發(fā)布時(shí)間：2024-01-05 14:57:04
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的生物醫(yī)學(xué)工程的研究方向樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
20世紀(jì)60年代，美國(guó)一些著名大學(xué)先后開啟了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的建設(shè)，相繼啟動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)。美國(guó)的生物醫(yī)學(xué)工程教育特點(diǎn)是在技術(shù)產(chǎn)業(yè)化需求驅(qū)動(dòng)建立起來的具有其自身特性，且反映了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科建設(shè)與發(fā)展的前沿特征。各個(gè)學(xué)校的本科教育課程雖然具有自己的特色，但在課程設(shè)置上大致可以分為科學(xué)基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程、關(guān)注領(lǐng)域課程、設(shè)計(jì)課程、人文與社會(huì)科學(xué)課程、專業(yè)選修課程及其他選修課程等六類。不同學(xué)校本科課程的主要差異體現(xiàn)在專業(yè)選修課程及其他選修課程的設(shè)置上，各個(gè)學(xué)校根據(jù)自身的生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的研究方向和研究水平特點(diǎn)開設(shè)一些相應(yīng)的選修課程，并培養(yǎng)學(xué)生在相應(yīng)方向上的研究探索實(shí)踐能力。這是美國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程本科教育的基本特點(diǎn)。
我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育起步于20世紀(jì)80年代，主要發(fā)源于著名工科院校的信息技術(shù)類專業(yè)和力學(xué)專業(yè)，進(jìn)而逐漸形成的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育，后來，一些醫(yī)學(xué)院校在醫(yī)學(xué)物理和醫(yī)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上相繼開展了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育，于是在我國(guó)基本上形成了這樣兩種類型的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科。上述兩類院校的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科建設(shè)發(fā)展模式各具側(cè)重，遵循了共同的學(xué)科基礎(chǔ)，在培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才的應(yīng)用層面上有顯著特點(diǎn)。相對(duì)來說，工科院校的生物醫(yī)學(xué)工程培養(yǎng)模式注重工程技術(shù)的開發(fā)和功能拓展，醫(yī)科院校則注重醫(yī)學(xué)與工程結(jié)合、工程技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的綜合應(yīng)用。
1.中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展思路
生物醫(yī)學(xué)工程是一種交叉學(xué)科，交叉的學(xué)科基礎(chǔ)及其融合的緊密程度決定了生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展水平，交叉的學(xué)科發(fā)展推動(dòng)著生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展，并且使得生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科研究領(lǐng)域變得十分廣泛，而且處在不斷發(fā)展之中。
1.1 學(xué)科發(fā)展軌跡
在中國(guó)，基于電子信息工程發(fā)展而來的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，主要包括生物醫(yī)學(xué)儀器、生物醫(yī)學(xué)信號(hào)檢測(cè)與處理、生物醫(yī)學(xué)信息計(jì)算分析、生物醫(yī)學(xué)成像及圖像處理分析、生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)建模與仿真、臨床治療與康復(fù)的工程優(yōu)化方法、手術(shù)規(guī)劃圖像仿真以及圖像導(dǎo)引手術(shù)及放療優(yōu)化等；有基于力學(xué)發(fā)展而來的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，主要包括生物流體力學(xué)、生物固體力學(xué)、運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)、計(jì)算生物力學(xué)和微觀尺度的細(xì)胞生物力學(xué)等；基于化學(xué)材料工程發(fā)展而來的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，主要包括生物材料學(xué)、組織工程與人工器官、物理因子的生物化學(xué)效應(yīng)等。
1.2 學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)
作為交叉學(xué)科的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科，其發(fā)展的關(guān)鍵在于交叉學(xué)科間的交叉融合。構(gòu)建一種良好的交叉結(jié)構(gòu)，對(duì)推動(dòng)交叉學(xué)科的發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。約翰霍普金斯大學(xué)對(duì)于生物醫(yī)學(xué)工程這樣的交叉學(xué)科的描述有一個(gè)形象的說法：交叉學(xué)科如同在不同學(xué)科之間建立起連接橋梁，如果在河兩岸沒有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，橋是無法建立好的，對(duì)于生物醫(yī)學(xué)工程這樣一座建立在兩個(gè)不同學(xué)科之間的橋來說，它的發(fā)展要求具有堅(jiān)實(shí)的交叉學(xué)科基礎(chǔ)和交叉學(xué)科緊密融合深度。那么在生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科構(gòu)建良好的交叉結(jié)構(gòu)，需要選取具有理論支撐和技術(shù)支撐的主干學(xué)科進(jìn)行交叉，凝練學(xué)科方向，不能大而全，過于寬泛。
目前，醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)學(xué)成像技術(shù)具有良好的應(yīng)用和發(fā)展前景，應(yīng)該成為生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的重點(diǎn)發(fā)展方向。醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)學(xué)成像設(shè)備能有力推動(dòng)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。醫(yī)療儀器和醫(yī)學(xué)成像設(shè)備是現(xiàn)代醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)中的主流產(chǎn)品，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起著主導(dǎo)和引領(lǐng)作用。其發(fā)展水平已成為一個(gè)國(guó)家綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力與水平的重要標(biāo)志之一。產(chǎn)業(yè)化驅(qū)動(dòng)也是學(xué)科發(fā)展的一種動(dòng)力，也為學(xué)生未來職業(yè)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。基于醫(yī)療衛(wèi)生健康事業(yè)的需求和生命科學(xué)發(fā)展的大趨勢(shì)，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科應(yīng)大力促進(jìn)醫(yī)學(xué)儀器和醫(yī)學(xué)成像方法的學(xué)科建設(shè)，從而提升整個(gè)學(xué)科的發(fā)展水平。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的建設(shè)離不開一流的學(xué)術(shù)研究和學(xué)術(shù)成果的應(yīng)用。一流的學(xué)術(shù)研究不但能提升學(xué)科的發(fā)展水平，而且能開拓學(xué)科縱深發(fā)展，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)科服務(wù)社會(huì)發(fā)展的能力。學(xué)術(shù)研究的前瞻性和創(chuàng)新性將確保學(xué)科建設(shè)的發(fā)展動(dòng)力和趨勢(shì)以及學(xué)科發(fā)展的活力。
交叉學(xué)科往往具有不同程度的可替代性?？商娲猿潭仍礁?，交叉學(xué)科存在的必要性就越小。如何減小生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科可替代性的程度是需要深入思考的，是需要提升學(xué)科的特異性的。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)的學(xué)術(shù)研究主要包括應(yīng)用理論研究和理論應(yīng)用研究，應(yīng)用理論研究主要涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域所需要解決的科學(xué)問題，開展新理論、新方法的研究。理論應(yīng)用研究主要涉及生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域所需要解決的科學(xué)和技術(shù)問題，借助理工科的相關(guān)理論和方法開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究。應(yīng)用理論研究是理論驅(qū)動(dòng)型的學(xué)術(shù)研究，理論應(yīng)用研究是應(yīng)用驅(qū)動(dòng)型的學(xué)術(shù)研究。理論驅(qū)動(dòng)型和應(yīng)用驅(qū)動(dòng)型是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科學(xué)術(shù)研究的兩種主要模式。理工科大學(xué)具有良好的理論創(chuàng)新基礎(chǔ)和強(qiáng)大的交叉的學(xué)科背景，開展理論驅(qū)動(dòng)型研究具有自身優(yōu)勢(shì)。醫(yī)學(xué)院校具有豐富的醫(yī)學(xué)資源，面臨著大量需要應(yīng)用理工知識(shí)解決的醫(yī)學(xué)問題，開展應(yīng)用驅(qū)動(dòng)型研究，將很好地實(shí)現(xiàn)與醫(yī)學(xué)的應(yīng)用融合，具有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值，有力推進(jìn)醫(yī)學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展。各自的學(xué)術(shù)優(yōu)勢(shì)將有利于生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科特色發(fā)展，從而增強(qiáng)其不可替代的程度，實(shí)現(xiàn)學(xué)科可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。
1.3 學(xué)科體系
作為一級(jí)學(xué)科的生物醫(yī)學(xué)工程，包含學(xué)科的理論體系和技術(shù)體系，且該體系離不開所交叉的學(xué)科的理論體系和技術(shù)體系的支撐，此外生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科理論體系和技術(shù)體系既要有學(xué)科自身的特色，又要具有可持續(xù)發(fā)展和一定程度上的不可替代性，這樣學(xué)科才會(huì)有旺盛的生命力。要面向醫(yī)療衛(wèi)生、生物科學(xué)所涉及的重大、重要技術(shù)理論問題及基礎(chǔ)應(yīng)用開展學(xué)術(shù)研究。實(shí)現(xiàn)良好的學(xué)術(shù)研究定位，形成自己的理論體系和技術(shù)體系。
2.大數(shù)據(jù)時(shí)代的生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展
守正創(chuàng)新是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科發(fā)展的必由之路，人類已進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，所謂大數(shù)據(jù)（bigdata），或稱海量數(shù)據(jù)，是指由于數(shù)據(jù)容量太龐大和數(shù)據(jù)來源過于復(fù)雜，無法在一定時(shí)間內(nèi)用常規(guī)工具軟件對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行獲取、管理、存儲(chǔ)、檢索、共享、傳輸、挖掘和分析處理的數(shù)據(jù)集。大數(shù)據(jù)具有“4V”特征：①數(shù)據(jù)容量（volume）大；②數(shù)據(jù)種類（variety）多，常常具有不同的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)來源；③動(dòng)態(tài)變化快，如各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，非平穩(wěn)數(shù)據(jù)，時(shí)效性要求高；④科學(xué)價(jià)值（value）大，盡管目前利用率低，卻常常蘊(yùn)藏著新知識(shí)和重要特征價(jià)值或具有重要預(yù)測(cè)價(jià)值。大數(shù)據(jù)是需要新的分析處理模式才能挖掘分析出其蘊(yùn)藏的重要特征信息[6。
人體生老病死的生命過程就是一個(gè)不斷涌現(xiàn)的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)發(fā)生源，這種源源不斷的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的檢測(cè)、處理與分析，將給生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的建設(shè)與發(fā)展帶來新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。模式識(shí)別、人工智能、數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)的發(fā)展將帶動(dòng)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步。生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)廣泛涉及人類醫(yī)療衛(wèi)生健康相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域：臨床醫(yī)療、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生、醫(yī)藥研發(fā)、臨床工程、心里、行為與情緒、人類遺傳學(xué)與組學(xué)、基因和蛋白質(zhì)組學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、健康網(wǎng)絡(luò)信息等，可謂包羅萬(wàn)象，紛繁復(fù)雜。生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏了種種有科學(xué)價(jià)值的信息，研究有效的大數(shù)據(jù)挖掘的新理論、新技術(shù)和新方法，對(duì)生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和融合計(jì)算分析，充分挖掘生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中的信息關(guān)聯(lián)和特征關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)空間映射關(guān)聯(lián)，既能為疾病的預(yù)防、發(fā)生發(fā)展、診斷和治療康復(fù)提供系統(tǒng)化的全新的認(rèn)識(shí)，有利于深入疾病機(jī)理研究分析，開展個(gè)性化診療。還可以通過整合系統(tǒng)生物學(xué)與臨床數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)個(gè)體患病風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)后，有針對(duì)性地實(shí)施預(yù)防和治療。
生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科所面臨的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)主要包括多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)、多種類醫(yī)學(xué)信號(hào)數(shù)據(jù)以及基因和蛋白質(zhì)組學(xué)的生物信息數(shù)據(jù)。生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)在生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景，從三個(gè)方面應(yīng)用將推動(dòng)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展。
（1）開展多模態(tài)影像大數(shù)據(jù)計(jì)算分析。醫(yī)學(xué)影像學(xué)科的發(fā)展從早期看得到，到看得清，目前的看得準(zhǔn)，未來的趨勢(shì)是看得早。只有看得準(zhǔn)和看得早才有利于臨床早期干預(yù)，提高治療預(yù)期。醫(yī)學(xué)影像大數(shù)據(jù)計(jì)算分析在影像診斷、手術(shù)計(jì)劃、圖像導(dǎo)引、遠(yuǎn)程醫(yī)療和病程跟蹤將發(fā)揮越來越大的作用。
建立新的醫(yī)學(xué)影像大數(shù)據(jù)計(jì)算分析模型和數(shù)值計(jì)算方法，挖掘多模態(tài)影像數(shù)據(jù)的特征數(shù)據(jù)和特征關(guān)聯(lián)，將會(huì)提供強(qiáng)有力的影像診斷分析手段，極大地推動(dòng)影像技術(shù)的發(fā)展，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值和科學(xué)價(jià)值。
（2）開展多種類醫(yī)學(xué)信號(hào)大數(shù)據(jù)計(jì)算分析。醫(yī)學(xué)信號(hào)大多直接產(chǎn)生于生理和病理過程中的信號(hào)，能在不同層面上表達(dá)生理和病理相關(guān)機(jī)制特征。融合多種醫(yī)學(xué)信號(hào)的大數(shù)據(jù)計(jì)算分析，能對(duì)生理病理過程進(jìn)行更好更全面的闡釋，不僅能深入了解生理病理的狀態(tài)特征和過程特征，而且能實(shí)現(xiàn)個(gè)體健康監(jiān)測(cè)和管理?？梢院芎玫亻_展回顧性研究和前瞻性研究，推進(jìn)系統(tǒng)化的醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究。實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的多種醫(yī)學(xué)信號(hào)數(shù)據(jù)的特征挖掘及特征關(guān)聯(lián)計(jì)算分析。大數(shù)據(jù)挖掘能夠增加準(zhǔn)確度和發(fā)現(xiàn)弱關(guān)聯(lián)的能力，能更好地認(rèn)識(shí)生理病理現(xiàn)象和本質(zhì)。
（3）開展基因和蛋白質(zhì)組學(xué)的生物信息大數(shù)據(jù)計(jì)算分析。基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和比較基因組學(xué)的不斷發(fā)展涌現(xiàn)了海量的需要計(jì)算分析的生物信息數(shù)據(jù)，已進(jìn)入計(jì)算系統(tǒng)生物學(xué)的時(shí)代。開展生物信息大數(shù)據(jù)計(jì)算分析，可以拓展組學(xué)研究及不同組學(xué)間的關(guān)聯(lián)研究。從環(huán)境交互、個(gè)體生活方式、心里行為等暴露組學(xué)，至細(xì)胞分子水平上的基因組學(xué)、表觀組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、基因蛋白質(zhì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，再到人類健康和疾病狀態(tài)的表型組學(xué)等不同層面不同方向上實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的關(guān)聯(lián)計(jì)算分析，可以全面闡述生命過程機(jī)制，挖掘生命過程特征及關(guān)聯(lián)特征。
3.結(jié)論
關(guān)鍵詞：工科院校；生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)；生物實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革
生物醫(yī)學(xué)工程（BiologyMedicalEngineering，BMI）是綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)的理論和方法而發(fā)展起來的，其主要是運(yùn)用現(xiàn)代自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，從工程學(xué)的角度，在多層次上研究人體的結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系，揭示生命現(xiàn)象，為防病、治病提供新的技術(shù)手段的一門綜合性、高技術(shù)的學(xué)科，多學(xué)科的高度綜合交叉是生物醫(yī)學(xué)工程的特點(diǎn)[1]。自上世紀(jì)70年代末以來，國(guó)內(nèi)許多醫(yī)學(xué)院校、綜合性大學(xué)、理工科大學(xué)及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)都設(shè)立了生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，涵蓋了生物信息、醫(yī)療儀器、生物材料、生物工程等多個(gè)專業(yè)方向，課程設(shè)置主要包括工程類課程和醫(yī)學(xué)類課程，旨在培養(yǎng)具有各方面能力的復(fù)合型人才[2]。在生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)體系中，實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神、提高整體教學(xué)質(zhì)量的根本保證和有效途徑[3]。南京郵電大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)是在學(xué)校原來的信號(hào)與信息處理等優(yōu)勢(shì)學(xué)科的支撐下發(fā)展起來的，因此在醫(yī)學(xué)信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)圖像處理、生物傳感和生物信息學(xué)等領(lǐng)域積累了雄厚的師資和科研力量，上述領(lǐng)域的實(shí)踐教學(xué)體系完善、教學(xué)平備。比較而言，學(xué)校在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)和科研上相對(duì)薄弱，特別是在生物醫(yī)學(xué)方面的實(shí)踐教學(xué)有明顯的不足，存在著師資力量缺乏、教學(xué)平臺(tái)薄弱、課時(shí)有限等問題。針對(duì)上述問題，我們從師資隊(duì)伍建設(shè)、資源優(yōu)化配置、教學(xué)內(nèi)容改革和教學(xué)方式更新等方面入手，對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)提出一系列改革措施，取得一定的效果。
一、生物學(xué)實(shí)踐教學(xué)存在的問題
南京郵電大學(xué)是傳統(tǒng)的工科院校，信息學(xué)科是學(xué)校的辦學(xué)特色。在工學(xué)為主體，以及“大信息”的背景下，學(xué)校的通信、電子、圖像和計(jì)算機(jī)等學(xué)科的科研氛圍濃厚、師資力量較強(qiáng)，相關(guān)課程的教學(xué)體系成熟、教學(xué)特點(diǎn)鮮明。上述相關(guān)學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)已經(jīng)構(gòu)建了包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、專題實(shí)驗(yàn)、綜合訓(xùn)練和生產(chǎn)實(shí)習(xí)一系列完善的實(shí)踐教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。但隨著我國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科建設(shè)工作的開展，以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究和應(yīng)用的快速發(fā)展，迫切的需要將更多的生物醫(yī)學(xué)知識(shí)融入到工程學(xué)知識(shí)中。為了擴(kuò)展生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在生物學(xué)教學(xué)方面，我校目前開設(shè)了幾門生物學(xué)領(lǐng)域的課程，包括現(xiàn)代生物學(xué)、定量生理學(xué)和解剖生理學(xué)等。由于學(xué)校在生物醫(yī)學(xué)相關(guān)學(xué)科的科研和教學(xué)缺乏基礎(chǔ)，因此這些課程的師資力量較為缺乏，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)也比較薄弱。此外，生物醫(yī)學(xué)課程多屬于理論加上實(shí)驗(yàn)的課程，要求課時(shí)較多。以解剖與生理為例，理論課要講51個(gè)學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課也需要51個(gè)學(xué)時(shí)[4，5]。但我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)大綱，對(duì)解剖與生理課程只設(shè)置了36個(gè)學(xué)時(shí)的理論課以及4個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。因此，在這些課程的理論課教學(xué)上，需要大幅的調(diào)整以適應(yīng)本專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求[4，5]。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，由于課時(shí)的限制，大多為演示實(shí)驗(yàn)或參觀，學(xué)生缺乏動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)[6]。筆者在調(diào)研學(xué)生對(duì)解剖與生理課程興趣、期望和要求時(shí)，有68.1%的同學(xué)表示對(duì)這門課程感興趣或非常感興趣，并且有30%的同學(xué)希望能有動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)（表2）。但我校目前現(xiàn)有的師資力量、實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和課時(shí)設(shè)置都不能滿足學(xué)生的這一要求，因此，必須采取有效的改進(jìn)措施提高教學(xué)平水，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)要求。
二、生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)辦法
1.培養(yǎng)專任教師隊(duì)伍。為了提高我校生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的教學(xué)和科研水平，近幾年來，已引進(jìn)多個(gè)生物醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)的博士和高級(jí)人才，構(gòu)建了一個(gè)高學(xué)歷的教師隊(duì)伍。教師的專業(yè)和研究方向包括了分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)工程以及納米材料毒理等，這些教師的專業(yè)背景和知識(shí)體系完全滿足了現(xiàn)有的生物課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。
2.完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件。為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，同時(shí)為了滿足學(xué)?？蒲许?xiàng)目發(fā)展的需要，我校已于近幾年建設(shè)完成了生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)目標(biāo)是建立一個(gè)以生物技術(shù)為核心，結(jié)合醫(yī)學(xué)診斷以及生物信息處理的多層次性和綜合性實(shí)驗(yàn)基地，使學(xué)生系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)和掌握全面的生命科學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)技能，以培養(yǎng)生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域創(chuàng)新性人才，同時(shí)為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的師生提供一個(gè)高水平的細(xì)胞、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，以加強(qiáng)不同學(xué)科間的合作交流，做出一流的科研工作。目前已建立了分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)操作平臺(tái)和蛋白結(jié)構(gòu)測(cè)試和信息處理的表征平臺(tái)。在此平臺(tái)上，我們?yōu)閷W(xué)生設(shè)立了核酸分離和檢測(cè)，核黃素、丙二醛和超氧化物歧化酶等生化指標(biāo)測(cè)定等一系列的實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，觀看并親自動(dòng)手操作，極大激發(fā)了學(xué)生的對(duì)生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。
3.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方法。除了加強(qiáng)教師隊(duì)伍和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)，我們還通過多種教學(xué)方法和途徑改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。針對(duì)生物類課程實(shí)驗(yàn)課時(shí)不足的問題，許多教師針對(duì)生物領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向開設(shè)了一系列的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過開放性實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物房，讓學(xué)生跟著老師學(xué)習(xí)一些基本的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)以及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的操作技能和方法[7-9]。在教學(xué)中，教師積極鼓勵(lì)對(duì)生物醫(yī)學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)有興趣并且有能力的本科生申報(bào)創(chuàng)新項(xiàng)目，鼓勵(lì)教師和學(xué)生并將畢業(yè)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新項(xiàng)目相結(jié)合，以教師的科研項(xiàng)目為載體，讓學(xué)生在實(shí)踐中創(chuàng)新[10]。實(shí)踐以學(xué)生為主體，讓學(xué)生獨(dú)立查閱中外文獻(xiàn)，了解項(xiàng)目最新的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)習(xí)各種新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，掌握科學(xué)研究方法，這不僅有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)、解決問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，同時(shí)還加深例如學(xué)生對(duì)各種專業(yè)課程的理解以及對(duì)生物工程專業(yè)的認(rèn)識(shí)。實(shí)踐證明，上述教學(xué)方法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和操作能力，并培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，取得了良好的教學(xué)效果。同時(shí)學(xué)校還積極與南京大學(xué)、南京中醫(yī)藥大學(xué)、江蘇省中醫(yī)院等單位建立合作關(guān)系，帶領(lǐng)學(xué)生參觀實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生對(duì)生物醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成、具體運(yùn)作有更直觀的認(rèn)識(shí)。通過在大學(xué)和醫(yī)院等實(shí)習(xí)基地的參觀和關(guān)系，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)習(xí)目的和專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)作為一門為生物學(xué)和醫(yī)學(xué)服務(wù)的交叉學(xué)科，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課對(duì)生物醫(yī)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解掌握領(lǐng)域非常重要。針對(duì)我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，我們開展一系列的教學(xué)改革與實(shí)踐，取得了很好的效果。極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的參與熱情，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，并且為學(xué)生今后的工作和科研奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。希望能在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)完善現(xiàn)有的生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)方法，從而更好地促進(jìn)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)和發(fā)展。
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[關(guān)鍵詞]生物醫(yī)學(xué)工程 應(yīng)用型 人才培養(yǎng)模式
[中圖分類號(hào)] G640 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2013）22-0019-03
生物醫(yī)學(xué)工程（Biomedical Engineering，簡(jiǎn)稱BME）是運(yùn)用現(xiàn)代自然科學(xué)和工程技術(shù)的原理和方法，從工程學(xué)的角度，在多層次上研究人體的結(jié)構(gòu)、功能及其相互關(guān)系，揭示其生命現(xiàn)象，為防病、治病提供新的技術(shù)手段的一門綜合性、高技術(shù)的學(xué)科。BME的研究方向較多，如生物信息學(xué)、醫(yī)療儀器、醫(yī)學(xué)圖像、圖像處理、生理信號(hào)處理、生物力學(xué)、生物材料、系統(tǒng)分析、三維建模等。在每個(gè)方向上又有著非常寬廣的內(nèi)容。因此，BME領(lǐng)域?qū)⑹墙窈蟮难芯繜衢T之一，具有廣闊的發(fā)展前景。
廣東藥學(xué)院醫(yī)藥信息工程學(xué)院2005年開始招收生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)本科生，并成立了生物醫(yī)學(xué)工程系。為了使BME專業(yè)更好地融入醫(yī)藥信息工程學(xué)院的醫(yī)藥信息背景平臺(tái)，我們先后三次對(duì)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行了修改和完善。目前本專業(yè)有兩個(gè)方向――生物醫(yī)學(xué)電子儀器方向和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)方向。
在8年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和社會(huì)需求，從明確培養(yǎng)目標(biāo)、設(shè)置合理的課程體系、強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)和加強(qiáng)實(shí)習(xí)基地建設(shè)、雙師型教師隊(duì)伍建設(shè)四個(gè)方面對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了探索研究。
一、明確人才培養(yǎng)目標(biāo)
從社會(huì)需求和畢業(yè)生就業(yè)的角度考慮，我院BME本科教育培養(yǎng)方向定位于應(yīng)用型人才，專業(yè)領(lǐng)域?yàn)獒t(yī)療儀器，即培養(yǎng)大型醫(yī)療設(shè)備的操作、維修及管理人員。
根據(jù)這個(gè)專業(yè)定位，我院BME本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)為：培養(yǎng)面向生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)及醫(yī)學(xué)儀器領(lǐng)域從事科學(xué)研究、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、質(zhì)量管理、維修銷售的高級(jí)工程技術(shù)人才，具備生命科學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息科學(xué)有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，具有本學(xué)科及跨學(xué)科技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的基本能力，適應(yīng)社會(huì)需求的應(yīng)用型人才。
為了實(shí)現(xiàn)上述培養(yǎng)目標(biāo)，拓寬就業(yè)渠道，我們要求本專業(yè)的學(xué)生要具備以下的知識(shí)和能力：首先，精通本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，尤其是電子技術(shù)、醫(yī)學(xué)信號(hào)的獲取、處理的基本理論和一般方法，具有BME應(yīng)用研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、維護(hù)和管理的基本能力；其次，了解本專業(yè)所需要的醫(yī)學(xué)知識(shí)和生命科學(xué)知識(shí)；再次，了解醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的基本方針、政策法規(guī)、醫(yī)療設(shè)備企業(yè)管理的基本知識(shí)；最后，熟悉文獻(xiàn)檢索和資料查詢的基本方法，了解BME理論前沿，具有研究與開發(fā)新系統(tǒng)及新技術(shù)的初步能力。
二、設(shè)置合理的課程體系
課程設(shè)置是人才培養(yǎng)的核心，其合理與否直接影響畢業(yè)生的質(zhì)量。課程設(shè)置的知識(shí)模塊不應(yīng)是封閉的“金字塔”形狀，而應(yīng)該是開放的“知識(shí)樹”狀態(tài)。合理的課程體系應(yīng)是以社會(huì)需求為導(dǎo)向的，緊密結(jié)合生產(chǎn)和科技發(fā)展變化的需要，并堅(jiān)持技術(shù)知識(shí)本位、知識(shí)能力本位和做人本位的有機(jī)統(tǒng)一，及時(shí)調(diào)整課程設(shè)置，不斷更新課程內(nèi)容使學(xué)生能夠盡快地接受新技術(shù)與信息。
根據(jù)廣東藥學(xué)院建設(shè)高水平應(yīng)用型大學(xué)的目標(biāo)，針對(duì)BME專業(yè)在數(shù)字信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備、電子學(xué)等方面的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，重視醫(yī)學(xué)課程與工程技術(shù)課程知識(shí)的相互滲透，實(shí)現(xiàn)醫(yī)、工的有機(jī)結(jié)合。據(jù)此，我們?cè)谏钊敕治鯞ME學(xué)科性質(zhì)和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外同類專業(yè)的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過3次修訂教學(xué)計(jì)劃，逐步建立完善了BME專業(yè)的課程體系。在課程設(shè)置上做到既重視基礎(chǔ)知識(shí)課程，包括專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)課程和醫(yī)學(xué)知識(shí)課程，又突出專業(yè)特色，開設(shè)了醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)儀器故障診斷與維修、生物醫(yī)學(xué)儀器與醫(yī)療器械、醫(yī)用X線機(jī)與CT成像技術(shù)、MRI與醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)、核醫(yī)學(xué)與放射治療技術(shù)、醫(yī)療器械營(yíng)銷、醫(yī)療器械質(zhì)量體系與法規(guī)等課程。圍繞生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)技術(shù)重點(diǎn)來設(shè)置各課程在整個(gè)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的比重。在突出主干課程的同時(shí)，盡可能多地開設(shè)前沿選修課，讓學(xué)生了解該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。具體需做到以下幾點(diǎn)：
第一，在專業(yè)課程設(shè)置中注意突出應(yīng)用型本科課程設(shè)計(jì)要求和特點(diǎn)，加大實(shí)踐課的比重。以學(xué)分制為例，目前本專業(yè)開設(shè)的實(shí)踐課學(xué)分21分（含課外實(shí)踐學(xué)分），占課程總學(xué)分160分的13.13%，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加大實(shí)踐課的比重。
第二，重視醫(yī)學(xué)、理工兩大學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)的加強(qiáng)。在構(gòu)建課程體系時(shí)，重點(diǎn)加強(qiáng)生理學(xué)、人體解剖學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)概論、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程，以公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課作為支柱，形成寬口徑學(xué)科教育平臺(tái)。
第三，重視實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。教學(xué)要求強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過適當(dāng)增加課程設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)、大學(xué)生課外科技活動(dòng)及競(jìng)技活動(dòng)、建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室等多途徑給學(xué)生創(chuàng)設(shè)動(dòng)手訓(xùn)練的機(jī)會(huì)，提高專業(yè)技能，使學(xué)生畢業(yè)后能迅速適應(yīng)工作崗位。目前，我院實(shí)驗(yàn)課、實(shí)訓(xùn)課開出率達(dá)到100%，建立了生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，多次組織學(xué)生參加國(guó)家級(jí)和省級(jí)等各類級(jí)別的電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽等。
第四，把國(guó)內(nèi)外知名的網(wǎng)絡(luò)教育品牌引入學(xué)院的教學(xué)中。在美國(guó)紐交所上市的安博教育集團(tuán)已經(jīng)與我院簽約合作培養(yǎng)醫(yī)藥軟件及服務(wù)外包人才，使同學(xué)們有機(jī)會(huì)接觸到最前沿的信息技術(shù)知識(shí)與技能。
三、強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)，加強(qiáng)實(shí)習(xí)基地建設(shè)
第一，加強(qiáng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。目前雖建有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，但僅能開展信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和醫(yī)用傳感器實(shí)驗(yàn)，像醫(yī)學(xué)影像設(shè)備原理、醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)儀器故障診斷與維修、生物醫(yī)學(xué)儀器與醫(yī)療器械、醫(yī)用X線機(jī)與CT成像技術(shù)、MRI與醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)、核醫(yī)學(xué)與放射治療技術(shù)等課程所需的實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備因所需資金較大，所以目前只能開展模擬實(shí)驗(yàn)，效果不是很好，這是我們需要改進(jìn)的地方。
第二，開設(shè)第二課堂。全院所有教學(xué)實(shí)驗(yàn)室和大部分科研實(shí)驗(yàn)室向?qū)W生開放，接受高年級(jí)學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練和創(chuàng)新性實(shí)踐，并要求承擔(dān)了省廳級(jí)科研項(xiàng)目的教師積極吸收學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，參與課題研究。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生參加各類型的科技創(chuàng)新競(jìng)賽活動(dòng)，并屢創(chuàng)佳績(jī)，有數(shù)十人獲得國(guó)家及省部級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，其中，我系學(xué)生分獲2008、2009年全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽廣東省二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)；2010年全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽廣東賽區(qū)二等獎(jiǎng)； 2010、2011年全國(guó)文科類大學(xué)生計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)； 2011年全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽廣東省二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)等。
第三，在醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)和醫(yī)院之間建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的實(shí)習(xí)基地。在企業(yè)實(shí)習(xí)過程中，要求學(xué)生下到車間參與生產(chǎn)過程，并對(duì)醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向和市場(chǎng)狀況有明確的認(rèn)知；在醫(yī)院實(shí)習(xí)過程中，要求學(xué)生輪換到各個(gè)相關(guān)科室工作，了解常用醫(yī)療儀器的使用、操作和維修方法，掌握其原理和關(guān)鍵技術(shù)，并熟悉醫(yī)療設(shè)備的管理和維護(hù)方法。如廣東藥學(xué)院第一附屬醫(yī)院、第二附屬醫(yī)院和廣東藥學(xué)院附屬中山醫(yī)院（中山市人民醫(yī)院）均可作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)基地，為本專業(yè)的相關(guān)課程（如醫(yī)學(xué)影像設(shè)備原理、醫(yī)用X線機(jī)與CT成像技術(shù)、MRI與醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)、核醫(yī)學(xué)與放射治療技術(shù)、醫(yī)學(xué)電子儀器原理與設(shè)計(jì)、醫(yī)學(xué)儀器故障診斷與維修、生物醫(yī)學(xué)儀器與醫(yī)療器械等）提供見習(xí)、實(shí)驗(yàn)條件。
第四，學(xué)院多次舉辦學(xué)生與醫(yī)藥企事業(yè)的交流活動(dòng)，請(qǐng)政府官員、企業(yè)老總到學(xué)校給學(xué)生做學(xué)術(shù)報(bào)告，帶領(lǐng)學(xué)生參觀醫(yī)療設(shè)備企業(yè)、參加各種學(xué)術(shù)研討會(huì)，舉辦模擬招聘會(huì)，給學(xué)生提供廣泛接觸企業(yè)的機(jī)會(huì)。讓學(xué)生在交流活動(dòng)中展現(xiàn)自己的學(xué)識(shí)、能力與才華，了解醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和珠三角地區(qū)醫(yī)療設(shè)備行業(yè)的發(fā)展布局，了解自己學(xué)習(xí)的專業(yè)方向與今后就業(yè)的聯(lián)系，了解企業(yè)的經(jīng)營(yíng)范圍、產(chǎn)品開發(fā)流程、運(yùn)作模式、感受企業(yè)文化。
四、建設(shè)“雙師型”教師隊(duì)伍
“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)是落實(shí)人才培養(yǎng)模式的關(guān)鍵，是提高應(yīng)用型本科教育教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。我院的教育理念是“重實(shí)踐，強(qiáng)能力”，力爭(zhēng)培養(yǎng)“上手快、善溝通、動(dòng)手能力強(qiáng)”的應(yīng)用型醫(yī)藥衛(wèi)生人才，因此要求我們建立一支敬業(yè)愛崗，教風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，既有理論又能實(shí)踐，既能從事學(xué)院教學(xué)，又能從事在職員工培訓(xùn)，既肯刻苦學(xué)習(xí)專業(yè)前沿技術(shù)，又富于改革創(chuàng)新精神，既搞教學(xué)又搞科研的“雙師型”教師隊(duì)伍。
我院生物醫(yī)學(xué)工程系現(xiàn)有專任教師15名，具有高級(jí)職稱的教師4名，占專任教師的26.7%；具有博士研究生以上學(xué)歷的教師6名，占專任教師的40.0%；從附屬第一醫(yī)院、安博教育集團(tuán)、廣東凱通軟件開發(fā)有限公司、廣州中星網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司等聘請(qǐng)10余位兼職教師?；拘纬闪艘恢ЫY(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)高、專兼職相結(jié)合的師資隊(duì)伍。當(dāng)然，我們做得還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，接下來將在以下方面進(jìn)一步加強(qiáng)“雙師型”隊(duì)伍的建設(shè)：
第一，組織教師深入醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備企業(yè)一線了解人才需求情況，制訂培養(yǎng)目標(biāo)。積極鼓勵(lì)教師開展經(jīng)常性的下廠實(shí)踐活動(dòng)，讓每一位教師都與一個(gè)或幾個(gè)與本專業(yè)相關(guān)的企業(yè)建立長(zhǎng)期的聯(lián)系，不斷學(xué)習(xí)企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和管理思想，并將其應(yīng)用到教學(xué)與培訓(xùn)中來，同時(shí)利用自己的專業(yè)知識(shí)幫助企業(yè)解決實(shí)際工作中遇到的問題。我們鼓勵(lì)教師在不影響正常教學(xué)的情況下在相關(guān)企業(yè)中兼職，為企業(yè)提供咨詢服務(wù)活動(dòng)，通過這項(xiàng)活動(dòng)，教師積累了大量來自醫(yī)藥和醫(yī)療設(shè)備企業(yè)的教學(xué)案例，使理論教學(xué)更加結(jié)合實(shí)際，受到學(xué)生的歡迎。另外，在實(shí)踐教學(xué)過程中打破了理論課教師與實(shí)踐課教師的界限，積極鼓勵(lì)理論課教師參與到實(shí)踐課教學(xué)指導(dǎo)中來，目前，BME專業(yè)中不但實(shí)驗(yàn)課、實(shí)訓(xùn)課開出率達(dá)到100%，而且實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)課的指導(dǎo)全部由任課教師擔(dān)任。
第二，指導(dǎo)數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)大賽等。積極參加每年的全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模比賽與電子設(shè)計(jì)大賽，學(xué)院各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)與多名教師參與各類競(jìng)賽的組織、輔導(dǎo)、參賽等工作，均取得了優(yōu)異的成績(jī)。從中既鍛煉了學(xué)生的理論實(shí)際應(yīng)用能力，又使參賽教師的業(yè)務(wù)水平得到了提高。
第三，教研室內(nèi)形成良好的學(xué)習(xí)、教學(xué)氛圍。在教師隊(duì)伍建設(shè)方面，及時(shí)總結(jié)推廣教研室或教師的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，按照計(jì)劃、實(shí)施、檢查、總結(jié)這四個(gè)階段，使教研室工作計(jì)劃保證落實(shí)，固定教研活動(dòng)時(shí)間，明確科研課題，教改目標(biāo)到位，對(duì)教師能力、素質(zhì)培養(yǎng)體現(xiàn)充分，并將常規(guī)教研活動(dòng)與專題教研活動(dòng)和創(chuàng)造發(fā)揮型教研活動(dòng)有機(jī)結(jié)合，在活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)教師間的相互交流和共同提高，創(chuàng)設(shè)一種青年教師成長(zhǎng)、中年教師進(jìn)步、老年教師提高的良好氛圍，努力提高“雙師型”教師業(yè)務(wù)水平，建設(shè)成為一支穩(wěn)定的“雙師型”教師隊(duì)伍。
五、結(jié)束語(yǔ)
我院自2005年開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以來，目前已有五屆畢業(yè)生，就業(yè)情況良好，就業(yè)前景十分廣闊。用人單位普遍反映畢業(yè)生的思想品德優(yōu)秀、專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)以及適應(yīng)性好，具有良好的綜合素質(zhì)，用人單位對(duì)本專業(yè)畢業(yè)學(xué)生的滿意率達(dá)到95%以上。今后，我們將繼續(xù)秉承培養(yǎng)“上手快、善溝通、動(dòng)手能力強(qiáng)”的應(yīng)用型醫(yī)藥衛(wèi)生人才的辦學(xué)方針，在人才培養(yǎng)模式上不斷調(diào)整和完善，培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型應(yīng)用技術(shù)人才。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 王能河，鄒衛(wèi)東，梅賢臣.生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程體系建設(shè)與應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量保障[J].咸寧學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，29（2）：104-106.
[2] 陳超敏，賀志強(qiáng)，周凌宏.復(fù)合應(yīng)用型生物醫(yī)學(xué)工程人才培養(yǎng)的探討[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2004，（9）：123-124.
關(guān)鍵詞：3D打?。簧镝t(yī)學(xué)工程；發(fā)展現(xiàn)狀
前言
三維打?。═hree Dimension Printing，簡(jiǎn)稱3DP）屬于一種快速成型（Rapid Prototyping，簡(jiǎn)稱RP）技術(shù)，它由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）數(shù)據(jù)通過成型設(shè)備以材料逐層堆積的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)體成型?！叭S打印”在技術(shù)界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分層制造”等[1]。三維打印起源可追溯于上世紀(jì)八十年代，1984年查爾斯?赫爾發(fā)明了將數(shù)字資源打印成三維立體模型的技術(shù)，并于1986年成立了3D Systems公司，開發(fā)了第一臺(tái)商用立體光敏3D打印機(jī)，1988年，斯科特?克倫普發(fā)明了熔融沉積成型技術(shù)（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，隨后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先進(jìn)的兩家3D打印公司。我國(guó)清華大學(xué)顏永年教授于1988開始研究3D打印成型技術(shù)，華中科技大學(xué)王運(yùn)贛教授以及西安交通大學(xué)盧秉恒院士等，紛紛于上世紀(jì)90年代起就開始涉足3D打印成型技術(shù)的研究。
1998年，清華大學(xué)的顏永年教授又將3D打印成型技術(shù)引入生命科學(xué)領(lǐng)域，提出生物制造工程學(xué)科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印設(shè)備，為制造科學(xué)提出了一個(gè)新的發(fā)展方向--生物制造。生物制造的一個(gè)重要手段即是生物3D打印。生物三維打印是以活細(xì)胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）為基本成形單元，設(shè)計(jì)制造具有生物活性的人工器官、植入物或細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)，是制造科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)交叉融合的新興學(xué)科，它是目前3D打印技術(shù)研究的最前沿領(lǐng)域，也是3D打印技術(shù)中最具活力和發(fā)展前景的方向[2，3]。
1 3D打印技術(shù)的分類
目前比較典型的3D打印快速成形技術(shù)主要分為三種[4]：
1.1 粉末粘結(jié)3D打印光固化材料3D打印與熔融材料3D打印
粉末粘結(jié)3D打印是目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù)，其工藝過程如下：首先，在工作平臺(tái)上均勻鋪灑單位厚度的粉末材料；其次，依據(jù)實(shí)體模型離散層面的數(shù)字信息將粘結(jié)劑噴射到粉末材料上，使粉末材料粘結(jié)，形成單位實(shí)體截面層；再次，將工作臺(tái)下降一個(gè)單位層厚；最后，重復(fù)第一步至第三步，逐層堆砌，形成三維打印產(chǎn)品。其存在缺點(diǎn)是，通過粉末粘連成形的零件精度和強(qiáng)度偏低，一般需要后續(xù)工藝提高其強(qiáng)度，但后續(xù)處理工藝會(huì)導(dǎo)致零件體積收縮，變形嚴(yán)重。
1.2 光固化3D打印（光敏三維打?。?/p>
該技術(shù)使用液態(tài)光敏樹脂作為原料制作零件模型，光敏材料三維打印成形基于噴射成形技術(shù)和光固化成形技術(shù)，噴頭沿X方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)零件的截面形狀，選擇性噴射光固化實(shí)體材料和光固化支撐材料形成截面輪廓，在紫外光照射下光固化材料邊打印邊固化，層層堆積至制件成形完畢。但其應(yīng)用于骨骼類產(chǎn)品打印的主要缺點(diǎn)是，當(dāng)前具有生物活性的骨骼類材料如羥基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需與光敏材料混合使用，因此影響產(chǎn)品的生物活性在打印后將受到很大影響。
1.3 熔融材料3D打印成形
熔融材料三維打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）專利技術(shù)，分別加熱兩種絲狀熱塑性材料至熔融態(tài)，根據(jù)零件截面形狀，選擇性涂覆實(shí)體材料和支撐材料形成截面輪廓，并迅速冷卻固化，層層堆積至制件成形完畢，其原理與光敏材料3D打印成形類似 [16]。目前熔融材料三維打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有機(jī)鹽配置而成的骨水泥，不需要額外添加紫外光照射固化所需的光敏介質(zhì)，有利于保證材料后續(xù)的生物相容性和生物活性。但由于擠壓式噴頭的噴嘴處壓力大，容易造成阻塞現(xiàn)象，因此對(duì)噴嘴和材料漿料的粒徑要求較高。
除三維打印外，應(yīng)用比較廣泛的商業(yè)化快速成形工藝還包括立體光刻成形（SLA）、選擇性激光燒結(jié)成形（SLS）堆疊、實(shí)體制造（LOM）、熔融堆積成形（FDM）等，但這些工藝大多需要配備價(jià)格昂貴的激光輔助系統(tǒng)，且成型工藝實(shí)質(zhì)上還是類似于上述三種材料疊加-固化技術(shù)。因此，三維打印技術(shù)被認(rèn)為是最具生命力的快速成形技術(shù)，發(fā)展?jié)摿薮?，在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊，其推廣應(yīng)用將對(duì)傳統(tǒng)的醫(yī)療產(chǎn)品生產(chǎn)模式帶來顛覆性的影響。
2 三維仿生重構(gòu)建模技術(shù)的發(fā)展
基于醫(yī)學(xué)圖像的三維重構(gòu)建模技術(shù)是生物3D打印技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容之一。3D打印生物構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)首先需要在計(jì)算機(jī)環(huán)境下有效重構(gòu)和建模，生成可用于驅(qū)動(dòng)打印噴頭的指令數(shù)據(jù)進(jìn)而操控成型設(shè)備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品成型。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，人體組織的二維斷層圖像數(shù)據(jù)可以方便地獲取以進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷和治療。但是，二維斷層圖像只是表達(dá)了某一截面的解剖信息，醫(yī)生可以憑經(jīng)驗(yàn)由多幅二維圖像去估計(jì)病灶的大小及形狀，“構(gòu)思”病灶與其周圍組織的三維幾何關(guān)系，可三維打印設(shè)備卻無法根據(jù)這些斷點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行立體三維成型，因此，基于醫(yī)學(xué)圖像的三維重構(gòu)建模技術(shù)是生物3D打印技術(shù)的重要前驅(qū)步驟。
由于CT或MRI等檢測(cè)設(shè)備掃描得到的二維圖像信息不能直接用于快速成型，只有通過專用軟件將二維斷層圖像序列重建為三維虛擬模型，并生成為快速成型機(jī)可以接受的STL（Stereo Lithography）格式圖形文件，才能最終制造出生物產(chǎn)品三維實(shí)體模型。近十多年來，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的科研機(jī)構(gòu)對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像三維重建的研究十分活躍，其技術(shù)水平正從后處理向?qū)崟r(shí)跟蹤和交互處理發(fā)展，并且已經(jīng)將超級(jí)計(jì)算機(jī)、光纖高速網(wǎng)、高性能工作站和虛擬現(xiàn)實(shí)結(jié)合起來，代表著這一技術(shù)領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。
在市場(chǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)外已經(jīng)研制了三維醫(yī)學(xué)影像處理的商品化系統(tǒng)，其中，比較典型的有比利時(shí)Materialise公司的Mimics、美國(guó)Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所醫(yī)學(xué)影像研究室自主開發(fā)的3D Med是基于普通微機(jī)的三維醫(yī)學(xué)影像處理與分析系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠接收CT、MRI等主要醫(yī)療影像設(shè)備的圖像數(shù)據(jù)，具有數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理、二維讀片、距離測(cè)量、圖像分割以及三維重建等功能。清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系研發(fā)的人體斷面解剖圖像三維重構(gòu)系統(tǒng)能給外科手術(shù)中的影像診斷提供一定的參考。中國(guó)科技大學(xué)在應(yīng)用Delphi開發(fā)三維重構(gòu)軟件的研究上取得了很好的成果。國(guó)內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了一些三維醫(yī)學(xué)影像處理系統(tǒng)。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高級(jí)圖像處理軟件”于2005年4月投入市場(chǎng)。它能對(duì)二維醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行快速的三維重建，并能對(duì)臨床影像的數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)有效的可視化和智能化挖掘和處理，為臨床提供更多有價(jià)值的信息。但目前國(guó)外優(yōu)秀軟件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的價(jià)格非常昂貴，且其技術(shù)嚴(yán)格保密。國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品大多沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和成熟的商業(yè)應(yīng)用模式。
3 3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用
3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中應(yīng)用廣泛，其應(yīng)用領(lǐng)域大致包括：體外器官模型、仿生模型制造；手術(shù)導(dǎo)板、假肢設(shè)計(jì)；個(gè)性化植入體制造；組織工程支架制造；生物活體器件構(gòu)建以及器官打?。凰幬锖Y選生物模型等。如圖1所示為3D打印在生物醫(yī)學(xué)工程中的各種應(yīng)用情況[5-7]。
3.1 體外器官模型、仿生模型制造。該類應(yīng)用主要用于醫(yī)療診斷和外科手術(shù)策劃，它能有效地提高診斷和手術(shù)水平，縮短時(shí)間、節(jié)省費(fèi)用。便于醫(yī)生、患者之間的溝通，為診斷和治療提供了直觀、能觸摸的信息，從而使手術(shù)者之間、醫(yī)生和病人之間的交流更加方便。
3.2 手術(shù)導(dǎo)板、假肢設(shè)計(jì)。該類應(yīng)用便于訂制精確的個(gè)性化假體，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化醫(yī)療需求。根據(jù)患者缺損組織數(shù)據(jù)量身訂制的假肢，可提高假肢設(shè)計(jì)的精確性，提高手術(shù)精確度，確保患者的功能恢復(fù)，減少患者的痛苦。
3.3 個(gè)性化植入體制造。人體許多部位的受損組織，需要個(gè)性化定制。如人類面部頜骨（包括上下頜骨） 形態(tài)復(fù)雜， 極富個(gè)性特征， 形成了個(gè)體間千差萬(wàn)別的面貌特點(diǎn)。人類的頭顱骨，需要準(zhǔn)確與顱內(nèi)大腦等軟組織精確匹配扣合，人體的下肢骨、脊柱骨等會(huì)嚴(yán)重影響患者今后的步態(tài)及功能恢復(fù)。因此這類修復(fù)體可通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化訂制和精確 “克隆”受損組織部位和形狀。
3.4 組織工程支架制造。如通過3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)和制備具有與天然骨類似的材料組分和三維貫通微孔結(jié)構(gòu)，使之高度仿生天然骨組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)特征，賦予組織工程支架高度的生物活性和骨修復(fù)能力。
3.5 生物活體器件構(gòu)建以及器官打印。此方面的應(yīng)用大多涉及活體細(xì)胞的生物3D打印技術(shù)。細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)體的3D構(gòu)建可以通過活細(xì)胞及其外基質(zhì)材料的打印構(gòu)建活體生物器件。如英國(guó)赫瑞瓦特大學(xué)和一家干細(xì)胞技術(shù)公司合作，首次將3D打印拓展到人類胚胎干細(xì)胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細(xì)胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能。美國(guó)康奈爾大學(xué)研究人員最近在其發(fā)表的研究論文中稱，他們利用牛耳細(xì)胞在3D打印機(jī)中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形兒童的器官移植。
3.6 藥物篩選生物模型。藥物篩選指的是采用適當(dāng)?shù)姆椒?，?duì)可能作為藥物使用的物質(zhì)（采樣）進(jìn)行生物活性、藥理作用及藥用價(jià)值的評(píng)估過程。作為篩選，需要對(duì)不同化合物的生理活性做大規(guī)模橫向比較，因此有研究人員指出通過3D打印技術(shù)，精確設(shè)計(jì)仿生組織藥物病理作用模型，可以使人們開在短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模高通量篩選新型高效藥物。最近，四川大學(xué)聯(lián)合加州大學(xué)圣地亞哥分校等科研機(jī)構(gòu)，通過3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)了一款肝組織仿生結(jié)構(gòu)藥物解毒模型（如圖1-c），該研究成果發(fā)表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
3D打印在生物醫(yī)學(xué)工程中應(yīng)用：（a）3D打印磷酸鈣骨組織工程支架； （b）3D打印細(xì)胞、活體器官構(gòu)件；（c）3D打印肝組織仿生結(jié)構(gòu)藥物解毒模型。
4 結(jié)束語(yǔ)
三維打印技術(shù)正處在蓬勃興起的階段，3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，其應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀表明：3D打印在體外器官模型、組織工程與再生醫(yī)學(xué)、個(gè)性化醫(yī)療以及新藥研發(fā)等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。抓住生物材料及植入器械的三維打印技術(shù)新一輪發(fā)展浪潮，發(fā)展我國(guó)生物三維打印技術(shù)，對(duì)發(fā)展我國(guó)生物材料醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)步入國(guó)際先進(jìn)水平具有十分重要的意義。
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生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)是作為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的輔助手段而發(fā)展起來的,它以生物或醫(yī)學(xué)樣品為研究對(duì)象,以醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和光學(xué)工程等學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)的充分融合為基礎(chǔ),通過工程技術(shù)手段為生物醫(yī)學(xué)研究或臨床應(yīng)用提供檢測(cè)或監(jiān)控儀器和方法,所以生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的發(fā)展和成功應(yīng)用除了對(duì)生物或醫(yī)學(xué)學(xué)科本身的發(fā)展具有促進(jìn)作用外,對(duì)工程學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科也提出了新的要求,并客觀上推動(dòng)和促進(jìn)了這些學(xué)科的交叉和技術(shù)的融合[4]。生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)可分為生物光子學(xué)和醫(yī)學(xué)光子學(xué)兩個(gè)部分,分屬于生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,但二者的研究?jī)?nèi)容并無嚴(yán)格界限。也可以根據(jù)應(yīng)用目的的不同,將生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)劃分為光子診斷醫(yī)學(xué)技術(shù)和光子治療醫(yī)學(xué)技術(shù)兩個(gè)領(lǐng)域[5]。由于生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的學(xué)科跨度大,不能明確界定在某一單一學(xué)科領(lǐng)域內(nèi),所以并無生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)專業(yè),而是根據(jù)導(dǎo)師隸屬單位情況和科研項(xiàng)目需要,在光學(xué)工程、電子工程、生物醫(yī)學(xué)工程、生物技術(shù)、臨床醫(yī)學(xué)等一級(jí)學(xué)科下設(shè)置該研究方向,招收并培養(yǎng)研究生。
2當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究生培養(yǎng)面臨的困難和問題
生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究需要生物醫(yī)學(xué)和工程技術(shù)兩方面多學(xué)科知識(shí)的交融,需要生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥理學(xué)、病理學(xué)、腦科學(xué)、光學(xué)、電子學(xué)、圖形圖像學(xué)、信號(hào)處理等多學(xué)科專家學(xué)者的參與,因而具有復(fù)雜性和綜合性的特色。這種特點(diǎn)促使我們?cè)谏镝t(yī)學(xué)光子學(xué)專業(yè)研究生培養(yǎng)時(shí)需要特殊的學(xué)術(shù)環(huán)境,需要觀念上的轉(zhuǎn)變和政策上的支持,更需要高水平的導(dǎo)師隊(duì)伍和先進(jìn)的培養(yǎng)模式來保證。目前,生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)方向的研究生培養(yǎng)還面臨以下問題。
2.1缺乏新技術(shù)和新知識(shí)的傳授,知識(shí)培養(yǎng)體系亟需完善
生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的理論知識(shí)和技術(shù)更新都很快,不斷有新的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)需求出現(xiàn),國(guó)家和社會(huì)要求我們培養(yǎng)具有更強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用實(shí)踐能力的研究生,可以在某一行業(yè)領(lǐng)域擔(dān)當(dāng)領(lǐng)頭人。但當(dāng)前的研究生培養(yǎng),對(duì)新技術(shù)和新知識(shí)的傳授不足,教材內(nèi)容嚴(yán)重滯后,缺乏讓學(xué)生開拓視野、跟隨學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展前沿的綜合交叉性課程。
2.2研究生培養(yǎng)環(huán)節(jié)缺乏規(guī)范性
從事生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)交叉學(xué)科的研究生,其本身的專業(yè)背景多屬于傳統(tǒng)的單一學(xué)科范圍,攻讀的研究生學(xué)位也多屬于此范圍等。由于生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)這門交叉學(xué)科涉及的知識(shí)內(nèi)容非常廣博,而導(dǎo)師的科研課題又非常具體,使這種以導(dǎo)師科研課題作為研究生培養(yǎng)載體的方式,具有較大的不確定性和隨意性,無法兼顧研究生的專業(yè)背景、科研興趣和科研課題幾方面的因素,常常是為了完成課題而進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí),未能在研究生對(duì)知識(shí)的綜合—消化—應(yīng)用方面下足功夫,在研究生的科研培訓(xùn)和能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)缺乏系統(tǒng)性和規(guī)范性。
2.3研究生的培養(yǎng)質(zhì)量受限于導(dǎo)師的研究課題
當(dāng)前生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的研究生培養(yǎng)大多依托于導(dǎo)師現(xiàn)有科研項(xiàng)目,因此在培養(yǎng)過程中存在一系列問題,如:以完成特定生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究課題為目標(biāo)的研究生培養(yǎng),對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)以及培養(yǎng)過程等沒有清晰明確的認(rèn)識(shí),無法讓學(xué)生既具備合理的知識(shí)結(jié)構(gòu),又具備綜合多學(xué)科知識(shí)的素質(zhì)和能力;有的導(dǎo)師的研究課題僅是借用了其它學(xué)科的名詞和概念,而未真正開展跨學(xué)科領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容,結(jié)果是研究生的理解、認(rèn)識(shí)混亂,甚至出現(xiàn)概念錯(cuò)誤等現(xiàn)象;還有研究課題僅僅是生物醫(yī)學(xué)和光學(xué)內(nèi)容的簡(jiǎn)單疊加,缺乏真正的融合和借鑒,研究生在課題研究中無法深入下去。以上種種,不但不能產(chǎn)生創(chuàng)新成果,反而影響了研究生培養(yǎng)質(zhì)量,阻礙了研究生的學(xué)術(shù)水平提高。
2.4現(xiàn)行的教學(xué)管理體制難以滿足學(xué)科交叉研究和研究生培養(yǎng)的需要世界各國(guó)對(duì)交叉學(xué)科研究極為重視。英、美等發(fā)達(dá)國(guó)家都相繼成立了生物醫(yī)學(xué)相關(guān)的交叉研究中心,便于來自不同學(xué)科背景的科研人員相互交流和溝通,為前沿學(xué)科建設(shè)開辟道路。反觀國(guó)內(nèi),只有少數(shù)幾所重點(diǎn)大學(xué)或中科院的研究所設(shè)立了專門從事生物醫(yī)學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的交叉學(xué)科研究院或研究中心,如,北京大學(xué)的前沿交叉學(xué)科研究院建立的生物醫(yī)學(xué)跨學(xué)科研究中心,而大部分學(xué)校院、系劃分都是長(zhǎng)時(shí)間不變的。從事生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究方向的教師要有確定的學(xué)科“歸屬”才具有所在學(xué)科的資源(包括經(jīng)費(fèi)和科研設(shè)施等)使用權(quán),而研究生也是通過某一特定學(xué)科的入學(xué)考試內(nèi)容,遵循其培養(yǎng)方案和培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行學(xué)習(xí)和科研培訓(xùn)[6]。嚴(yán)格的學(xué)科界限使生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究方向的導(dǎo)師無法合理整合校內(nèi)資源為交叉學(xué)科研究服務(wù),是開展交叉學(xué)科研究生培養(yǎng)的直接障礙。
3生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究生培養(yǎng)模式的探索和建議
完善培養(yǎng)和管理工作是生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)方向研究生培養(yǎng)順利進(jìn)行的保證,我們需要在人才輸入(招生)—人才培養(yǎng)—人才輸出(學(xué)位授予)這三個(gè)方面都留有足夠的空間,給予適當(dāng)?shù)恼邇A斜,并完善配套的管理運(yùn)行機(jī)制。
3.1采取靈活的招生政策,鼓勵(lì)跨學(xué)科招生
招生機(jī)制是人才培養(yǎng)機(jī)制三步曲中的第一步,高質(zhì)量的生源是高水平人才培養(yǎng)的第一關(guān)。我們的目標(biāo)是選擇合適的人,創(chuàng)造適合的環(huán)境,讓通過適當(dāng)?shù)臋C(jī)制選拔進(jìn)來的人能在這樣的環(huán)境中成為優(yōu)秀的交叉學(xué)科人才[7]。因此,為發(fā)展生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)交叉學(xué)科研究,調(diào)動(dòng)導(dǎo)師在交叉學(xué)科培養(yǎng)研究生的積極性,調(diào)動(dòng)學(xué)生從事交叉學(xué)科研究的熱情和興趣,學(xué)校對(duì)交叉學(xué)科研究生的招生工作應(yīng)采取特殊的政策:首先,對(duì)交叉學(xué)科的招生名額分配有傾斜政策,以支持交叉學(xué)科的學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng);第二,鼓勵(lì)跨學(xué)科招生和報(bào)考,例如,光學(xué)工程專業(yè)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)方向招生,即可以招生簡(jiǎn)章中列出歡迎生物、醫(yī)學(xué)相關(guān)學(xué)科研究生報(bào)考,并增加相應(yīng)的入學(xué)考試可選科目;第三,學(xué)校保留部分名額優(yōu)先錄取優(yōu)秀的跨學(xué)科學(xué)生或接收跨學(xué)科推免生等。
3.2規(guī)范研究生培養(yǎng)和管理環(huán)節(jié)
(1)設(shè)立跨學(xué)科聯(lián)合指導(dǎo)教師小組。目前的研究生培養(yǎng)主要采取導(dǎo)師責(zé)任制,是一對(duì)一的責(zé)任關(guān)系。但對(duì)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)研究生而言,應(yīng)結(jié)合科研需要、本單位研究特色以及研究生的專業(yè)背景,合理配置跨學(xué)科聯(lián)合指導(dǎo)老師小組,整合本校內(nèi)的優(yōu)勢(shì)力量,實(shí)行多對(duì)一或多對(duì)多的師生關(guān)系,如,以生物顯微成像為特色的單位,應(yīng)配備細(xì)胞生物學(xué)、光學(xué)工程和圖像處理技術(shù)方面的導(dǎo)師隊(duì)伍,以光學(xué)醫(yī)療儀器為特色的單位,應(yīng)配備光學(xué)、測(cè)控技術(shù)和臨床醫(yī)學(xué)方面的導(dǎo)師組。來自相關(guān)學(xué)科的高水平教師共同培養(yǎng)交叉學(xué)科的人才,對(duì)研究生相關(guān)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)的建構(gòu)和高水平研究課題的選定都具有重要作用,同時(shí),研究生也可以在導(dǎo)師組的指導(dǎo)下以補(bǔ)修和自學(xué)等方式學(xué)習(xí)欠缺的跨學(xué)科知識(shí)。
(2)嚴(yán)把培養(yǎng)環(huán)節(jié)質(zhì)量關(guān)。導(dǎo)師指導(dǎo)小組要對(duì)研究生從入學(xué)、選課、選題、科研實(shí)踐、、畢業(yè)答辯各個(gè)培養(yǎng)環(huán)節(jié)全面負(fù)責(zé),將知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)相結(jié)合。首先,入學(xué)之初,指導(dǎo)小組即對(duì)每個(gè)研究生的學(xué)科背景和能力進(jìn)行評(píng)估,針對(duì)學(xué)生的背景和興趣初步確定科研方向,并制訂課程學(xué)習(xí)計(jì)劃,為學(xué)生完成生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)交叉學(xué)科研究課題儲(chǔ)備必要的專業(yè)知識(shí),同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生選修具有“新興、前沿和交叉”特點(diǎn)的課程;其次,安排跨學(xué)科的學(xué)生補(bǔ)修部分相關(guān)學(xué)科的本科生課程,以補(bǔ)充知識(shí)上的欠缺;第三,指導(dǎo)小組要為學(xué)生提供參與科研實(shí)踐的平臺(tái),在未正式進(jìn)入課題之前,指導(dǎo)學(xué)生參與短期(2～3個(gè)月)科研輪訓(xùn),使學(xué)生對(duì)本學(xué)科方向正在進(jìn)行的科研內(nèi)容有所了解,進(jìn)而因勢(shì)利導(dǎo)明確研究課題;第四,導(dǎo)師指導(dǎo)組應(yīng)隨時(shí)跟進(jìn)研究生的科研進(jìn)度,在研究生論文選題和中期檢查時(shí)對(duì)所開展科研工作進(jìn)行正確的引導(dǎo)和調(diào)整,保證培養(yǎng)過程的順利進(jìn)行。
(3)構(gòu)建科研大平臺(tái),引導(dǎo)研究生學(xué)術(shù)成長(zhǎng)。良好的科研環(huán)境是個(gè)人學(xué)術(shù)成長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。構(gòu)建生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)科研大平臺(tái),吸引更多相關(guān)學(xué)科優(yōu)秀的科研人員加入到導(dǎo)師隊(duì)伍中來,是提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的重要舉措,不同學(xué)科學(xué)術(shù)思想的熏陶,不同思維方式的影響以及多學(xué)科導(dǎo)師在科學(xué)研究方面的通力合作和團(tuán)隊(duì)精神也會(huì)對(duì)研究生產(chǎn)生潛移默化的影響,有利于其學(xué)術(shù)成長(zhǎng);此外,導(dǎo)師要充分調(diào)動(dòng)研究生的積極性,保護(hù)研究生跨學(xué)科研究的科研熱情,重視研究生個(gè)人的主觀能動(dòng)性和興趣,只要使用正確、合理的引導(dǎo)方式,不同專業(yè)背景的研究生與導(dǎo)師之間可以碰撞出很多新的思想火花,獲得意想不到的收獲。
(4)多途徑培養(yǎng)創(chuàng)新人才,完善知識(shí)體系。在當(dāng)今這個(gè)多元化的時(shí)代,人才培養(yǎng)的途徑也是多種多樣的。為了適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)領(lǐng)域?qū)?chuàng)新型人才的需求,學(xué)校應(yīng)設(shè)立專項(xiàng)基金,支持和鼓勵(lì)研究生從事學(xué)術(shù)交流,如吸引學(xué)生參加國(guó)際會(huì)議、科技競(jìng)賽、制作大賽等活動(dòng),激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣,引導(dǎo)學(xué)生掌握正確、科學(xué)的學(xué)習(xí)方法,尤其是適應(yīng)自身特點(diǎn)的學(xué)習(xí)方法及獲取知識(shí)的能力,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用所學(xué)的知識(shí)創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題,提升學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神。此外,針對(duì)課程設(shè)置方面存在的問題,建議在專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)指導(dǎo)下,從師資隊(duì)伍、課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源全方位的整合。鼓勵(lì)老師多開設(shè)前沿性課程,邀請(qǐng)本領(lǐng)域國(guó)外專家為研究生開設(shè)講座類課程;通過汲取國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),結(jié)合科研和實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,建設(shè)生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)交叉學(xué)科系統(tǒng)、完善的知識(shí)體系,重視課程內(nèi)容的系統(tǒng)性、前沿性及與本單位研究特色的相關(guān)性,重視學(xué)生集成—融合—應(yīng)用能力的培養(yǎng)。
3.3正確把握學(xué)位內(nèi)涵,嚴(yán)格學(xué)位授予工作
學(xué)位是評(píng)價(jià)個(gè)人學(xué)術(shù)水平的一種尺度,是表明個(gè)人學(xué)術(shù)水平的資格證書,是在某一學(xué)科、專業(yè)上達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)的憑證。具體到生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)方向,完成研究生教學(xué)環(huán)節(jié),達(dá)到生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)方向研究生學(xué)位授予要求的研究生,是表明該研究生在生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)領(lǐng)域達(dá)到一定學(xué)術(shù)水平標(biāo)志,應(yīng)具備以下特點(diǎn):了解本學(xué)科的研究現(xiàn)狀和前沿問題,能夠在相應(yīng)的學(xué)術(shù)背景之中提出和確定具體的研究課題,能夠論證該課題的學(xué)術(shù)意義和社會(huì)意義;明確自己研究問題的難度和解決問題的關(guān)鍵之所在,能夠在導(dǎo)師指導(dǎo)下提出可行的研究方案和周密的實(shí)施計(jì)劃;能夠在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立研究問題、解決問題,獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn),能夠做到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合,并將結(jié)果整理成規(guī)范的學(xué)術(shù)論文。因此,研究生培養(yǎng)單位、尤其是研究生導(dǎo)師組,除在入學(xué)之初對(duì)學(xué)生進(jìn)行必要的引導(dǎo)外,更應(yīng)加強(qiáng)對(duì)研究生培養(yǎng)過程中各環(huán)節(jié)的檢查與監(jiān)督,嚴(yán)格課程教學(xué)、論文選題、答辯等方面的工作,嚴(yán)審研究生畢業(yè)資格,扭轉(zhuǎn)學(xué)生重結(jié)果輕過程的心態(tài),真正為社會(huì)輸送合格的、具有革新和創(chuàng)造力的生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)人才。
關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：腦神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)；手術(shù)刀；VTK；三維動(dòng)態(tài)顯示
中圖分類號(hào)：TP317.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2013）008014303
作者簡(jiǎn)介作者簡(jiǎn)介：葉峰（1991-），男，浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)生，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)圖像處理、三維建模；劉衍志（1990-），男，浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)生，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)圖像處理、三維建模；陳蒙奇（1990-），男，浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)生，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)圖像處理、三維建模；白雪?。?991-），男，浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)生，研究方向?yàn)獒t(yī)學(xué)圖像處理、三維建模。
0 引言
神經(jīng)外科疾病是一類發(fā)病率很高，難以徹底根治的惡性疾病，包括癲癇、帕金森病、腦腫瘤等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)神經(jīng)外科類疾病患者達(dá)千萬(wàn)以上，僅北京地壇醫(yī)院，每年進(jìn)行的神經(jīng)外科手術(shù)就達(dá)一萬(wàn)多次，全國(guó)每年進(jìn)行的神經(jīng)外科手術(shù)達(dá)20萬(wàn)次。
神經(jīng)外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)是圖像處理技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)和空間定位技術(shù)的產(chǎn)物。近十年來，手術(shù)導(dǎo)航在臨床手術(shù)等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，在提高手術(shù)可靠性，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)等方面發(fā)揮了重要作用，取得了巨大的進(jìn)步。
本文基于腦神經(jīng)外科導(dǎo)航系統(tǒng)項(xiàng)目，對(duì)實(shí)際手術(shù)機(jī)器人模型進(jìn)行研究，對(duì)手術(shù)機(jī)器人的手術(shù)刀進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)顯示，對(duì)于醫(yī)生訓(xùn)練和醫(yī)生在手術(shù)進(jìn)行過程中的手術(shù)刀實(shí)時(shí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，有助于醫(yī)生把握手術(shù)的路徑，從而提高手術(shù)的成功率。
1 手術(shù)刀三維動(dòng)態(tài)原理
腦神經(jīng)外科手術(shù)機(jī)器人具有6個(gè)自由度，要求三維動(dòng)態(tài)顯示時(shí)手術(shù)刀具有6個(gè)變換矩陣，每一個(gè)矩陣對(duì)應(yīng)一個(gè)自由度。基于這點(diǎn)，下面對(duì)三維圖形的變換矩陣進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
1.1 三維圖形變換矩陣
一般三維圖形變換矩陣：
其中，①、②、③、④為子矩陣，他們的作用分別是：①的作用是局部比例、對(duì)稱、旋轉(zhuǎn)、錯(cuò)切；②用于平移；③用于圖形透視；④的作用是整體放大與縮小。
作為內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的副院長(zhǎng)，張峰教授向記者介紹說，納米生物醫(yī)學(xué)是利用納米技術(shù)解決生物醫(yī)學(xué)問題的交叉研究學(xué)科。近年來，他的主要研究方向?yàn)榧{米生物醫(yī)學(xué)，張峰在開發(fā)新型細(xì)胞內(nèi)離子探針、超靈敏側(cè)向?qū)游鲈嚰?、藥物及肥料的納米包裹控釋，以及利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品制備功能納米材料等方面都正在做著不懈的努力。
是金子總會(huì)發(fā)光
2006年，張峰以優(yōu)秀畢業(yè)生的成績(jī)從中科院上海應(yīng)用物理研究所博士畢業(yè)，并在當(dāng)年獲得了他科研生涯中第一筆經(jīng)費(fèi)：國(guó)家自然科學(xué)青年基金的三年資助。也就是從那時(shí)起，他開始正式踏入科研領(lǐng)域。
在上海應(yīng)用物理研究所期間，張峰一直從事納米生物交叉學(xué)科的研究。他利用納米領(lǐng)域的利器――“原子力顯微鏡”研究了疾病相關(guān)多肽在無機(jī)襯底表面的自組裝行為，相關(guān)結(jié)果不僅揭示了當(dāng)前神經(jīng)退行性疾病中蛋白質(zhì)淀粉樣纖維化的機(jī)制，而且對(duì)生物分子人工納米結(jié)構(gòu)的制造有重要啟示作用，所發(fā)表的ACIE（影響因子13.734）文章引發(fā)了納米水膜對(duì)生命分子的作用研究，相關(guān)結(jié)果發(fā)表于著名JPCB雜志，成為當(dāng)月十大熱門文章。由于其突出的科研表現(xiàn)，張峰在上海應(yīng)物所留任助理研究員，2007年中科院將劉永齡獎(jiǎng)學(xué)金的特別獎(jiǎng)授予了張峰。
為了進(jìn)一步拓展和提高自己，張峰在德國(guó)和美國(guó)做了近5年的博士后訓(xùn)練，用他本人的話講相當(dāng)于攻讀了第二個(gè)博士學(xué)位，進(jìn)入了一個(gè)全新的領(lǐng)域――無機(jī)納米顆粒的合成及其生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用研究。俗話說的好，“是金子總會(huì)發(fā)光”，中科院的刻苦磨練所打下的深厚科研基礎(chǔ)使張峰很快熟悉了這個(gè)領(lǐng)域并取得了一系列新的成就。如張峰在國(guó)際權(quán)威納米雜志Small上發(fā)表了多篇關(guān)于離子探針結(jié)合常數(shù)在帶電納米顆粒表面的可控調(diào)節(jié)機(jī)理的研究結(jié)果，并參與發(fā)表了頂級(jí)雜志文章Nature Nanotechnology（影響因子31.170），還成為了眾多國(guó)際知名雜志如CC、Biomaterials、ACS Nano等的審稿人。
為祖國(guó)做貢獻(xiàn)
歷經(jīng)國(guó)際上兩大科技強(qiáng)國(guó)的磨練后，張峰不僅在科研技能上得到了提高，而且在教學(xué)和如何做科研帶頭人方面也收獲頗豐，但這些并沒有讓張峰淡忘他一直想為祖國(guó)的科技進(jìn)步盡一份自己力量的想法。
在2011年大年回家探親期間，張峰受到了家鄉(xiāng)母校內(nèi)蒙古大學(xué)和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的校長(zhǎng)的熱情接待，最終作為高層次引進(jìn)人才先后受聘于內(nèi)蒙古大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院和內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的生命科學(xué)學(xué)院，并在這一年同時(shí)獲得了兩個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金的資助，這在內(nèi)蒙尚屬首例。由于他在科研上的貢獻(xiàn)，張峰榮獲了“草原英才”、新世紀(jì)“321人才”等殊榮，并于今年當(dāng)選內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)院副院長(zhǎng)，目前還受邀擔(dān)任《基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué)》雜志的編委。
讓思想傳播的更遠(yuǎn)
關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理 計(jì)算機(jī)三維重建 應(yīng)用
中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0066-01
數(shù)字圖像處理技術(shù)是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像信息進(jìn)行處理，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)學(xué)、光物理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。數(shù)字圖像可以小到電子顯微鏡的圖像，大到遙感圖像、航空照片或者天文望遠(yuǎn)鏡的圖像，因此在生物醫(yī)學(xué)工程、工業(yè)、農(nóng)牧業(yè)、國(guó)防軍事、多媒體等方面都有著十分廣泛的應(yīng)用。物體三維重建是數(shù)字圖像處理的重要內(nèi)容。人眼看到的世界是三維立體的，但是傳統(tǒng)照相機(jī)、CCD或者CMOS圖像傳感器獲取的圖像都是二維平面的，不具備深度信息。這種二維成像系統(tǒng)限制了人類對(duì)真實(shí)世界中復(fù)雜的物體的感知和理解的能力。計(jì)算機(jī)三維重建的出現(xiàn)，突破了傳統(tǒng)二維成像系統(tǒng)的局限，重建后的圖像直觀、逼真，可任意旋轉(zhuǎn)、逐層剝離以及定量分析，顯著提高了人類對(duì)世界的認(rèn)識(shí)理解能力。
1 計(jì)算機(jī)三維重建
計(jì)算機(jī)三維重建是利用計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)根據(jù)真實(shí)場(chǎng)景的數(shù)據(jù)重建出具有準(zhǔn)確幾何信息和照片真實(shí)感的三維模型，并可進(jìn)行多角度顯示的技術(shù)。這些精確的三維模型，不僅能用于場(chǎng)景可視化和虛擬漫游，還可以滿足數(shù)據(jù)的存檔、測(cè)量和分析等更高層次的需求，尤其適用于輔助教學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、醫(yī)學(xué)診斷、航天、工業(yè)測(cè)量、地理信息、數(shù)字文物和古建筑、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域。
計(jì)算機(jī)三維重建方法有兩種：一種是利用精密的硬件設(shè)備，如激光掃描儀、深度掃描儀等，直接測(cè)量出物體表面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。這種方法是直接對(duì)三維物體的空間信息進(jìn)行處理，精度較高，但是設(shè)備要求極高，因此極大地限制了該技術(shù)的使用。另一種是通過相機(jī)或攝像機(jī)獲得二維數(shù)字圖像，然后通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出物體的三維結(jié)構(gòu)。后一種方法數(shù)字圖像容易獲得，但重建結(jié)果易受到其他因素的影響，本文就此方法展開研究。
2 二維數(shù)字圖像的三維重建
2.1 二維數(shù)字圖像的獲取
二維數(shù)字圖像的獲取包括物體外觀圖像的獲取和物體內(nèi)部圖像的獲取。物體外觀圖像的獲取通常通過2臺(tái)以上照相機(jī)或攝像機(jī)從不同角度拍攝，比如3D電影的制作。物體內(nèi)部圖像的獲取，通常為斷層掃描或連續(xù)切片成像，比如計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描（CT）、激光掃描共聚焦顯微鏡（CLSM）成像、生物標(biāo)本連續(xù)切片的顯微成像等。
2.2 二維數(shù)字圖像的預(yù)處理
二維數(shù)字圖像通過三維成像軟件來處理，不同領(lǐng)域有各自適用的軟件，比如：3D Studio Max，適用于廣告、影視、工業(yè)和建筑設(shè)計(jì)、游戲的三維成像和動(dòng)畫；Amira，Mimics，適用于識(shí)別生命科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)；Oasis montaj，適用于地球物理勘探、鉆探、地球化學(xué)勘探等。軟件對(duì)圖像經(jīng)過增強(qiáng)、圖像定位校正和圖像分割等預(yù)處理后進(jìn)行三維重建。
圖像增強(qiáng)：現(xiàn)在的數(shù)字成像技術(shù)，基本可以得到分辨率高、清晰度好的圖像，但如果前期成像較模糊，可以通過對(duì)比度增強(qiáng)、Gamma校正、銳化或噪聲消除等方法進(jìn)行處理，以突出目飼域。
定位校正：多臺(tái)相機(jī)或攝像機(jī)從不同角度拍攝的物體外觀圖像、生物標(biāo)本連續(xù)切片的顯微成像由于不能準(zhǔn)確定位，還需進(jìn)行圖像定位校正。
圖像分割：在對(duì)圖像的研究和應(yīng)用中，人們往往僅對(duì)圖像中的某些特定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域感興趣，這些區(qū)域稱為目標(biāo)或前景（其他部分稱為背景）?？筛鶕?jù)灰度、顏色、紋理和形狀等提取感興趣目標(biāo)，從而把圖像分割成若干互不交迭的區(qū)域，并使這些特征在同一區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)出相似性，而在不同區(qū)域間呈現(xiàn)出明顯的差異性。常用的分割方法有：基于灰度閾值的圖像分割、交互式圖像分割、基于活動(dòng)輪廓或者形變模型的分割等等。針對(duì)不一樣的圖像和待分割的圖像特點(diǎn)，可以選擇不一樣的分割方法。圖像分割是圖像處理的基本前提，同時(shí)也是一個(gè)經(jīng)典難題，到目前為止還沒有一種圖像分割方法是通用的。
2.3 圖像的三維重建
二維數(shù)字圖像的三維重建技術(shù)有兩種：表面繪制和體繪制。舉例而言，你站在一輛汽車前，只能看到外觀，但無法觀察到車子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如發(fā)動(dòng)機(jī)，這是表面繪制；假設(shè)汽車和車內(nèi)中的結(jié)構(gòu)都是半透明的，就可以同時(shí)看到所有的細(xì)節(jié)，這就是體繪制所要達(dá)到的效果，即三維透視。表面繪制是表示三維物體形狀最基本的方法，可以提供三維物體形狀的全面信息。它是從數(shù)字圖像中抽取一系列相關(guān)表面，并用多邊形擬合近似后，再通過傳統(tǒng)的圖形學(xué)算法顯示出來。體繪制是依據(jù)三維體數(shù)據(jù)，將所有體細(xì)節(jié)同時(shí)展現(xiàn)在二維圖片上，可以在一幅圖像中顯示多種物質(zhì)的綜合分布情況，并且可以通過不透明度的控制，反應(yīng)等值面的情況。該方法特別適合于云霧、流體、大腦軟組織、氣體等無固定形狀的體數(shù)據(jù)圖像的生成，產(chǎn)生的圖像真實(shí)感強(qiáng)。
3 面臨的問題
二維數(shù)字圖像的三維重建是數(shù)字圖像處理技術(shù)十分活躍的研究方向，雖然這一領(lǐng)域的發(fā)展十分迅速，但仍有一些方面是需要進(jìn)一步提高。（1）提高計(jì)算精度：圖像分割是人工手動(dòng)完成，然后通過數(shù)學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)，這涉及到個(gè)人知識(shí)熟悉程度和計(jì)算精度，如果個(gè)人經(jīng)驗(yàn)不足，或者計(jì)算精度不夠，則圖像效果不符合客觀實(shí)際，不一定能夠達(dá)到人眼識(shí)別的舒適度。因此，基于專業(yè)知識(shí)的圖像分割標(biāo)準(zhǔn)化方面還有待進(jìn)一步研究。（2）計(jì)算精度和處理速度之間的矛盾：圖像處理需要巨大的數(shù)據(jù)運(yùn)算，運(yùn)算量遠(yuǎn)大于文本處理，所以在提高運(yùn)算精度的同時(shí)還要考慮提高運(yùn)算速度。（3）計(jì)算機(jī)三維重建是研究工具，必須加強(qiáng)交叉學(xué)科間的聯(lián)合研究，才能夠在推廣應(yīng)用上取得進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)
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