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篇(1)

關鍵詞：三位一體化；數字醫療；生物醫學工程

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

一、“三位一體化”創新型數字醫療人才培養模式的必要性

我國高等教育當前的任務是為社會培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才，工程類和“應用型”人才培養必須面向我國經濟建設主戰場，應責無旁貸地為地方經濟的振興和可持續發展服務。國家“十一五”規劃中把發展教育和培養德才兼備的高素質人才擺在了更加突出的戰略位置[1，2]。在我國，生物醫學工程專業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”；“應用型的專業性的、培養各行各業的應用型的高級專門人才，包括一般的高等學校，尤其是地方高等學校”和“職業性的技術技能型”。傳統的人才培養模式仍然占統治地位，其課程設置、課程內容以及教學過程中都帶有濃重的學科體系特點。學生的職業能力難以提高，很難適應實際工作的需要，從而出現了人才市場上供求失衡的結構性矛盾。可以看出，傳統的教育教學模式對學生能力培養的缺失決定了教學模式改革的必然性。而“三位一體化”創新型數字醫療人才培養模式是一種以職業能力培養為導向的教育模式，其彌補了傳統的教育模式在能力培養上的不足，符合生物醫學工程人才培養的需求。因此，構建“三位一體化”創新型數字醫療人才培養模式，切實提高生物醫學工程專業人才培養質量，努力培養符合時代要求的人才，顯得尤為重要。

二、“三位一體化”創新型數字醫療人才培養模式的規劃

我校生物醫學工程學科人才培養應以信息技術為支撐，以服務地方經濟為出發點，以數字醫療儀器為特色，培養具備生命科學、電子技術、計算機控制技術及信息科學有關的理論知識，具有能將醫學與工程技術相結合的科學研究能力，能從事醫學電子儀器的設計制造、儀器與系統的設計制造以及在其他電子應用技術、計算機應用技術等方面從事系統分析、系統設計、系統運行等工作的高水平、創新復合型人才。因此，推進人才模式研究，合理安排知識內容，突出多學科交叉的特點，加大產學研合作力度，培養學科歸屬感、自豪感，讓社會更了解生物醫學工程學科，也為地方經濟的發展提供高水平的人才儲備，這些都將列入我們的學科規劃。

在創新培養模式研究中注重解決三個科學問題：①交叉學科人才培養問題，實現我校獨具特色的新型交叉學科研究生創新教育模式研究；②信息背景和導向問題，實現扎實的信息技術背景、服務數字醫療領域的基礎研究和應用開發研究；③產學研研發平臺和研究生培養平臺的建設，利用現有多企業協作的省部級科技平臺，培養更具活力、創新型研究生人才。

三、“三位一體化”創新型數字醫療人才培養模式的實施路徑

（一）優化生物醫學工程研究生教育課程結構體系

知識結構是指知識的構成狀況，即所掌握的各種知識的相互比例、相互聯系、相互協調、相互作用以及它們所形成的整體功能。知識結構通常包括核心知識和拓展知識，它們相對應的教育分別是核心教育和拓展教育。由于以前的人才培養目標不明確，學生所接受的核心教育內容不一致，各高校差別非常大。比如醫學院校往往強調醫科內容，學生最初接觸的知識往往是純醫學內容，在進行后續的拓展教育時，由于工科基礎太薄弱，學生感覺非常吃力。而在工科院校，核心教育內容重視工科，按理說進行拓展教育比較輕松，但問題仍然比較嚴重。“生物醫學工程學科是干什么的？”“與自動化等專業的區別在哪里？”“重慶郵電大學的生物醫學工程學科研究生培養些什么？”這些疑惑讓學生的拓展教育受到制約。生物醫學工程研究生教育課程群主要包括5個方面的內容：（1）科學基本知識；（2）工程專業核心課程；（3）生物醫學專業核心課程；（4）人文與社會科學；（5）工程專業選修課程。

（二）突出信息特色，探索教育創新如何服務地方經濟

生物醫學工程學科需要寬厚的信息背景，要利用運用大量的通信、計算機領域和儀器儀表知識。重慶市“10+2”產業發展規劃提出要重點發展信息（數字醫療等）、生物（生物醫學工程等）等高技術產業，構建一批高技術產業基地，在生物醫療、信息、儀器儀表等重點領域形成一批國家級和市級工程技術研發中心[3]。因此，本研究將立足信息學科基礎，主動服務經濟和社會發展，以醫學電子儀器為學科特色，培養具備生命科學、電子技術、計算機控制技術及信息科學有關的理論知識，具有能將醫學與工程技術相結合的科學研究能力，能從事醫學電子儀器的設計制造、儀器與系統的設計制造以及在其他電子應用技術、計算機應用技術等方面從事系統分析、系統設計、系統運行等工作的研究生創新人才。

（三）構建、探索運行具有可推廣性的校企聯合產學研合作研究平臺

研究生創新能力很大程度體現在解決問題、理論分析、研究開發的綜合能力。研究實踐平臺是研究生創新教育最重要的一環。在全面推進素質教育、實施科教興國戰略中，教育工作者擔負了培養21世紀社會主義建設人才的重任。在以教師為主導、學生為主體的新型教學模式中，實踐教學活動作為一種重要的學習過程，其目的是提高學生學習水平，開拓學生科學視野，提升學生科研素質，鍛煉學生動手能力，加強學生主動思考能力，培養學生創新精神和實踐能力。在為國家和社會培養高級醫學工程型人才的教育工作中，生物醫學工程的廣大教師和教育管理者應該廣開思路，不僅重視研究理論教學方法以培養和提高學生的素質，還要積極為學生實踐活動提供機會，創造環境和氛圍。

（四）研究生創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：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習能力、處理課題能力和總結能力。但是對于生物醫學工程這種交叉學科，其評價方法應該體現學科特色，需要更加細致化、過程化和量化。主要研究內容包括：（1）評價指標體系的選用。既有學科特點，又有產學研創新，交叉學科，信息特色。比如：課程學習體系，必然要包含信息技術、工程技術、生物醫學技術、健康康復要求等多方面、多模塊的知識體系，包括課堂學習、文獻查閱、情報檢索、歸納總結等能力，知識產權申報與總結；產學研平臺實習和解決企業需求能力評價；發表科技作品，不但包括科研論文，還應該強調文獻綜述發表，專利申報，軟件著作權發表等事項。（2）指標體系權重設計和評價算法。通過充分調研、征求導師、同行、學生意見和建議設計各參數權重體系。通過評價體系和體系指標權重設計相應的評價算法，通過量化和定性評語方式確定研究生創新能力。（3）評價效果研究。通過評價體系的研究，跟蹤創新人才培養效果，同時進行評價方法效果復核。

（五）探索研究生研究、學習生涯規劃

研究生生活時間短，而學習、研究任務重。研究旨在實現一種明確的、有序的研究生研究學習生涯規劃，解決如何盡快適應交叉學科學習研究、如何規劃研究生涯問題。通過研究生涯路線圖的形式研究在不同學習階段生物醫學工程研究生所需從事的工作、參與的課題、掌握的技能、乃至發表的作品。通過不同類型、不同基礎入學研究生的研究生涯路線圖，獲得更加規范、更加高效的研究過程管理。探索學習、研究過程的宏觀目標與微觀管理的有機聯系，通過共性問題，提煉出不同類型入學研究生將要踐行、實現的研究路線圖。在研究中還將全面研究國際、國內生物醫學工程學科中的優勢體系、培養方案，進一步提煉出生物醫學工程發展的新戰略和人才培養新模式，優化研究生課程體系，建設課程群，提高教學效果，促進教學質量與教學改革工程的全面實施與整體提升。

四、結束語

實現獨具特色的新型交叉學科研究生創新教育模式研究，實現扎實的信息技術背景、服務數字醫療領域的基礎研究和應用開發研究，建設產學研研發平臺和研究生培養平臺，利用現有多企業協作的省部級科技平臺，培養更具活力、創新型研究生人才，必須探索本學科專業碩士的培養方法和教學改革模式，在可能情況下與我國“卓越計劃”進行有效接軌，探索在數字醫療人才培養領域開展應用型、工程型、創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，學生能力的提高才有內在的驅動力，才能保證“三位一體化”創新型數字醫療人才培養模式成功實施。

參考文獻：

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

[2]陳武凡，譚小丹，周猛.生物醫學工程學科特色教育的系統規劃[J].醫療衛生裝備，2007，28（9）：78-79.

篇(2)

[關鍵詞]生物交叉學科 復合式教學體系 理論 實踐

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

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

一、交叉學科內涵和生物學實例

1.交叉學科內涵。交叉學科指的是兩個或多個學科相互合作，在同一個目標下進行的學術活動。

2.生物科學領域中的交叉學科實例。

（1）生物化學；（2）生物醫學工程；（3）生物信息學；（4）生物物理學；（5）生物數學。

二、交叉學科復合式教學體系內涵及生物交叉學科優勢

（一）交叉學科復合式教學體系內涵

交叉學科復合式教學體系是指以交叉學科為基礎，以培養復合型人才為目標，遵循系統原則，采用復合式設計方法，對教學要素（教學目標、教學理念、教學主體、教學方法、教學內容、教學管理、教學原則、教學手段、教學評價等）進行交叉復合，達到優化匹配，形成高效的人才生成復雜系統，具有開放性、復雜性、實踐性、實用性、創新性及綜合性等特征的教學體系。[1]

（二）生物交叉學科優勢

1.交叉學科的范式是：A領域的研究問題，用B領域的方法。而這種研究方法和研究問題的重新組合，往往能產生很多新的發現，從而使得交叉學科能夠得以蓬勃發展。這也是最大優勢。

2.生物交叉學科優勢。（1）它融合了不同學科的范式，推動了以往被專業學科所忽視的領域的研究，打破了專業化的壟斷現象；（2）增加了各學科之間的交流，形成了許多新的學科；（3）創造了以“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.生物交叉學科實例包括：（1）生物化學；（2）化學生物學；（3）生物醫學工程；（4）生物信息學；（5）生物物理學；（6）生物數學。

三、佳木斯大學生物交叉學科創新人才培養模式的實踐

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

2.佳木斯大學生物交叉學科本科生創新能力訓練體系模式。（1）佳木斯大學生物交叉學科本科生研究性學習的訓練模式；（2）佳木斯大學生物交叉學科本科生研究型討論的訓練模式；（3）佳木斯大學生物交叉學科本科生研究課題文獻資料查詢和綜述、成果總結發表和研究論文寫作的訓練模式。

3.佳木斯大學生物交叉學科本科研究型畢業設計模式。佳木斯大學生命科學學院教學指導委員會按照教育部的有關規定和人才培養目標的要求，根據生物交叉學科專業人才培養的規律、特點和實際，制定符合生物交叉學科特點的《本科畢業論文（設計）工作管理辦法》。

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

5.佳木斯大學生物交叉學科本科生攻讀第二學位培養模式。

6.佳木斯大學生物交叉學科本科生課外自主科研與合作科研培養模式。（1）自主科研：佳木斯大學生命科學學院生物交叉學科本科生課外早期探索自己感興趣的研究方向；結合畢業設計（論文），繼續從事和完成他們自己的研究課題。（2）合作科研：佳木斯大學生命科學學院生物交叉學科本科生課外早期經過探索和初步訓練以后，參加教師的高層次科研項目的研究，結合畢業設計（論文），繼續從事和完成他們自己的研究課題。[4]

【參考文獻】

[1]胡樹華，蘭飛，范文芳.交叉學科的復合式教學體系設計研究[J].江蘇高教，2007.7：69-71.

[2]http：///view/67024.htm.

篇(3)

1研究生教學內容和模式的創新與實踐

當前教學體系存在的主要問題：口腔醫學研究生課程內容或多或少存在與本科課程的交叉重復，研究生部分課程內容的高深層級性只是體現在對本科生課程內容上，難以體現不同層次人才培養在課程設置上的遞進性，客觀上降低了研究生的課程要求，影響了研究生培養質量。口腔研究生階段課程設置的涵蓋面較窄，課程體系相對局限于特定學科范圍之內，如專業選修課的設置多數按三級學科設置，不能很好體現知識擴展的功用，導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，過多強調教師在教學中的主導地位；在對學習效果的評估考核上，考核的范疇更多地限于教師講授的內容。教學目標的改革：堅持把研究方法的學習和練習放在首要位置。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研究的質量，所以應該堅持把研究方法的學習和訓練作為重要的一環。作者在課程學習的早期階段開設研究方法學課程，向研究生介紹研究的一般程序、基本原則和基本方法，學習如何提出問題、如何查閱文獻、如何收集材料、如何分析數據、如何得出結論、什么是合理借鑒與引用等等。教學內容的改革：開設跨學科、跨專業課程。當前的研究生課程各個學科間的相互滲透、交叉、繼承性和綜合性都表現的極為突出，知識界限也日趨模糊，課程設置應多樣而靈活，才能使研究生具有全面的知識結構，激發研究生的創新意識，提高其創新能力。作者在醫學院公共學位課中，也開設了《諾貝爾獎論文剖析》等課程，受到研究生的廣泛歡迎；在專業課方面，在我國國內較早開設了《口腔分子生物學與口腔實驗動物模型》、《口腔頜面部發育生物學與再生醫學》及《口腔生物材料學》等口腔醫學研究生“十二五規劃教材”課程，初步實現了從傳授型課程向創造型課程的轉變，提升了研究生科學思維和創新思維的能力和水平。教學方式和評估體系的改革：努力改變研究生被動參與教學的情況，提升其學習的主動性。在授課上主要采用專題講座、論文和綜述匯報、專題討論、學習班等方式，著重提出“以干促學”、“以干代訓”的理念，即針對研究生科研工作的實際需求，組織教學活動，促進其學習知識的主動性。如針對文獻管理，組織研究生參加本校圖書館舉辦的《NoteExpress學習班》，針對臨床研究，組織了《Cochrane－Style系統評價培訓班》，針對SCI論文寫作，組織了《SCI插圖規范化操作研討班》，針對基因組學、蛋白組學等前沿研究，邀請校內外專家及著名生物醫學廠商舉辦各種學習班等等。這些工作不但提升了研究生學習的熱情和效率，還促進了作者所在醫院的科研產出，很多研究生也據此獲得了“光華基金”、“吳世華基金”及“國家獎學金”等獎勵和榮譽。

2研究生創新平臺建設的創新與實踐

研究生培養平臺的不足：近年來，各種大型精密儀器在高校逐漸普及，然而，硬件設施具備了，相應的管理工作卻沒有跟上，取得的效果卻并不理想。首先，某些專業性很強的儀器被不科學地安置于常規實驗室中，使它們不能被充分利用，即使應用，也大大降低了其在科研中的價值。其次，研究生進入實驗室做實驗，由于實驗技術人員的缺少及精力所限，使研究生缺乏正規的指導與培訓，即便是技術人員，也存在專業水平差，對新技術、新方法掌握不熟練等問題，不能正確引導研究生分析和思考在科研實踐中遇到的理論或技術難題，這些都直接地影響了研究生創新能力的提高。整合現有研究生創新平臺：在西安交通大學“行動計劃”的支持下，作者及所在團隊整合了當時醫院的3個研究所組建了統一的“口腔醫學研究中心”。研究中心建設的基本原則是“三個集中和一個避免”：①集中實驗區域；②集中設備和材料，將原有實驗室的全部設備和材料無償劃撥給實驗中心；③集中人力，采用引進、培養和調整的方針，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備還要有思想；④避免重復建設，與校內其他平臺建設交流，共享大型設備，節省資金用于必需設備和有特點的設備的購買。該醫院實驗室由專人負責日常的維護和管理，研究生進入實驗室之前進行培訓，并針對每個研究生開設課題方向進行實驗技術指導，使其基礎實驗能力與理論水平相匹配；同時，要求研究生學會詳細觀察實驗的現象、綜合分析實驗的結果，切實提高了其實驗的操作能力。搭建校企產學研戰略合作平臺：實踐證明，遵循“臨床到實驗室再回到臨床的道路（bed－beach－bed）”的轉化醫學規律的產、學、研聯合，無疑是一種非常好的研究生培養模式。咸陽西北醫療器械（集團）有限公司是目前我國規模最大、綜合實力最強的口腔醫療器械專業制造廠商，經過較長時間醞釀和深入磋商，作者所在醫院已與其初步搭建了一個校企產、學、研戰略合作平臺。目標是在口腔醫療設備器械領域開展更廣泛的技術合作，旨在實質性地加強高等學校與企業間的密切合作，積極開展口腔醫學工程技術和相關醫療設備的開發和應用研究，研發具有自主知識產權的、高科技含量的先進儀器技術，促進向先進產品的轉化。合作除了可充分發揮該院口腔醫療特色及優勢，面向區域服務地方，不斷提升區域創新能力，實現自身發展和區域發展良性互動之外，還可以共同培養研究生，并為他們提供科研實踐的最好基地。

3研究生交叉、開放式培養模式的創新與實踐

3．1研究生傳統培養模式的弊端

單一導師制：我國的研究生招生規模逐年擴大，導師少、研究生多的結構性矛盾日益突出，單一導師制帶來的弊端日益凸現。首先，師生人數比例失調，嚴重制約了研究生培養質量的提高和研究生知識水平的發展；其次，為了滿足研究生教育的需求，各個學校都降低了碩士生、博士生導師的遴選標準，導致研究生培養質量出現參差不齊的現象；最后，知識時代的學科交叉性要求研究生具有寬廣的知識面，而單一導師的知識局限性會導致研究生學習范圍過窄、知識結構不寬，單一導師制度已經無法適應當前科學技術多學科交叉融合發展的趨勢。研究生培養模式封閉：目前的研究生教育仍然滿足于傳統意義的教學與科研上，醫學院臨床醫學和基礎醫學的區分較為嚴格，造成在招生方面，由于就業容量的限制，口腔基礎醫學招生較為困難；而口腔臨床醫學專業的研究生，又對從事基礎研究缺乏積極性，因此，培養出來的學生也不可避免地存在醫學創新能力上的不足。在封閉的培養模式下，優秀的研究生教育資源，包括導師資源、課程資源、科學研究試驗條件等無法在國內各高校之間相互開放，更缺乏國際學術交流、講座、合作科研等培養研究生所不可或缺的國際性育人氛圍和環境。

3．2以學生為主體的、多導師合作制的改革

在研究生培養教學中，導師對研究生培養質量起著舉足輕重的作用，如何保持導師隊伍的質量是保證研究生培養質量的關鍵。為提高口腔醫學研究生的培養質量，充分發揮導師的指導作用，作者所在醫院采用合作導師培養模式，建立合理的導師引入機制，并不斷探索研究生培養的“導師負責制”、“導師組”、“合作導師”相結合的多元化的研究生培養新模式，以期全面提升學科綜合力。在學科交叉的氛圍和環境中，激發學生的創新思維，拓寬學生的知識面，進而提高研究生的創新和實踐能力。尤其是該醫院與西安交通大學的基礎研究和材料學院等相關研究教師合作，共同指導研究生完成課題研究，這種校內跨學科合作導師模式，既可以讓學生掌握系統化的專業理論知識，開拓了思維，又發揮學校不同學科的綜合優勢，并且直接推動了該醫院交叉學科“口腔生物醫學”的成立。西安交通大學口腔醫學與生物學、基礎醫學、臨床醫學、材料科學與工程和生物醫學工程等多學科共同建設“口腔生物醫學”交叉學科博士點，依托該校優勢學科和“醫工”結合的優勢，為培養具有國際視野和交叉學科思維能力、深諳生物學、材料學及生物醫學工程學技術和實驗研究方法，并能夠從生物學理論的高度解決復雜的社會－心理－生物醫學模式下的口腔醫學問題的高端醫、教、研人才提供了新的思路。

3．3研究生交叉、開放培養模式的改革

為提高研究生教育水準，應當全面開放研究生培養的客觀環境，把加強研究生學術活動品牌建設作為提高研究生創新能力和培養質量的重要手段。研究生的培養不僅需要加強與其它高校的合作與交流，還應該通過國際合作和交流開拓學術視野，改善研究生教育的學術生態環境。近年來，作者所在醫院同美國、德國、日本、挪威等國家的10余所著名大學口腔醫學研究領域的國際頂級專家和知名學者建立了廣泛的學術交流與課題合作，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，為構建以創新為核心的開放式多學科交叉培養機制建設貢獻了力量。同時，為推動創新人才的培養，吸引研究生優秀生源，鼓勵和支持優秀研究生從事科研創新研究，學校設立“西安交通大學口腔醫院科研創新基金”，各項目資助經費已經開始在研究生科研活動中發揮效應，對研究生創新能力的培養和訓練起到了激勵和支持的作用。此外，還廣泛招收國際留學生，在國際研究生的創新性教育方面積累了相當多的經驗，擴大了該醫院的國際知名度。實踐證明。只有通過以創新能力為核心的交叉、開放式研究生培養模式的探索和一系列創新舉措的實施，才能構筑與高水平研究型大學相適應的開放式研究生培養體系，不斷提升研究生培養質量和創新能力。

4結語與展望

篇(4)

關鍵詞： 步態研究 研究方法 正常步態 不正常步態 應用

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，人的步行姿態在一定程度上是與人體所處生物學因素及環境因素相互作用的體現。步態分析是對人體步行從運動學、動力學、肌肉工作特征及其運動控制等方面，進行系統的分析研究。研究者們通過對步行姿態（步態）的研究，對人的行走功能進行評定、對疾病的恢復效果進行評價、對不正常步態進行矯正、對行走輔助功能提供參考。步態研究已經成為生物力學及醫學界的一個重要課題，國內外學者們對此做了廣泛而深入的研究。本文通過對步態研究的方法、研究進展等方面作綜述，希望為以后步態問題的深入研究提供參考。

1.步態研究的方法的發展

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

1.1肉眼觀察法

19世紀德國生理學家webers兄弟首先發表了對人體的基本位移形式―步行的研究。由于受到當時條件的限制，他們采用了觀察法，通過素描及繪畫的方法對步態進行了描述［1］。這也是較早對人體步態的研究之一。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。所以，這種方法隨著時代的發展已經不再為人們所采用。但是，他們的研究方法引發了人們對步態研究的無窮探索。

1.2走紙法［2］

走紙法是一種較為古老的步態研究方法。它是通過對測試者所走過的足跡進行測量，借助簡單的工具進行步態分析的方法。這種研究法所能得到的參數很少，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。從研究方法學來說，這種方法是人類利用測量工具研究步態的開始。

1.3攝影攝像法

隨著科學技術的發展，人們開始利用性能較高的攝影攝像技術分析人體步態。使用兩到三臺互相垂直的攝像機對人體正常步行進行拍攝。然后利用計算機分析系統對步態參數進行測定。這種方法的精確度較高，參數分析的范圍比以往任何方法都要大。通過這種方法，我們可以得到步態的時間、空間、時間―空間參數，包括人體步行時的重心曲線，肢體各關節的運動曲線等。通過這些數據，我們可以對人體步行的穩定性、協調性、節奏性、對稱性進行評價，從而為疾病恢復、步態矯正、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，以及對一些力學參數的測定無能為力等。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，測力臺的內部的電阻受壓后，應變片因拉伸或壓縮而產生電阻的電信號變化，通過放大后進入連接的計算機處理［3］。通過這種方法，我們可以獲得步態的力學參數，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，我們可以對行走的穩定性、對稱性等進行評價。目前這一技術已經比較成熟，典型的有kistler測力臺和AMFI測力臺。測力臺所得力學參數與數碼影像分析所得的時空參數相結合，綜合人體相關生理知識，我們已經能夠對步態進行較為精確的描述。

1.5步態分析系統法

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節角度信號，并由與測力板以及安裝在步行道上的壓力開關相連的光電裝置，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節角度信號和用多剛體力學建立的人體步行運動學、動力學程序，使得它像各種先進的紅外步態分析系統一樣，計算出步行的各種能量變化、人體行走位置、關節受力和肌肉力矩等。我國也開展了各種簡易步態分析系統的研究，較有代表性的工作有：微機化步態分析系統［4］和靴式步態分析系統［5］。

2.步態研究的進展及對人類健康所作的貢獻

2.1對不正常步態的研究及對人類健康的貢獻

所謂不正常步，即步態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為支撐的作用，四是力量不足以令下肢移動的同時帶動上肢。異常步態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異常。

近年來，以步態分析的方法來評估及治療肌肉骨骼和神經方面的研究發展迅速，并由此進一步推動了對不正常步態的深入研究。這方面的研究很多，如劉永斌［6］等人對三截一癱殘疾者進行步態測試，以反映人體行走姿態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，用特征函數的基本概念進行歸類組合，提出5個相應的經驗公式，以此對三截一癱患者的行走功能進行評定。Rozendal［7］等通過三維步態分析系統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，可以發現健側和患側下肢的力量環和形態明顯不同，借此可客觀評定步態異常機理。Granataetal.（2000）［8］通過步態分析，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，臨床步態實驗室也在不斷增加。對于不正常步態的研究，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疾病的恢復。醫學界正在越來越多地應用步態研究成果為人類健康服務。

2.2對正常步態的研究及應用

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

國內外研究主要集中于老年人、兒童等特殊人群的步態。而對于成年人特別是與步態與運動能力的關系的研究較少。如Hills and parker（1991）［10］研究表明身高與步幅顯著相關。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。只有在步行節奏改變時，如跑或快速步行時變化才比較明顯，其他學者的研究也支持了這一點。另外，granata，abel，anddamiano（2000）［11］對下肢關節角度和關節角速度的變化做了研究，指出步行時關節角度的大小是與肌肉的活動和發力是相關的。北京體育大學趙芳、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，其目的是研究從中年到老年這一衰老過程步態指標的變化，希望能將步態指標作為中老年人體質衰老的評價標準。另外，一些學者對肥胖兒童、長期負重、高跟鞋等對步態的影響也做了一些研究。這些研究對于人體步態矯形，塑造人的形體美，以及利用人體步態參數為肢體殘疾者制作合適的假肢，促進青少年形體的健康發展等起到了巨大的作用。不足的是對健康成年人步態與身體功能、步態與人體運動功能關系的研究還較少，相信隨著研究手段的日益完善，這方面會取得較大的進步。

3.討論

3.1隨著科學技術的發展，對步態研究的方法也日益完善。從原始的觀察法、走紙法等發展到準確全面的影像技術、測力臺技術和步態測試系統。國內外很多學者仍然在努力嘗試研究更為科學的研究方法，并且陸續有報導。另外，因應醫學上對病態步態分析應用的要求，臨床步態實驗室不斷增加，并且朝向實用性、準確性、系統性、低成本方向發展。

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

參考文獻：

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篇(5)

關鍵詞：有限元法；手部；建模；生物力學

1 有限元法的發展歷史及在人體生物力學中的運用

1.1有限元法的發展歷史 有限元法（finite elementsmethods，FEM）即有限元素法[1]，是一種在工程科學技術中廣泛應用的數學物理方法，用于模擬并解決各種工程力學、熱學、電磁學、生物力學等問題。其基本思想是把一個由無限個質點和有無限個自由度構成的連續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分析，獲得整個連續體的力學性質。有限元法最早可上溯到20世紀40年代。現代有限法的第一個成功的嘗試是在 1956年，Turner、Clough等人在分析飛機結構時成功應用有限元法求解。1960年，Clough第一次提出了"有限元法"概念，使人們認識到它的功效。我國河海大學教授徐芝綸院士首次將有限元法引入我國，對它的應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研究 1972年，Brekelmans[2]等首次報道將有限元分析方法應用于生物力學方面研究。80年代后，應用范圍逐步擴展到顱面骨、頜骨、股骨、牙齒、關節、頸椎、腰椎及其附屬結構等生物力學研究中。隨著計算機技術的發展、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越性并已逐漸成為研究人體生物力學的重要手段。人體力學行為研究基本無法采用傳統的力學實驗方式來進行，因而有限元建模愈來愈成為深化人體認識的有效措施。基于有限元軟件日益完善的建模功能及兼融其它計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）軟件特性，真實再現三維人體骨骼、肌肉、血管、器官等組織成為可能，并在虛擬現實實驗中，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、三點彎、抗疲勞等力學實驗進行模擬，能求解獲得給定實驗條件下模型任意部位變形、內部能量變化、應力/應變分布、極限破壞等數據[3]。

1.3有限元法在人體生物力學研究中的建模思路 有限元建模即建立為數值計算提供原始數據的計算模型，需要通過建立幾何模型、材料賦值、網格劃分、施加約束與載荷，最后進行求解等步驟實現，是有限元法仿真試驗最關鍵環節。摸型的幾何相擬性直接影響計算的結果，醫學有限元模型的建立首先需要獲得人體特定部位的幾何數據，數據可以從幾何參數設定、激光掃描、標本切片和磨片以及醫學影像圖像獲得。其中醫學影像法最為以無創的方式提供了高精度的人體解剖結構形態，基于醫學影像技術建模是目前人體有限元建模的主要手段，可以實現人體解剖結構的可視化乃至生物力學仿真的有限元模型。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據重建三維模型，是一種經濟、可行的方式。但因信息獲取不完整，建模過程復雜，對研究者經驗要求較高，現行醫學有限元建模中應用較少。還有研究者基于超聲影像技術建模，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，為心瓣流體力學研究探索新的方法學途徑。目前基于超聲的有限元分析研究多集中在機械制造、土木工程等領域，并多采用二維有限元法分析，還沒有注意到與醫學相關的基本超聲影像技術的三維有限元研究相關報道。這或許是因為基于超聲影像技術的力學研究本就較少，三維、四維超聲的概念提出較晚，與重點應用在工程技術方面的有限元法結合運用更是鮮有。相較X線與超聲而言，CT/MRI圖像法在醫學有限元建模中應用更為普遍。MRI技術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，能清晰顯示人體結構的組織學差異和生化變化。基于MRI圖像能獲得細致的幾何模型。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，無法獲得更詳細的幾何數據，影響到重建圖像的清晰度精確性。基于CT掃描獲得幾何數據的建模的方法目前應用最為廣泛。CT根據密度不同來確定信號的強弱，可以通過調節掃描條件，使任何復雜形態和各種密度的組織都有較高的分辨率，適用于任何復雜形態和各種密度的三維結構。可清晰顯示骨與軟組織的邊界，通過醫學成像系統能獲得骨骼比較準確的幾何數據，其不足之處在于對軟組織的分辨率相對較低，無法從醫學成像系統獲得準確的肌肉、韌帶、腔等組織幾何數據，須參考相關解剖資料。CT/MRI數據重建的三維模型，能夠真實的再現被掃描對象的表面特征及內部結構，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于CT。通過CT結合MRI法將能融合二者優勢，但對研究者圖像處理技術有更高的要求。通過文獻檢索發現，目前CT提取骨組織結合MRI提取軟組織方法的研究報道較少。徐志才[6]等基于CT影像數據構建了包含股骨、脛骨和腓骨的實體模型，并基于MRI影像數據構建了包含股骨軟骨、脛骨軟骨、內外側半月板和內外側副韌帶的三維實體模型。將CT和MRI影像數據進行配準融合，獲得包含骨性和非骨性結構的膝關節三維實體模型。

2 有限元建模的常用軟件

人體生物力學有限元模型的精確性對有限元分析結果的合理性有直接影響。三維重建技術與有限元方法及其他虛擬現實技術的結合是未來發展的方向，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據進行快速處理建立3D模型，然后對表面進行網格劃分以應用在有限元分析中。它還可基于掃描數據的亨氏單位對體網格進行材質分配。MIMICS的網格重劃功能能方便地將不規則三角片轉化成趨近于等邊的三角片，顯著提高STL模型的質量和處理速度，對輸入數據進行最大限度的優化，目前版本已發展到MIMICS17.0。現常用有限元軟件有：Ansys、ABAQUS、NASTRAN、COSMOS等。其中最常用的是Ansys軟件，目前版本已發展到Ansys15.0。

3 手部三維有限元的運用進展

手部因其解剖結構復雜、運動靈活精細、力學分析困難的周圍組織對手部力學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。在工程領域方面，楊德偉[7]等基于CT掃描數據結合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、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，手部復雜的組織結構未曾細化。抓握功能通過參數約束、程序運動規劃控制下實現，而并非基于神經肌電活動模擬，也非通過骨、肌肉施加荷載得到，本模型在工程領域有一定實用價值，但遠不能滿足醫學研究的需要；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構，建立手部肌肉模型，并以程序設計約束指間運動關系，通過控制肌肉收縮量來實現手指運動，較好的擬真了手指運動機理。但模型基于數學方程人為控制，而非通過人手實際解剖結構獲得。在醫學領域方面，Carrigan等[9]通過CT掃描，最先建立了包括韌帶、軟骨、8塊骨骼在內的手腕關節復合模型；國外的Ko等和國內的郭欣等[10]都建立了腕管的三維有限元模型，為進一步探討腕部結構的力學行為提供了一個可操作的平臺；Anderson等[11]最早通過腕關節三維有限元模型模擬了創傷性關節炎病理改變；Bajuri MN[12]等通過CT掃描，參照診斷標準，建立了首例類風濕性關節炎患者腕關節三維有限元模型。國內其它學者也以解決臨床問題為出發點，對手的部分結構三維有限元模型的建立進行了積極的探索，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固定治療情形，研究兩種治療方法優劣問題；董謝平等[14]以中國力學可視人原始資料為依據，構建帶軟組織的正常手腕和佩帶腕保護器手腕的三維有限元模型，驗證了腕保護器防護腕部骨折的有效性；顏冰珊等[15]建立了正常下尺橈關節三維有限元模型研究了前臂橈骨骨折的臨床問題；張浩[16]等基于現有個人電腦平臺，建立了腕關節有限元模型，進一步證明利用醫學圖像處理軟件和三維重建軟件準確、快捷地構建腕關節的三維有限元模型有可行性。

4 小結

手部建模是虛擬現實領域研究的熱點之一，在工程領域主要是機器人手的擬真研究，尤重抓握功能，在醫學領域更多涉及腕關節這一部分結構，囊括手部骨骼、關節、肌肉、韌帶、筋膜、血管、神經、皮膚等組織結構較完整的手部有限元模型尚未見諸報道。手部的骨骼、關節數目較多、相互關聯較復雜，是一個復合性的機械結構，在建模時要同時考慮到骨骼、關節面、韌帶、肌腱及其它周圍組織在生物力學中的作用。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，更沒有統一的建模標準。如何將三維可視化手建成物理手的有限元模型是現階段研究難點，也是實現虛擬生理手模型建立的必然階段，相信隨著計算機技術的進步及多學科更好的融合，手部有限元模型研究將有更為廣闊的前景。

參考文獻：

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篇(6)

【關鍵詞】脊柱；轉移性腫瘤；外科治療

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

脊柱轉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。對于脊柱轉移性腫瘤患者來講，脊柱一旦發生轉移，其在生存的時間上非常有限，為此，脊柱轉移性腫瘤患者在何種情況下需要實施外科手術治療成為了臨床工作中一直所在研究的重點。基于此，文獻選取醫院的32例脊柱轉移性腫瘤患者，對他們在臨床治療中所采取的外科治療效果進行了分析和總結，現報道如下。

1資料與方法

1.1臨床資料

在醫院與2010年3月-2011年3月所收治的32例脊柱轉移性腫瘤患者中，男性15例，女性17例，年齡35-74歲，平均年齡為54.5歲。32例患者經病理檢查均證實為脊柱轉移性腫瘤，原發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

手術前對32例患者進行常規性的檢查，對于原發性病灶未知的患者，仔細檢查他們容易發生骨轉移的部位。然后，根據患者在X片、CT等檢查結果，對生存時間預計超過半年以上的患者實施外科治療。經檢查，本次32例患者均能實施外科治療。

本次脊柱轉移性腫瘤患者的外科治療針對患者的病情予以實施，針對單發椎體轉移灶患者采取前路或后外側入路切除腫瘤，重建脊柱穩定性或單純的PVP手術方法進行治療[1]。針對多發脊柱轉移灶患者，對伴有脊柱失穩或有神經壓迫的節段實施后側入路椎體病灶切除、椎弓根螺釘內固定、骨水泥充填、后路內固定、單純后路椎板切除減壓的方法進行治療，同時，對于多發脊柱轉移灶不不伴有結構性失穩或神經壓迫的節段也可采取PVP手術[2]。手術結束后，根據患者的不同身體狀況給予抗生素治療，以預防感染的發生，行開發性手術的患者，傷口留置負壓引流，并在術后的一到兩天內將引流管拔除，根據患者的病理結果，可給予一定的化療或放療治療[3]。

1.3觀察項目與方法

根據疼痛強度視覺模擬評分VAS和Frankel分級對脊柱轉移性腫瘤患者治療前后的疼痛感和脊柱神經系統功能的恢復情況進行評估，并分別記錄好治療前后的隨訪結果[4]。

2結果

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移，而脊柱是其中最為常見的一個轉移部位。在轉移性腫瘤中，從轉移發生的概率分析，腫瘤骨轉移具有“親骨性”和“厭骨性”兩種。親骨性轉移中，前列腺癌是最為明顯的，轉移率高達80%以上，其次為乳腺癌、肺癌，厭骨性轉移中，隨著當前此類腫瘤患者發病率的不斷上升，轉移發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前醫學界所非常關注的話題[5]。

隨著現代外科手術和影像學技術水平的不斷提高，臨床治療脊柱轉移性腫瘤中將外科手術應用到了其中。從提高脊柱轉移性腫瘤患者的生存時間上考慮，外科手術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、神經等方面，因此，外科手術實施中，首先需要在手術前對患者進行全身性的檢查，以便對患者手術實施策略的制定，而在外科手術的進行中更是需要從患者的全身狀況和脊柱的不同轉移情況出發。在本文此次對32例脊柱轉移性腫瘤患者采取外科治療的結果分析上，32例脊柱轉移性腫瘤患者在實施外科手術中，從患者脊柱轉移的單發或多發轉移、全身的不同狀況出發選擇不同的手術方案，治療后一個月，與術前相比，術后的疼痛感逐漸有重度疼痛向輕度疼痛轉移；術后3個月對患者的脊椎神經系統功能進行評估，和手術前相比較，脊柱神經功能逐漸的由A級向E級轉移，脊柱功能逐漸好轉。

綜上所述，脊柱轉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，還能對患者的神經功能進行維護，對患者生存質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用。

參考文獻

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篇(7)

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

計算機圖像處理技術在醫學領域的應用日趨廣泛,近20年來已成為整形外科領域研究應用的方向之一。本文將國內外近年來有關計算機圖像處理技術在整形外科面積測量與結構分析、手術設計與模擬、術中導航、輔助預制假體、軟組織生物力學分析、計算機整形專家系統等領域的具體應用進行了綜述,并提出了需解決的問題及今后主要的發展方向。

1　具體應用領域

1.1　面積測量與結構分析　1983年,Hilger等[1]首次將計算機圖像技術用于鼻成形術形態測量和結構分析。1987年,美國試制成功第一臺由計算機與錄像設備組成的整容檢測儀并投入應用。1988年至1992年,Papel等[2～4]都先后采用計算機技術對人體,特別是面部形態進行了測量與分析。國內1990年王大章等[5,6]開始在口腔整形方面應用計算機進行測量分析、輔助診斷、療效預測等研究。1995年,王積恩等[7]對鼻形態12個項目進行了計算機測量分析,胡志奇等[8]報告了120例隆鼻術前后做形態測量與統計分析的結果。同年,王大為等[9]用記錄像素點個數測量面積的方法,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構,幫助人們正確認識了該部位的解剖結構及人殊形態形成的機理。醫學圖像能直觀準確地提供診斷信息,作為手術的重要依據和指導,這對以改善外觀形態為主要目的的整形外科尤為重要。用計算機進行形態測量與分析,較傳統的手工測繪與肉眼觀察,除簡便、迅速、可滿足大樣本多參數測量外,還可精確測算細微差別或不規則面積,并可結合黃金分割等進行美學分析。

1.2　手術設計與模擬

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中導航系統,對于面部整形手術而言有計算機化的手術設計與模擬系統(Computerized Surgerical Planning and Simulation Surgery System),該系統用于術前設計、術中導航、假體的輔助設計與移植模擬,目前已有商品化的產品問世[12]。應用CAS系統需要以下條件:①手術小組;②成像設備;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體數據的抽取與處理;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,并將其分為經驗模擬外科(即術者憑經驗在頭腦中模擬手術的過程)和計算機模擬外科兩類。對于后者,術前即可在顯示器上或按測量數據制作的實體模型上觀察到感興趣區域的三維解剖結構,并模擬可能的外科操作。以下按顯示方式分類介紹其應用情況。

1.2.2　在計算機上進行手術設計與模擬　1992年,Theodore等在計算機屏幕上對面部皮瓣進行簡單設計與模擬,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輔助面部手術設計與效果預測,臨床驗證312例,取得初步效果。1997年,王大為等[17]報告了應用自行研制的軟件,對隆鼻術患者術前圖像測量分析后通過灰度外推、坐標內插等方法,模擬術后效果。1995年,Pieper等[14]報告了結合有限元數學模型的計算機輔助面部手術模擬系統,可對顏面部的直線形傷口和菱形-W形皮膚成形術在計算機上進行設計與模擬,并預測術后效果。1993年,Altobelli等[18]進行了顱面整形手術的計算機輔助三維設計與模擬,以眼球作為定位基準,在計算機生成的表面顯示三維圖像上模擬截骨術和骨骼移動。1995年,Devauchelle討論了三維圖像技術與顱面整形的關系、計算機模擬手術的優點及發展前景,并指出三維成像技術的目的在于術前把畸形和所需做修復的精確空間定位提供給術者。目前,整形外科三維圖像技術主要是基于CT掃描數據和計算機三維重建,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用較多,而在軟組織結構與表面形態方面的應用,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設計與模擬的10條要求:①三維數據的高解析度采樣;②多個平面數據的三維重建;③交互式的圖像顯示與測量;④二維及三維解剖數據庫的用戶界面;⑤截骨術及骨塊位置移動的模擬;⑥軟組織手術的模擬和(或)骨骼移位對軟組織影響的模擬;⑦術中導航和對患者解剖及相應計算機圖像記錄的方法學;⑧解剖模型和植入體的制作;⑨以往手術經驗的知識數據庫;10運動學與生物力學分析。顯然,用計算機逼真地模擬手術過程對軟、硬件的要求非常高,而且是以鼠標、鍵盤為工具,外科醫生要能熟練操作才行,另外實際的手術器械及材料也無法在顯示屏上應用,與實際手術操作情況差別較大,因此目前臨床應用更多的還是實體模型。

1.2.3　在實體模型上進行手術設計與模擬　應用計算機輔助設計與制造技術(Computer-Aided Design & Computer-Aided Manufacture,CAD/CAM),采用數控機床或激光加工工藝,根據插值處理后的CT和MRI數據,可制造出輪廓光滑、與患者骨組織實際解剖結構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"(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]采用三維測量系統獲得健側耳數據,作鏡像轉換后制出與之對稱的患側耳模型,應用于7例小耳畸形,效果非常滿意。該方法的優點有:①便于拿在手中對感興趣區的實際結構在術前進行觀察研究,消毒后還可作為模板用在手術臺上,提高手術操作的精確度;②較計算機上模擬更加直觀,更可直接用手術器械在泡沫模型上模擬手術操作;③可用作直觀教具。但也存在缺點:制造成本高,需對CT數據進行插值處理才能保證模型邊緣光滑自然。

1.3　輔助預制植入體　由正常組織輪廓及缺損邊緣相減可得到植入體的數據,再用CAD/CAM技術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,形態好,壽命長,還可在術前預制,縮短手術時間。1995年,Eufinger等[24]將該方法應用于修復大面積顱骨缺損。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,以指導自體植骨修補缺損時取骨量的多少。國內吳煜農等[25]嘗試了采用柵線投影光測法由健側與患側顏面部的高程差值得到硅橡膠植入體厚度的數據,以指導植入體制作。

1.4　軟組織生物力學分析　結合有限元數學模型,對皮膚軟組織生物力學分析,可解決皮膚拉伸、縮短、扭轉中的非線性、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行比較,分析了滑行推進皮瓣。Kawabata等[26]1989年對各種Z-成形術進行了力學分析。

1.5　計算機整形專家系統　即基于專業知識數據庫,存貯專家的知識與經驗,及其手術設計中的各種選擇并對結果進行預測的計算機應用系統。此時計算機就象一本可用于培訓或幫助分析決策的交互式教科書,可提供備選菜單,并根據使用者所做的選擇給出最佳手術方案及相應結果。1994年王義彪[27]建立了小腿組織瓣手術方案優選專家系統,該系統選擇結果與專家的判定基本一致。

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

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

1.8　培訓與教學　由于計算機在整形外科的上述諸多應用,它對培訓和教學作用也就不言而喻了。Papel在《應用計算機成像技術進行整形外科教學和培訓青年醫師》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已在小范圍內應用于整形外科領域,從文獻報道看都取得了良好效果,阻礙其推廣的主要是經濟因素和技術因素。由于尚處于起步階段,經驗少,往往需求助于計算機專業人員,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、計算的結果也同手術實際情況存在一定的差距。①整形外科專業應用軟件是制約計算機在整形外科應用的主要因素,應加強有關專門軟件的開發和普及。②臨床醫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域應用的重要因素。

3　主要發展方向和展望

3.1　國際互聯網(World Wide Web,WWW)的發展與應用可將本地CAS系統同具有超級計算能力的遠程計算中心聯結起來,實現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。利用網絡技術還可實現遠程整形外科醫療、會診與咨詢,大大節省往返費用和時間[29]。

3.2　虛擬現實(Virtual Reality)技術與器官圖像數據相結合,使操作者有身臨其境的真實感,從而在虛擬患者身上進行手術模擬、醫師培訓[30,31]。

3.3　將空間不規則表面圖像采集生成技術與有限元數學模型結合,應用于皮膚擴張術或顱面外科,可實現對皮膚軟組織三維形態的精確計算、輔助設計模擬和預測。

3.4　通過加強對細節因素的分析與識別,實現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　與內鏡和機器臂技術相結合,實現復雜手術時對機器臂的可視化控制,從而使內鏡整形外科邁入新階段[29]。計算機圖像技術已帶來許多革命性的進步,正在整形外科領域顯示出強大的生命力。可以預見,這一技術必將得到廣泛的普及和應用,并進一步促進本學科的發展,有著廣泛的的前景。

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