。因此，推進(jìn)人才模式研究，合理安排知識內(nèi)容，突出多學(xué)科交叉的特點，加大產(chǎn)學(xué)研合作力度，培養(yǎng)學(xué)科歸屬感、自豪感，讓社會更了解生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，也為地方經(jīng)濟的發(fā)展提供高水平的人才儲備，這些都將列入我們的學(xué)科規(guī)劃。

在創(chuàng)新培養(yǎng)模式研究中注重解決三個科學(xué)問題：①交叉學(xué)科人才培養(yǎng)問題，實現(xiàn)我校獨具特色的新型交叉學(xué)科研究生創(chuàng)新教育模式研究；②信息背景和導(dǎo)向問題，實現(xiàn)扎實的信息技術(shù)背景、服務(wù)數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)研究；③產(chǎn)學(xué)研研發(fā)平臺和研究生培養(yǎng)平臺的建設(shè)，利用現(xiàn)有多企業(yè)協(xié)作的省部級科技平臺，培養(yǎng)更具活力、創(chuàng)新型研究生人才。

三、“三位一體化”創(chuàng)新型數(shù)字醫(yī)療人才培養(yǎng)模式的實施路徑

（一）優(yōu)化生物醫(yī)學(xué)工程研究生教育課程結(jié)構(gòu)體系

知識結(jié)構(gòu)是指知識的構(gòu)成狀況，即所掌握的各種知識的相互比例、相互聯(lián)系、相互協(xié)調(diào)、相互作用以及它們所形成的整體功能。知識結(jié)構(gòu)通常包括核心知識和拓展知識，它們相對應(yīng)的教育分別是核心教育和拓展教育。由于以前的人才培養(yǎng)目標(biāo)不明確，學(xué)生所接受的核心教育內(nèi)容不一致，各高校差別非常大。比如醫(yī)學(xué)院校往往強調(diào)醫(yī)科內(nèi)容，學(xué)生最初接觸的知識往往是純醫(yī)學(xué)內(nèi)容，在進(jìn)行后續(xù)的拓展教育時，由于工科基礎(chǔ)太薄弱，學(xué)生感覺非常吃力。而在工科院校，核心教育內(nèi)容重視工科，按理說進(jìn)行拓展教育比較輕松，但問題仍然比較嚴(yán)重?！吧镝t(yī)學(xué)工程學(xué)科是干什么的？”“與自動化等專業(yè)的區(qū)別在哪里？”“重慶郵電大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科研究生培養(yǎng)些什么？”這些疑惑讓學(xué)生的拓展教育受到制約。生物醫(yī)學(xué)工程研究生教育課程群主要包括5個方面的內(nèi)容：（1）科學(xué)基本知識；（2）工程專業(yè)核心課程；（3）生物醫(yī)學(xué)專業(yè)核心課程；（4）人文與社會科學(xué)；（5）工程專業(yè)選修課程。

（二）突出信息特色，探索教育創(chuàng)新如何服務(wù)地方經(jīng)濟

生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科需要寬厚的信息背景，要利用運用大量的通信、計算機領(lǐng)域和儀器儀表知識。重慶市“10+2”產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提出要重點發(fā)展信息（數(shù)字醫(yī)療等）、生物（生物醫(yī)學(xué)工程等）等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，構(gòu)建一批高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地，在生物醫(yī)療、信息、儀器儀表等重點領(lǐng)域形成一批國家級和市級工程技術(shù)研發(fā)中心[3]。因此，本研究將立足信息學(xué)科基礎(chǔ)，主動服務(wù)經(jīng)濟和社會發(fā)展，以醫(yī)學(xué)電子儀器為學(xué)科特色，培養(yǎng)具備生命科學(xué)、電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)及信息科學(xué)有關(guān)的理論知識，具有能將醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合的科學(xué)研究能力，能從事醫(yī)學(xué)電子儀器的設(shè)計制造、儀器與系統(tǒng)的設(shè)計制造以及在其他電子應(yīng)用技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)等方面從事系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)運行等工作的研究生創(chuàng)新人才。

（三）構(gòu)建、探索運行具有可推廣性的校企聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研合作研究平臺

研究生創(chuàng)新能力很大程度體現(xiàn)在解決問題、理論分析、研究開發(fā)的綜合能力。研究實踐平臺是研究生創(chuàng)新教育最重要的一環(huán)。在全面推進(jìn)素質(zhì)教育、實施科教興國戰(zhàn)略中，教育工作者擔(dān)負(fù)了培養(yǎng)21世紀(jì)社會主義建設(shè)人才的重任。在以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的新型教學(xué)模式中，實踐教學(xué)活動作為一種重要的學(xué)習(xí)過程，其目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)水平，開拓學(xué)生科學(xué)視野，提升學(xué)生科研素質(zhì)，鍛煉學(xué)生動手能力，加強學(xué)生主動思考能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力。在為國家和社會培養(yǎng)高級醫(yī)學(xué)工程型人才的教育工作中，生物醫(yī)學(xué)工程的廣大教師和教育管理者應(yīng)該廣開思路，不僅重視研究理論教學(xué)方法以培養(yǎng)和提高學(xué)生的素質(zhì)，還要積極為學(xué)生實踐活動提供機會，創(chuàng)造環(huán)境和氛圍。

（四）研究生創(chuàng)新能力評價方法研究

目前研究生水平評價主要通過三個方面體現(xiàn)：第一是課程考核；第二是；第三是論文答辯。這三大模塊基本上確定了研究生的學(xué)習(xí)能力、處理課題能力和總結(jié)能力。但是對于生物醫(yī)學(xué)工程這種交叉學(xué)科，其評價方法應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)科特色，需要更加細(xì)致化、過程化和量化。主要研究內(nèi)容包括：（1）評價指標(biāo)體系的選用。既有學(xué)科特點，又有產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新，交叉學(xué)科，信息特色。比如：課程學(xué)習(xí)體系，必然要包含信息技術(shù)、工程技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)技術(shù)、健康康復(fù)要求等多方面、多模塊的知識體系，包括課堂學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)查閱、情報檢索、歸納總結(jié)等能力，知識產(chǎn)權(quán)申報與總結(jié)；產(chǎn)學(xué)研平臺實習(xí)和解決企業(yè)需求能力評價；發(fā)表科技作品，不但包括科研論文，還應(yīng)該強調(diào)文獻(xiàn)綜述發(fā)表，專利申報，軟件著作權(quán)發(fā)表等事項。（2）指標(biāo)體系權(quán)重設(shè)計和評價算法。通過充分調(diào)研、征求導(dǎo)師、同行、學(xué)生意見和建議設(shè)計各參數(shù)權(quán)重體系。通過評價體系和體系指標(biāo)權(quán)重設(shè)計相應(yīng)的評價算法，通過量化和定性評語方式確定研究生創(chuàng)新能力。（3）評價效果研究。通過評價體系的研究，跟蹤創(chuàng)新人才培養(yǎng)效果，同時進(jìn)行評價方法效果復(fù)核。

（五）探索研究生研究、學(xué)習(xí)生涯規(guī)劃

研究生生活時間短，而學(xué)習(xí)、研究任務(wù)重。研究旨在實現(xiàn)一種明確的、有序的研究生研究學(xué)習(xí)生涯規(guī)劃，解決如何盡快適應(yīng)交叉學(xué)科學(xué)習(xí)研究、如何規(guī)劃研究生涯問題。通過研究生涯路線圖的形式研究在不同學(xué)習(xí)階段生物醫(yī)學(xué)工程研究生所需從事的工作、參與的課題、掌握的技能、乃至發(fā)表的作品。通過不同類型、不同基礎(chǔ)入學(xué)研究生的研究生涯路線圖，獲得更加規(guī)范、更加高效的研究過程管理。探索學(xué)習(xí)、研究過程的宏觀目標(biāo)與微觀管理的有機聯(lián)系，通過共性問題，提煉出不同類型入學(xué)研究生將要踐行、實現(xiàn)的研究路線圖。在研究中還將全面研究國際、國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科中的優(yōu)勢體系、培養(yǎng)方案，進(jìn)一步提煉出生物醫(yī)學(xué)工程發(fā)展的新戰(zhàn)略和人才培養(yǎng)新模式，優(yōu)化研究生課程體系，建設(shè)課程群，提高教學(xué)效果，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的全面實施與整體提升。

四、結(jié)束語

實現(xiàn)獨具特色的新型交叉學(xué)科研究生創(chuàng)新教育模式研究，實現(xiàn)扎實的信息技術(shù)背景、服務(wù)數(shù)字醫(yī)療領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)研究，建設(shè)產(chǎn)學(xué)研研發(fā)平臺和研究生培養(yǎng)平臺，利用現(xiàn)有多企業(yè)協(xié)作的省部級科技平臺，培養(yǎng)更具活力、創(chuàng)新型研究生人才，必須探索本學(xué)科專業(yè)碩士的培養(yǎng)方法和教學(xué)改革模式，在可能情況下與我國“卓越計劃”進(jìn)行有效接軌，探索在數(shù)字醫(yī)療人才培養(yǎng)領(lǐng)域開展應(yīng)用型、工程型、創(chuàng)新性卓越工程師的可行性[4]。顯而易見，只有注重過程管理、完善考核評價體系，學(xué)生能力的提高才有內(nèi)在的驅(qū)動力，才能保證“三位一體化”創(chuàng)新型數(shù)字醫(yī)療人才培養(yǎng)模式成功實施。

參考文獻(xiàn)：

[1]張陽德，，任力鋒.生物醫(yī)學(xué)工程教育模式和人才培養(yǎng)途徑的探討[J].中國醫(yī)學(xué)工程，2004，12（3）：106-107.

[2]陳武凡，譚小丹，周猛.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科特色教育的系統(tǒng)規(guī)劃[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28（9）：78-79.

篇(2)

[關(guān)鍵詞]生物交叉學(xué)科 復(fù)合式教學(xué)體系 理論 實踐

[中圖分類號]G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1009-5349（2012）10-0227-01

20世紀(jì)末與21世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)代科學(xué)的發(fā)展和重大科學(xué)技術(shù)成就的取得，越來越依賴于不同學(xué)科之間的交叉與融合，許多有影響的科技成果，都是在學(xué)科的交互和交叉點上取得的。典型的例子是2003諾貝爾醫(yī)學(xué)獎，它們的獲得者是物理學(xué)科（曼斯菲爾德）和化學(xué)學(xué)科（勞特布爾）的研究背景，他們的研究與醫(yī)學(xué)研究的交叉結(jié)合產(chǎn)生了對人類發(fā)展具有極大影響的杰出成果——核磁共振圖像技術(shù)在臨床診斷和醫(yī)學(xué)研究上的突破。

一、交叉學(xué)科內(nèi)涵和生物學(xué)實例

1.交叉學(xué)科內(nèi)涵。交叉學(xué)科指的是兩個或多個學(xué)科相互合作，在同一個目標(biāo)下進(jìn)行的學(xué)術(shù)活動。

2.生物科學(xué)領(lǐng)域中的交叉學(xué)科實例。

（1）生物化學(xué)；（2）生物醫(yī)學(xué)工程；（3）生物信息學(xué)；（4）生物物理學(xué)；（5）生物數(shù)學(xué)。

二、交叉學(xué)科復(fù)合式教學(xué)體系內(nèi)涵及生物交叉學(xué)科優(yōu)勢

（一）交叉學(xué)科復(fù)合式教學(xué)體系內(nèi)涵

交叉學(xué)科復(fù)合式教學(xué)體系是指以交叉學(xué)科為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)復(fù)合型人才為目標(biāo)，遵循系統(tǒng)原則，采用復(fù)合式設(shè)計方法，對教學(xué)要素（教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)理念、教學(xué)主體、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)管理、教學(xué)原則、教學(xué)手段、教學(xué)評價等）進(jìn)行交叉復(fù)合，達(dá)到優(yōu)化匹配，形成高效的人才生成復(fù)雜系統(tǒng)，具有開放性、復(fù)雜性、實踐性、實用性、創(chuàng)新性及綜合性等特征的教學(xué)體系。[1]

（二）生物交叉學(xué)科優(yōu)勢

1.交叉學(xué)科的范式是：A領(lǐng)域的研究問題，用B領(lǐng)域的方法。而這種研究方法和研究問題的重新組合，往往能產(chǎn)生很多新的發(fā)現(xiàn)，從而使得交叉學(xué)科能夠得以蓬勃發(fā)展。這也是最大優(yōu)勢。

2.生物交叉學(xué)科優(yōu)勢。（1）它融合了不同學(xué)科的范式，推動了以往被專業(yè)學(xué)科所忽視的領(lǐng)域的研究，打破了專業(yè)化的壟斷現(xiàn)象；（2）增加了各學(xué)科之間的交流，形成了許多新的學(xué)科；（3）創(chuàng)造了以“問題解決”（problem-soving）研究為中心的研究模式，推動了許多重要實踐問題的解決。[2]

3.生物交叉學(xué)科實例包括：（1）生物化學(xué)；（2）化學(xué)生物學(xué)；（3）生物醫(yī)學(xué)工程；（4）生物信息學(xué)；（5）生物物理學(xué)；（6）生物數(shù)學(xué)。

三、佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的實踐

1.本科生導(dǎo)師制。導(dǎo)師制是一種教育制度，與學(xué)分制、班建制同為三大教育模式。導(dǎo)師制由來已久，早在19世紀(jì)，牛津大學(xué)就實行了導(dǎo)師制，其最大特點是師生關(guān)系密切。[3]

2.佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生創(chuàng)新能力訓(xùn)練體系模式。（1）佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生研究性學(xué)習(xí)的訓(xùn)練模式；（2）佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生研究型討論的訓(xùn)練模式；（3）佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生研究課題文獻(xiàn)資料查詢和綜述、成果總結(jié)發(fā)表和研究論文寫作的訓(xùn)練模式。

3.佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科研究型畢業(yè)設(shè)計模式。佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會按照教育部的有關(guān)規(guī)定和人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求，根據(jù)生物交叉學(xué)科專業(yè)人才培養(yǎng)的規(guī)律、特點和實際，制定符合生物交叉學(xué)科特點的《本科畢業(yè)論文（設(shè)計）工作管理辦法》。

4.佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生職業(yè)技能鑒定培養(yǎng)模式。佳木斯大學(xué)職業(yè)技能鑒定所面向佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生及社會需求，開展職業(yè)技能鑒定。在大學(xué)生中開展“雙證書”制度，提高學(xué)生的職業(yè)技能水平和就業(yè)競爭力。

5.佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生攻讀第二學(xué)位培養(yǎng)模式。

6.佳木斯大學(xué)生物交叉學(xué)科本科生課外自主科研與合作科研培養(yǎng)模式。（1）自主科研：佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物交叉學(xué)科本科生課外早期探索自己感興趣的研究方向；結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文），繼續(xù)從事和完成他們自己的研究課題。（2）合作科研：佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生物交叉學(xué)科本科生課外早期經(jīng)過探索和初步訓(xùn)練以后，參加教師的高層次科研項目的研究，結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文），繼續(xù)從事和完成他們自己的研究課題。[4]

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡樹華，蘭飛，范文芳.交叉學(xué)科的復(fù)合式教學(xué)體系設(shè)計研究[J].江蘇高教，2007.7：69-71.

[2]http：///view/67024.htm.

篇(3)

1研究生教學(xué)內(nèi)容和模式的創(chuàng)新與實踐

當(dāng)前教學(xué)體系存在的主要問題：口腔醫(yī)學(xué)研究生課程內(nèi)容或多或少存在與本科課程的交叉重復(fù)，研究生部分課程內(nèi)容的高深層級性只是體現(xiàn)在對本科生課程內(nèi)容上，難以體現(xiàn)不同層次人才培養(yǎng)在課程設(shè)置上的遞進(jìn)性，客觀上降低了研究生的課程要求，影響了研究生培養(yǎng)質(zhì)量。口腔研究生階段課程設(shè)置的涵蓋面較窄，課程體系相對局限于特定學(xué)科范圍之內(nèi)，如專業(yè)選修課的設(shè)置多數(shù)按三級學(xué)科設(shè)置，不能很好體現(xiàn)知識擴展的功用，導(dǎo)致研究生知識面的狹窄，研究視野受到很大的局限。此外，授課方式仍然以課堂講授為主，過多強調(diào)教師在教學(xué)中的主導(dǎo)地位；在對學(xué)習(xí)效果的評估考核上，考核的范疇更多地限于教師講授的內(nèi)容。教學(xué)目標(biāo)的改革：堅持把研究方法的學(xué)習(xí)和練習(xí)放在首要位置。熟練地掌握研究方法是科研能力的核心要素，能夠直接決定一項科學(xué)研究的質(zhì)量，所以應(yīng)該堅持把研究方法的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練作為重要的一環(huán)。作者在課程學(xué)習(xí)的早期階段開設(shè)研究方法學(xué)課程，向研究生介紹研究的一般程序、基本原則和基本方法，學(xué)習(xí)如何提出問題、如何查閱文獻(xiàn)、如何收集材料、如何分析數(shù)據(jù)、如何得出結(jié)論、什么是合理借鑒與引用等等。教學(xué)內(nèi)容的改革：開設(shè)跨學(xué)科、跨專業(yè)課程。當(dāng)前的研究生課程各個學(xué)科間的相互滲透、交叉、繼承性和綜合性都表現(xiàn)的極為突出，知識界限也日趨模糊，課程設(shè)置應(yīng)多樣而靈活，才能使研究生具有全面的知識結(jié)構(gòu)，激發(fā)研究生的創(chuàng)新意識，提高其創(chuàng)新能力。作者在醫(yī)學(xué)院公共學(xué)位課中，也開設(shè)了《諾貝爾獎?wù)撐钠饰觥返日n程，受到研究生的廣泛歡迎；在專業(yè)課方面，在我國國內(nèi)較早開設(shè)了《口腔分子生物學(xué)與口腔實驗動物模型》、《口腔頜面部發(fā)育生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)》及《口腔生物材料學(xué)》等口腔醫(yī)學(xué)研究生“十二五規(guī)劃教材”課程，初步實現(xiàn)了從傳授型課程向創(chuàng)造型課程的轉(zhuǎn)變，提升了研究生科學(xué)思維和創(chuàng)新思維的能力和水平。教學(xué)方式和評估體系的改革：努力改變研究生被動參與教學(xué)的情況，提升其學(xué)習(xí)的主動性。在授課上主要采用專題講座、論文和綜述匯報、專題討論、學(xué)習(xí)班等方式，著重提出“以干促學(xué)”、“以干代訓(xùn)”的理念，即針對研究生科研工作的實際需求，組織教學(xué)活動，促進(jìn)其學(xué)習(xí)知識的主動性。如針對文獻(xiàn)管理，組織研究生參加本校圖書館舉辦的《NoteExpress學(xué)習(xí)班》，針對臨床研究，組織了《Cochrane－Style系統(tǒng)評價培訓(xùn)班》，針對SCI論文寫作，組織了《SCI插圖規(guī)范化操作研討班》，針對基因組學(xué)、蛋白組學(xué)等前沿研究，邀請校內(nèi)外專家及著名生物醫(yī)學(xué)廠商舉辦各種學(xué)習(xí)班等等。這些工作不但提升了研究生學(xué)習(xí)的熱情和效率，還促進(jìn)了作者所在醫(yī)院的科研產(chǎn)出，很多研究生也據(jù)此獲得了“光華基金”、“吳世華基金”及“國家獎學(xué)金”等獎勵和榮譽。

2研究生創(chuàng)新平臺建設(shè)的創(chuàng)新與實踐

研究生培養(yǎng)平臺的不足：近年來，各種大型精密儀器在高校逐漸普及，然而，硬件設(shè)施具備了，相應(yīng)的管理工作卻沒有跟上，取得的效果卻并不理想。首先，某些專業(yè)性很強的儀器被不科學(xué)地安置于常規(guī)實驗室中，使它們不能被充分利用，即使應(yīng)用，也大大降低了其在科研中的價值。其次，研究生進(jìn)入實驗室做實驗，由于實驗技術(shù)人員的缺少及精力所限，使研究生缺乏正規(guī)的指導(dǎo)與培訓(xùn)，即便是技術(shù)人員，也存在專業(yè)水平差，對新技術(shù)、新方法掌握不熟練等問題，不能正確引導(dǎo)研究生分析和思考在科研實踐中遇到的理論或技術(shù)難題，這些都直接地影響了研究生創(chuàng)新能力的提高。整合現(xiàn)有研究生創(chuàng)新平臺：在西安交通大學(xué)“行動計劃”的支持下，作者及所在團(tuán)隊整合了當(dāng)時醫(yī)院的3個研究所組建了統(tǒng)一的“口腔醫(yī)學(xué)研究中心”。研究中心建設(shè)的基本原則是“三個集中和一個避免”：①集中實驗區(qū)域；②集中設(shè)備和材料，將原有實驗室的全部設(shè)備和材料無償劃撥給實驗中心；③集中人力，采用引進(jìn)、培養(yǎng)和調(diào)整的方針，建立了一支專職的研究和管理隊伍，即中心實驗室不但要有設(shè)備還要有思想；④避免重復(fù)建設(shè)，與校內(nèi)其他平臺建設(shè)交流，共享大型設(shè)備，節(jié)省資金用于必需設(shè)備和有特點的設(shè)備的購買。該醫(yī)院實驗室由專人負(fù)責(zé)日常的維護(hù)和管理，研究生進(jìn)入實驗室之前進(jìn)行培訓(xùn)，并針對每個研究生開設(shè)課題方向進(jìn)行實驗技術(shù)指導(dǎo)，使其基礎(chǔ)實驗?zāi)芰εc理論水平相匹配；同時，要求研究生學(xué)會詳細(xì)觀察實驗的現(xiàn)象、綜合分析實驗的結(jié)果，切實提高了其實驗的操作能力。搭建校企產(chǎn)學(xué)研戰(zhàn)略合作平臺：實踐證明，遵循“臨床到實驗室再回到臨床的道路（bed－beach－bed）”的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)規(guī)律的產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合，無疑是一種非常好的研究生培養(yǎng)模式。咸陽西北醫(yī)療器械（集團(tuán)）有限公司是目前我國規(guī)模最大、綜合實力最強的口腔醫(yī)療器械專業(yè)制造廠商，經(jīng)過較長時間醞釀和深入磋商，作者所在醫(yī)院已與其初步搭建了一個校企產(chǎn)、學(xué)、研戰(zhàn)略合作平臺。目標(biāo)是在口腔醫(yī)療設(shè)備器械領(lǐng)域開展更廣泛的技術(shù)合作，旨在實質(zhì)性地加強高等學(xué)校與企業(yè)間的密切合作，積極開展口腔醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和相關(guān)醫(yī)療設(shè)備的開發(fā)和應(yīng)用研究，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、高科技含量的先進(jìn)儀器技術(shù)，促進(jìn)向先進(jìn)產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化。合作除了可充分發(fā)揮該院口腔醫(yī)療特色及優(yōu)勢，面向區(qū)域服務(wù)地方，不斷提升區(qū)域創(chuàng)新能力，實現(xiàn)自身發(fā)展和區(qū)域發(fā)展良性互動之外，還可以共同培養(yǎng)研究生，并為他們提供科研實踐的最好基地。

3研究生交叉、開放式培養(yǎng)模式的創(chuàng)新與實踐

3．1研究生傳統(tǒng)培養(yǎng)模式的弊端

單一導(dǎo)師制：我國的研究生招生規(guī)模逐年擴大，導(dǎo)師少、研究生多的結(jié)構(gòu)性矛盾日益突出，單一導(dǎo)師制帶來的弊端日益凸現(xiàn)。首先，師生人數(shù)比例失調(diào)，嚴(yán)重制約了研究生培養(yǎng)質(zhì)量的提高和研究生知識水平的發(fā)展；其次，為了滿足研究生教育的需求，各個學(xué)校都降低了碩士生、博士生導(dǎo)師的遴選標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致研究生培養(yǎng)質(zhì)量出現(xiàn)參差不齊的現(xiàn)象；最后，知識時代的學(xué)科交叉性要求研究生具有寬廣的知識面，而單一導(dǎo)師的知識局限性會導(dǎo)致研究生學(xué)習(xí)范圍過窄、知識結(jié)構(gòu)不寬，單一導(dǎo)師制度已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前科學(xué)技術(shù)多學(xué)科交叉融合發(fā)展的趨勢。研究生培養(yǎng)模式封閉：目前的研究生教育仍然滿足于傳統(tǒng)意義的教學(xué)與科研上，醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的區(qū)分較為嚴(yán)格，造成在招生方面，由于就業(yè)容量的限制，口腔基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)招生較為困難；而口腔臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)的研究生，又對從事基礎(chǔ)研究缺乏積極性，因此，培養(yǎng)出來的學(xué)生也不可避免地存在醫(yī)學(xué)創(chuàng)新能力上的不足。在封閉的培養(yǎng)模式下，優(yōu)秀的研究生教育資源，包括導(dǎo)師資源、課程資源、科學(xué)研究試驗條件等無法在國內(nèi)各高校之間相互開放，更缺乏國際學(xué)術(shù)交流、講座、合作科研等培養(yǎng)研究生所不可或缺的國際性育人氛圍和環(huán)境。

3．2以學(xué)生為主體的、多導(dǎo)師合作制的改革

在研究生培養(yǎng)教學(xué)中，導(dǎo)師對研究生培養(yǎng)質(zhì)量起著舉足輕重的作用，如何保持導(dǎo)師隊伍的質(zhì)量是保證研究生培養(yǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵。為提高口腔醫(yī)學(xué)研究生的培養(yǎng)質(zhì)量，充分發(fā)揮導(dǎo)師的指導(dǎo)作用，作者所在醫(yī)院采用合作導(dǎo)師培養(yǎng)模式，建立合理的導(dǎo)師引入機制，并不斷探索研究生培養(yǎng)的“導(dǎo)師負(fù)責(zé)制”、“導(dǎo)師組”、“合作導(dǎo)師”相結(jié)合的多元化的研究生培養(yǎng)新模式，以期全面提升學(xué)科綜合力。在學(xué)科交叉的氛圍和環(huán)境中，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，拓寬學(xué)生的知識面，進(jìn)而提高研究生的創(chuàng)新和實踐能力。尤其是該醫(yī)院與西安交通大學(xué)的基礎(chǔ)研究和材料學(xué)院等相關(guān)研究教師合作，共同指導(dǎo)研究生完成課題研究，這種校內(nèi)跨學(xué)科合作導(dǎo)師模式，既可以讓學(xué)生掌握系統(tǒng)化的專業(yè)理論知識，開拓了思維，又發(fā)揮學(xué)校不同學(xué)科的綜合優(yōu)勢，并且直接推動了該醫(yī)院交叉學(xué)科“口腔生物醫(yī)學(xué)”的成立。西安交通大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)與生物學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)與工程和生物醫(yī)學(xué)工程等多學(xué)科共同建設(shè)“口腔生物醫(yī)學(xué)”交叉學(xué)科博士點，依托該校優(yōu)勢學(xué)科和“醫(yī)工”結(jié)合的優(yōu)勢，為培養(yǎng)具有國際視野和交叉學(xué)科思維能力、深諳生物學(xué)、材料學(xué)及生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)技術(shù)和實驗研究方法，并能夠從生物學(xué)理論的高度解決復(fù)雜的社會－心理－生物醫(yī)學(xué)模式下的口腔醫(yī)學(xué)問題的高端醫(yī)、教、研人才提供了新的思路。

3．3研究生交叉、開放培養(yǎng)模式的改革

為提高研究生教育水準(zhǔn)，應(yīng)當(dāng)全面開放研究生培養(yǎng)的客觀環(huán)境，把加強研究生學(xué)術(shù)活動品牌建設(shè)作為提高研究生創(chuàng)新能力和培養(yǎng)質(zhì)量的重要手段。研究生的培養(yǎng)不僅需要加強與其它高校的合作與交流，還應(yīng)該通過國際合作和交流開拓學(xué)術(shù)視野，改善研究生教育的學(xué)術(shù)生態(tài)環(huán)境。近年來，作者所在醫(yī)院同美國、德國、日本、挪威等國家的10余所著名大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的國際頂級專家和知名學(xué)者建立了廣泛的學(xué)術(shù)交流與課題合作，選送研究生到國外高水平實驗室開展科研工作，并取得了一定的成果，為構(gòu)建以創(chuàng)新為核心的開放式多學(xué)科交叉培養(yǎng)機制建設(shè)貢獻(xiàn)了力量。同時，為推動創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，吸引研究生優(yōu)秀生源，鼓勵和支持優(yōu)秀研究生從事科研創(chuàng)新研究，學(xué)校設(shè)立“西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院科研創(chuàng)新基金”，各項目資助經(jīng)費已經(jīng)開始在研究生科研活動中發(fā)揮效應(yīng)，對研究生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練起到了激勵和支持的作用。此外，還廣泛招收國際留學(xué)生，在國際研究生的創(chuàng)新性教育方面積累了相當(dāng)多的經(jīng)驗，擴大了該醫(yī)院的國際知名度。實踐證明。只有通過以創(chuàng)新能力為核心的交叉、開放式研究生培養(yǎng)模式的探索和一系列創(chuàng)新舉措的實施，才能構(gòu)筑與高水平研究型大學(xué)相適應(yīng)的開放式研究生培養(yǎng)體系，不斷提升研究生培養(yǎng)質(zhì)量和創(chuàng)新能力。

4結(jié)語與展望

篇(4)

關(guān)鍵詞： 步態(tài)研究 研究方法 正常步態(tài) 不正常步態(tài) 應(yīng)用

人出生后大約12―15個月就開始獨立行走。此后一生中，步行成為人體活動最基本的方式之一，人的步行姿態(tài)在一定程度上是與人體所處生物學(xué)因素及環(huán)境因素相互作用的體現(xiàn)。步態(tài)分析是對人體步行從運動學(xué)、動力學(xué)、肌肉工作特征及其運動控制等方面，進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。研究者們通過對步行姿態(tài)（步態(tài)）的研究，對人的行走功能進(jìn)行評定、對疾病的恢復(fù)效果進(jìn)行評價、對不正常步態(tài)進(jìn)行矯正、對行走輔助功能提供參考。步態(tài)研究已經(jīng)成為生物力學(xué)及醫(yī)學(xué)界的一個重要課題，國內(nèi)外學(xué)者們對此做了廣泛而深入的研究。本文通過對步態(tài)研究的方法、研究進(jìn)展等方面作綜述，希望為以后步態(tài)問題的深入研究提供參考。

1.步態(tài)研究的方法的發(fā)展

隨著人類科技的進(jìn)步，步態(tài)研究的方法在不斷更新。從原始的肉眼觀察、簡單工具測量到應(yīng)用數(shù)碼攝像技術(shù)、計算機模擬，到目前最為先進(jìn)的步態(tài)系統(tǒng)研究方法。方法的更新和進(jìn)步使步態(tài)研究更加準(zhǔn)確和豐富，為人類的健康作出了巨大的貢獻(xiàn)。

1.1肉眼觀察法

19世紀(jì)德國生理學(xué)家webers兄弟首先發(fā)表了對人體的基本位移形式―步行的研究。由于受到當(dāng)時條件的限制，他們采用了觀察法，通過素描及繪畫的方法對步態(tài)進(jìn)行了描述［1］。這也是較早對人體步態(tài)的研究之一。很顯然，這種方法的精確性差，而且僅能夠粗略地描述人體的步態(tài)。所以，這種方法隨著時代的發(fā)展已經(jīng)不再為人們所采用。但是，他們的研究方法引發(fā)了人們對步態(tài)研究的無窮探索。

1.2走紙法［2］

走紙法是一種較為古老的步態(tài)研究方法。它是通過對測試者所走過的足跡進(jìn)行測量，借助簡單的工具進(jìn)行步態(tài)分析的方法。這種研究法所能得到的參數(shù)很少，而且測試的工作量較大，且因為測量工具問題誤差較大。至今，這種方法逐漸被淘汰。從研究方法學(xué)來說，這種方法是人類利用測量工具研究步態(tài)的開始。

1.3攝影攝像法

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們開始利用性能較高的攝影攝像技術(shù)分析人體步態(tài)。使用兩到三臺互相垂直的攝像機對人體正常步行進(jìn)行拍攝。然后利用計算機分析系統(tǒng)對步態(tài)參數(shù)進(jìn)行測定。這種方法的精確度較高，參數(shù)分析的范圍比以往任何方法都要大。通過這種方法，我們可以得到步態(tài)的時間、空間、時間―空間參數(shù)，包括人體步行時的重心曲線，肢體各關(guān)節(jié)的運動曲線等。通過這些數(shù)據(jù)，我們可以對人體步行的穩(wěn)定性、協(xié)調(diào)性、節(jié)奏性、對稱性進(jìn)行評價，從而為疾病恢復(fù)、步態(tài)矯正、假肢研制等提供重要的參考。這種方法的缺點是反饋速度慢，以及對一些力學(xué)參數(shù)的測定無能為力等。所以目前研究者主要用攝影攝像法與三維測力臺配合使用，使研究更加全面，更加有說服力。

1.4三維測力臺法

這種方法是讓測試者在測力臺上按測試要求正常步行，測力臺的內(nèi)部的電阻受壓后，應(yīng)變片因拉伸或壓縮而產(chǎn)生電阻的電信號變化，通過放大后進(jìn)入連接的計算機處理［3］。通過這種方法，我們可以獲得步態(tài)的力學(xué)參數(shù)，如足底壓力分布、空間各方向的分力、與地面的支撐反作用力等。通過這些參數(shù)，我們可以對行走的穩(wěn)定性、對稱性等進(jìn)行評價。目前這一技術(shù)已經(jīng)比較成熟，典型的有kistler測力臺和AMFI測力臺。測力臺所得力學(xué)參數(shù)與數(shù)碼影像分析所得的時空參數(shù)相結(jié)合，綜合人體相關(guān)生理知識，我們已經(jīng)能夠?qū)Σ綉B(tài)進(jìn)行較為精確的描述。

1.5步態(tài)分析系統(tǒng)法

它由計算機、測力板和測角儀組成，利用隨身攜帶的單片機，記錄由測角儀測得的關(guān)節(jié)角度信號，并由與測力板以及安裝在步行道上的壓力開關(guān)相連的光電裝置，控制單片機和測力板的同步周期采樣，測試完畢后，用串行通訊方法將單片機的采樣信號輸入計算機處理，而整個步行采用無電線連接測試，并針對以往簡易步態(tài)測試裝置不能確定人置的不足，建立了能確定著地足位置的積分方程，再利用測角儀測得的關(guān)節(jié)角度信號和用多剛體力學(xué)建立的人體步行運動學(xué)、動力學(xué)程序，使得它像各種先進(jìn)的紅外步態(tài)分析系統(tǒng)一樣，計算出步行的各種能量變化、人體行走位置、關(guān)節(jié)受力和肌肉力矩等。我國也開展了各種簡易步態(tài)分析系統(tǒng)的研究，較有代表性的工作有：微機化步態(tài)分析系統(tǒng)［4］和靴式步態(tài)分析系統(tǒng)［5］。

2.步態(tài)研究的進(jìn)展及對人類健康所作的貢獻(xiàn)

2.1對不正常步態(tài)的研究及對人類健康的貢獻(xiàn)

所謂不正常步，即步態(tài)特征的變化超出正常范圍。whittle（1996）列出四點被視為不能正常行走的特點，一是兩腿不能交替支持人體重量，二是在單腿支撐時不能靜力性或動力性保持平衡，三是擺動腿不能前擺到一位置上從而變?yōu)橹蔚淖饔?，四是力量不足以令下肢移動的同時帶動上肢。異常步態(tài)有時很明顯僅憑肉眼觀察就可看出，而有時必須通過實驗儀器才可以得出步態(tài)異常。

近年來，以步態(tài)分析的方法來評估及治療肌肉骨骼和神經(jīng)方面的研究發(fā)展迅速，并由此進(jìn)一步推動了對不正常步態(tài)的深入研究。這方面的研究很多，如劉永斌［6］等人對三截一癱殘疾者進(jìn)行步態(tài)測試，以反映人體行走姿態(tài)變化時間歷程的周期、時相及反映支撐反力的三維離曲線為基礎(chǔ)，用特征函數(shù)的基本概念進(jìn)行歸類組合，提出5個相應(yīng)的經(jīng)驗公式，以此對三截一癱患者的行走功能進(jìn)行評定。Rozendal［7］等通過三維步態(tài)分析系統(tǒng)提供三維平面的地面與反力的向量圖，繪出偏癱病人足―地接觸力的向量環(huán)，可以發(fā)現(xiàn)健側(cè)和患側(cè)下肢的力量環(huán)和形態(tài)明顯不同，借此可客觀評定步態(tài)異常機理。Granataetal.（2000）［8］通過步態(tài)分析，研究延長肌腱的治療方法對兒童腦癱病人的影響，等等。除此以外，臨床步態(tài)實驗室也在不斷增加。對于不正常步態(tài)的研究，可以幫助早期偏癱、腦癱等功能性疾病的診斷，還可以通過矯正促進(jìn)疾病的恢復(fù)。醫(yī)學(xué)界正在越來越多地應(yīng)用步態(tài)研究成果為人類健康服務(wù)。

2.2對正常步態(tài)的研究及應(yīng)用

一個正常的步態(tài)周期，通常由腳跟著地開始，至同側(cè)腳跟再次著地為止，包括支撐和擺動階段［9］。對正常步態(tài)的研究主要是從步態(tài)的時間、空間、時―空、力學(xué)等參數(shù)入手研究各年齡段、各類不同職業(yè)的群體、不同形體特征的步態(tài)差異，對人類的步行規(guī)律及相關(guān)影響因素進(jìn)行探討。

國內(nèi)外研究主要集中于老年人、兒童等特殊人群的步態(tài)。而對于成年人特別是與步態(tài)與運動能力的關(guān)系的研究較少。如Hills and parker（1991）［10］研究表明身高與步幅顯著相關(guān)。Mann and hagg（1980）研究表明，正常兒童以自然步速行走，支撐時間是整個步行周期的62%，且支撐時間似乎并不隨年齡而變化。只有在步行節(jié)奏改變時，如跑或快速步行時變化才比較明顯，其他學(xué)者的研究也支持了這一點。另外，granata，abel，anddamiano（2000）［11］對下肢關(guān)節(jié)角度和關(guān)節(jié)角速度的變化做了研究，指出步行時關(guān)節(jié)角度的大小是與肌肉的活動和發(fā)力是相關(guān)的。北京體育大學(xué)趙芳、周興龍等（1996）［12］分析139名普通中老年人在正常步行下的步態(tài)，其目的是研究從中年到老年這一衰老過程步態(tài)指標(biāo)的變化，希望能將步態(tài)指標(biāo)作為中老年人體質(zhì)衰老的評價標(biāo)準(zhǔn)。另外，一些學(xué)者對肥胖兒童、長期負(fù)重、高跟鞋等對步態(tài)的影響也做了一些研究。這些研究對于人體步態(tài)矯形，塑造人的形體美，以及利用人體步態(tài)參數(shù)為肢體殘疾者制作合適的假肢，促進(jìn)青少年形體的健康發(fā)展等起到了巨大的作用。不足的是對健康成年人步態(tài)與身體功能、步態(tài)與人體運動功能關(guān)系的研究還較少，相信隨著研究手段的日益完善，這方面會取得較大的進(jìn)步。

3.討論

3.1隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對步態(tài)研究的方法也日益完善。從原始的觀察法、走紙法等發(fā)展到準(zhǔn)確全面的影像技術(shù)、測力臺技術(shù)和步態(tài)測試系統(tǒng)。國內(nèi)外很多學(xué)者仍然在努力嘗試研究更為科學(xué)的研究方法，并且陸續(xù)有報導(dǎo)。另外，因應(yīng)醫(yī)學(xué)上對病態(tài)步態(tài)分析應(yīng)用的要求，臨床步態(tài)實驗室不斷增加，并且朝向?qū)嵱眯浴?zhǔn)確性、系統(tǒng)性、低成本方向發(fā)展。

3.2隨著研究方法的不斷進(jìn)步，步態(tài)研究也在不斷深入，通過對正常步態(tài)從時間、空間、時間―空間、力學(xué)等參數(shù)的測定，對人體正常行走的規(guī)律及不同人群的步態(tài)特征的研究也取得了很大的成功。對一些特殊形體如肥胖、長期負(fù)重及等人群的步態(tài)也開始研究。這些研究對評價人體行走功能、矯正不正常步態(tài)等提供了科學(xué)的依據(jù)。病態(tài)步態(tài)方面的研究如“三截一癱”者步態(tài)，為科學(xué)診斷及恢復(fù)治療、恢復(fù)評定提供了重要參考。不足的是，對步態(tài)與運動功能的關(guān)系，健康成年人步態(tài)與身體功能的關(guān)系等的研究還較少，希望這方面能夠引起研究者的重視。

參考文獻(xiàn)：

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篇(5)

關(guān)鍵詞：有限元法；手部；建模；生物力學(xué)

1 有限元法的發(fā)展歷史及在人體生物力學(xué)中的運用

1.1有限元法的發(fā)展歷史 有限元法（finite elementsmethods，F(xiàn)EM）即有限元素法[1]，是一種在工程科學(xué)技術(shù)中廣泛應(yīng)用的數(shù)學(xué)物理方法，用于模擬并解決各種工程力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、生物力學(xué)等問題。其基本思想是把一個由無限個質(zhì)點和有無限個自由度構(gòu)成的連續(xù)體劃分為有限個小單元體組成的集合體，用離散化的有限單元模型代替原有物體。通過對每個單元的力學(xué)分析，獲得整個連續(xù)體的力學(xué)性質(zhì)。有限元法最早可上溯到20世紀(jì)40年代?，F(xiàn)代有限法的第一個成功的嘗試是在 1956年，Turner、Clough等人在分析飛機結(jié)構(gòu)時成功應(yīng)用有限元法求解。1960年，Clough第一次提出了"有限元法"概念，使人們認(rèn)識到它的功效。我國河海大學(xué)教授徐芝綸院士首次將有限元法引入我國，對它的應(yīng)用起了很大的推動作用。

1.2有限元法運用于人體生物力學(xué)研究 1972年，Brekelmans[2]等首次報道將有限元分析方法應(yīng)用于生物力學(xué)方面研究。80年代后，應(yīng)用范圍逐步擴展到顱面骨、頜骨、股骨、牙齒、關(guān)節(jié)、頸椎、腰椎及其附屬結(jié)構(gòu)等生物力學(xué)研究中。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展、分析工具的完善以及實踐的增多，有限元方法顯示了極大的優(yōu)越性并已逐漸成為研究人體生物力學(xué)的重要手段。人體力學(xué)行為研究基本無法采用傳統(tǒng)的力學(xué)實驗方式來進(jìn)行，因而有限元建模愈來愈成為深化人體認(rèn)識的有效措施?；谟邢拊浖找嫱晟频慕９δ芗凹嫒谄渌嬎銠C輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）軟件特性，真實再現(xiàn)三維人體骨骼、肌肉、血管、器官等組織成為可能，并在虛擬現(xiàn)實實驗中，通過材料賦值、幾何約束、固定載荷等過程，對擠壓、拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、三點彎、抗疲勞等力學(xué)實驗進(jìn)行模擬，能求解獲得給定實驗條件下模型任意部位變形、內(nèi)部能量變化、應(yīng)力/應(yīng)變分布、極限破壞等數(shù)據(jù)[3]。

1.3有限元法在人體生物力學(xué)研究中的建模思路 有限元建模即建立為數(shù)值計算提供原始數(shù)據(jù)的計算模型，需要通過建立幾何模型、材料賦值、網(wǎng)格劃分、施加約束與載荷，最后進(jìn)行求解等步驟實現(xiàn)，是有限元法仿真試驗最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。摸型的幾何相擬性直接影響計算的結(jié)果，醫(yī)學(xué)有限元模型的建立首先需要獲得人體特定部位的幾何數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以從幾何參數(shù)設(shè)定、激光掃描、標(biāo)本切片和磨片以及醫(yī)學(xué)影像圖像獲得。其中醫(yī)學(xué)影像法最為以無創(chuàng)的方式提供了高精度的人體解剖結(jié)構(gòu)形態(tài)，基于醫(yī)學(xué)影像技術(shù)建模是目前人體有限元建模的主要手段，可以實現(xiàn)人體解剖結(jié)構(gòu)的可視化乃至生物力學(xué)仿真的有限元模型。包括X射線、超聲、CT、MRI等途徑，其中CT掃描是主流方式，CT結(jié)合MRI是新亮點。

通過X射線照片方式建模是指利用不同方位的多幅X射線照片獲得幾何數(shù)據(jù)重建三維模型，是一種經(jīng)濟、可行的方式。但因信息獲取不完整，建模過程復(fù)雜，對研究者經(jīng)驗要求較高，現(xiàn)行醫(yī)學(xué)有限元建模中應(yīng)用較少。還有研究者基于超聲影像技術(shù)建模，如趙婷婷[4]等基于超聲建立了乳腺有限元模型；張桂敏[5]等在研究二尖瓣狹窄患者二尖瓣下游湍流剪應(yīng)力變化方面，運用超聲影像圖像建立了二維有限元模型，為心瓣流體力學(xué)研究探索新的方法學(xué)途徑。目前基于超聲的有限元分析研究多集中在機械制造、土木工程等領(lǐng)域，并多采用二維有限元法分析，還沒有注意到與醫(yī)學(xué)相關(guān)的基本超聲影像技術(shù)的三維有限元研究相關(guān)報道。這或許是因為基于超聲影像技術(shù)的力學(xué)研究本就較少，三維、四維超聲的概念提出較晚，與重點應(yīng)用在工程技術(shù)方面的有限元法結(jié)合運用更是鮮有。相較X線與超聲而言，CT/MRI圖像法在醫(yī)學(xué)有限元建模中應(yīng)用更為普遍。MRI技術(shù)具有很高的組織對比分辨率、解析高以及無離子化輻射等特點，能清晰顯示人體結(jié)構(gòu)的組織學(xué)差異和生化變化。基于MRI圖像能獲得細(xì)致的幾何模型。但MRI偏向于對肌腱、韌帶等軟組織的分辨，對骨的分辨不如CT清晰。此外，目前國內(nèi)常用的核磁共振機掃描層厚和掃描間距一般都在2mm以上，無法獲得更詳細(xì)的幾何數(shù)據(jù)，影響到重建圖像的清晰度精確性?；贑T掃描獲得幾何數(shù)據(jù)的建模的方法目前應(yīng)用最為廣泛。CT根據(jù)密度不同來確定信號的強弱，可以通過調(diào)節(jié)掃描條件，使任何復(fù)雜形態(tài)和各種密度的組織都有較高的分辨率，適用于任何復(fù)雜形態(tài)和各種密度的三維結(jié)構(gòu)?？汕逦@示骨與軟組織的邊界，通過醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)能獲得骨骼比較準(zhǔn)確的幾何數(shù)據(jù)，其不足之處在于對軟組織的分辨率相對較低，無法從醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)獲得準(zhǔn)確的肌肉、韌帶、腔等組織幾何數(shù)據(jù)，須參考相關(guān)解剖資料。CT/MRI數(shù)據(jù)重建的三維模型，能夠真實的再現(xiàn)被掃描對象的表面特征及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，CT的空間分辨率高于MRI，CT對骨組織與軟組織邊界顯示更為清晰，而MRI的對比分辨率高于CT，特別是軟組織對比明顯優(yōu)于CT。通過CT結(jié)合MRI法將能融合二者優(yōu)勢，但對研究者圖像處理技術(shù)有更高的要求。通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前CT提取骨組織結(jié)合MRI提取軟組織方法的研究報道較少。徐志才[6]等基于CT影像數(shù)據(jù)構(gòu)建了包含股骨、脛骨和腓骨的實體模型，并基于MRI影像數(shù)據(jù)構(gòu)建了包含股骨軟骨、脛骨軟骨、內(nèi)外側(cè)半月板和內(nèi)外側(cè)副韌帶的三維實體模型。將CT和MRI影像數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)融合，獲得包含骨性和非骨性結(jié)構(gòu)的膝關(guān)節(jié)三維實體模型。

2 有限元建模的常用軟件

人體生物力學(xué)有限元模型的精確性對有限元分析結(jié)果的合理性有直接影響。三維重建技術(shù)與有限元方法及其他虛擬現(xiàn)實技術(shù)的結(jié)合是未來發(fā)展的方向，這有賴于這些集成強大圖像處理功能的有限元軟件的發(fā)展。常用的建模輔助軟件有：MIMlCS、MATLAB、CAD、Geomagic Studio等軟件。其中最常用的是MIMlCS軟件，它的FEA模塊可以將掃描輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理建立3D模型，然后對表面進(jìn)行網(wǎng)格劃分以應(yīng)用在有限元分析中。它還可基于掃描數(shù)據(jù)的亨氏單位對體網(wǎng)格進(jìn)行材質(zhì)分配。MIMICS的網(wǎng)格重劃功能能方便地將不規(guī)則三角片轉(zhuǎn)化成趨近于等邊的三角片，顯著提高STL模型的質(zhì)量和處理速度，對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行最大限度的優(yōu)化，目前版本已發(fā)展到MIMICS17.0?，F(xiàn)常用有限元軟件有：Ansys、ABAQUS、NASTRAN、COSMOS等。其中最常用的是Ansys軟件，目前版本已發(fā)展到Ansys15.0。

3 手部三維有限元的運用進(jìn)展

手部因其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運動靈活精細(xì)、力學(xué)分析困難的周圍組織對手部力學(xué)因素有重要影響等方面原因，研究較人體其它部位明顯偏少。在工程領(lǐng)域方面，楊德偉[7]等基于CT掃描數(shù)據(jù)結(jié)合ABAQUS軟件建立了手抓握模型。幾何模型通過人手CT掃描后簡化處理得到，建立的手模型簡化為以皮膚、肌肉、神經(jīng)、血管等軟組織為整體的軟組織模型和手部骨骼模型兩部分，手部復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)未曾細(xì)化。抓握功能通過參數(shù)約束、程序運動規(guī)劃控制下實現(xiàn)，而并非基于神經(jīng)肌電活動模擬，也非通過骨、肌肉施加荷載得到，本模型在工程領(lǐng)域有一定實用價值，但遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)學(xué)研究的需要；陳志翔[8]等在研究機器人虛擬手過程中，通過參考手部解剖結(jié)構(gòu)，建立手部肌肉模型，并以程序設(shè)計約束指間運動關(guān)系，通過控制肌肉收縮量來實現(xiàn)手指運動，較好的擬真了手指運動機理。但模型基于數(shù)學(xué)方程人為控制，而非通過人手實際解剖結(jié)構(gòu)獲得。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域方面，Carrigan等[9]通過CT掃描，最先建立了包括韌帶、軟骨、8塊骨骼在內(nèi)的手腕關(guān)節(jié)復(fù)合模型；國外的Ko等和國內(nèi)的郭欣等[10]都建立了腕管的三維有限元模型，為進(jìn)一步探討腕部結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為提供了一個可操作的平臺；Anderson等[11]最早通過腕關(guān)節(jié)三維有限元模型模擬了創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎病理改變；Bajuri MN[12]等通過CT掃描，參照診斷標(biāo)準(zhǔn)，建立了首例類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者腕關(guān)節(jié)三維有限元模型。國內(nèi)其它學(xué)者也以解決臨床問題為出發(fā)點，對手的部分結(jié)構(gòu)三維有限元模型的建立進(jìn)行了積極的探索，如孟立民[13]建立了第一、二掌骨和大多角骨三維有限元模型，并模擬Bennett骨折和微型外固定器外固定及克氏針內(nèi)固定治療情形，研究兩種治療方法優(yōu)劣問題；董謝平等[14]以中國力學(xué)可視人原始資料為依據(jù)，構(gòu)建帶軟組織的正常手腕和佩帶腕保護(hù)器手腕的三維有限元模型，驗證了腕保護(hù)器防護(hù)腕部骨折的有效性；顏冰珊等[15]建立了正常下尺橈關(guān)節(jié)三維有限元模型研究了前臂橈骨骨折的臨床問題；張浩[16]等基于現(xiàn)有個人電腦平臺，建立了腕關(guān)節(jié)有限元模型，進(jìn)一步證明利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件和三維重建軟件準(zhǔn)確、快捷地構(gòu)建腕關(guān)節(jié)的三維有限元模型有可行性。

4 小結(jié)

手部建模是虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域研究的熱點之一，在工程領(lǐng)域主要是機器人手的擬真研究，尤重抓握功能，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更多涉及腕關(guān)節(jié)這一部分結(jié)構(gòu)，囊括手部骨骼、關(guān)節(jié)、肌肉、韌帶、筋膜、血管、神經(jīng)、皮膚等組織結(jié)構(gòu)較完整的手部有限元模型尚未見諸報道。手部的骨骼、關(guān)節(jié)數(shù)目較多、相互關(guān)聯(lián)較復(fù)雜，是一個復(fù)合性的機械結(jié)構(gòu)，在建模時要同時考慮到骨骼、關(guān)節(jié)面、韌帶、肌腱及其它周圍組織在生物力學(xué)中的作用。目前，手部有限元建模研究較人體其它部位少，還沒有形成較完整、成熟的模型，更沒有統(tǒng)一的建模標(biāo)準(zhǔn)。如何將三維可視化手建成物理手的有限元模型是現(xiàn)階段研究難點，也是實現(xiàn)虛擬生理手模型建立的必然階段，相信隨著計算機技術(shù)的進(jìn)步及多學(xué)科更好的融合，手部有限元模型研究將有更為廣闊的前景。

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篇(6)

【關(guān)鍵詞】脊柱；轉(zhuǎn)移性腫瘤；外科治療

【中圖分類號】R738.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）04-0186-02

脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤不僅是脊柱腫瘤中一種非常常見的腫瘤，還是脊柱性腫瘤外科治療的一個重要方面。對于脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者來講，脊柱一旦發(fā)生轉(zhuǎn)移，其在生存的時間上非常有限，為此，脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者在何種情況下需要實施外科手術(shù)治療成為了臨床工作中一直所在研究的重點?；诖耍墨I(xiàn)選取醫(yī)院的32例脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者，對他們在臨床治療中所采取的外科治療效果進(jìn)行了分析和總結(jié)，現(xiàn)報道如下。

1資料與方法

1.1臨床資料

在醫(yī)院與2010年3月-2011年3月所收治的32例脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者中，男性15例，女性17例，年齡35-74歲，平均年齡為54.5歲。32例患者經(jīng)病理檢查均證實為脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤，原發(fā)性病灶主要為乳腺癌、前列腺癌、食管癌、肺癌等，病癥的臨床表現(xiàn)主要為背部疼痛或上下肢、雙上肢麻木、無力，胸腰椎病理性骨折。

1.2方法

手術(shù)前對32例患者進(jìn)行常規(guī)性的檢查，對于原發(fā)性病灶未知的患者，仔細(xì)檢查他們?nèi)菀装l(fā)生骨轉(zhuǎn)移的部位。然后，根據(jù)患者在X片、CT等檢查結(jié)果，對生存時間預(yù)計超過半年以上的患者實施外科治療。經(jīng)檢查，本次32例患者均能實施外科治療。

本次脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者的外科治療針對患者的病情予以實施，針對單發(fā)椎體轉(zhuǎn)移灶患者采取前路或后外側(cè)入路切除腫瘤，重建脊柱穩(wěn)定性或單純的PVP手術(shù)方法進(jìn)行治療[1]。針對多發(fā)脊柱轉(zhuǎn)移灶患者，對伴有脊柱失穩(wěn)或有神經(jīng)壓迫的節(jié)段實施后側(cè)入路椎體病灶切除、椎弓根螺釘內(nèi)固定、骨水泥充填、后路內(nèi)固定、單純后路椎板切除減壓的方法進(jìn)行治療，同時，對于多發(fā)脊柱轉(zhuǎn)移灶不不伴有結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)或神經(jīng)壓迫的節(jié)段也可采取PVP手術(shù)[2]。手術(shù)結(jié)束后，根據(jù)患者的不同身體狀況給予抗生素治療，以預(yù)防感染的發(fā)生，行開發(fā)性手術(shù)的患者，傷口留置負(fù)壓引流，并在術(shù)后的一到兩天內(nèi)將引流管拔除，根據(jù)患者的病理結(jié)果，可給予一定的化療或放療治療[3]。

1.3觀察項目與方法

根據(jù)疼痛強度視覺模擬評分VAS和Frankel分級對脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者治療前后的疼痛感和脊柱神經(jīng)系統(tǒng)功能的恢復(fù)情況進(jìn)行評估，并分別記錄好治療前后的隨訪結(jié)果[4]。

2結(jié)果

3討論

臨床研究表明，任何形式的惡性腫瘤均能夠想骨骼方向轉(zhuǎn)移，而脊柱是其中最為常見的一個轉(zhuǎn)移部位。在轉(zhuǎn)移性腫瘤中，從轉(zhuǎn)移發(fā)生的概率分析，腫瘤骨轉(zhuǎn)移具有“親骨性”和“厭骨性”兩種。親骨性轉(zhuǎn)移中，前列腺癌是最為明顯的，轉(zhuǎn)移率高達(dá)80%以上，其次為乳腺癌、肺癌，厭骨性轉(zhuǎn)移中，隨著當(dāng)前此類腫瘤患者發(fā)病率的不斷上升，轉(zhuǎn)移發(fā)生的概率也是隨之不斷的增加著，而對其治療方案的選擇也一直成為著當(dāng)前醫(yī)學(xué)界所非常關(guān)注的話題[5]。

隨著現(xiàn)代外科手術(shù)和影像學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，臨床治療脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤中將外科手術(shù)應(yīng)用到了其中。從提高脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者的生存時間上考慮，外科手術(shù)的實施需要多采用盡量控制患者疼痛癥狀、改善和維持患者的脊柱功能、神經(jīng)等方面，因此，外科手術(shù)實施中，首先需要在手術(shù)前對患者進(jìn)行全身性的檢查，以便對患者手術(shù)實施策略的制定，而在外科手術(shù)的進(jìn)行中更是需要從患者的全身狀況和脊柱的不同轉(zhuǎn)移情況出發(fā)。在本文此次對32例脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者采取外科治療的結(jié)果分析上，32例脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者在實施外科手術(shù)中，從患者脊柱轉(zhuǎn)移的單發(fā)或多發(fā)轉(zhuǎn)移、全身的不同狀況出發(fā)選擇不同的手術(shù)方案，治療后一個月，與術(shù)前相比，術(shù)后的疼痛感逐漸有重度疼痛向輕度疼痛轉(zhuǎn)移；術(shù)后3個月對患者的脊椎神經(jīng)系統(tǒng)功能進(jìn)行評估，和手術(shù)前相比較，脊柱神經(jīng)功能逐漸的由A級向E級轉(zhuǎn)移，脊柱功能逐漸好轉(zhuǎn)。

綜上所述，脊柱轉(zhuǎn)移性腫瘤患者采取外科治療的方法，不僅能減輕患者治療中的疼痛感，還能對患者的神經(jīng)功能進(jìn)行維護(hù)，對患者生存質(zhì)量和生存率的提高非常重要，值得在臨床中廣泛的推廣與應(yīng)用。

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篇(7)

[中圖分類號]R622　[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A　[文章編號]1008-6455(2000)05-0386-03

計算機圖像處理技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日趨廣泛,近20年來已成為整形外科領(lǐng)域研究應(yīng)用的方向之一。本文將國內(nèi)外近年來有關(guān)計算機圖像處理技術(shù)在整形外科面積測量與結(jié)構(gòu)分析、手術(shù)設(shè)計與模擬、術(shù)中導(dǎo)航、輔助預(yù)制假體、軟組織生物力學(xué)分析、計算機整形專家系統(tǒng)等領(lǐng)域的具體應(yīng)用進(jìn)行了綜述,并提出了需解決的問題及今后主要的發(fā)展方向。

1　具體應(yīng)用領(lǐng)域

1.1　面積測量與結(jié)構(gòu)分析　1983年,Hilger等[1]首次將計算機圖像技術(shù)用于鼻成形術(shù)形態(tài)測量和結(jié)構(gòu)分析。1987年,美國試制成功第一臺由計算機與錄像設(shè)備組成的整容檢測儀并投入應(yīng)用。1988年至1992年,Papel等[2～4]都先后采用計算機技術(shù)對人體,特別是面部形態(tài)進(jìn)行了測量與分析。國內(nèi)1990年王大章等[5,6]開始在口腔整形方面應(yīng)用計算機進(jìn)行測量分析、輔助診斷、療效預(yù)測等研究。1995年,王積恩等[7]對鼻形態(tài)12個項目進(jìn)行了計算機測量分析,胡志奇等[8]報告了120例隆鼻術(shù)前后做形態(tài)測量與統(tǒng)計分析的結(jié)果。同年,王大為等[9]用記錄像素點個數(shù)測量面積的方法,精確測算了外擴張所得的二維平面"額外"皮膚面積,1999年,胡華新等[10]則將三維皮膚表面用紙基乳膠膜取模后轉(zhuǎn)化成二維平面,采用類似的測量方法對三維空間的擴張皮膚面積進(jìn)行了測量,最大誤差小于3%。1997年,Namnoum等[11]曾用計算機重建了人類胎兒人中部位的肌纖維與皮膚組織的三維結(jié)構(gòu),幫助人們正確認(rèn)識了該部位的解剖結(jié)構(gòu)及人殊形態(tài)形成的機理。醫(yī)學(xué)圖像能直觀準(zhǔn)確地提供診斷信息,作為手術(shù)的重要依據(jù)和指導(dǎo),這對以改善外觀形態(tài)為主要目的的整形外科尤為重要。用計算機進(jìn)行形態(tài)測量與分析,較傳統(tǒng)的手工測繪與肉眼觀察,除簡便、迅速、可滿足大樣本多參數(shù)測量外,還可精確測算細(xì)微差別或不規(guī)則面積,并可結(jié)合黃金分割等進(jìn)行美學(xué)分析。

1.2　手術(shù)設(shè)計與模擬

1.2.1　CAS、CAPS和Simulation Surgery的概念　CAS是Computer-Aided Surgery的縮寫,即計算機輔助外科,指一種全新的模擬仿真及術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng),對于面部整形手術(shù)而言有計算機化的手術(shù)設(shè)計與模擬系統(tǒng)(Computerized Surgerical Planning and Simulation Surgery System),該系統(tǒng)用于術(shù)前設(shè)計、術(shù)中導(dǎo)航、假體的輔助設(shè)計與移植模擬,目前已有商品化的產(chǎn)品問世[12]。應(yīng)用CAS系統(tǒng)需要以下條件:①手術(shù)小組;②成像設(shè)備;③精確的定位裝置;④交互圖形工作站;⑤三維可視化軟件。一般步驟是:①圖像采樣;②空間三維位置測量;③體數(shù)據(jù)的抽取與處理;④三維顯示及交互處理等[13]。1995年,Pieper等[14]又提出了CAPS(Computer-Aided Plastic Surgery)即計算機輔助整形外科的概念,并報道了他們初步開展CAPS的情況。日本的Fujino等[15]最早提出和補充了Simulation Surgery,即模擬外科的概念,并將其分為經(jīng)驗?zāi)M外科(即術(shù)者憑經(jīng)驗在頭腦中模擬手術(shù)的過程)和計算機模擬外科兩類。對于后者,術(shù)前即可在顯示器上或按測量數(shù)據(jù)制作的實體模型上觀察到感興趣區(qū)域的三維解剖結(jié)構(gòu),并模擬可能的外科操作。以下按顯示方式分類介紹其應(yīng)用情況。

1.2.2　在計算機上進(jìn)行手術(shù)設(shè)計與模擬　1992年,Theodore等在計算機屏幕上對面部皮瓣進(jìn)行簡單設(shè)計與模擬,計算機被用作一張繪圖紙。1993年,唐勝建等[16]采用計算機成像技術(shù)輔助面部手術(shù)設(shè)計與效果預(yù)測,臨床驗證312例,取得初步效果。1997年,王大為等[17]報告了應(yīng)用自行研制的軟件,對隆鼻術(shù)患者術(shù)前圖像測量分析后通過灰度外推、坐標(biāo)內(nèi)插等方法,模擬術(shù)后效果。1995年,Pieper等[14]報告了結(jié)合有限元數(shù)學(xué)模型的計算機輔助面部手術(shù)模擬系統(tǒng),可對顏面部的直線形傷口和菱形-W形皮膚成形術(shù)在計算機上進(jìn)行設(shè)計與模擬,并預(yù)測術(shù)后效果。1993年,Altobelli等[18]進(jìn)行了顱面整形手術(shù)的計算機輔助三維設(shè)計與模擬,以眼球作為定位基準(zhǔn),在計算機生成的表面顯示三維圖像上模擬截骨術(shù)和骨骼移動。1995年,Devauchelle討論了三維圖像技術(shù)與顱面整形的關(guān)系、計算機模擬手術(shù)的優(yōu)點及發(fā)展前景,并指出三維成像技術(shù)的目的在于術(shù)前把畸形和所需做修復(fù)的精確空間定位提供給術(shù)者。目前,整形外科三維圖像技術(shù)主要是基于CT掃描數(shù)據(jù)和計算機三維重建,故只能針對骨組織畸形或缺損,在顱面整形和牙頜面畸形矯治方面的應(yīng)用較多,而在軟組織結(jié)構(gòu)與表面形態(tài)方面的應(yīng)用,則因受圖像采集生成方式的限制而仍多限于二維平面。Altobelli提出計算機輔助整形外科手術(shù)設(shè)計與模擬的10條要求:①三維數(shù)據(jù)的高解析度采樣;②多個平面數(shù)據(jù)的三維重建;③交互式的圖像顯示與測量;④二維及三維解剖數(shù)據(jù)庫的用戶界面;⑤截骨術(shù)及骨塊位置移動的模擬;⑥軟組織手術(shù)的模擬和(或)骨骼移位對軟組織影響的模擬;⑦術(shù)中導(dǎo)航和對患者解剖及相應(yīng)計算機圖像記錄的方法學(xué);⑧解剖模型和植入體的制作;⑨以往手術(shù)經(jīng)驗的知識數(shù)據(jù)庫;10運動學(xué)與生物力學(xué)分析。顯然,用計算機逼真地模擬手術(shù)過程對軟、硬件的要求非常高,而且是以鼠標(biāo)、鍵盤為工具,外科醫(yī)生要能熟練操作才行,另外實際的手術(shù)器械及材料也無法在顯示屏上應(yīng)用,與實際手術(shù)操作情況差別較大,因此目前臨床應(yīng)用更多的還是實體模型。

1.2.3　在實體模型上進(jìn)行手術(shù)設(shè)計與模擬　應(yīng)用計算機輔助設(shè)計與制造技術(shù)(Computer-Aided Design & Computer-Aided Manufacture,CAD/CAM),采用數(shù)控機床或激光加工工藝,根據(jù)插值處理后的CT和MRI數(shù)據(jù),可制造出輪廓光滑、與患者骨組織實際解剖結(jié)構(gòu)完全相同的個體化模型。1995年～1997年,Klimek等[19,20]采用"立體石版印刷技術(shù)"(Stereolithography)以光固化塑料為材料逐層迭加制成實體模型。1993年～1996年,Rose等[21,22]則用數(shù)控機床分別以聚丙烯酸甲酯、多聚氨基甲酸乙酯泡沫或樹脂加工制成實體模型。1993年,Kaneko等?[23]采用三維測量系統(tǒng)獲得健側(cè)耳數(shù)據(jù),作鏡像轉(zhuǎn)換后制出與之對稱的患側(cè)耳模型,應(yīng)用于7例小耳畸形,效果非常滿意。該方法的優(yōu)點有:①便于拿在手中對感興趣區(qū)的實際結(jié)構(gòu)在術(shù)前進(jìn)行觀察研究,消毒后還可作為模板用在手術(shù)臺上,提高手術(shù)操作的精確度;②較計算機上模擬更加直觀,更可直接用手術(shù)器械在泡沫模型上模擬手術(shù)操作;③可用作直觀教具。但也存在缺點:制造成本高,需對CT數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理才能保證模型邊緣光滑自然。

1.3　輔助預(yù)制植入體　由正常組織輪廓及缺損邊緣相減可得到植入體的數(shù)據(jù),再用CAD/CAM技術(shù)即可制出精確的植入體。這種植入體雖然成本高,但接合非常貼切,形態(tài)好,壽命長,還可在術(shù)前預(yù)制,縮短手術(shù)時間。1995年,Eufinger等[24]將該方法應(yīng)用于修復(fù)大面積顱骨缺損。1997年,Goto等[20]則在實體模型上以蠟封填缺損,再測量蠟融化后容積的方法計算缺損的體積,以指導(dǎo)自體植骨修補缺損時取骨量的多少。國內(nèi)吳煜農(nóng)等[25]嘗試了采用柵線投影光測法由健側(cè)與患側(cè)顏面部的高程差值得到硅橡膠植入體厚度的數(shù)據(jù),以指導(dǎo)植入體制作。

1.4　軟組織生物力學(xué)分析　結(jié)合有限元數(shù)學(xué)模型,對皮膚軟組織生物力學(xué)分析,可解決皮膚拉伸、縮短、扭轉(zhuǎn)中的非線性、時間依賴性和各向異性等以往方法難以解決的問題,方便地分析各種成形術(shù)中皮膚受力、縫線張力及其對皮膚軟組織重排的效果。Larabee和Galt于1986年用二維有限元模型與豬皮進(jìn)行比較,分析了滑行推進(jìn)皮瓣。Kawabata等[26]1989年對各種Z-成形術(shù)進(jìn)行了力學(xué)分析。

1.5　計算機整形專家系統(tǒng)　即基于專業(yè)知識數(shù)據(jù)庫,存貯專家的知識與經(jīng)驗,及其手術(shù)設(shè)計中的各種選擇并對結(jié)果進(jìn)行預(yù)測的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。此時計算機就象一本可用于培訓(xùn)或幫助分析決策的交互式教科書,可提供備選菜單,并根據(jù)使用者所做的選擇給出最佳手術(shù)方案及相應(yīng)結(jié)果。1994年王義彪[27]建立了小腿組織瓣手術(shù)方案優(yōu)選專家系統(tǒng),該系統(tǒng)選擇結(jié)果與專家的判定基本一致。

1.6　患者咨詢　計算機模擬和預(yù)測可直觀顯示手術(shù)過程及效果,為醫(yī)生提供了有說服力的手段,提高患者對手術(shù)的理解和對醫(yī)生的信任程度,加強醫(yī)患交流,減少糾紛。

1.7　圖像資料的管理　手術(shù)前、后照片對整形外科,特別是顏面部手術(shù)和美容外科非常重要,不但是患者咨詢、學(xué)術(shù)交流的重要資料,還是醫(yī)療和法律文件。計算機可采用多種檢索途徑及查詢方式調(diào)存資料,或附加某些指標(biāo)做為分析因素,方便迅速、便于隨訪。我單位的魏清文等[28]已開發(fā)了專門軟件,效果滿意。

1.8　培訓(xùn)與教學(xué)　由于計算機在整形外科的上述諸多應(yīng)用,它對培訓(xùn)和教學(xué)作用也就不言而喻了。Papel在《應(yīng)用計算機成像技術(shù)進(jìn)行整形外科教學(xué)和培訓(xùn)青年醫(yī)師》一文中曾明確指出這一點[2]。

2　亟需解決的問題目前計算機圖像技術(shù)已在小范圍內(nèi)應(yīng)用于整形外科領(lǐng)域,從文獻(xiàn)報道看都取得了良好效果,阻礙其推廣的主要是經(jīng)濟因素和技術(shù)因素。由于尚處于起步階段,經(jīng)驗少,往往需求助于計算機專業(yè)人員,圖像處理速度與精度尚難滿足臨床實際需要,而且模擬出的圖像、計算的結(jié)果也同手術(shù)實際情況存在一定的差距。①整形外科專業(yè)應(yīng)用軟件是制約計算機在整形外科應(yīng)用的主要因素,應(yīng)加強有關(guān)專門軟件的開發(fā)和普及。②臨床醫(yī)師對計算機操作的水平和熟練程度也是影響計算機在整形外科領(lǐng)域應(yīng)用的重要因素。

3　主要發(fā)展方向和展望

3.1　國際互聯(lián)網(wǎng)(World Wide Web,WWW)的發(fā)展與應(yīng)用可將本地CAS系統(tǒng)同具有超級計算能力的遠(yuǎn)程計算中心聯(lián)結(jié)起來,實現(xiàn)三維圖像的分布式計算,從而使三維成像具有實時顯示能力。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還可實現(xiàn)遠(yuǎn)程整形外科醫(yī)療、會診與咨詢,大大節(jié)省往返費用和時間[29]。

3.2　虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù)與器官圖像數(shù)據(jù)相結(jié)合,使操作者有身臨其境的真實感,從而在虛擬患者身上進(jìn)行手術(shù)模擬、醫(yī)師培訓(xùn)[30,31]。

3.3　將空間不規(guī)則表面圖像采集生成技術(shù)與有限元數(shù)學(xué)模型結(jié)合,應(yīng)用于皮膚擴張術(shù)或顱面外科,可實現(xiàn)對皮膚軟組織三維形態(tài)的精確計算、輔助設(shè)計模擬和預(yù)測。

3.4　通過加強對細(xì)節(jié)因素的分析與識別,實現(xiàn)計算機對病變部位的自動檢測識別、診斷甚至分型[29],這對于肉眼下不易辨別的疾病和組織深層畸形的診治尤其有意義。

3.5　與內(nèi)鏡和機器臂技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)復(fù)雜手術(shù)時對機器臂的可視化控制,從而使內(nèi)鏡整形外科邁入新階段[29]。計算機圖像技術(shù)已帶來許多革命性的進(jìn)步,正在整形外科領(lǐng)域顯示出強大的生命力?？梢灶A(yù)見,這一技術(shù)必將得到廣泛的普及和應(yīng)用,并進(jìn)一步促進(jìn)本學(xué)科的發(fā)展,有著廣泛的的前景。

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