生物医学测量技术精选(九篇)

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第1篇：生物医学测量技术范文

生物医学工程是利用工程技术研究生命科学现象,运用工程手段解决生物医学基础理论及临床应用问题的综合性专业[1]。其中“生物医学传感器与测量”课程的教学是专业教学体系的核心组成部分。近年来,随着微电子技术、新材料技术和电子信息技术的飞速发展,各种新型生物医学传感器不断涌现,原有的教学内容显得有些陈旧。笔者结合科研背景,提出“兴趣引导,自主学习,实践探索”的指导思想,尝试对本课程教学内容和教学方法进行改革。

1教学内容的改革

本课程原有教学内容主要是对各种传统物理类传感器原理和测量电路的讲授,基本上移植了自动化类专业的传感器教学内容。我们根据生物医学专业特点,对该课程的教学内容进行了调整,除了介绍应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式和光电式等经典的物理类传感器的基本原理和测量电路外,增加了这些传感器在医学上应用内容,如多普勒频移血流计、电容式心音传感器和光电式脉搏传感器等内容。此外,还补充了近年发展起来的一类新型的传感器———生物传感器内容。生物传感器融合了生物学、化学、物理学和信息学等相关学科,在国内外已经发展成为一个活跃的研究领域。所增加的生物传感器的主要内容有:生物传感器的基本概念和类型,生物分子识别元件及其生物反应基础及生物敏感材料的固定化。这三部分是生物传感器的基础。在此基础上,讲授了电化学生物传感器(包括酶电极、微生物电极、免疫电极、亲和电极、介体电极和生物组织电极等内容)、光学生物传感器、热生物传感器、压电晶体生物传感器、半导体生物传感器、表面等离子体生物传感器、光纤生物传感器及分子印记生物传感器和基因芯片,这些内容都是生物传感器近年来最新研究成果[2]。新内容的补充可以拓展和丰富传感器的类型,特别是生物传感器利用生物反应巧妙的实现生命信息的探测和转换内容。

2教学方式的改革

2.1多媒体与传统板书结合

多媒体教学是现代主流的教学方式,可以提高教学效率[3]。但我们发现如果单纯依赖多媒体教学,学生认为只要拷贝教师的课件就可以掌握上课内容,所以往往不会做笔记,忽视了教师讲授的知识。针对本课程特点,我们采用多媒体教学和传统板书教学手段相结合的方式。例如对于传感器的结构、外形及应用采用多媒体的图片和动画展示,增加学生的印象,而对于传感器的基本原理及测量电路中的公式推导,采用传统板书的方式,提醒学生做笔记。

2.2理论讲授与教学道具相结合

在本课程的讲授中,我们非常重视培养和引导学生的学习兴趣。通过将传感器的内容讲授与生活中的应用联系起来,使学生发现原来所学习的传感器就在自己身边。比如在讲解压电式传感器时,向学生展示电子打火机和医院B超中的超声源等。在讲解电化学生物传感器时,向学生展示常用的测试血糖的试条就是一个电化学生物传感器。

2.3实验和课程设计相结合

在理论教学过程中,我们根据上课内容和教学进度,穿插安排实验教学,同时根据学生兴趣,自选题目进行生物医学传感器与测量的课程设计[4]。通过实验教学,让学生掌握传感器的测试性能、使用方法和测量电路等基本操作技能。另外,通过布置实验作业给学生几个测量参数,让其通过自己选择不同的传感器和测量电路来实现。比如对温度的测量,有的学生用热敏电阻,有的用双金属片,有的用红外光电探测器等方式来实现测量。学生不但学习了专业知识,而且还理解了针对同一个目标,可以有多种方式来实现的思想。除了实验教学外,我们还给出若干个设计题目或让学生自拟题目,让学生根据所学内容进行课程设计。学生通过查阅课外资料和文献,购买元器件搭建电路,可以发挥自己的能力进行课程设计。

第2篇：生物医学测量技术范文

通过评阅国内外研究所、高校和企业的最新研究文献，分析生物医学传感器的研究进展，阐述移动医疗中传感器的研究和发展方向。生物医学传感器的不断创新和发展，从种类、精度及应用等各方面均获得高度关注，可总结归纳为电生理类、生化检测类、心肺监测类及运动监测类。移动医疗是现代医疗发展的必然趋势，移动医疗离不开通讯网络、智能终端以及生物医学传感器，其技术进步为移动医疗的迅猛发展奠定了基础。

[关键词]

移动医疗；生物医学传感器；电极；动态血压

随着移动通信技术的飞速发展，移动医疗产业正飞速发展。移动医疗是指通过移动通信技术、智能终端及便携式生物医学传感器技术的集成，提供方便快捷的生化检测、实时生命体征监测等移动远程医疗健康服务。并可集合临床医疗数据，为医务人员、研究人员和患者提供医疗信息服务。生物医学传感器分为电生理类、生化检测类、心肺监测类以及运动监测类。

1可移动与穿戴监测设备

1957年，Holter首先尝试在临床使用无线电遥测技术的心电图仪，并使用磁带记录，这正是现在24h心电图设备的原型[1]。在移动医疗方面，便携式产品成为了开发研究的重点。随着现代微电子和机械加工技术的发展，使得可以制作出家用型的更加紧凑和方便的设备，如生命体征监测腕表，具有动态血压、心率、血氧及呼吸等监测功能[2-7]。可移动穿戴监护系统，包括生物传感器，便携式数据处理、存储器，数据显示单元。生物传感器或电极可以是传统方式佩戴，也可以设计成嵌入衣服或紧贴皮肤。无线通讯技术的发展也使得各单元之间可通过无线蓝牙等技术连接，避免了使用繁杂的连接线。

2电生理类传感器及电极

2.1电生理测量的新型电极

通常测量心电图(electrocardiogram，ECG)、肌电图(electromyography，EMG)及脑电图(electroencephalogram，EEG)等电生理信号均采用电极直接与皮肤接触的方式，如何提高信噪比、稳定性、不刺激皮肤成为研究重点。临床上较常用的是湿式凝胶电极，而干式电极可以保证电极长期运动下的稳定性，其研究有了很大的进展，但干式电极的可靠性还有待进一步研究。电容型电极，可通过衣服采集ECG信号，由硬币大小的非接触式电容式生物电极和低功率放大器组成(940μW)。Prance等[8]使用电容型电极和一个超高阻抗电位传感器，输入电容10pF、输入电阻1015Ω，用来测量人体周围40cm范围内的电场，可以检测到与ECG同步的波形信号。虽然40cm空气间隙的测量效果比10cm空气间隙的噪声大许多，但仍可以获得较好的结果；并可以同时测量呼吸信号，尽管目前呼吸测量结果还不非常稳定，但此种真正意义上的非接触式传感器将成为电生理测量的新方法。易弯曲的干式表面电极，使用时可以不需要电解质凝胶，也不需要对测量表面进行预处理[9]。Gargiulo等[10]发明的导电橡胶电极和高输入阻抗的放大器，使用蓝牙通讯24h不间断的采集心电信号，可应用于塑身和游泳训练中及监护运动员健康，防止运动员猝死。新材料碳纳米管或微米线阵列电极，Ruffini等[11]通过真空铸造的方法研制出直径6μm、长110μm的微米线微阵列电极，这些微米线可以刺破表皮角质层，增加导电性。采用真空铸造的方法比传统的电沉积或光刻、电铸和注塑(德文Lithographie(LI)、Galanoformung(G)、Abformung(A)，LIGA)方法成本更低。

2.2心肺监测可穿戴传感器

鉴于监测心肺功能的重要性，可穿戴是监护设备成为近数十年来的研究目标。其中包括测量反映心肺功能的基本生理指标，如心电、血压及呼吸等。其在小型化、微型化方面具有显著改进。欧盟“第五框架信息科技计划”中的健康计划，提出实现心电和呼吸等生命体征的实时监测。为用户研究开发穿在身上的织物传感器，且不会带来任何不适感。织物传感器采用具有导电性和压敏电阻特性的智能纤维和纱线编织而成。与常规方法相比，该系统具有很高的可靠性和满意度，并且可以长时间的应用于康复训练或者更高强度的环境中。Mitchell等[12]设计了1件T恤，嵌入织物压敏电阻传感器和Zigbee无线发射模块，用于监控呼吸，呼吸信号可实时显示，结合无线生物反馈系统可以用作呼吸训练(治疗呼吸道疾病，如囊性纤维化)。Rantala等[13]设计出用于监测呼吸和潮气量的光学传感器，传感器具有16根光纤，光强会随着呼吸运动引起的光纤弯曲形变而发生变化，通过换算可以代表潮气量。Fletcher等[14]使用光电体积传感器用来探测脉搏振动，结合研制的皮肤电传感器测量手腕处的信号，可用来评估自主神经的活动。在传输方面提出了同时采用两种类型的网络系统，即内部IEEE802.15.4网络系统，用于为多个传感器提供服务；另一个是使用蓝牙网络与手机通讯。关于血流动力学检测，移动血压监护仪(ambulatorybloodpressuremonitor，ABPM)已成为商业化研究成果中最成功的案例之一。虽然这种设备非常方便实用，间隔30min或者更长的时间来测量一组血压值。然而，该仪器测量的血压数据量将<48次。而由于人体每次心跳搏动的差异，一日的血压变化却可能达80000～100000种，ABPM只能采集全部血压数据的0.05%，不能完全满足动态采集的需要。因此，如何测量与心跳同步的血压变化，同时采集心输出量数据，并能结合其他心血管数据，将是非常重要的。通过详细分析血液动力学的响应，可以研究心血管系统在应对各种日常压力时的自主调节能力。Nakagawara[15]基于体积补偿法和心电导纳法，开发了与心跳同步的血压动态监测系统；Ogawa等[16]已将该系统应用于心血管应激反应研究，使用Gregg等[17]的方法分析日常活动中单次心跳的变化，成功分离了主动、被动和混合压力。

2.3生化检测传感器

迄今在移动医疗领域中，人们研制了很多种类的可穿戴生理监测的系统。然而，很少有监测生化参数的传感器。如能准确、便捷的检查生化参数，将为更好的监测个体的健康情况乃至诊断疾病带来可能。Yang等[9]直接将生物传感器印制在内衣上，可以监测微量的化学物质，亚铁氰化物(0～3mmol/L)、过氧化氢(0～25mmol/L)及还原辅酶NADH(0～100mmol/L)。此外，“BIOTEX”的欧盟计划[18]资助开发了一种基于织物的可穿戴生物传感器，用于监测汗水的pH值和Na+含量。该传感器由一个织物泵，一个pH值敏感染料和LED光电探测器组成，其中织物泵由超吸水材料制成，可不断从人体皮肤吸入汗液，LED光电传感器用来检测由汗液内溶质含量改变而导致的pH敏感染料颜色变化。同时，还使用金电极和离子敏感膜制成Na+传感器来监测汗液里Na+含量。在生化检测中，血糖测量对糖尿病患者是非常重要的，但现今的方法大部分都是有创的，需要在手指上针刺取血，采用光化学法或电化学法进行检测。在不需要血液样本方法里，经皮提取分析物质是其中一种值得关注的方法，市场推出的一种血糖检测装置GlucoWatchBiographer即是采用离子渗透法。然而，这种方法也有对皮肤刺激较大之类的缺陷。因此，需求度最高的是开发无创血糖测量仪器，如基于表面等离子体共振等光学技术、光声测量、光学相干断层扫描以及漫反射光谱法等。不同于需要复杂仪器的技术，近期开发的一种采用分光光度测量技术的方法，命名为“脉冲血糖测量”，是基于高速近红外光谱结合多变量分析的方法。虽然这种方法的微型化检测仪器尚未研制出，但完全无创的血糖仪在糖尿病患者的日常监护中有着广泛的需求和前景。

2.4运动监测传感器

在老年医学、康复、运动训练和常规医疗保健领域，运动或步态监视的重要性受到广泛认可。在康复领域，医师必须评估如站起、散步或其他活动的运动特征，直接观察和定量评估的方法最为理想。以往的方法是使用三维运动捕捉系统进行直接观测，但这种方法往往具有一定的局限性，数据处理起来也较复杂，不大适合实际应用。一些可穿戴的设备使用加速度计、陀螺仪等传感器，能够监测运动、步态和姿势；Motoi等[19]通过对矢状平面、步态和步行速度的研究，可监测人们姿势的静态和动态变化。该系统使用加速度计和陀螺仪原理，并将三组微型传感器分别固定在躯干、大腿和小腿上，通过测量相对与重力方向的角度变化分析运动状态。每组传感器上都有Ziggbee无线通讯模块和SD卡，保证实时观测和长时存储。这套系统在定量评价康复计划的效果和日常生活监测方面都有很高的可行性。Lee等[20]研究出运动训练的传感系统，将三轴加速度计和导电织物电极嵌入衬衫中，可同时监测运动以及实时心电图，并建立了基于IEEE802.15.4和Zigbee传感网络。这种类型的传感网络配合传感器的微型化改造，可以实现多种数据采集。

3展望

通过文献评阅、调研国外近年来生物医学传感器的研究进展发现，多功能集成化、无创化及微型化是移动医疗中传感器的发展方向；集成化创新，即将现有的种类的传感器集成在同一可穿戴设备上是发展标志，但集成成为重要课题，既要求并行工作，又不能相互干扰等。无创化主要针对生化检验类传感器，作为日常监测使用人们对无创无痛的要求也越来越高，新技术、新算法的发展为实现这一目标奠定了基础。微型化的要求也是便携性的要求，即随时随地都可以使用监测，对日常生活不产生影响，既要求体积小、重量轻，也不能降低准确性和精度。这些新思路对于我国的科研和产业发展具有借鉴意义。移动医疗的迅速发展，势必将带动便携式、多功能传感器的发展，同时，更多创新性的传感器及传感系统将更大程度的促进移动医疗的发展，从而根本上转变现有的医疗服务模式，以患者为中心，实现随时随地的健康监护和健康管理服务[21]。

参考文献

龚渝顺,吴宝明,高丹丹,等.一种抗干扰穿戴式血氧饱和度监测仪的研制[J].传感技术学报,2012,25(1):6-10.

郭维.穿戴式人体生理参数监测系统的研究与实现[D].吉林:吉林大学,2012.

刘光达,郭维,李肃义,等.穿戴式人体参数连续监测系统[J].吉林大学学报:工学版,2011,41(3):771-775.

王子洪,吴宝明,银健,等.具有人体活动情景辨识的穿戴式心电监测仪的研制[J].生物医学工程学杂志,2012,29(5):941-947.

张云浦,李玉榕,陈建国,等.基于MEMS传感器的可穿戴式老年人跌倒监测系统的设计[J].生物医学工程研究,2014,33(3):170-175.

第3篇：生物医学测量技术范文

关键词：生物医学工程；嵌入式系统；教学方法

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）33-0112-02

Abstract： This article takes the Bio-medical Engineering of AHUCM Specialty as an example to summarize the problems occurred in the course of Embedded System Course.It condensed out a teaching method which combines the selection of teaching materials and professional construction，combines the selection of theory course and training objectives， combines the training of practical ability and school running characteristics and builds a new evaluation system. It will improve the teaching and practice of Embedded System Course in Bio-medical Engineering in order to meet the needs of the society.

Key words： Bio-medical Engineering；Embedded System；Teaching method

生物医学工程（Bio-medical Engineering，BME）是综合运用多门学科的理论和技术，研究和解决人类健康、疾病预防、诊断和治疗等的新技术、新方法，是一门多学科交叉和渗透性强的新兴学科，也是一门结合其他学科和技术快速发展的学科，本身具有高度的前沿性和先进性，高新技术的突飞猛进，要求我们不断调整课程设置以适应社会的需求和时代的发展。随着嵌入式系统在各个领域表现出强劲的生命力，并且越来越多的应用到医疗器械中，在本校开设的生物医学工程专业（医疗器械方向）本科生教学中增加嵌入式系统的教学内容已势在必行[1]。

根据IEEE（电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备运行的装置”。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统[2]。虽然侧重点不同，以上两种定义却均体现出嵌入式系统是可以涵盖机械等附属装置的软硬件综合体。鉴于医疗器械自身的特点，嵌入式系统不仅能够在安全性、实时性、控制精度、数据处理能力以及与医院管理系统匹配性等方面增强其性能，并使医疗器械呈现便携式和网络化的发展趋势。

综上所述，如何开展我校生物医学工程专业的《嵌入式系统原理及设计》课程的教学工作，结合专业培养目标和我校办学特色，值得我们探索和研究。经过两年的教学实践，我们发现教学过程中存在的若干问题，并总结了一些经验。

1 教材选择与专业建设相结合

因为嵌入式技术很强的行业相关性，高校应考虑基于理论且面向应用的教材，教学不会与实践脱节。但由于新技术日新月异，导致很难找到一套普遍适用的系列教材。同时，嵌入式系统兼具软硬件方面的知识与应用，各类教材的侧重点不同。例如，以软件开发为主，包括应用软件和驱动程序开发，放弃硬件设计内容，并且在多种处理器、操作系统中选择主流、有发展前景的ARM微处理器和嵌入式Linux作为主要授课内容，可选择林晓飞等编写的《基于ARM嵌入式Linux应用开发与实例教程》；周立功等编写的《ARM嵌入式系统基础教程》是目前嵌入式系统课程最为成功的教材之一，其配套资源非常全面，但其教学内容偏重硬件，扩展内容和工程案例较少，适合工程人员查阅。生物医学工程既有侧重于电子专业的嵌入式系统硬件电路设计，又有侧重于计算机专业的嵌入式系统软件开发，对于开展专业建设，提升专业内涵，稳定学生的专业思想，有很好的示范引导用。基于以上，本教研室首先确定以市场主流的嵌入式微处理器ARM9作为教学内容，采用高等院校规划教材，北京航空航天大学出版社出版的《ARM9嵌入式系统设计基础教程》，并结合实验指导书、开发板使用手册、应用程序开发手册、系统移植手册等内容，使嵌入式技术被更多学生掌握，也保证了硬件和软件知识的完整性。为之后开展的医疗器械类专业课，建立了良好开端。

2 理论课程选择与培养目标相结合

目前，嵌入式系统产品应用到医疗器械各个领域。CT、核磁共振等大型成像设备，彩超、经颅多普勒等超声设备，心电、脑电等电子设备，全自动生化分析、免疫测试系统等检测设备，呼吸机、麻醉机等监护设备均需要嵌入式系统的支持[3]。我校生物医学专业主要偏重医疗器械方向，培养学生成为能从事医学电子仪器、医疗器械开发设计和研制、医疗器械质量检测和技术监督管理等工作。那么提高相关专业课与实际应用领域的关联性，让学生清楚地认识到嵌入式系统是如何应用到医疗器械领域的，是我们任课老师应该做到的。

所以，本人在教学过程中，穿插列举嵌入式系统在医疗器械中的应用实例，不但使学生更容易理解相关理论知识，将两者有机结合，而且为接下来开展的医疗器械方面专业课打下一定基础。例如，基于嵌入式系统开发设计的便携式电子血压计不仅能够有效缩小血压计的体积，还能够实现“傻瓜式”血压测量，所返回的测量结果也更加准确。电子血压计由气袖、气泵、传感器、嵌入式控制器以及显示器等部件组成。在使用其进行血压测量时控制模块主要是与气泵传感器相配合实现控制气压，采集、记录、显示参数的功能。依照血压测量原理，控制器分别记录血压测量过程中的收缩压和舒张压即完成了一次血压测量；基于嵌入式系统的多参数监护仪可以将传感器采集到的人体生理信号转换为可被嵌入式系统识别的数字信号，然后该数字信号经过滤波、放大、量化等预处理后即可被传输到处理模块进行处理和分析。分析时，若信号超出人体正常参数范围则系统将该信号所对应的参数标注为非正常，向相关医护人员进行报警，同时将出现异常的各项数据存储在存储模块中，以便于后续分析和诊断[4]。

3 实践操作能力的培养与专业办学特色的结合

国家科技部印发的《医疗器械科技产业“十二五”专项规划》提出，要紧密围绕疾病预防、临床诊疗、健康促进的需要，重点开发新型中医诊疗等医疗器械产品和系统等新型医疗器械产品。未来的几十年，随着医疗水平的逐步提高，医疗器械产业将进入高速发展的时代，我校应迎合国家和社会的需求，将高精尖的现代信息技术与自身具备的丰厚的中医理论知识等专业优势相结合，改进现有的并开发新型的中医诊断仪器[5]。在开展实验教学的过程中，可以根据学生具备的不同软硬件基础，也就是对先导课程（高级语言程序设计、微机原理与接口技术、单片机原理等课程）的掌握程度进行分组，基础较差的学生主要进行基础验证型实验，基础稍好的学生进行设计综合型实验，而基础较好并且对嵌入式系统兴趣浓厚的学生可以进行研究创新型实验，实现分层次教学。划分后，各个层次的学生均能对如何学习这门课做出自我定位，从而产生兴趣，反响良好。设计综合型实验和研究创新型实验需与具体项目结合、与相关竞赛结合、与中医诊疗设备的发展方向结合，充分体现出本专业的办学特色使学生深刻了解本专业的优势特色和发展前景，并清楚地认识到其身上肩负的使命，有助于增强学生的专业认可度，调动其学习积极性。

同时，课堂教学不能与具体实践脱节，医疗器械技术和设备发展很快，相关实验设备又价格昂贵。我校的附属医院可以为本专业的学生提供现场观摩学习的机会，其中各个科室配备的各类功能型号的医疗器械让学生们可以看得到、摸得到、学得到，在现场体会嵌入式系统是如何成为医疗器械整体结构中不可或缺的功能模块，发挥其特有的作用，使学生有更直观的感受。

4 构建“形成性+终结性”评价体系

与传统的终结性评价不同的是，本嵌入式系统课程的考核采用“形成性+终结性”的评价方式。包括分别占总成绩50%和30%的理论考核和实验考核，此外，平时考核占20%。这种考核方式改变了传统的一役定生死的考核方式，逐步建立“平时表现、理论掌握、动手操作”三者并重的考核模式。平时表现包括课堂考勤、提问、课后作业、答疑等，其目的是培养学生学习的主观能动性。理论掌握的考核主要通过期末考试的形式，其目的是督促学生增强学习的自觉性，建立正确的学习方法和学习态度。动手操作的考核主要是以学生做实验时的表现和实验的完成情况来评估的，制定一套可行的、量化的标准考核方法，定性定量的肯定学生的实际操作能力，可以有效提高其积极性和主动性。经过改良后的考核方式更加侧重于评估学生的自主学习能力，建立其主体意识，对于改善学习效果起到了立竿见影的作用。

5 结语

嵌入式系统是一门多学科交叉、涵盖内容广泛、软硬件兼有、产业前沿性较强、对实际应用能力要求较高的课程，不同类型的院校的不同专业，开展本课程的侧重点也不尽相同。所以，开展嵌入式系统课程的本科教学，要想达到理想的效果，需要任课老师下一番苦功。总结来看，本专业是中医类院校、医药信息工程学院中的生物医学工程专业，偏重医疗器械方向，培养既有医学基础又有工科背景的专业型人才是我们的办学特色，所以，在嵌入式系统课程中，加入中医理论和医疗器械产业方面的知识内容对于开展教学会有很大帮助。同时，在选择教材、设置课程内容、实验实践教学和建立评估体系等方面，也需要任课老师因地制宜，量体裁衣。

我国医疗器械产业是一个创新能力不断增强、市场需求十分旺盛的朝阳产业。与此同时，也要看到产业发展的不足，提高技术创新能力、加强研发的产、学、研结合，已经成为当务之急。建国几十年来形成的良好基础，人民群众保健康复对医疗器械的刚性需求，医疗器械相关学科技术人才的长期储备，国家对医疗器械技术创新的大力扶持，都是促进医疗器械产业高速发展的保障和动力。我们作为开展生物医学工程专业的院校和任课老师，应清楚认识到自己身上的责任与重担，迎着大好的形势，在探索中教学，在教学中成长，紧跟科学前沿，同时脚踏实地，总结经验，吸取教训，为产业输送人才，为国家的医疗卫生事业安全有序的发展做出自己的贡献。

参考文献：

[1] 邓军民，等.生物医学工程专业本科教育课程设置探讨[J].首都医科大学学报，2007：166-168.

[2] 黄智伟，等.ARM9嵌入式系统设计基础教程[M].2版.北京：北京航空航天大学出版社，2013：1.

[3] 袁宝芸，等.嵌入式系统技术在医学领域的应用[J].中外医疗，2011（22）：182.

第4篇：生物医学测量技术范文

关键词： 《医学超声仪器》原理 生物医学工程 教学内容 教学方法

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

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

1.教学内容的优化设计

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

1.1教材与课程教学内容

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

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

1.2实验设置

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

2.多种教学方法与手段的有机结合

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

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

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

3.存在的问题及解决思路

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

4.结语

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

参考文献：

［1］万明习.生物医学超声学［M］.北京：科学出版社，2010.

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

［3］胡晓燕.浅析多媒体教学的利与弊［J］.中国医学创新，2011，8（5）：146-147.

第5篇：生物医学测量技术范文

会计学

【伪装面具】会计是一种每天都和钱、数字打交道的职业，所以会计学属于经济学，每天学的是关于计算的课程。

【真实面目】会计学并不是经济学，而是工商管理类专业，毕业以后拿的学位是管理学学位，而不是经济学学位。会计学是在研究财务活动和成本资料的收集、分类、综合、分析和解释的基础上形成协助决策的信息系统，用以有效地管理经济的一门应用学科，可以说它是社会学科的组成部分，也是一门重要的管理学科。会计学的研究对象是资金的运动。

会计学、微观经济学、宏观经济学、管理信息系统、统计学、财务管理、市场营销、审计学等都是主干学科。会计学专业的学生需要保持清晰的头脑以及对数字的敏感性。而学生毕业后，必须掌握管理学、经济学和会计学的基本理论；熟悉国内外与会计相关的方针、政策和法规和国际会计惯例。

【推荐院校】龙头院校：厦门大学、北京大学、清华大学、中山大学、浙江大学、上海交通大学等；实力院校：天津财经大学、南京审计大学、首都经济贸易大学、浙江财经大学 北京工商大学、广东财经大学、云南财经大学、兰州理工大学、河北经贸大学、金陵科技学院等。

【就业小贴士】目前来说，会计学专业最好的就业方向还是注册会计师。每年注册会计师资格考试的报名人数都保持在60万人左右，而相关数据显示，我国目前需要的注册会计师人数约为35万人，甚至更多，可见会计学是一个很有前途，但也是很具有挑战性的专业。

医学影像工程

【伪装面具】专业的名字里面有“医学”两个字了，所以这是一个医学类专业。

【真实面目】该专业确实与医学类专业有着一定的关系，但它却是实实在在的电气信息类专业。学生毕业后授予的不是医学学位，而是工学学位。医学影像工程专业是一个集数学、物理、计算机科学、信息技术以及医学科学于一体的交叉学科，具有鲜明的医、工结合，以工为主的特点。

该专业的学生主要学学物理、电路分析、程序设计、医学图像处理、微机原理与应用、生理学、病理学等课程。主要培养能从事X线机、数字化X线机成像装置、磁共振成像装置、超声成像设备等医学影像设备的研制和技术支持的复合型高级应用工程技术人才。所以当你想学医，发现临床医学等专业是当下比较热门的专业，要求的分数很高，所以就选择了和医学沾边了的专业――医学影像工程，那你可以说得上是“误入歧途”。

【推荐院校】龙头院校：华中科技大学、安徽医科大学、天津医科大学、南昌大学、东南大学等；实力院校：苏州大学、新疆医科大学、重庆医科大学、青海大学、兰州大学、石河子大学、三峡大学等。

【就业小贴士】毕业后能够从事医学影像设备研究、科技开发、运行管理、经营销售和提高影像设备诊断技能方面的工作。医院会设有影像医学中心、影像医学部或影像医学科，设置相关的仪器设备，并编制有专门的护理师、放射技师以及医师，负责仪器设备的操作、影像的解释与诊断，这些工作与放射科负责放射治疗有所不同。

生物医学工程

【伪装面具】生物医学工程专业属于生物科学类专业，主要研究生物学方面的知识，如果不是生物类的专业，就是属于医学专业，是生物和医学的交叉学科。

【真实面目】生物医学工程专业和医学、生物科学是有着“千丝万缕”的关系。但是，生物医学工程是运用工程技术手段，研究和解决生物学和医学中的有关问题。所以，生物医学工程专业并不属于生物科学类，也不属于医学类，而是属于电气信息类，毕业后授予工学学位。

生物医学工程总体来说有三个大方向：仪器、图像、材料。可以说，生物医学工程是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的新兴边缘学科，是跨学科的综合性学科。

主要课程有：自然地理学、人文地理学、经济地理学、地图学、遥感技术、数据库技术、地理信息系统原理、测量学、地理信息系统设计与应用、地理信息系统二次开发、程序语言相关课程等。

【推荐院校】龙头学校：中山大学、东南大学、清华大学--北京协和医学院、上海交通大学、华中科技大学、四川大学、北京航空航天大学、浙江大学、东北大学等；实力院校：天津工业大学、长春理工大学、河南科技大学、南方医科大学、首都医科大学、咸宁学院、广西医科大学等。

【就业小贴士】一般来说，生物医学工程专业的同学本科毕业后有几个方向：读研究生继续深造，如果想在这一领域搞科研，或有更深入的发展就要继续深造，撇开别的不说，进大学和科研所的门槛基本都是博士，本科阶段的学习只是个基础；进入国家医疗器械司及各级医疗器械检测所；进入各级医院的医学工程处、设备处、信息中心以及医学影像科；去各大跨国以及国内医疗器械企业。

城市地下空间工程

【伪装面具】该专业主要研究的是地下建筑，就业同样也是往地下建筑这方面发展。

第6篇：生物医学测量技术范文

关键词：LPC2148；12导联；ECG；ADS1258

1 引言

21世纪以来，心脏病已成为危害人类健康的主要疾病之一。据卫生部心血管疾病防治中心披露的信息显示，我国每年有超过50万人死于心脏病猝死。来自世界卫生组织统计信息显示全世界每年有1700万人死于心脏病；每3例因病死亡者中就有1例是心脏病患者。心脏系统疾病的防治和诊断是当今医学界面临的首要问题。

2 心电工作站工作原理

心脏是人体中血液循环的动力源泉，依靠心脏的有节律性的搏动，使得血液不断在体内循环，以维持正常的生命活动。心脏在搏动之前，心肌首先发生兴奋，在兴奋过程中产生微弱的电流，该电流经人体组织向各部分传导，由于身体各部分的组织不同，各部分与心脏间的距离不同，因此在人体的各部位表现出不同的电位变化。之后采用氯化银电极对其采集，用浸过盐溶液的电极可以与体表接触将心电信号采集，再利用信号采集模块对信号做进一步处理。

3 心电工作站硬件设计

3.1 系统设计总体框架

针对以上情况我们设计对本系统如图1：

3.2 前置放大电路的设计

5 结束语

文章介绍的事一种低功耗、十六通道同时采样12位A /D芯片ADS1258的心信号采集电路，并采用LPC2148芯片实现A /D输出同时PC机进行串行通信，可以记录12导联心电信号，可以给诊断者提供更多的信息进行准确诊断。并且，此系统也适合普通患者在家中进行常规的心电数据记录，普通患者由此可以进行自我诊断。

参考文献

[1]肖咏梅，等.心电自动分析技术.生物医学工程学杂志[J].2000，17（3）.PP： 339-342.

[2]康光华.电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]李刚，张旭.生物医学电子学[M].北京：电子工业出版社，2006.

第7篇：生物医学测量技术范文

论文摘要：目前应用于生物医学中的纳米材料的主要类型有纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料等。纳米材料在生物医学的许多方面都有广泛的应用前景。



1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性

1.1纳米碳材料

纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。

碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873 K～1473 K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。

1.2纳米高分子材料

纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。

1.3纳米复合材料

目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。

此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。

2纳米材料在生物医学应用中的前景

2.1用纳米材料进行细胞分离

利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。

2.2用纳米材料进行细胞内部染色

比利时的De Mey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3 nm～40 nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10 nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。

2.3纳米材料在医药方面的应用

2.3.1纳米粒子用作药物载体

一般来说，血液中红血球的大小为6000 nm～9000 nm，一般细菌的长度为2000 nm～3000 nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80 nm～100 nm，而纳米包覆体尺寸约30 nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。

磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。

2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料

Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。

2.3.3智能—靶向药物

在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20 nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。

2.4纳米材料用于介入性诊疗

日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。

2.5纳米材料在人体组织方面的应用

纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。

目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。

纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。

瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。

纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。

参考文献

［1］Philippe P，Nang Z L et al.Science，1999，283:1513

［2］孙晓丽等.材料科学与工艺，2002，（4）：436-441

［3］赖高惠编译.化工新型材料，2002，（5）：40

［4］苗宗宁等.实用临床医药杂志，2003，（3）：212-214

［5］崔大祥等.中国科学学院院刊，2003，（1）：20-24

［6］顾宁，付德刚等.纳米技术与应用.北京：人民邮电出版社，2002：131-133

［7］胥保华等.生物医学工程学杂志，2004，（2）：333-336

［8］张立德，牟季美.纳米材料和结构.北京：科学出版社，2001：510

［9］刘新云.安徽化工，2002，（5）：27-29

［10］姚康德，成国祥.智能材料.北京：化学工业出版社，2002：71

［11］李沐纯等.中国现代医学杂志，2003，13：140-141

第8篇：生物医学测量技术范文

将微球投入溶液中，使其分布较均匀，并置于显微镜下观察，得到清晰的微球显微图像。根据我们先前的工作，通过测定微球的外径D以及其在溶液中所成像的黑环内径的d，可以根据有关理论方程来确定微球或其周边介质的折射率。因此，需要精确测定D与d。下面介绍我们用VBAI编写的程序如何实现对微球像D与d的智能自动测定。进入VBAI的InspectionState编辑窗口，可以编辑整个程序的主要过程。我们的设计是:先在“Inspect”过程中对图像进行预处理并找到物体，得到物体个数;然后在“GOON?”过程中判断检测到几个物体，是否已经检测完全部物体;随后在“Measure”过程中对当前序号的物体进行检测。进入每个过程进行具体步骤的编辑，只需双击右侧工具中的相应操作，就可以将该操作加入程序中，在属性窗口中对操作的各项参数进行设定。在“Inspection”过程中，我们首先打开图片，选中循环取图将依次获取目标文件夹中的每个图像文件。如要测量真实尺寸，则要对图像进行标定，VBAI中Calibrateimage有多种方式。通常实验室显微镜采用显微标尺进行标定，选择第一种模式，导入显微标尺的图像，标定完成后生成标定文件，检测时自动读取。

接着我们对图像进行预处理，这将打开visionassistant窗口，可对图像进行LUT变换、滤波、分割、形态学变换等多项操作，在本实例中将图像处理为适合寻找物体的二值化图像。然后对处理过的二值化图片进行DetectObjects操作，得到物体数列。SelectImage操作将原图像读入，代替处理过的二值化图像，为下一步检测做准备。SetVariable的操作是将DetectObjects操作中检测到的物体个数存入代表剩余物体数的X。“GOON?”过程中没有图像处理的具体操作，只在InspectionState编辑中有一个判断，在指向end的箭头定出编辑走向end的条件，为剩余物体数X＜1，当X≥1时将执行默认箭头，走向“Measure”过程。“Measure”过程中，首先IndexMeasurements读取之前DetectObjects中检测得到的物体数列的的第X个物体。接着，要设置程序可以根据物体的位置、大小等自动建立相应的ROI，即检测区域，由于要进行微球图像直径的检测，因此区域类型选择圆环形。然后就可以在检测区域内进行圆的直径检测了，利用FindCircularEdge操作可以很方便地做到这一点。在直径检测中，程序在检测区域内沿径向生成一系列的检测线，曲线为沿检测线方向上灰度值变化曲线的一次导数曲线，反映了灰度值的变化速率，负数部分对应图像由亮变暗，正数部分对应图像由暗变亮，极值处即变化速率最快处，也就是边缘所在位置。曲线上方的参数设定包括判断边缘的阈值，平滑算子的大小，取样宽度，每条检测线之间的间隔等。由于是根据拟合出的曲线确定边缘位置，因此可以超越像素的限制，实现亚像素等级的超分辨率精确度。

检测程序首先得到每条检测线上的边缘点位置，再根据所有边缘点拟合出圆形边界，计算出直径数值，程序中给出精确到0．01个像素的结果。结果的稳定性还要取决于拍摄环境、光照、相机稳定性等。图像中微球边缘的黑环是由于光线折射造成的，根据我们先前工作，证明其粗细与微球与溶液的折射率比值成一定比例关系。因此，程序中通过分别测量各微球的D与d，调整FindCircularEdge操作中搜寻方向、边缘种类等参数可以搜寻到内径圆和外径圆。在精确测定D与d值后，可自动根据我们先前工作导出的方程式，给出微球的折射率或是其周边介质的折射率。Calculator是界面类似LabVIEW图像化编程工具的一项功能，可以由用户自己选择输入输出量、制定复杂的运算程序等，本实例中为利用文献的方程式计算出微球的折射率。DataLogging可以选择需要记录的数据写入指定的txt或csv文件，以便后续的数据分析统计。最后SetVariable将变量X减1。VBAI应用编写完成后可作为专用的检测软件使用，处理图片时将需要分析的图像放在同一目录下，进入VBAI文件，指定该路径，点击RunInspectioninLoop，就可以自动完成所以图片的分析，并得到记录有数据的txt或csv文件。这样生成的检测程序智能、客观、准确、快速，实现了图像中微球的识别寻位、移动ROI建立、两个直径的测量、折射率计算、数据保存等操作的完全自动化运行。而且整个操作与运算排除了人为操作中的主观性因素，精度亦达到亚像素水平，平均单个微球的测量时间仅需0．20s。为了检验其测定的准确性，在对拍摄系统和环境进行标定和控制之后，选择合适的微球作为检测对象进行多次检测。同时，用以往常用的油浸法对微球折射率作对照测定，测得的折射率与本VBAI生成系统测定结果高度吻合，说明VBAI检测程序的测量准确性可重复性较高。

2应用于细胞检测

2．1背景

细胞是生物医学研究的重要对象之一，通过分析细胞的显微图像我们可以得到很多有用的信息。红细胞是人类血液中存在的主要细胞，一直是研究的热点。正常的红细胞呈双凹圆盘状，而衰老和不健康的红细胞会呈棘形、双凹消失等不规则的形态。通过观察与分析显微图像中红细胞的形态可以评价其健康程度。所以这里以红细胞为例说明如何采用VBAI编写适合于进行细胞图像分析的技术过程。

2．2方法

将红细胞悬浮于缓冲液中，置于显微镜下观察，利用数码CCD摄像头拍摄下细胞的图像。检测程序上需要先寻找到各个细胞，再对每个细胞进行检测，与微球检测的过程类似，程序总体设计上依然可以利用上节中微球的检测程序的设计，但需要根据有关图像处理分析的内容更改具体的图像处理分析操作。在图像预处理操作中需要将原始图像处理为适合物体识别的二值化图像，利用VisionAssistant，先对图像转灰度图像、适当的LUT处理，在分割处理上，由于细胞边缘处明暗对比较大，边缘锐利，因此选用基于移动窗口分割的算法可以较容易地找到边缘。通过实验比较证明，选用Backgroundcorrection分割，可综合局部和全局的灰度变化信息。分割移动窗口大小设置为边长接近细胞边缘宽度2倍的正方形最为合适。分割完成后再对二值图像进行一定的形态学变换操作，将边缘尽量变得闭合并填充孔洞。最后进行DetectObjects操。接着将对细胞形态进行分析。首先根据DetectObjects操作中所检测到的物体列表，对每个细胞进行检测区域的建立，即设置ROI。然后依然使用FindCircularEdge操作，在该操作中调整参数，使得检测线能较准确的发现边缘。该操作完成后，将输出一项名为Deviation的参数，该参数代表了细胞边缘与标准圆的标准偏差。同时该操作还可以得到细胞直径等相关的信息。将Deviation除以直径后可以得到细胞边缘与标准圆的相对标准偏差，由于健康红细胞的图像是近似圆形的，因此Deviation参数可以一定程度上反映红细胞的健康程度。将实验中拍摄到的采用不同保存格式、保存不同天数的红细胞图片归类，用VBAI程序进行分析，结果保存在csv文件中。为较健康的细胞，图像中细胞外轮廓近似圆形，Deviation/R=1．2‰;为发生了一定形变的细胞，Deviation/R=3．2‰为严重变形的棘形细胞，Deviation/R=7．3‰。随着细胞变形程度加重，细胞的相对标准偏差值也随之增加。通过软件分析的优势在于:可以客观而定量地给出每个细胞的变形程度;可以快速自动地分析大量的图片，得到大量的数据，并对数据进行后续的统计处理，具有统计学意义。除此之外，还可以获得细胞的大小信息，通过视野内细胞个数，得到细胞分布密度信息等。

3应用于图像的改善

3．1背景

某些生物医学样品的显微图像，由于各种原因，其清晰度与对比度都不能满意，对此，也可以运用VBAI的图像处理的方式对图像进行改善。下面介绍花粉孢子断层扫描图像中噪音及对比度不理想的断层图作改善的技术过程。

3．2方法

首先对整幅图像中的噪杂进行去除，通常改善的方法有空域滤波和频域滤波，两种方法都可通过VisionAssistant中的算法实现。其中空域滤波的算子较多，功能更加丰富。不仅提供了低通、高通等10多种算子、每种算子3×3，5×5，7×7三种尺寸，还可以由用户自定义算子以满足特殊需要。整幅图像改善完成后对左右对比度及清晰度不理想的花粉孢子断层图像进行增强，首先建立一覆盖中央花粉孢子像的区域，使用一可旋转的长方形区域，长方形的方向与左右像平移的方向垂直，宽度等于左右像平移的距离。接着利用Calculator操作计算图11(a)左右像的位置。输入中央像的中心点(X0，Y0)、角度α和平移距离L，则左像、右像中心点(X1，Y1)，(X2，Y2)分别为:X1=X0+L•cosαY1=Y0－L•sinαX2=X0－L•cosαY2=Y0+L•sinα以此为中心点坐标参数，长宽与角度参数使用中央区域的长宽与角度，分别建立覆盖左右像的区域，使用VisionAssistant对左右区域内的图像进行对比度、明暗度的调整增强。得到处理后的图像，三个层面的图像的对比度基本相同。利用VBAI对图像进行处理与改善，不仅功能丰富，适用性强，且操作简单，易于掌握，程序建立完成后还可以快速的对其他同类图片进行处理，大大节省了时间。

4结语

使用VBAI创建图像分析处理程序，可对各种生物医学对象进行分析和检测，可对图像进行处理与改善，其优势在于:

(1)相比起人眼观测和手动测量，本方法能够提供客观和量化的数据，可快速对大量图像进行自动分析并保存检测结果。

(2)相比起通用化的测量分析软件，本方法针对性强，针对各种特定情况和需要制定适应的程序，准确性、有效性和实用性高。

第9篇：生物医学测量技术范文

医学模式护患关系发展历程医学模式是人类医学科学的发展和医学实践活动过程中逐渐形成的观察和处理医学领域中有关问题的基本思想和主要方法。医学模式会随着医学技术手段不断发展和人类健康需求变化而调整。著名医史学家西格里斯特曾经说过：“每一个医学行动始终涉及两类人群，医生和病人，或者更广泛地说，医学团体和社会，医学无非是这两群人之间多方面的关系”。护患关系是医学行为所产生的关系中一种特殊的人际关系。一个和谐的就医环境离不开良好的护患关系，也是处理好一切护理工作的前提条件，医学模式的不管变化也在引领着护患关系不断的演变。历史上医学模式主要经历了神灵主义医学模式、自然哲学医学模式、机械论和生物医学模式、生物―心理―社会医学模式。

一、神灵主义医学模式时期的护患关系

大约在1万年前的亘古洪荒时代的原始社会，那时候的人类尚未开化，对人体结构和疾病的认识处于蒙昧无知的状态，认为是神灵和妖魔鬼怪在主宰的世间一切，这就诞生了所谓的神灵医学模式。当时整个社会都在盛行这种对疾病的观点，造成了部落、部族和氏族的所有成员对待疾病的态度都是认为生病的人都是被神所遗弃的，不能违背神的旨意。即使出现了病情好转，也会被认为是神的怜悯。在这个医学模式的时代，其实并不存在真正的医护身份，他们都会被认为是执行神的旨意的使者，他们有权力干预部族成员的生与死，医护的早期形象，也就是神的形象，神主宰着人世间的一切，医者与病人之间的关系就完全被神与人的关系所代替了，医护患之间是一种松散、无序的关系。在这个时期，医者是处在国家权力的顶端同时享有崇高的社会地位。

二、自然哲学医学模式时期的护患关系

约公元前5世纪自然哲学医学模式开始逐渐形成，当时的生产力的发展和人类对自然界认识的不断了解，积累了一些疾病的治疗经验，使人们认识到疾病并非是神鬼怪所为，而是可以治愈的和有规律可循的。当时某些人对神鬼怪与疾病的联系心生质疑，希腊希波克拉底著名的“四体液说”，他主动抛开当时流行的所谓神学理论，提出疾病是人类身体受到外在因素干扰而出现异常的，断然不是神鬼怪所为。我国古代名医扁鹊的归纳的“病有六不治”中的“信巫不信医，六不治也”也坚决否定了与所谓神学与巫医，成为日后的经典论断。在那个时代，医护并无分工，“医”既要看病抓药又要护理病人，可以视为容“医”与“护”与一身。不过在这个时期，医生的地位是备受尊敬的，在社会等级划分中处于尊贵级别，这种情形就决定了劳动群众就要求医问药，就要卑躬屈膝。治疗的决定权被医者牢牢攥在手中，医者享有决定性的地位，而求医者只能被动接受、听从医者的吩咐，这跟当时封建社会严格的等级制和伦理制有一定的联系和相对性。但医者要是与封建统治者和贵族相比较，医者只能“叩头请命”“君饮药臣先尝之”，治愈疾病，可得到丰厚的赏赐、宠遇，但一有差错，便人头落地，他们之间的医护患关系属于主仆关系。

三、机械论和生物医学模式时期的护患关系

在文艺复兴开始的十五世纪的西方，很多学者将人体的生命运动看作是机械的活动过程。英国唯物主义学者弗兰西斯・培根明确提出了整个世界和人类都是物质的，均是由大小不一的各种物质组合而成，法国著名的科学家笛卡儿也延续这种学说，甚至还为此专门撰写了了《运动是机器》一书。法国一名叫拉马特利的医生，也提出类似的观点，他在《人是机器》这本书提到，人是一步自动运行的机器，心脏是动力，四肢是杠杆，食物是燃料，疾病的出现代表人体的某个零件出现了问题，需要进行维修。

这个时期人体“维修工具”和“修补设备”也得到了卓有成效的完善和改进，定量实验法在医学研究领域的使用要归功于意大利科学家圣托里奥，他所设计的诸多医疗设备如温度计、脉搏计、早期临床护理仪器等在今后的医学行为中都得到了广泛应用，著名的《论医学测量》便出自于他之手。“操作与作”“修补与被修补”的观念在这些医疗设备出现后更显的尤为突出，更加减少了医生、护士与患者的交流，忽视了对病人的关心、尊重以及在心理社会方面对患者的应有的安慰和指导。

四、生物――心理――社会医学模式时期的护患关系

1977年，Engel GL教授提出了需要构建一种新的医学模式代替现有的医学模式，他认为：不论是对疾病的治疗、预防和康复都要将人视为一个整体来对待，将人的心理因素和社会因素等多方面的因素综合进行考虑，而不能单独将其单独分开，未来生物―心理―社会医学模式时期必会代替生物医学模式。在这个新的医学模式下，医生要继续弘扬高尚的医德医风，公平对待每位患者，尊重患者的权利和隐私。最终将医学本身的目的发扬为：预防和减少疾病的发生、优化生存环境、提高生命质量。

在这个期间，才真正实现了医护身份、工作职责明确。1956年，美国医生萨斯和霍伦德正式提出了“医患关系的基本模式”，将护患关系也区分出3种基本模式：①主动―被动型；②指导―合作型；③共同参与型。在日常的临床护理工作中，护患关系不可能是一成不变的，根据患者的不同情况和病情的发展程度，会由一种模式过渡到另外一种模式。

护患关系继医患关系之后也成为了社会关注的热点问题，一个和谐的就医环境才会有利于患者的治疗、康复和护理工作的开展，保证顺利完成对患者的病情评估和采集资料的真实性。其实和谐的护患关系也可以作为一种沟通交流的技术手段，不但可以有利于患者更快的康复痊愈，而且对于护士自身身心健康也大为有利。由古观今，我们需要理清医学模式的演变和护患关系变革中各种问题的内在联系，才能更好地对护患关系进行更加深入的研究和探索。

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