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[关键词]生物医学工程;核心课程群;整合优化课程;教学方式改革;教学评价体系
生物医学工程专业是生物学、医学及工程学交叉构成的一门综合学科。[1]随着我国医疗事业的快速发展,医疗器械(设备)的设计、研发、销售以及售后服务等岗位的需求量逐渐增多,该专业毕业生的就业面也在逐步加宽。[2-3]目前,长治医学院(以下简称“我校”)生物医学工程专业共设三个方向,分别是康复器械工程、医疗设备管理维护和医学物理三个方向。这三个专业方向各有侧重,如康复器械工程方向侧重于临床康复器械的开发、设计、维护与管理等;医学物理方向侧重于医用放疗设备的临床应用及维护管理等;医疗设备管理维护方向侧重于医学仪器的研究、设计、维修和维护等。三个方向培养的人才均服务于医学。为让我校生物医学工程专业毕业生在医疗器械行业获得较高的匹配度和认可度[4-5],学校必须从实际出发,从基础做起,从专业建设上寻求突破,而加强专业建设的基础就需加强课程建设与改革,从教学的源头直接与社会需求对接。我校生物医学工程专业开设的课程包含通识教育课程、学科基础教育课程、专业教育课程、专业选修课及实践教学环节。但在这五部分的课程设置及教学内容上存在一些不足,如:课程独立性较强,课程与课程之间衔接不好;部分课程内容存在重复;教学重理论轻实践等。因此,整合优化本专业的课程结构是教学改革的重点。基于此,本文以我校生物医学工程专业医疗设备管理维护方向为例,结合本专业方向的培养特色、本专业人才需求以及本专业已毕业学生的就业情况,构建核心课程群。
一、核心课程群初构
医疗设备管理维护方向的培养目标是培养既满足临床需要的工程人员,又能够从事医学仪器的研究、设计、制造以及能够从事医疗器械产品的经营、技术服务[3]等工作的人才。根据本专业方向的人才培养目标、企业对本专业学生的基本要求、已毕业学生对本专业课程设置的反馈及就业情况,我校设置了相互衔接,但各有侧重、特色突出的核心课程群。按照本专业方向课程之间的互通性、独立性及综合性,我校将本专业方向课程划分为基础医学课程群、医疗设备课程群及医学信号课程群,每个课程群所包含的课程如图1所示。基础医学课程群是本专业方向学生了解、掌握基础医学的入门课程,学生通过学习医学方面的基本理论,基础知识和基本技能,掌握人体正常功能活动的基本规律、了解生物体的代谢规律及其与各种生命现象之间的联系,为后续医疗仪器在临床上的使用及临床上各类医学信号的分析处理奠定基础。医疗设备课程群是上述三大课程群中的核心,具体包含两方面的内容:一方面介绍影像类仪器(如X线机、超声、MRI、CT等仪器)、检验类仪器(如光谱分析仪、电化学分析仪、色谱分析仪等)及测量与监护类仪器(如心电图机、呼吸机、病房监护系统等)等设备的结构、工作原理、性能、使用方法、故障分析处理以及仪器的设计;另一方面介绍如何购置医疗仪器、购置完成后仪器设备的验收及安装、临床使用过程中设备的维护保养、管理及质量控制。[6]医学信号课程群着重培养学生掌握医疗仪器采集生理信号的原理、过程,以及对采集到的医学生理信号进行分析处理,从而辅助医生完成对疾病的诊断治疗。为打破各核心课程群之间的壁垒,加强核心课程群之间的联系,我校在开设各核心课程群之前,首先开设了生物医学工程导论课程作为本专业方向的学科概论课。一方面,该课程为学生介绍与本专业方向相关的基本理论、本专业方向的发展现状、应用领域及发展方向;另一方面,通过该课程的学习,学生可以了解各个核心课程群在本专业方向中所起的作用及相互之间的联系。
二、核心课程群的教学改革
(一)整合、优化核心课程群的课程本专业方向核心课程群以生物医学工程导论课程为主线,设置了基础医学、医疗设备及医学信号三大课程群。各核心课程群中均设有自身的基础或核心课程,其他课程在此课程上进行延伸或扩展。但是,各课程存在内容多且部分课程内容重复等现象,因此,学校首先需对课程内容进行整合及优化,具体优化策略如下。第一,每个核心课程群的教师团队成立相应教研室,并设立课程群的主要责任人。责任人与承担该核心课程的教师、企业技术人员共同研讨教学内容,对各课程的教学内容进行整合、优化,使其相互交融,又各具特色。如医学信号课程群中信号与系统课程与数字信号处理课程在“离散时间信号与系统的时域分析”“Z变换与离散时间傅里叶变换”等内容上存在重复。因此,根据设置课程的先后学期,数字信号处理课程不再开设重复的内容,而加强突出具有本课程自身特色的教学内容。第二,结合本专业方向的培养目标,培养具备创新精神、实践能力的医工学生,适当调整更新课程群中部分课程的总学时及理论与实验的学时分配比例。[7]如实用传感器课程由原来6/21(理论/实验)学时调整为24(实验);数字信号处理课程由原来总学时54(42/12)调整为32(20/12)。通过总学时调整,学校更加精炼了课程内容,使学生有更多的时间用于探索、发现自身感兴趣的课题。此外,适当增加实验在总学时中的占比,尤其是增加设计或综合性实验所占的学时,可以使学生通过实验的设计、调试等阶段,锻炼并挖掘自身的动手能力及创新思维能力,激发自我主动分析解决实验中遇到的问题;通过实验成果的展示,在一定程度上增强学生的自信心与成就感,激励学生在原有作品的基础上继续扩展或融入更多可实现的设计或功能。
【关键词】 纳米羟基磷灰石 二氧化锆 生物相容性
由于创伤、感染、肿瘤以及先天性缺损等原因所致骨缺损在临床十分常见,传统修复骨缺损的方法:如自体骨移植,同种异体骨移植。自体骨取骨量有限,同时取自体骨痛苦大、后遗症多、异体骨又有排异反应。而人工合成的骨移植材料在一定程度上可以达到自体骨和异体骨修复的效果,又可以避免疾病感染和骨源有限等弊端[1]。纳米羟基磷灰石与人体骨骼主要无机成分相似的化学组成和晶体结构,它具有良好的生物相容性,对人体无毒,又能够在植入人体后同骨表面形成很强的化学键结合,有利于骨的长入[2]。然而它的脆性大、韧性较差、容易发生断裂破坏,二氧化锆陶瓷是一种生物惰性陶瓷,具有良好的生物相容性、较高的弯曲强度、断裂韧性和较低的弹性模量。正是由于二氧化锆具有增韧补强的作用,有效的改善纳米羟基磷灰石的力学性能[3]。因此,纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料,兼具材料生物活性、骨诱导性以及材料力学特性,成为用于承载部位骨缺损修复具有广泛前景的新兴材料。
一、实验方法
(一) 致敏试验
取豚鼠30只,雌雄各半,体重300—500g,随机分为三组,实验组、阴性对照组和阳性对照组各10只。实验样品的生理盐水浸提液,5%甲醛溶液作为阳性对照,生理盐水作为阴性对照[4]。
(二)刺激试验
选用新西兰白兔,每组3只,雌雄各半随机分3组,体重2.5kg-3.0kg。HA/40% ZrO2浸提液,阴性对照:生理盐水,阳性对照为3%甲醛溶液。在脊柱左侧取一去毛区,标记5个点,常规麻醉消毒用1ml注射器试验组于5个点每点注射0.1ml的浸提液,阴性对照组每点注射0.1ml的生理盐水,阳性对照组每点注射01.ml的甲醛溶液。
(三)溶血实验
穿刺抽取人静脉血10ml加入到含有抗凝肝素钠的试管中,混合抗凝。取抗凝人血8ml,加入10ml生理盐水,稀释备用。取24支干净玻璃试管每组8支。实验组每只试管加入材料浸提液10ml,阴性对照组每只试管加入10ml生理盐水,阳性对照组每只试管加入10ml蒸馏水,将全部试管在37℃恒温箱中恒温30分钟后,每只试管分别加入0.2ml稀释抗凝人血,轻轻混匀,继续保温60分钟后,离心5分钟,吸取上清液至比色皿中,用分光光度计在545nm波长处测定吸光度。
溶血率 =实验材料的吸光度—阴性对照的吸光度/阳性对照的吸光度—阴性对照的吸光度
结果评定:若材料的溶血率5%,则不符合生物医用材料溶血试验要求。
(四)肌肉内植入试验
选用Wister大鼠48只,雌雄各半,体重220±25g,随机分为术后第7、15、30、90天4组, 每组10只。对照组8只。常规麻醉消毒, 分离竖脊肌,于肌肉内植入消毒的HA/40% ZrO2材料块, 缝合肌膜和皮肤。术后每日予以青霉素20 万U 肌注, 连续3 d , 于术后第7、15、30、90 天取材,对照组手术操作如上, 但不放材料板。大体观察并制作标本切片,HE染色,光镜下观察。
二、结 果
(一)致敏试验
各实验组和生理盐水对照组皮肤均无红斑、水肿或疹块发生,致敏率为0。
但甲醛对照组动物出现显著的红斑和水肿,致敏率为100%,致敏作用强
(二)刺激试验
生理盐水对照组均未见任何刺激反应,试验组3号兔的第2点24h时可见淡红色边界清晰的红斑和边缘明显高于周围皮面的轻度水肿,48h时可见淡红色边界清晰的红斑刚可查出的极轻微的水肿,72h时可见此点极轻微的红斑无水肿。所以24h的平均原发性刺激指数为0.267,48h的平均原发性刺激指数为0.2,而72h的平均原发性刺激指数为0.067,均小于0.4,则说明材料对皮肤无刺激作用,而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿,为强刺激。
(三)溶血试验:
实验组和阴性对照组各管离心后,上层均为清亮无色液体,下层为红细胞沉淀物,该材料的溶血率为3.17%,小于国家标准5%,说明该材料符合组织工程支架溶血试验要求。
经SPSS 10.0统计软件单因素方差分析和SNK-q检验:实验组与阴性对照组之间光吸收度值无统计学差异(P>0.05),实验组与阳性对照组光吸收度值有显著性差异(P<0.05)。
(四)肌肉植入试验
将各组实验动物包绕纳米羟基磷灰石-二氧化锆材料的组织切开, 植入后7天,试样周围可见以嗜中性粒细胞浸润为主的炎性反应,可见吞噬细胞,无囊壁形成。
植入15天后试样周围有少量嗜中性粒细胞,淋巴细胞浸润和巨细胞反应;试样周围可见小血管与纤维母细胞增生,开始形成疏松囊壁。
植入30天后,试样周围可见少量淋巴细胞,试样周围可见纤维母细胞与胶原纤维,并已形成纤维囊腔结构。
植入90天后试样周围未见或仅见极少量淋巴细胞,纤维化囊壁致密,壁的厚度比形成初期要薄。
三、讨 论
目前,生物医学材料安全性评价主要是采用医疗器械生物学评价体系,即世界标准化组织(ISO)制定的10993系列标准,国内转化为国家标准(GB/T)16886系列标准。参照以上标准,选择了(致敏试验、刺激试验、溶血试验、、肌肉植入试验),由于该生物医学材料在体内是不降解的,作为异物一定会对生物体产生作用,同时生物体也会对植入材料产生排斥反应,如果该材料最终被生物体接受,就认为该生物材料与组织之间相容,被称为具有好的生物相容性;反之,被称为生物不相容。
致敏反应属Ⅳ型变态反应,试验用完全弗氏佐剂和十二烷基硫酸钠石蜡液起到加强致敏作用的效果,又采取了最大剂量法,保证了试验结果的可靠性。况且豚鼠为T淋巴细胞敏感型动物,而结果显示试验组各注射点均无红斑和水肿,证明此材料无致敏反应。
刺激是不涉及免疫学机制的一次、多次或持续与试验组织工程支架材料接触引起的局部炎症反应。本文使用的是皮肤刺激试验。采用5点注射法,各时间点平均原发性刺激指数均小于0.4,则说明材料对皮肤无刺激作用,而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿,为强刺激。
溶血试验是检测生物医用材料对血液红细胞的溶血作用,测定红细胞溶解和血红蛋白游离的程度。本实验采用直接接触法,该材料的溶血率为3.17%,小于国家标准表明该材料不引起溶血反应。此试验对吸光度数值先用单因素方差分析,结果为p〈0.05,说明三组之间存在统计学差异,多组间均数的两两比较采用q检验,结果为试验组与阴性对照组之间p〉0.05,说明与阴性对照组之间无差别,而与阳性对照组之间p〈0.05,说明试验组与阳性对照组之间有显著差别。
体内植入实验是为了评价活体组织与试验样品材料的相互反应。所有医疗器械和材料植入体内均会不同程度地产生组织反应。目前,常采用肌肉局部组织生物学反应评价是根据炎性细胞反应和纤维囊形成进行组织反应分级,然后在根据组织反应分级情况进行结果评定。本试验植入各个时期炎症细胞浸润和纤维囊形成分级符合国家标准。
本实验体内和体外试验结果表明纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料是一种无致敏、无刺激、无溶血,具有良好的血液和组织相容性的材料,又因其材料本身具有良好的生物活性及力学特性,有望成为修复骨缺损十分重要的生物材料。
参 考 文 献
[1] MuruganR,RamakrishnaS.Development of nanocomposites for bonegrafting.Compos.Sci.Technol.,2005,65(15-16):2385-2406.
[2] 胡江.组织工程研究进展.2000.生物医学工程学杂志,17(1):75-79
【关键词】医疗仪器设备维修 综合技能实训室 仪器操作技能模拟实训室
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682(2012)02-0027-02
【Abstract】Research and Practice of Comprehensive Skills of Medical Equipment Maintenance. Full use of the comprehensive skills room, and instrument operation room. To adopt basic training and short-term training. To need the maintenance training of medical equipment to the students. The student have is imported sophisticated medical equipment maintenance technique. Particularly in the medical equipment maintenance is process of practice. The five categories with further training such as the Circuit, the Fluid way, the Light way, Mechanical drive and Computer control. To improve the students practical skills of comprehensive maintenance.
【Key words】Medical equipment maintenance Comprehensive skills room Instrument operation room
目前,省市各大医院已引进了大量的进口医疗仪器设备。培养医疗仪器设备的维修技术人才,成为沈阳药科大学高职学院医疗器械系的使命,我院医用电子仪器和医疗器械两个专业是为医疗设备公司、医疗器械生产厂家、医院等单位,培养维修工程师、销售工程师、生产及技术管理人员。为了进一步提高高职教育的教学质量,推进人才培养模式改革,为国家医疗器械行业培养“实用技能型”人才,我们对《医用电子仪器维修技术》专业课进行了教学改革,同时进行了《医疗仪器设备维修综合技能实训的研究与实践》的教改课题的研究。《医用电子仪器维修技术》是医用电子仪器专业的一门综合的、重要的专业课,该课程包括理论教学、实验教学和维修实训三个环节,通过本课程的学习,学生掌握了医用电子仪器维修技术的基本理论,提高了学生医疗仪器设备维修的实际动手能力,特别是通过医疗仪器设备维修实训,以及医疗仪器设备维修综合技能实训的研究与实践,进一步提高了学生对进口医疗仪器设备维修的综合技能水平。
我院《医用电子仪器维修技术》课程,在维修实训教学环节中,按照以下两种方式进行。首先,通过院内专业实训室对学生进行医疗仪器设备维修的“基本功”训练,从而使学生掌握了国内外电子元器件的测量技术、检修各种医疗仪器设备的维修方法和检修步骤、焊接工艺及安装调试技术、电脑的硬件和软件安装及计算机网络技术,提高了进口医疗仪器设备维修手册和操作手册的阅读能力。其次,通过院内专业实训室和校外实训基地,对医疗仪器设备维修的综合技能进行综合训练,学生对医疗仪器设备的综合故障现象的故障分析、故障排除,提高了学生的实际动手能力,提高了学生在医疗仪器设备维修实践过程中的综合技能。
维修实训是提高学生医疗仪器设备维修技能非常重要的环节,维修实训模式采用“基本功训练、短期培训”的方式,提高了学生对“电路、液路、光路、机械传动、电脑控制”五大类故障分析处理的综合技能,使学生掌握了大型进口医疗仪器设备的维修技术。因此,《医用电子仪器维修技术》课程被评为“辽宁省级精品课”,使我们在维修实训环节上了一个新台阶,在培养医疗器械行业“实用技能型”人才方面走出了自己的特色。
一、课程改革的内容
根据我院目前《医用电子仪器维修技术》课程维修实训的现状,我们加强了医疗仪器设备维修综合技能实训的研究与实践,建立“综合技能实训室”和“仪器操作技能模拟实训室”。具体内容如下:①建立“综合技能实训室”,制定维修实训课程的内容,以及综合技能实训的方式和方法;②开发“仪器操作技能模拟应用系统”,建立“仪器操作技能模拟实训室”;③开发多功能的实训教学多媒体课件,更新医疗仪器设备维修实训教材;④建立综合技能实训考核方法及考核标准;⑤采用“工学结合”人才培养模式,建立稳固的校外维修实训基地。
二、课程改革实现的目标
《医用电子仪器维修技术》课程改革的目标是,建立“综合技能实训室”和“仪器操作技能模拟实训室”,采用“基本功训练,短期培训”的维修实训模式,对学生进行医疗仪器设备维修综合技能的训练,为学生掌握医疗仪器设备维修实用技术,培养医疗器械“实用技能型”人才,找到行之有效的方法,为今后学生走向工作岗位,打下了坚实地基础。
三、课程改革实施方案、实施方法、具体实施阶段
1.实施方案
根据我院目前《医用电子仪器维修技术》课程维修实训的现状,加强了对医疗仪器设备维修综合技能实训的研究与实践,研究思路是按照医疗器械行业“实用技能型”人才面向的岗位群来进行研究,岗位群包括:医疗设备公司、医疗器械生产厂、医院设备科或器械科、生物医学工程室,建立医疗仪器设备维修综合技能实训教学体系,校内实训建立“综合技能实训室”和“仪器操作技能模拟实训室”,校外实训与省市医院及医疗器械公司建立校外实训基地,建立综合技能实训考核方法及考核标准。从而,建立医疗仪器设备维修综合技能实训人才的培养模式。
2.实施方法
(1)进行医疗仪器设备的市场调研,建立“综合技能实训室”和“仪器操作技能模拟实训室”,制定维修实训课程的内容及实施步骤,制定综合技能实训的方式和方法。
(2)更新医疗仪器设备维修实训教材,开发多功能的实训教学多媒体课件。
(3)建立稳固的校外维修实训基地,建立和制定综合技能实训考核方法及考核标准。
3.具体实施阶段
第一阶段:进行医疗仪器设备的市场调研。
根据《医用电子仪器维修技术》课程维修实训的需要,深入到省内各大医院设备科、电诊科、彩超室、放射科、检验科、放免中心等科室,以及医疗器械公司,对医院的各个科室的医疗仪器设备进行调研,掌握医院各个科室对医疗仪器设备的管理及机型,写出调研分析报告。
第二阶段:选择综合技能维修实训机型,组建“综合技能实训室”。
通过对医疗仪器设备市场的调研和考察,了解具有综合故障现象的医疗仪器设备的机型,在同一台仪器上同时存在“电路、液路、光路、机械传动、电脑控制”这五大类故障现象,确定维修实训的机型,规划设计“综合技能实训室”,实训室场地、工作环境、实训台等设计,以满足学生对医疗仪器设备“电路、液路、光路、机械传动、电脑控制”五大类故障综合维修实践技能的训练。
第三阶段:制定维修实训课程的内容及实施步骤。
(1)充分利用“综合技能实训室”,进行医疗仪器设备维修综合技能的训练。充分利用“综合技能实训室”选定的医疗仪器设备机型,进一步加强“电路、液路、光路、机械传动、电脑控制”五大类故障现象的故障分析,对以上五大类故障进行综合技能训练;加强对各种医疗仪器设备的组成及各部分的作用的训练;提高学生对整机总体方框图、整机电原理方框图、各部分电路作用及信号流程、液路图、光路图、装配图的读图能力。加强学生维修各种仪器设备的维修模式的训练。
(2)充分利用“综合技能实训室”,采用“基本功训练、短期培训”模式,进行进口医疗仪器设备维修的综合训练。充分利用“综合技能实训室”,采用“基本功训练、短期培训”的模式,以进口大型医疗仪器设备为目标,以典型故障现象为载体,对学生进行医疗仪器设备维修的综合技能实训,使学生们掌握进口医疗仪器设备的维修技术,特别是在医疗仪器设备维修实践过程中,对“电路、液路、光路、机械传动、电脑控制”五大类故障得到进一步的训练,从而提高学生们的综合维修实践技能。
第四阶段:制定综合技能维修实训的方式和方法。
以典型的医疗仪器设备为例,采用“项目导向教学法”、“教、学、做相结合教学法”和“阶梯式教学法”,以典型故障为载体,进行综合技能实训。维修实训内容分成电路故障、液路故障、光路故障、机械传动故障、电脑控制故障五大模块。
第五阶段:开发“医疗仪器操作技能模拟应用系统”,建立“仪器操作技能模拟实训室”。
由于维修实训所购置的医疗仪器设备的数量是有限的,仪器操作的实训还远远不够,进口医疗仪器设备操作界面都是英文菜单,所以,仪器操作的实训尤为重要。我们必须开发“医疗仪器操作技能模拟应用系统”,建立“仪器操作技能模拟实训室”,才能解决仪器操作技能实训,如:阅读仪器运行记录,读仪器错误代码,进行故障分析,排除故障;建立工作单,输入标准曲线,输入定标液浓度曲线;仪器的保养和调试等操作。
第六阶段:更新医疗仪器设备维修实训教材。
在建立“综合技能实训室”和“仪器操作技能模拟实训室”之后,按照医疗仪器设备维修实训的课程内容,更新医疗仪器设备维修实训教材。
第七阶段:开发多功能的实训教学多媒体课件。
为了解决学生对各类医疗仪器设备的维修,使学生掌握各类医疗仪器设备的维修技术,我们必须开发多功能的实训教学多媒体课件。
第八阶段:采用“工学结合”人才培养模式,建立稳固的校外维修实训基地。
由于校内的实训仪器设备种类和数量非常有限,因此,我们必须深入到省市各大医院的设备科、器械科、电诊室、放射科、检验科等有关科室,与他们建立稳固的实训基地,使学生开阔眼界,提高医疗仪器设备维修的综合技能水平,为今后走上工作岗位打下坚实的基础。
第九阶段:建立综合技能实训考核方法及考核标准。
在建立校内“综合技能实训室”和“仪器操作技能模拟实训室”的同时,建立完善的综合技能实训考核方法及考核标准。
四、课程改革的特色与创新之处
1.课程改革的特色
充分利用“综合技能实训室”和“仪器操作技能模拟实训室”,采用“基本功训练、短期培训”的模式,对学生进行医疗仪器设备的维修实训,使学生掌握进口医疗仪器设备的维修技术,特别是在医疗仪器设备维修实践过程中,对电路、液路、光路、机械传动、电脑控制五大类故障得到了进一步的训练,从而提高了学生们的综合维修实践技能。
2.课程改革的创新之处
开发了医疗仪器操作技能的应用软件,建立了“仪器操作技能模拟实训室”,解决了维修实训医疗仪器设备数量有限的问题,以及医疗仪器设备操作技能训练的问题。
五、课程改革的效果
第一,使学生掌握了各种医疗仪器设备维修的维修方法和检修步骤,提高了学生医疗仪器设备维修的“基本功”。
第二,使学生掌握了各种医疗仪器设备的维修模式,提高了学生的实际动手能力。
第三,使学生掌握了各种医疗仪器设备维修的技巧和思路,提高了分析问题和解决问题的能力。
第四,增强了对大型进口医疗仪器设备维修的自信心,提高了医疗仪器设备维修的综合技能水平。
第五,提高了学生适应工作环境的能力,为今后走向工作岗位,打下了坚实地基础。
第六,为学生掌握医疗仪器设备维修实用技术,培养医疗器械行业“实用技能型”人才,成为一名合格的维修工程师和销售工作人员,找到了行之有效的途径。
参考文献
1 吴建刚.现代医用电子仪器原理与维修[M].北京:电子工业出版社,2005
2 张玉海.新型医用检验仪器原理与维修[M].北京:电子工业出版社,2005
3 郭景文.现代仪器分析技术[M].北京:化学工业出版社,2004
4 韩志钧、孔祥平、姜晓峰.临床化学分析仪导论[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,1999