發(fā)布時(shí)間：2024-04-03 10:56:13
序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)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)工程學(xué)進(jìn)展樣本，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。
關(guān)鍵詞： 聚乙烯醇水凝膠；制備；改性；應(yīng)用
中圖分類號(hào)：R318.08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2012）0410005-02
0 前言
聚乙烯醇（PVA）是由醋酸乙烯酯經(jīng)過(guò)醇解，水解或氨解而得到的水溶性高聚物。PVA水凝膠是線性高分子通過(guò)交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，再經(jīng)過(guò)大量溶劑溶脹形成的一種膠態(tài)物質(zhì)。PVA水凝膠由于具有低毒性，吸水量高，機(jī)械性能優(yōu)良（高彈性模量和高機(jī)械強(qiáng)度）以及生物相容性[1]好等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)藥，食品工業(yè)，漁林業(yè)等方面?zhèn)涫懿毮?。本文?jiǎn)述了PVA水凝膠的制備方法、改性研究及應(yīng)用，同時(shí)詳細(xì)介紹了PVA水凝膠“反復(fù)冷凍解凍法”的機(jī)制、特點(diǎn)，與生物大分子明膠的共混改性及在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用[2-7]。
1 PVA水凝膠的制備
PVA水凝膠的合成根據(jù)交聯(lián)機(jī)制可以分為物理交聯(lián)法，化學(xué)交聯(lián)法和輻射交聯(lián)法三種。物理交聯(lián)目前報(bào)導(dǎo)中使用最多的是“反復(fù)冷凍解凍法”[8-9]和“凍結(jié)部分脫水法”[10-11]通過(guò)物理交聯(lián)得到的水凝膠物理機(jī)械性能有很大的改善，交聯(lián)過(guò)程可逆，但是透光性不好?？赏ㄟ^(guò)改變?nèi)軇╊愋突蚴褂没旌先軇┑确椒▉?lái)改善。日本Hyon[12]等人用水和DMSO有機(jī)溶劑，通過(guò)冷凍處理得到透光率高的PVA水凝膠?；瘜W(xué)交聯(lián)主要采用化學(xué)交聯(lián)劑，通過(guò)共價(jià)鍵或配位鍵的作用使PVA分子鏈之間形成凝膠。通過(guò)化學(xué)交聯(lián)制得的水凝膠，保水性和某些力學(xué)強(qiáng)度有一定提高，但是透明性不好且含水量不高。輻射交聯(lián)主要是利用γ射線、電子束、X光及紫外線等直接輻射PVA水溶液，或輻射用物理交聯(lián)法制成的PVA水凝膠。經(jīng)輻射制得的水凝膠因不需要添加任何添加劑，所以PVA純度高，光學(xué)透明性好，但力學(xué)強(qiáng)度不高，抗蠕變性差，同時(shí)強(qiáng)烈的反應(yīng)條件常常造成某些優(yōu)異性能的損失。將輻射交聯(lián)制得的PVA水凝膠經(jīng)一定的物理處理過(guò)程可以使凝膠部分結(jié)晶化，從而提高了機(jī)械強(qiáng)度[13]。
2 “反復(fù)冷凍解凍法”PVA水凝膠成膠機(jī)制及性能特點(diǎn)
2.1 “反復(fù)冷凍解凍法”PVA水凝膠成膠機(jī)制
此法是將一定濃度的PVA水溶液澆鑄于模具中，在-10℃～-40℃的條件下冷凍成型。時(shí)間為一天左右。然后將試樣在室溫下放置1～2小時(shí)融化，上述冷凍，解凍過(guò)程反復(fù)數(shù)次（一般為三到五次），可以得到彈性好，具有一定的機(jī)械強(qiáng)度、不透明的水凝膠。
此法的成膠機(jī)制目前比較成熟的有以下兩點(diǎn)[14]：1）凝膠化是網(wǎng)絡(luò)形成的結(jié)果且在凝膠化初始階段形成高分子聚集區(qū)和非聚集區(qū)。2）凝膠在水溶液中形成首先是高分子氫鍵的作用。
這種物理交聯(lián)所制備的水凝膠是分子鏈間通過(guò)氫鍵和微晶區(qū)等物理交聯(lián)點(diǎn)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)PVA溶液冷凍處理時(shí)，分子鏈運(yùn)動(dòng)減弱，鏈之間的接觸時(shí)間變長(zhǎng)，鏈之間的距離縮短，有利于分子鏈上的羥基間形成氫鍵締合，同時(shí)PVA在低溫下結(jié)晶作用，促使了物理網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)點(diǎn)的形成，使形成了完善程度不一的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。柳明珠等認(rèn)為當(dāng)在室溫下解凍時(shí)，由于交聯(lián)點(diǎn)仍然穩(wěn)定，所以該凝膠不會(huì)溶解。當(dāng)反復(fù)冷凍處理后，少量可以活動(dòng)的鏈段及未交聯(lián)的分子鏈進(jìn)一步交聯(lián)，使得結(jié)晶結(jié)構(gòu)不斷完善，進(jìn)而形成不溶于水的凝膠。Willcox研究表明：鏈段中微晶的形成，多數(shù)由第一次的冷凍解凍中決定。編排鏈段成3～8納米的間距，被分隔與平均距離為30納米的不規(guī)則的網(wǎng)格中。
2.2 “反復(fù)冷凍解凍法”PVA水凝膠成型條件及特點(diǎn)
“反復(fù)冷凍解凍”法制備的水凝膠具有高強(qiáng)度高彈性，含水率也較高。凝膠的成型條件取決于PVA的分子量，濃度，冷凍條件、解凍條件及循環(huán)次數(shù)。潘育松等人研究表明：此方法制備的PVA水凝膠的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量隨凝膠的濃度和冷凍解凍次數(shù)的增加而增大。最高拉伸強(qiáng)度可達(dá)2.27MPa。但當(dāng)濃度大于20%時(shí)，溶液粘度較大，分子量較大時(shí)影響微晶的形成顯著。所以常用濃度在7%～15%之間。冷凍溫度不僅影響冷凍動(dòng)力學(xué)而且影響界面間相平衡。冷凍溫度一般在低于-10℃下進(jìn)行。我們實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，15%的PVA溶液在-20℃下具有好的物理及力學(xué)性能，所以-20℃是常用的冷凍溫度。此方法制備的PVA水凝膠不使用有毒性的有機(jī)交聯(lián)劑，保持了良好的生物相容性，屬于可逆性水凝膠，隨著環(huán)境參數(shù)的變化，可以使物理交聯(lián)點(diǎn)改變，還可以被溶解。因?yàn)榉椒ê?jiǎn)單，所制水凝膠與化學(xué)交聯(lián)無(wú)明顯差別，因此近年來(lái)備受親睞，在許多領(lǐng)域，極具開(kāi)發(fā)潛力。
3 PVA水凝膠的改性方法及與明膠復(fù)合的研究
3.1 PVA水凝膠常用的改性方法
PVA水凝膠常用的改性方法有：1）化學(xué)改性法：通過(guò)接枝等化學(xué)方法，改變PVA分子鏈的化學(xué)結(jié)構(gòu)，或把水凝膠接枝到具有一定強(qiáng)度的載體上。如將利用苯酐或琥珀酸酐與PVA酯化，可得到側(cè)鏈含有羧基的PVA。這種PVA還可以與雙官能團(tuán)的化合物如芳香族二環(huán)氧甘油醚反應(yīng)，得到交聯(lián)的PVA。這種立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使PVA薄膜的化學(xué)穩(wěn)定性和選擇性提高[19]。2）物理共混法：利用高分子鏈間分子間作用力形成分子聚集體，從而制備出性能優(yōu)良的復(fù)合體系。但復(fù)合的材料要有良好的互溶性。例如董彥博[20]等以丙三醇為增塑劑，加入一定量的淀粉，對(duì)PVA膜進(jìn)行了改性，研究表明，加入淀粉后薄膜的水溶性得到很大改善。3）與無(wú)機(jī)填料或有機(jī)小分子復(fù)合：其中無(wú)機(jī)填料包括生物活性陶瓷顆粒，如磷酸三鈣，生物活性玻璃等。不僅保持了生物活性，同時(shí)提高了力學(xué)性能。有機(jī)小分子經(jīng)常用復(fù)合劑，來(lái)降低PVA水凝膠的摩擦系數(shù)，改善摩擦性能。4）與生物活性分子的復(fù)合：一般通過(guò)生物活性分子的水溶液或懸浮液同PVA溶液共混，制得成型凝膠或用生物活性分子的溶液淋洗水凝膠，讓生物活性分子擴(kuò)散進(jìn)去。常用的生物活性分子有膠原質(zhì)，透明質(zhì)酸鹽、纖維素、殼聚糖，海藻酸鹽等。
3.2 PVA水凝膠與明膠復(fù)合研究
[關(guān)鍵詞]本科教育 研究性教學(xué) 創(chuàng)新培育
[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2013）15-0006-02
我國(guó)醫(yī)療儀器市場(chǎng)潛力巨大，但國(guó)內(nèi)醫(yī)療儀器產(chǎn)品總體技術(shù)含量較低，關(guān)鍵技術(shù)主要被美、日、德等國(guó)家的少數(shù)幾個(gè)跨國(guó)大公司所壟斷。國(guó)內(nèi)生物醫(yī)療產(chǎn)業(yè)普遍存在技術(shù)研發(fā)人才匱乏、研發(fā)能力不足等問(wèn)題，產(chǎn)品總體質(zhì)量和技術(shù)水平落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。要解決目前生物醫(yī)療產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研發(fā)能力低下的難題，首先要從生物醫(yī)學(xué)工程人才培養(yǎng)這一根本問(wèn)題上著手。
一、本科生創(chuàng)新培育計(jì)劃思路的形成
2004年12月教育部在北京召開(kāi)了第二次全國(guó)普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作會(huì)議，研究制訂了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見(jiàn)》。該文件要求“積極推動(dòng)研究性教學(xué)，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力”；同時(shí)提出“要讓大學(xué)生通過(guò)參與教師科學(xué)研究項(xiàng)目或自主確定選題開(kāi)展研究等多種形式，進(jìn)行初步的探索性研究工作”。中山大學(xué)的本科人才培養(yǎng)教育觀念是“通識(shí)教育、大類教學(xué)、復(fù)合創(chuàng)新”。相對(duì)于其他學(xué)科，生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的特點(diǎn)是多學(xué)科交叉，教學(xué)過(guò)程所涉及的內(nèi)容多且雜，如果強(qiáng)調(diào)“寬”基礎(chǔ)，學(xué)生能夠“精（專）”的領(lǐng)域就有限。通過(guò)借鑒國(guó)內(nèi)外著名高校的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和近幾年的嘗試和思考，我們初步形成的思路是：首先培養(yǎng)學(xué)生掌握較為廣泛扎實(shí)的基礎(chǔ)理論知識(shí)，然后以某個(gè)方向?qū)I(yè)訓(xùn)練為載體，著重培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力，以及解決具體問(wèn)題的實(shí)踐能力?；谶@一思路，我們推出生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新培育計(jì)劃，探索中山大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)研究性教學(xué)的道路。該計(jì)劃的總體內(nèi)容和目標(biāo)是：中山大學(xué)工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)為研究性教學(xué)的開(kāi)展提供硬件條件（設(shè)備、場(chǎng)地）與軟件條件（師資、管理）的支持，建立并實(shí)行本科生學(xué)業(yè)導(dǎo)師制度，以本學(xué)科已有的廣東省傳感技術(shù)與生物醫(yī)療儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為依托、以教師們正在進(jìn)行的縱向科研項(xiàng)目或橫向開(kāi)發(fā)項(xiàng)目為載體，引導(dǎo)本科學(xué)生參與項(xiàng)目調(diào)研、方案制訂和項(xiàng)目研發(fā)的整個(gè)過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)的能力、思考創(chuàng)新的能力和實(shí)踐能力，為將來(lái)更好更快地適應(yīng)各自的工作崗位要求奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)創(chuàng)新性培養(yǎng)方案分析
我們對(duì)國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)的本科生培養(yǎng)方案，尤其是對(duì)國(guó)內(nèi)外著名工科院校的實(shí)習(xí)教學(xué)方案進(jìn)行了廣泛的調(diào)研和分析，逐漸形成了在“寬”基礎(chǔ)的前提下，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維能力，以及動(dòng)手能力的思路。例如美國(guó)麻省理工學(xué)院著重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維和解決問(wèn)題的能力，以及終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。既培養(yǎng)學(xué)生某一方向的專業(yè)技能，也鼓勵(lì)學(xué)生拓寬知識(shí)面，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的挑戰(zhàn)。具體方案有：1.實(shí)行本科生學(xué)業(yè)導(dǎo)師制度。每名本科生入學(xué)后將被指定一位專職教師作為學(xué)業(yè)導(dǎo)師，導(dǎo)師幫助本科生設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目、選課和選專業(yè)。在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，本科生有機(jī)會(huì)參與跨學(xué)科實(shí)驗(yàn)室和研究中心的研究活動(dòng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的研究型思維、完成實(shí)驗(yàn)的技能和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的能力。2.學(xué)院設(shè)有獨(dú)立活動(dòng)期。每年的一月，學(xué)生們可以利用學(xué)院實(shí)驗(yàn)室與研究中心的資源，從事一些自己感興趣的研究項(xiàng)目。教師則成為項(xiàng)目的指導(dǎo)者與協(xié)作者，鼓勵(lì)并引導(dǎo)本科生在研究型教學(xué)中主動(dòng)地參與過(guò)程。美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)機(jī)械工程本科培養(yǎng)特色為基礎(chǔ)知識(shí)教育與科研能力培養(yǎng)并重，通識(shí)教育與專業(yè)教育并重。他們專門設(shè)有實(shí)踐創(chuàng)新教育環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐和創(chuàng)意創(chuàng)新的能力。具體方案有：1.大量采用講座+討論、講座+實(shí)驗(yàn)的授課方式，強(qiáng)調(diào)理論課程與實(shí)踐、研究環(huán)節(jié)的結(jié)合。2.設(shè)立和基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)緊密相關(guān)的實(shí)踐性、研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目，通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)與實(shí)際問(wèn)題解決相互關(guān)系的理解。學(xué)校還設(shè)有獨(dú)立活動(dòng)期、本科生研究項(xiàng)目等實(shí)踐創(chuàng)新教育項(xiàng)目，給學(xué)生提供了充分的個(gè)性發(fā)展空間。清華大學(xué)電子工程系奉行知識(shí)、能力、素質(zhì)并重的教育理念，通過(guò)營(yíng)造良好的學(xué)術(shù)環(huán)境來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)造力，注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相互促進(jìn)，注重基本技能、綜合能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，注重將最新的科研成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其特點(diǎn)是前期強(qiáng)化基礎(chǔ)、復(fù)合交叉，后期導(dǎo)師指導(dǎo)、以人為本，激勵(lì)創(chuàng)新。另外，國(guó)內(nèi)外基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)學(xué)研教學(xué)模式也是值得我們借鑒的。
三、創(chuàng)新培育計(jì)劃實(shí)施所具備的軟硬件條件
中山大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科具有生物醫(yī)學(xué)工程一級(jí)學(xué)科博士點(diǎn)和博士后流動(dòng)站，是廣東省重點(diǎn)學(xué)科，設(shè)有廣東省傳感技術(shù)與生物醫(yī)療儀器重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣州市生物醫(yī)療設(shè)備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。目前生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科已有教授38名、副教授41名、講師64名，梯隊(duì)完備，所有教師都是工作在科研一線的研究人員。學(xué)科的主要研究方向?yàn)獒t(yī)療儀器與傳感器、納米生物材料與組織工程、靶向輸送與控制釋放。學(xué)科近年來(lái)在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)承擔(dān)了多項(xiàng)縱向研究項(xiàng)目，包括國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家科技部重大科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃等。學(xué)科緊密結(jié)合南沙中山大學(xué)科技創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)基地、廣州大學(xué)城健康產(chǎn)業(yè)基地以及行業(yè)龍頭企業(yè)等合作單位，大力倡導(dǎo)協(xié)同創(chuàng)新，承擔(dān)了多項(xiàng)橫向研究項(xiàng)目。因此，學(xué)科的平臺(tái)和師資為生物醫(yī)學(xué)工程本科生創(chuàng)新培育計(jì)劃的開(kāi)展提供了充分的保障。
四、本科生創(chuàng)新培育計(jì)劃的實(shí)施方案
首先建立導(dǎo)師制，由專業(yè)教師擔(dān)任本科生學(xué)業(yè)指導(dǎo)教師，負(fù)責(zé)本科生的學(xué)業(yè)指導(dǎo)和項(xiàng)目選題；同時(shí)由該教師屬下的研究生擔(dān)任學(xué)生導(dǎo)師，負(fù)責(zé)本科生創(chuàng)新培育計(jì)劃具體工作的指導(dǎo)與跟進(jìn)。實(shí)行導(dǎo)師制的目的是給予本科生更個(gè)性化的發(fā)展空間和更全面的有效的指導(dǎo)，這有利于師生雙向提高。
在第一學(xué)年，考慮到本科生專業(yè)知識(shí)的缺乏，創(chuàng)新培育計(jì)劃的主要內(nèi)容是本科生利用課余時(shí)間協(xié)助教師或研究生從事實(shí)驗(yàn)輔助或文獻(xiàn)調(diào)研等工作，使本科生對(duì)生醫(yī)工專業(yè)本身和具體項(xiàng)目科研過(guò)程有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)操作技能和自主檢索學(xué)習(xí)的能力。后期在導(dǎo)師的指導(dǎo)下撰寫一份助研工作總結(jié)報(bào)告或文獻(xiàn)檢索報(bào)告，同時(shí)做成PPT用于年終匯報(bào)考評(píng)，從而培養(yǎng)學(xué)生的基本科技寫作能力和PPT制作與講演能力。
第二學(xué)年開(kāi)始引導(dǎo)本科生逐漸進(jìn)入具體的項(xiàng)目工作。若干名學(xué)生組成項(xiàng)目組，可以參與指導(dǎo)教師的在研項(xiàng)目中的某一部分，或者在教師指導(dǎo)下自主選題。首先進(jìn)行項(xiàng)目調(diào)研和前期預(yù)研，中期組織進(jìn)行項(xiàng)目開(kāi)題答辯，然后在學(xué)業(yè)導(dǎo)師或?qū)W生導(dǎo)師的具體指導(dǎo)下開(kāi)展項(xiàng)目研究，鼓勵(lì)項(xiàng)目進(jìn)展較為順利的項(xiàng)目組申報(bào)學(xué)校的大學(xué)生科研項(xiàng)目計(jì)劃。
第三學(xué)年本科生在導(dǎo)師們的指導(dǎo)下繼續(xù)開(kāi)展創(chuàng)新培育計(jì)劃項(xiàng)目工作，可以考慮將夏季學(xué)期（小學(xué)期）中4周生產(chǎn)實(shí)習(xí)（項(xiàng)目實(shí)習(xí)）課程和創(chuàng)新培育計(jì)劃項(xiàng)目合并到一起來(lái)做。組織中期檢查匯報(bào)與成績(jī)?cè)u(píng)定，推薦項(xiàng)目工作表現(xiàn)優(yōu)秀的本科生參加國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃、廣東省大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃、挑戰(zhàn)者杯等競(jìng)賽。
第四學(xué)年春季學(xué)期有長(zhǎng)達(dá)12周畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間，可以充分利用這段時(shí)間，在前面三年創(chuàng)新培育計(jì)劃工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步深化、凝練項(xiàng)目成果，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），進(jìn)行項(xiàng)目結(jié)題答辯。對(duì)項(xiàng)目研發(fā)過(guò)程中表現(xiàn)優(yōu)秀的本科生推薦研究生免試資格，鼓勵(lì)成果突出的學(xué)生撰寫專利或論文。另外，學(xué)生導(dǎo)師（在讀研究生）給予頒發(fā)助教資歷證書，其中表現(xiàn)優(yōu)異者在教學(xué)實(shí)踐考評(píng)和獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定時(shí)給予加分。
總之，我們擬通過(guò)生物醫(yī)學(xué)工程創(chuàng)新培育計(jì)劃的實(shí)施，探索出一條研究型本科教學(xué)的路子，為解決生物醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的自主技術(shù)創(chuàng)新、提升國(guó)內(nèi)企業(yè)技術(shù)水平及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提供人才支持。期望學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)和項(xiàng)目實(shí)踐，熟練掌握生物醫(yī)學(xué)工程的基礎(chǔ)理論，具備較強(qiáng)的自我學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力，能夠綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)和方法解決醫(yī)學(xué)實(shí)際問(wèn)題，成為在生物醫(yī)療儀器、生物材料與組織工程等相關(guān)領(lǐng)域從事科學(xué)研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)的高素質(zhì)醫(yī)工復(fù)合型人才。
[ 參 考 文 獻(xiàn) ]
[1] 王海鷹，楊剛，李玉紅，季紅梅.將科研實(shí)驗(yàn)引入本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].中國(guó)電力教育，2009，（144）：145-146.
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【摘要】工程院校中，與醫(yī)學(xué)相關(guān)的專業(yè)發(fā)展迅速，相關(guān)課程在工程專業(yè)院校逐漸開(kāi)設(shè)。人體解剖學(xué)是一門重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程，雖然在醫(yī)科院普遍開(kāi)設(shè)，在工程院校確是作為新課程面貌出現(xiàn)，因此在教學(xué)過(guò)程中存在了教材不合適，課程設(shè)置不合理，教學(xué)手段缺乏等一系列問(wèn)題。筆者對(duì)自己多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，從明確教學(xué)理念，制定教學(xué)大綱，改革教學(xué)方式和教材，提高教師隊(duì)伍等方面提出了論點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】人體解剖學(xué)；教育；工程專業(yè)
隨著生命科學(xué)的發(fā)展，在許多工程院校中也開(kāi)設(shè)了人體解剖學(xué)這門課程，如生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)、生命學(xué)院等[1]。這些專業(yè)多是醫(yī)學(xué)的交叉學(xué)科。人體解剖學(xué)是了解人體正常形態(tài)結(jié)構(gòu)的課程，是最為重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)課程之一[2]。但由于這些專業(yè)在工程院校設(shè)立時(shí)間往往不長(zhǎng)，人體解剖學(xué)在工程專業(yè)開(kāi)設(shè)時(shí)間也不長(zhǎng)，所以仍處在一個(gè)發(fā)展時(shí)期，在教學(xué)過(guò)程中存在很多問(wèn)題。本文結(jié)合幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)比醫(yī)學(xué)院校開(kāi)展本課程的情況，對(duì)工程專業(yè)人體解剖學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出一些建設(shè)思路。
1工程專業(yè)人體解剖學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題
1.1無(wú)針對(duì)工程專業(yè)的人體解剖學(xué)教材:目前并無(wú)明確的針對(duì)工程專業(yè)的人體解剖學(xué)教材。我們目前使用的教材是為臨床醫(yī)學(xué)生開(kāi)設(shè)的教材，人民衛(wèi)生出版社第七版出版的《系統(tǒng)解剖學(xué)》。這些教材是針對(duì)將來(lái)要從醫(yī)人員，因此醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)繁多，課時(shí)也相對(duì)多。如人體解剖學(xué)在醫(yī)學(xué)院針對(duì)大一學(xué)生在第一學(xué)期開(kāi)設(shè)，一般包括理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)課，總學(xué)時(shí)約300學(xué)時(shí)，并且以動(dòng)手解剖尸體為主。而在我校對(duì)理工類學(xué)生開(kāi)設(shè)的人體解剖學(xué)課程，教學(xué)設(shè)置包括理論學(xué)習(xí)（40學(xué)時(shí)）和實(shí)驗(yàn)課（16學(xué)時(shí)）。與醫(yī)學(xué)院比較，教材相同的情況下，課時(shí)確壓縮了將近1/4。學(xué)生在學(xué)習(xí)的時(shí)候常感覺(jué)內(nèi)容多，重點(diǎn)不突出。
1.2課程教育理念不清晰:目前工程專業(yè)人體解剖學(xué)的教學(xué)目的，主要是使這部分學(xué)生在較短的時(shí)間里，更好地理解和掌握醫(yī)學(xué)基本理論、基本知識(shí)和基本研究方法，為學(xué)生從事生物醫(yī)學(xué)工程類相關(guān)事業(yè)及相關(guān)工作打下必要的基礎(chǔ)。但在實(shí)際工作中，由于受到授課時(shí)間短、教學(xué)內(nèi)容多而雜、教學(xué)習(xí)慣等因素的影響，教師很容易從臨床醫(yī)學(xué)授課角度出發(fā)，忽略了這部分學(xué)生并非想成為醫(yī)生，人體解剖學(xué)對(duì)工程專業(yè)只是支撐課程而非主學(xué)科的事實(shí)。在這樣一種潛在觀念的引導(dǎo)下，很可能導(dǎo)致兩方面不良后果：一是教師對(duì)工程專業(yè)人體解剖學(xué)的失望，覺(jué)得不夠被重視；二是學(xué)生在有限時(shí)間突然接受大量醫(yī)學(xué)專業(yè)詞匯，記憶感到枯燥乏味，對(duì)人體解剖學(xué)失去興趣，甚至反感。
1.3教學(xué)手段缺乏:目前理工院校人體解剖學(xué)教學(xué)以理論課為主輔以實(shí)驗(yàn)課，由于學(xué)生課程多，期間經(jīng)過(guò)幾次教學(xué)改革，人體解剖學(xué)課時(shí)有所壓縮，在有限的時(shí)間內(nèi)完成較多的教學(xué)任務(wù)，教學(xué)形式欠豐富。雖然配有實(shí)驗(yàn)課，但工程專業(yè)學(xué)生人體解剖學(xué)課多以觀摩模型為主，動(dòng)手操作少，而模型又比較有限，學(xué)生很容易失去興趣。教師顧著要在有限的時(shí)間內(nèi)完成大綱規(guī)定內(nèi)容，因此難以講的很深恨透，更談不上教學(xué)形式的多樣性了。
1.4教師隊(duì)伍有待提高:工程專業(yè)人體解剖學(xué)的教學(xué)對(duì)教師的要求高，要求教師不僅熟悉人體解剖學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，最好是有一定的臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，更為重要的是，而且還要求教師了解與學(xué)生相關(guān)專業(yè)的臨床進(jìn)展[3]。如生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生，要講授介入醫(yī)學(xué)在臨床上的應(yīng)用進(jìn)展。
而目前現(xiàn)狀是講授人體解剖學(xué)的教師多是從事科研為主，長(zhǎng)期脫離臨床工作，而如果請(qǐng)臨床大夫來(lái)講授人體解剖學(xué)，又不太現(xiàn)實(shí)，且缺乏連貫性。這些因素都對(duì)教學(xué)有一定影響。
2工程專業(yè)人體解剖學(xué)的建設(shè)和發(fā)展思路
人體解剖學(xué)作為醫(yī)藥院校的重要專業(yè)課程之一，普遍存在且廣泛設(shè)置，盡管在工程專業(yè)作為選修課程，但它對(duì)生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)交叉學(xué)科，邊緣學(xué)科的形成、促進(jìn)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的普及起了十分關(guān)鍵的作用。從工程專業(yè)人體解剖學(xué)的教育來(lái)看，無(wú)論是課程理念，教學(xué)方式，教師隊(duì)伍，教材選擇等方面，都還缺乏統(tǒng)一規(guī)范，需要相關(guān)教育工作者進(jìn)一步完善。有以下幾點(diǎn)可以考慮。
2.1明確工程專業(yè)人體解剖學(xué)教學(xué)理念:明確工程專業(yè)人體解剖學(xué)的定位是非常重要的。人體解剖學(xué)在工程類院校中屬于非專業(yè)課程，教授的是工程類學(xué)生，是為工程專業(yè)學(xué)生成才作支撐及服務(wù)。因此要發(fā)揮人體解剖學(xué)在其他學(xué)科中的協(xié)同作用，以助于工程學(xué)生從事交叉學(xué)科，邊緣學(xué)科的相關(guān)工作。因此應(yīng)立足在“以學(xué)生為本”的服務(wù)理念，提高工程類院校工程類學(xué)生醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)素養(yǎng)為目的，從而發(fā)揮人體解剖學(xué)在交叉學(xué)科中的作用。
2.2制定新的教學(xué)大綱，規(guī)范課程設(shè)置:根據(jù)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的特色和這部分學(xué)生的特點(diǎn)，結(jié)合他們今后可能從事的工作方向，制定適合他們學(xué)習(xí)的新的教學(xué)大綱。人體解剖學(xué)是幫助學(xué)生開(kāi)啟一扇通曉生命科學(xué)知識(shí)的窗口。因此要在有限的課堂及短時(shí)間的教學(xué)中抓住要點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生多是從事醫(yī)療器械、醫(yī)藥工程設(shè)備等相關(guān)企業(yè)的管理和技術(shù)工作，因此應(yīng)將與相關(guān)行業(yè)有關(guān)的人體解剖學(xué)知識(shí)作為掌握重點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容不在求全而在求精，既要求注重相關(guān)人體解剖學(xué)知識(shí)點(diǎn)間的連貫性，同時(shí)要求內(nèi)容精煉、重點(diǎn)突出，把醫(yī)學(xué)最基礎(chǔ)最根本的思想和理論，在有限的教學(xué)課時(shí)中著重體現(xiàn)出來(lái)。我認(rèn)為，最為重要的是讓學(xué)生理解醫(yī)學(xué)的思維方式，研究手段，而醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)名詞的記憶應(yīng)放在其次。
2.3改革生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人體解剖學(xué)教材:根據(jù)醫(yī)學(xué)生使用的人體解剖學(xué)教材，適當(dāng)降低醫(yī)學(xué)術(shù)語(yǔ)的難度。教材內(nèi)容可以涉及人體解剖學(xué)及生物工程應(yīng)用等。注意內(nèi)容的選擇及相互之間的銜接，做到既完整、連貫、全面，又能夠突出重點(diǎn)，同時(shí)還要形象生動(dòng)，突出與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系。
2.4進(jìn)一步改革教學(xué)形式和方法:現(xiàn)在教學(xué)宜多采用多媒體課件，可增加一些教學(xué)視頻，手術(shù)錄像等，增強(qiáng)教學(xué)效果，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。并且人體解剖學(xué)要注重理論與實(shí)踐的結(jié)合，在教學(xué)計(jì)劃中適當(dāng)安排觀察臨床手術(shù)，解剖動(dòng)物等實(shí)踐性內(nèi)容，采取多樣化教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)效果。
2.5加強(qiáng)教師隊(duì)伍建設(shè)，不斷提高專業(yè)教師的水平:教師是靈魂的工程師，教師本身的學(xué)術(shù)水平對(duì)課程的教學(xué)效果有著十分重要的影響[3]。一個(gè)教師的專業(yè)水平和個(gè)人魅力也可影響學(xué)生對(duì)本課程的喜愛(ài)程度。讓生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)得到相對(duì)專業(yè)的人體解剖學(xué)教育，對(duì)教師不啻為一種挑戰(zhàn)。這不僅要求教師有全面而精神的專業(yè)素養(yǎng)，同時(shí)要有通俗易懂的講解能力。因此要根據(jù)教學(xué)實(shí)際，建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良的工程專業(yè)人體解剖學(xué)教師團(tuán)隊(duì)，定期開(kāi)展業(yè)務(wù)培訓(xùn)，增強(qiáng)教學(xué)能力。
參考文獻(xiàn)
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[關(guān)鍵詞]納米羥磷灰石-脂肪族聚酯酰胺；成骨細(xì)胞；生物相容性
[中圖分類號(hào)]R 783.1[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A[doi]10.3969/j.issn.1673-5749.2012.01.009
Biological effects of nano-hydroxyapatite-aliphatic polyester-amide composite on the osteoblastsDeng Xia1, Xia Xi2.（1. Dept. of Stomatology, Nuclear of Industry 416 Hospital, Chengdu 610051, China; 2. Dept. of Prosthodontics, The Affiliated Hospital of Stomatology, Chongqing Medical University, Chongqing 400015, China）
[Abstract]ObjectiveTo evaluate the biological effects of nano-hydroxyapatite-aliphatic polyester-amide composite（nHA-PEA）on the osteoblast.MethodsThe Dulbecco minimum essential medium（DMEM）leaching liquor of nHA-PEA was applied to the osteoblasts of the test groups while the DMEM itself was applied to control. The methyl thiazolyl tetrazolium assay, flow cytometry and alkaline phosphatase（AKP）analysis were used to evaluate the changes in cell growth, cell cycle and cell function. Moreover, osteoblasts were cultured on the surface of nHA-PEA composite and the attachment, growth and proliferation of osteoblast were investigated. Results The cultured osteoblasts grew well and showed nomorphological variation. Osteoblasts of different test groups demonstrated relative proliferation rate ranging from 92%～107% without dose-dependent effect（P>0.05）. The cell cycle and AKP activity were similar in test and control groups（P>0.05）. Good cell attachment and proliferation manner were observed on the membranes. ConclusionnHA-PEA has no negative effects on the osteoblast and its osteoblastcompatibility is proved.
[Key words]nano-hydroxyapatite-aliphatic polyester-amide composite；osteoblast；biocompatibility
有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合生物材料是組織工程學(xué)研究的熱點(diǎn)[1]，該材料主要用于修復(fù)和重建人體的硬組織。納米羥磷灰石-脂肪族聚酯酰胺（nano-hydroxyapatite-aliphatic polyester -amide composite，nHA-PEA）復(fù)合材料由nHA粒子與PEA均勻混合制得，其中羥磷灰石（hydroxyapatite，HA）是人體骨、牙等無(wú)機(jī)組織的主要成分，PEA及其共聚物是一類新型的生物可降解高分子材料[2]。nHA- PEA復(fù)合材料兼具了有機(jī)物的韌性和無(wú)機(jī)物的剛性，具有良好的理化性能。本研究將nHA-PEA復(fù)合材料作用于體外培養(yǎng)的成骨細(xì)胞，檢測(cè)其對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖能力、細(xì)胞周期、堿性磷酸酶（alkaline phosphatase，AKP）活性的影響，觀察細(xì)胞在其表面的黏附、鋪展形態(tài)，評(píng)價(jià)其對(duì)骨細(xì)胞的相容性和生物活性。
1材料和方法
1.1主要材料和儀器
達(dá)爾貝科極限必需培養(yǎng)液（Dulbecco minimum
essential medium，DMEM）、胰蛋白酶（Gibco公司，美國(guó)），新生小牛血清（成都哈里生物工程有限公司），甲噻唑四唑氮（methyl thiazolyl tetrazolium，MTT）試劑（Sigma公司，美國(guó)），AKP試劑盒（北京柏定生物工程有限公司）。Sanyomco-17AI二氧化碳孵箱（Sanyo公司，日本），Olympus IX50相差倒置顯微鏡（Olympus公司，日本），JSM-5900LV型掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM；JEOL公司，日本），可見(jiàn)光高效分析儀/HTS 7000plus多孔板紫外/熒光（PE公司，美國(guó)），流式細(xì)胞計(jì)數(shù)（flow cytometry，F(xiàn)CM；Coulter公司，美國(guó)），LightCycler檢測(cè)儀（Roche公司，德國(guó)）。1.2浸提液制備
按文獻(xiàn)[3]制得4組nHA-PEA復(fù)合材料，按其無(wú)機(jī)和有機(jī)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分組，分別為A組0和100%，B組10%和90%，C組20%和80%，D組30%和70%。將4組nHA-PEA復(fù)合材料（平均厚度0.5～1 mm）消毒滅菌后，按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 10993-5醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)所推薦的試樣表面積和浸提介質(zhì)為6 cm2·mL－1的比例[4]，置37℃濾除細(xì)菌的培養(yǎng)液中，浸提3～4 d的浸提液備用。
1.3成骨細(xì)胞培養(yǎng)和細(xì)胞懸液的制備
取生長(zhǎng)穩(wěn)定的第4代SD乳鼠顱骨成骨細(xì)胞，經(jīng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%的胰酶消化后行細(xì)胞計(jì)數(shù)，用DMEM配制5×104個(gè)每毫升的細(xì)胞懸液。
1.4甲噻唑四唑氮比色
將200μL密度為5×104個(gè)每毫升的細(xì)胞懸液加入96孔板，置于體積分?jǐn)?shù)5%的二氧化碳培養(yǎng)箱，37℃培養(yǎng)24 h，細(xì)胞貼壁后棄掉原有培養(yǎng)液，將細(xì)胞分為試驗(yàn)組（A～D）和對(duì)照組（E），試驗(yàn)組每組均分別加入200、100、50μL終質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為100%、50%和25%的浸提液，形成A1、
A2、A3，B1、B2、B3，C1、C2、C3，D1、D2、D3，
對(duì)照組加入原培養(yǎng)液。每日于相差顯微鏡下觀察細(xì)胞形態(tài)，生長(zhǎng)和增殖情況。分別于第1、3、5、7 d各取96孔板1塊，每孔加入20μL的MTT，孵育4 h，每孔加入200μL二甲基亞砜，振蕩1 min，混勻，570 nm波長(zhǎng)下測(cè)定各孔吸光度（A），取3孔均值，計(jì)算細(xì)胞增殖率（proliferation rate，RP）：RP=（A試驗(yàn)組/A對(duì)照組）×100%。1.5流式細(xì)胞計(jì)數(shù)
接種對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的成骨細(xì)胞1×105個(gè)每毫升瓶，細(xì)胞貼壁后A～D組棄原培養(yǎng)液加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為100%的復(fù)合材料浸提液，E組加入新鮮原培養(yǎng)液，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下3 d換液1次，培養(yǎng)7 d，消化、離心并收集沉淀細(xì)胞。流式細(xì)胞計(jì)數(shù)DNA熒光強(qiáng)度及散光參數(shù)，Multicycle軟件分析細(xì)胞的周期分布和程序性死亡情況。1.6堿性磷酸酶活性檢測(cè)
取1×105個(gè)每毫升的細(xì)胞懸液3 mL加入小號(hào)培養(yǎng)瓶，將其置于體積分?jǐn)?shù)5%的二氧化碳培養(yǎng)箱，37℃培養(yǎng)24 h，細(xì)胞貼壁后棄掉原有培養(yǎng)液，A～D組均加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%的浸提液，E組加入新鮮原培養(yǎng)液，分別于第4天和第7天中止培養(yǎng)，收集80μL細(xì)胞懸液，以AKP試劑盒通過(guò)HTS 7000plus多孔板高效分析儀行AKP活性測(cè)試。
1.7成骨細(xì)胞與材料的復(fù)合培養(yǎng)
將載有nHA-PEA復(fù)合膜的血蓋片試樣置于6孔板內(nèi)，環(huán)氧乙烷冷消毒，磷酸緩沖鹽溶液浸泡清洗3次，每次1 h，DMEM孵育過(guò)夜備用。取1×105個(gè)每毫升的細(xì)胞懸液，分別接種于已準(zhǔn)備好的材料上，37℃，體積分?jǐn)?shù)5%的二氧化碳孵箱繼續(xù)靜置培養(yǎng)5 d。分別于第1天和第5天將試樣取出，以體積分?jǐn)?shù)10%的多聚甲醛固定，體積分?jǐn)?shù)30%～100%的乙醇梯度脫水，醋酸異戊酯置換乙醇，臨界點(diǎn)干燥，表面噴金，SEM下觀察。1.8統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
使用單因素方差分析，分析各組總體均數(shù)間差別有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，在檢驗(yàn)數(shù)據(jù)之前對(duì)數(shù)據(jù)行方差齊性檢驗(yàn)。用q檢驗(yàn)比較兩組間均數(shù)的差別。P>0.05為差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2結(jié)果
2.1細(xì)胞生長(zhǎng)觀察及甲噻唑四唑氮比色結(jié)果
顯微鏡下，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的nHA-PEA復(fù)合材料浸提液組及對(duì)照組細(xì)胞培養(yǎng)6 h后均已貼壁，12 h細(xì)胞突逐漸舒展，24 h細(xì)胞開(kāi)始鋪展，72 h后細(xì)胞數(shù)目明顯增多，排列規(guī)則密集，細(xì)胞呈梭形、三角形或不規(guī)則形，形態(tài)分析各試驗(yàn)組與對(duì)照組細(xì)胞形態(tài)相似，顯示各組細(xì)胞均生長(zhǎng)良好。試驗(yàn)組和對(duì)照組不同時(shí)間的MTT比色結(jié)果見(jiàn)表1。試驗(yàn)組間的MTT值及其與其對(duì)照組間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；試驗(yàn)組成骨細(xì)胞的相對(duì)增殖率為92%～107%，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的nHA-PEA復(fù)合材料浸提液組對(duì)成骨細(xì)胞的細(xì)胞毒性級(jí)數(shù)為0～
1級(jí)（0級(jí)：細(xì)胞相對(duì)增殖率大于等于100%，1級(jí)：細(xì)胞相對(duì)增殖率為90%～99%）[5]，不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)浸提液組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。
3討論
在生物醫(yī)學(xué)材料的細(xì)胞毒性試驗(yàn)方法中，最常用的是材料浸提液培養(yǎng)法和細(xì)胞材料直接接觸法。本試驗(yàn)綜合運(yùn)用了這兩種方法，首先選擇浸漬法，具體原因如下。1）對(duì)于nHA-PEA復(fù)合材料，nHA的生物相容性勿庸置疑；而PEA是新型的人工合成的生物降解型高分子材料，其理化性能和降解性能已有相關(guān)研究[6]，但其生物相容性鮮有報(bào)道。2）由于直接接觸法共同培養(yǎng)時(shí)，細(xì)胞對(duì)材料表面和對(duì)培養(yǎng)孔板底部的黏附性有差異，細(xì)胞洗脫率的不同會(huì)產(chǎn)生干擾而使試驗(yàn)復(fù)雜化。事實(shí)上，僅需考察nHA-PEA復(fù)合材料溶出物的
細(xì)胞毒性，就可以達(dá)到初步評(píng)價(jià)其生物相容性的目的，而且以材料的浸提液代替材料本身在材料學(xué)的研究中已得到公認(rèn)。本試驗(yàn)嚴(yán)格按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 10993-5醫(yī)療器械生物學(xué)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和要求制備生物醫(yī)學(xué)材料浸提液[4]，以浸提出最大量的濾出物質(zhì)，考察其對(duì)成骨細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的影響。
MTT比色是常用的細(xì)胞增殖能力檢測(cè)方法，可以對(duì)材料的細(xì)胞毒性作出可靠的定量評(píng)價(jià)[5]。本試驗(yàn)在相差倒置顯微鏡下觀察到nHA-PEA復(fù)合材料浸提液不影響細(xì)胞的生長(zhǎng)形態(tài)；MTT值在試驗(yàn)組間以及各組與對(duì)照組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，試驗(yàn)組的細(xì)胞增殖率在92%～107%，表明nHA-PEA復(fù)合材料浸提液對(duì)成骨細(xì)胞的生長(zhǎng)無(wú)不良影響。因此在進(jìn)一步地對(duì)細(xì)胞周期和功能進(jìn)行的分析中，僅選用最高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的nHA-PEA復(fù)合材料浸提液作為試驗(yàn)組進(jìn)行分析比較。在加入HA的試驗(yàn)組，MTT值略高于對(duì)照組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義且無(wú)量效關(guān)系。原因可能與其中的鈣、磷水平較高有關(guān)。
流式細(xì)胞計(jì)數(shù)已廣泛應(yīng)用于腫瘤學(xué)、生物化學(xué)和免疫學(xué)等領(lǐng)域，細(xì)胞周期檢測(cè)已成為生物材料生物相容性評(píng)價(jià)的一種可靠方法和指標(biāo)[7]，是常規(guī)細(xì)胞增殖試驗(yàn)的一項(xiàng)重要補(bǔ)充。近年來(lái)，生物材料生物相容性研究進(jìn)展之一是生物材料的生物功能性評(píng)價(jià)[8]。生物材料作用于細(xì)胞后使其周期改變，從而使其行為和功能發(fā)生改變。本試驗(yàn)在MTT比色的基礎(chǔ)上進(jìn)一步使用流式細(xì)胞計(jì)數(shù)，旨在從細(xì)胞增殖周期的角度來(lái)分析nHA-PEA復(fù)合材料浸提液對(duì)細(xì)胞增殖周期DNA合成的影響，從分子水平上評(píng)價(jià)材料的細(xì)胞毒性。從MTT比色可見(jiàn)，組間、組內(nèi)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的nHA-PEA復(fù)合材料浸提液對(duì)成骨細(xì)胞的增殖和增殖周期影響不大，細(xì)胞周期各亞期組成比和程序性死亡率差異亦無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。B、C、D組處于S期的細(xì)胞略多，表明加入HA對(duì)細(xì)胞增殖有一定促進(jìn)作用，但不顯著，不存在量效關(guān)系。此結(jié)果與MTT比色結(jié)果一致。
除了對(duì)細(xì)胞增殖的影響，生物材料的細(xì)胞相容性還表現(xiàn)在材料對(duì)細(xì)胞重要功能的影響。AKP是骨形成所必需的酶，是生物礦化和成骨細(xì)胞分化成熟的早期標(biāo)志物[9-10]：其表達(dá)代表骨形成狀況，表明細(xì)胞分化的開(kāi)始，并隨細(xì)胞分化的發(fā)展而增強(qiáng)；其活性的高低，反映了相應(yīng)細(xì)胞向成骨方向化的趨勢(shì)。本研究采用酶聯(lián)法對(duì)成骨細(xì)胞AKP的表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示試驗(yàn)組AKP的表達(dá)量與對(duì)照組相比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明nHA-PEA復(fù)合材料對(duì)成骨細(xì)胞的功能酶表達(dá)無(wú)不良影響，也沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用，不抑制其分化功能。
用浸提液作為試驗(yàn)樣品測(cè)定復(fù)合材料中濾出物質(zhì)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖的影響，僅為預(yù)測(cè)材料植入體內(nèi)的潛在危害提供了初步依據(jù)，其結(jié)果尚有一定的局限性；因此，需在浸漬試驗(yàn)良性結(jié)果的基礎(chǔ)上再采用直接法將成骨細(xì)胞與材料聯(lián)合培養(yǎng)，以進(jìn)一步考察材料本體的結(jié)構(gòu)性能對(duì)細(xì)胞生物學(xué)的影響。本研究表明，成骨細(xì)胞在復(fù)合材料上具有良好的黏附、鋪展和增殖行為，即nHA-PEA復(fù)合材料具有成骨細(xì)胞相容性和良好的細(xì)胞相容性等特性。
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【關(guān)鍵詞】脈搏波模型理論脈診客觀化中西醫(yī)結(jié)合
Abstract:Pulsewave,aresearchfocusinbothtraditionalChinesemedicineandWesternmedicine,whichcontainsawealthofhumanphysiologicalandpathologicalinformation,hasalwaysbeentheconcernofmedicalpractitioners.Onthebasisofthereviewonthedevelopmentofthepulsewavetheoryanditsapplications,theexistingproblemsinthisfieldarediscussedinthispaper.OnthebasisofthestatusquoofpulsewaveinformationextractionmethodsandtheutilizationofpulsewaveintraditionalChineseandWesternmedicine,amoreindepthstudyonpulsewaveisproposedtomakeitabridgeconnectingtraditionalChinesemedicinewithWesternmedicine.
Keywords:pulsewave;models,theoretical;objectifyingpulsetaking;integrativetraditionalChineseandWesternmedicine
當(dāng)心臟周期性地收縮和舒張時(shí)，左心室射入主動(dòng)脈的血流沖擊主動(dòng)脈瓣和血管壁，產(chǎn)生的振動(dòng)將以波的形式自主動(dòng)脈根部發(fā)出，沿動(dòng)脈樹(shù)向外周動(dòng)脈傳播，此波稱為向前波。當(dāng)向前波受到動(dòng)脈分支和外周動(dòng)脈等因素的作用時(shí)，產(chǎn)生與之方向相反的反射波。反射波沿動(dòng)脈樹(shù)向心臟方向傳播，與向前波疊加后形成具有不同波形特征的脈搏波。脈搏波的傳播過(guò)程不僅受到心臟本身的影響，還受到沿途動(dòng)脈和周圍組織器官狀況的影響，使脈搏波蘊(yùn)藏著豐富的人體生理和病理信息。另外，由于脈搏波的檢測(cè)不需要復(fù)雜而昂貴的儀器，操作簡(jiǎn)便，而且無(wú)創(chuàng)，因此關(guān)于脈搏波深入細(xì)致的研究，歷來(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。
1脈搏波理論發(fā)展
對(duì)脈搏波的理論研究，國(guó)外學(xué)者做了大量的工作，從18世紀(jì)初開(kāi)始至今，其研究歷史已長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)。而國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)脈搏波理論研究則始于解放后。脈搏波理論研究大致經(jīng)歷了從理論描述到模型分析以及線性化理論到非線性化理論的發(fā)展過(guò)程［14］。見(jiàn)表1。表1脈搏波理論發(fā)展歷程
發(fā)展階段分析模型及理論研究者理論描述首次發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)到血液循環(huán)現(xiàn)象HarveyW(17世紀(jì)初)首先論證了動(dòng)脈彈性腔的意義NewtonI(1700年)線性化理論提出Windkessel模型（彈性腔模型）HaleS(1733年)發(fā)表了理想流體的彈性管內(nèi)波傳播速度公式Y(jié)oungT(1808年)提出血管阻力模型，解釋了動(dòng)脈中平均血壓下降的原因PoiseuilleJLM(1840年)發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈和外周動(dòng)脈壓力波波形的差異MahomedF(1872年)發(fā)表計(jì)算脈搏波傳播速度的楊莫恩斯公式MoensAI和KortewegDJ(1878年)建立了相當(dāng)于動(dòng)脈系集中參數(shù)模型的風(fēng)箱理論（彈性腔模型）FrankO(1899年)提出第一個(gè)血流脈搏波傳播的分析模型MorganGW和KielyJP(1954年)［5］提出線性分布參數(shù)模型（Womersley理論）WomersleyJR(1957年)［6］提出雙彈性腔模型GoldwynR和WattT(1967年)［7］提出一個(gè)完整的線性化脈搏波模型AtabekHB(1968年)［8］對(duì)心血管彈性腔理論作了較為深入的研究柳兆榮（1980年）［9］非線性理論提出非線性分布參數(shù)模型，闡明動(dòng)脈脈搏波傳播的非線性特性EulerL(1755年)提出多項(xiàng)式血管壁應(yīng)力應(yīng)變表達(dá)式VaishnavRN等(1972年)［10］提出一個(gè)包含血管和外周組織運(yùn)動(dòng)的非線性脈搏波傳播理論伍時(shí)桂等（1986年）［11］提出大血管中非線性壓力波滿足的孤波方程SigeoY(1987年)［12］首次在心臟和血管動(dòng)態(tài)耦合的基礎(chǔ)上，研究了人體動(dòng)脈中壓力和流量脈搏波的傳播王英曉等（1998年）［13］建立了非線性血流脈搏波在動(dòng)脈內(nèi)傳播的理論模型謝官模等（2001年）［14］
2脈搏波分析方法與應(yīng)用
目前，對(duì)脈搏波的分析主要是比較正常和病理狀態(tài)下，脈搏波波形和傳播速度的不同，或者是提取時(shí)域或頻域特征參數(shù)來(lái)加以分析研究。主要分析方法包括時(shí)域分析法、頻域分析法、時(shí)頻聯(lián)合分析法、數(shù)學(xué)建模分析法和脈搏波傳播速度分析法等。
2.1時(shí)域分析法時(shí)域分析法是指在時(shí)域脈搏波圖上分析波動(dòng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，通過(guò)對(duì)主波、重搏前波和重搏波的高度、比值、時(shí)值、夾角和面積值等進(jìn)行參量分析，找出某些特征與人體生理病理變化的內(nèi)在聯(lián)系。時(shí)域分析法是目前最常用的脈搏波分析方法［15］，主要包括直觀形態(tài)法和波圖面積法等。
直觀形態(tài)法是直接通過(guò)脈搏波波圖的形態(tài)分析，在時(shí)域波圖中提取特征信息，如波圖的波、峽的高度、特征點(diǎn)、相應(yīng)時(shí)值等參量，從而分析脈搏波蘊(yùn)含的生理病理信息。如Millasseau等［16］用主波高度與延遲時(shí)間（主波與重搏波之間的時(shí)間間隔）的比值作為大動(dòng)脈硬化指數(shù)，研究了隨年齡增長(zhǎng)引起的大動(dòng)脈硬化。
脈圖面積法是以脈搏波波圖面積的變化為基礎(chǔ)的脈搏波形特征量K值提取的一種方法［17］，能較好地反映人體心血管系統(tǒng)中血管外周阻力、血管壁彈性和血液黏度等生理因素。后來(lái)，又將K分解成K1和K2，綜合K、K1和K2三個(gè)參數(shù)，結(jié)合血壓和心率能夠較準(zhǔn)確地得到心輸出量。同時(shí)，也解決了由不同生理狀況卻得到同一K值的問(wèn)題，使脈圖面積法在臨床上有了更好的應(yīng)用［18］。
2.2頻域分析法頻域分析法是近代物理學(xué)、工程力學(xué)中常用的一種對(duì)周期性波動(dòng)信息做數(shù)值分析的方法。此法通過(guò)離散快速傅里葉變換，將時(shí)域的脈搏波信號(hào)變換到頻域，從脈搏波頻譜中提取與人體生理病理相應(yīng)的信息，主要觀察振幅、相位隨頻率的變化，找出信號(hào)在時(shí)域中不太明顯而在頻域中比較明顯的特征。具體方法包括功率譜分析和倒譜分析等。
功率譜分析是指利用廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的N個(gè)樣本數(shù)據(jù)估計(jì)該過(guò)程的功率譜密度，也稱為譜分析。對(duì)脈搏波信號(hào)進(jìn)行功率譜分析的算法通常采用經(jīng)典的快速傅立葉變換（fastFouriertransform,FFT），主要是把時(shí)域的脈搏波信號(hào)用FFT轉(zhuǎn)換成頻譜圖，再通過(guò)比較頻譜圖上不同頻率的特征峰來(lái)分析脈搏波。此法在脈搏波信號(hào)分析中使用較早［19，20］，在當(dāng)前的許多研究中也經(jīng)常使用［21］。
倒譜分析是對(duì)頻譜取對(duì)數(shù)后，進(jìn)行傅立葉變換。它將頻域內(nèi)的周期成分轉(zhuǎn)化為倒譜上單根線譜及其倒譜波，測(cè)得脈搏周期較為準(zhǔn)確。如宋建勤等［22］運(yùn)用倒譜理論討論了正常心律和非正常心律受檢者的脈搏信號(hào)在倒譜域中的特征表現(xiàn)，并通過(guò)對(duì)286例脈搏信號(hào)的倒譜分析，發(fā)現(xiàn)病理與正常心律脈搏信號(hào)的倒譜特征差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.3時(shí)頻聯(lián)合分析法時(shí)頻聯(lián)合分析法是把一維信號(hào)或系統(tǒng)表示成一個(gè)時(shí)間和頻率的二維函數(shù)，時(shí)頻平面能描述出各個(gè)時(shí)刻的譜成分。常用的時(shí)頻表示方法有短時(shí)傅立葉變換和小波變換等。
短時(shí)傅立葉變換法是將信號(hào)劃分成許多小的時(shí)間間隔，用傅立葉變換分析每一個(gè)時(shí)間間隔，以便確定在此時(shí)間間隔存在的頻率，這些頻譜的總體表示頻譜在時(shí)間上如何變化［23］。它依賴于被分析信號(hào)的線性特性，即信號(hào)的頻譜與在數(shù)據(jù)中提供正弦成分的幅度成線性比例。其最主要的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算簡(jiǎn)潔有效。
利用小波變換可在信號(hào)的不同部位得到最佳時(shí)域分辨率和頻域分辨率，具有可變的時(shí)間和頻率分辨率，把傅立葉變換中的正弦基函數(shù)修改成整個(gè)時(shí)頻平面的基函數(shù)，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分和平低頻處頻率細(xì)分，自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)。小波變換這種獨(dú)特的能力使它成為分析脈搏波這種非平穩(wěn)信號(hào)的有利工具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波信號(hào)同時(shí)進(jìn)行時(shí)域、頻域特征值的提取和分析［24］。
2.4數(shù)學(xué)建模分析法數(shù)學(xué)建模分析法是指利用模擬電路、流體力學(xué)和生物力學(xué)等方法，結(jié)合脈搏波傳播的理論特征和脈搏波與心血管系統(tǒng)的聯(lián)系，建立相應(yīng)的脈搏波分析數(shù)學(xué)模型，從而在計(jì)算機(jī)上仿真脈搏波，系統(tǒng)地分析其特征參數(shù)和生理病理信息。具體方法包括力學(xué)建模法、電路模擬建模法和系統(tǒng)仿真建模法等。
力學(xué)建模法是指根據(jù)生物力學(xué)和血液動(dòng)力學(xué)原理建立脈搏波在動(dòng)脈管中傳播的線性和非線性模型，可以在一定意義上反映脈搏波的傳播規(guī)律。力學(xué)建模主要針對(duì)理論研究，而且大部分都是心血管系統(tǒng)的局部建模，因此在脈搏波理論的發(fā)展過(guò)程中具有重要的意義（見(jiàn)表1），而很難應(yīng)用于臨床研究。
電路模擬建模法是為了便于計(jì)算和分析力學(xué)方程，利用力電之間的等效關(guān)系將力學(xué)模型在一定的條件下化為“電路模型”來(lái)求解和分析動(dòng)脈系統(tǒng)。具體把血流比擬為電流，血壓比擬為電壓，血容量比擬為電量，血流黏滯阻力比擬為電阻，血管順應(yīng)性比擬為電容，血液流動(dòng)慣性比擬為電感等，可建立心臟模擬電路模型等心血管系統(tǒng)模型［25］。具體根據(jù)研究目的不同，建立的不同形式的模型，其結(jié)構(gòu)也可以差別很大。
系統(tǒng)仿真建模法是利用系統(tǒng)分析和數(shù)字信號(hào)處理研究生理系統(tǒng)的一種新方法,主要是通過(guò)系統(tǒng)各部分的分析整合，建立系統(tǒng)整體的仿真模型。清華大學(xué)白凈教授［26］在美國(guó)德勒克塞爾大學(xué)Jaron教授建立的仿真模型基礎(chǔ)上，增加了左心房和肺循環(huán)等部分，并擴(kuò)充和建立了人體上肢模型，其仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與臨床試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
除上述建模方法外，國(guó)內(nèi)還有學(xué)者用高斯函數(shù)來(lái)仿真脈搏波。一個(gè)高斯函數(shù)可以構(gòu)建一個(gè)鐘形波，因此，一個(gè)周期的橈動(dòng)脈脈搏波可以用3個(gè)高斯函數(shù)來(lái)合成，分別對(duì)應(yīng)主波、重搏波和重搏前波［27］。通過(guò)這種方法建立的仿真模型可以提取若干脈搏波特征參數(shù)，用于區(qū)別正常和病理狀況下的脈搏波。
2.5脈搏波傳播速度分析法脈搏波傳播速度（pulsewavevelocity,PWV）是指脈搏波由動(dòng)脈的一特定位置沿管壁傳播至另一特定位置的速率。動(dòng)脈血管在年齡和各種致病因素等的作用下導(dǎo)致動(dòng)脈僵硬度增加，從而增加沿動(dòng)脈樹(shù)傳播的PWV。PWV是通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)記錄部位的距離和脈搏波傳播時(shí)間求得，目前臨床上通常采用記錄的部位有頸動(dòng)脈股動(dòng)脈、頸動(dòng)脈肱動(dòng)脈、頸動(dòng)脈橈動(dòng)脈以及肱動(dòng)脈踝動(dòng)脈等。PWV已被認(rèn)為是表征血管硬化程度的金標(biāo)準(zhǔn)，可作為預(yù)測(cè)心血管疾病發(fā)生率和死亡率的重要依據(jù)［28］。近些年來(lái)，國(guó)外對(duì)脈搏波的臨床應(yīng)用研究大部分都集中在PWV上，主要用來(lái)預(yù)測(cè)和判斷高血壓［29］、糖尿?。?0］和晚期腎衰竭［31］等疾病患者的心血管狀況。
3脈搏波與中醫(yī)脈診
對(duì)脈搏波的研究最早可追溯到中國(guó)古代的中醫(yī)脈診。在中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，脈診具有十分重要的地位，自古就有“切之以九臟之動(dòng)，惟妙在脈，不可不察”之說(shuō)，其價(jià)值已被2600多年的中醫(yī)臨床實(shí)踐所證實(shí)。
3.1脈診理論現(xiàn)有有關(guān)脈診的最早記載是公元前3世紀(jì)前后出現(xiàn)的《內(nèi)經(jīng)》；到公元3世紀(jì)晉代的王叔和，著有《脈經(jīng)》十卷，成為當(dāng)時(shí)脈學(xué)研究的集大成者，他提出“獨(dú)取寸口”的診脈方法，對(duì)脈學(xué)的發(fā)展起了重要的作用；明代李時(shí)珍著有《瀕湖脈學(xué)》一書，以歌訣的形式來(lái)描述脈法，使脈學(xué)得到普及和發(fā)展。脈診理論經(jīng)歷代醫(yī)學(xué)家的反復(fù)臨床實(shí)踐與研究，已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)具特色的診斷科學(xué)——“中醫(yī)脈診學(xué)”。它是中醫(yī)“整體觀念”和“辨證論治”基本思想的體現(xiàn)和應(yīng)用，也是中醫(yī)理論體系中不可缺少的重要組成部分。
3.2脈診客觀化研究脈診理論有著悠久的歷史，對(duì)中華民族的世代繁衍和發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，其內(nèi)容之博大精深已為世人所公認(rèn)。但由于中醫(yī)脈診具有極大的個(gè)人主觀臆斷性，所謂“脈理精微，其體難辨”；“在心易了，指下難明”。脈象的概念模糊、籠統(tǒng)，難以掌握，長(zhǎng)期影響著脈診的現(xiàn)代化發(fā)展。因此，自解放后國(guó)內(nèi)學(xué)者就掀起了脈診客觀化研究的熱潮，主要是針對(duì)脈象形成機(jī)制、典型脈圖的識(shí)別分類和脈圖的客觀描記（脈診信息采集裝置的研制）等研究。
對(duì)脈象的研究除借鑒上述幾種脈搏波分析方法外，還有學(xué)者提出多因素脈圖識(shí)脈法［32］、脈象速率法［33］、句法模式識(shí)別法［34］、模糊聚類方法［35］、希爾伯特黃變換（HilbertHuangtransform,HHT）法［36］、盲解卷法［37］和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［38］等。隨著大量現(xiàn)代工程和信號(hào)分析方法的引入，脈診客觀化研究正向著多元化的方向發(fā)展。但目前大部分的研究都集中在典型脈圖的解析上，僅有關(guān)此方面的研究專著就不下十幾部。
傳感器是脈診信息采集裝置研制的最關(guān)鍵部分，主要可分為壓力式和光電式等接觸性傳感器，以及傳聲器和超聲多普勒技術(shù)等非接觸式傳感器。由于非接觸性傳感器不符合中醫(yī)指壓切脈的特點(diǎn)，目前主要還是以接觸式傳感器開(kāi)發(fā)為主。脈診信息采集傳感器的研制經(jīng)過(guò)了從單探頭到雙探頭，再到三探頭的發(fā)展歷程，逐漸模仿中醫(yī)同步取三部脈象的特征。為了把脈象圖和指壓指感趨勢(shì)圖結(jié)合起來(lái)，車新生等［39］開(kāi)發(fā)了三維脈象圖采集模塊，并用VB應(yīng)用程序構(gòu)建了三維坐標(biāo)系作為顯示平臺(tái)，從而得到了立體化的脈象圖，使脈象特征表達(dá)更明顯，與脈診理論中的脈象描述更為貼切。由于脈診信息的采集是后期信號(hào)分析的關(guān)鍵前提，很多學(xué)者都在探討性能更加優(yōu)良的傳感器，隨之而開(kāi)發(fā)出的脈象儀和脈診儀等智能化脈象分析設(shè)備也是品種繁多，功能各異，為脈診客觀化研究提供了良好的硬件基礎(chǔ)。
4問(wèn)題討論與前景展望
脈搏波的現(xiàn)代研究作為中醫(yī)和西醫(yī)共同的研究熱點(diǎn)，吸引了國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多學(xué)者的參與。其理論研究經(jīng)歷了從線性化理論到非線性化理論，局部分析到整體分析的發(fā)展過(guò)程。而應(yīng)用研究也經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)傳授到客觀描述，簡(jiǎn)單波圖分析到復(fù)雜頻譜分析和系統(tǒng)建模研究的過(guò)程。以生物醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合物理學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的技術(shù)和方法，大量的信號(hào)處理算法被應(yīng)用到脈搏波的分析和研究中來(lái)，使脈搏波研究成為一個(gè)多學(xué)科交融的領(lǐng)域。
但是從研究現(xiàn)狀來(lái)看，脈搏波研究主要存在以下幾點(diǎn)不足：只重視純理論研究的深入而無(wú)法應(yīng)用于臨床，或是發(fā)現(xiàn)臨床應(yīng)用價(jià)值而不重視從理論上進(jìn)行驗(yàn)證，使脈搏波的理論與應(yīng)用研究脫節(jié)；分析使用的算法雖然很多，但每種算法都有局限性，脈搏波研究缺乏一種通用的算法或系統(tǒng)的研究體系；多數(shù)研究方法都是提取脈搏波的特征參數(shù)作為分析的依據(jù)，有限幾個(gè)特征參數(shù)并不能完整地反映脈搏波的全部信息，而且缺乏對(duì)特征參數(shù)之間聯(lián)系的研究，難以得出很有價(jià)值的研究結(jié)果；時(shí)域分析等方法只重視單個(gè)周期的波圖研究，雖然操作簡(jiǎn)單、直觀，容易為臨床醫(yī)生所接受，但誤差較大，也無(wú)法體現(xiàn)脈搏波的動(dòng)態(tài)變化特征；單從數(shù)學(xué)角度建立的模型，在應(yīng)用上比較方便靈活，但缺乏醫(yī)學(xué)上的說(shuō)服力；而從生理學(xué)和力學(xué)角度建立的模型能夠很好地反映脈搏波的生理病理特征，但過(guò)于龐大和復(fù)雜，限制了模型的應(yīng)用。
這些不足很大程度上制約了脈搏波在臨床中的應(yīng)用，PWV研究卻是個(gè)例外。PWV只是脈搏波復(fù)雜信息中的一部分，但PWV研究是眾多脈搏波研究工作中最成功的例子，通過(guò)比較成熟的理論研究和臨床試驗(yàn)驗(yàn)證，PWV已經(jīng)成為心血管系統(tǒng)疾病研究中的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。所以，脈搏波研究最重要的一點(diǎn)就是，將廣泛的臨床應(yīng)用研究與深入的理論研究緊密結(jié)合。
相比較而言，西醫(yī)更重視脈搏波的理論研究，西方對(duì)脈搏波產(chǎn)生和傳播機(jī)制的研究已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)，研究手段已經(jīng)比較成熟，理論分析也比較深入。但是，西醫(yī)不像中醫(yī)這樣有獨(dú)特的脈診理論作指導(dǎo)，脈搏波的臨床應(yīng)用只限于心血管系統(tǒng)疾病的診斷和分析，研究對(duì)象大多集中在脈搏波傳播速度分析及其測(cè)量和分析手段的優(yōu)化，對(duì)脈搏波信息的利用有很大的局限性。而中醫(yī)比較重視脈搏波的臨床應(yīng)用研究，但由于缺乏系統(tǒng)深入的理論研究，中醫(yī)無(wú)法客觀地解釋脈診的科學(xué)內(nèi)涵。
因此，如果能將西醫(yī)的理論研究和中醫(yī)的應(yīng)用研究很好地結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，那么脈搏波作為中醫(yī)和西醫(yī)都很關(guān)注的研究熱點(diǎn)，很有希望成為溝通二者的橋梁。而且一些學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，脈搏波技術(shù)是一個(gè)“省錢”的生物醫(yī)學(xué)工程，可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單、快捷、安全、有效和省錢的心血管無(wú)創(chuàng)診斷方法［3］。特別是近些年來(lái)，為了發(fā)展無(wú)創(chuàng)傷診斷技術(shù)和降低醫(yī)療費(fèi)用，美、英、日、韓和加拿大等國(guó)的學(xué)者對(duì)人體脈搏信息和中醫(yī)脈診理論的研究也發(fā)生了濃厚的興趣，這已成為發(fā)展無(wú)創(chuàng)傷診斷技術(shù)的前沿課題之一。隨著脈搏波理論研究的不斷深入，以及現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)、電子與信息學(xué)、工程學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)等應(yīng)用科學(xué)的迅猛發(fā)展，脈搏波研究必將在中西醫(yī)結(jié)合領(lǐng)域中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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【關(guān)鍵詞】胚胎干細(xì)胞;臨床醫(yī)學(xué);應(yīng)用
【中圖分類號(hào)】R817.4【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1044-5511（2011）10-0123-01
一、引言
胚胎干細(xì)胞是一種存在于囊胚內(nèi)的原始細(xì)胞團(tuán)或存在于早期胚胎中的原始生殖細(xì)胞，在適當(dāng)?shù)臈l件下，它能夠在體外進(jìn)行無(wú)限次的擴(kuò)增并保持未分化的狀態(tài)?？梢哉f(shuō)，這是一種未分化的全能行細(xì)胞，它具有無(wú)限增殖性、多向分化性和可塑性等多種優(yōu)良品質(zhì)。人體正常的胚胎干細(xì)胞含有23對(duì)染色體，呈現(xiàn)出胞核大、胞漿小的形態(tài)特點(diǎn)，在體外培養(yǎng)時(shí)，它們會(huì)緊聚在一起，呈一個(gè)集落且沒(méi)有明顯的界線，通過(guò)適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)它可分化成人體所需各種細(xì)胞類型。上個(gè)世紀(jì)末期，美國(guó)科學(xué)家從早期的胚胎中取出原始生殖細(xì)胞，建立了最早的人類胚胎干細(xì)胞體系，這成為了人類繼“人類基因組計(jì)劃”之后的又一個(gè)熱門話題，極大的轟動(dòng)了國(guó)際學(xué)術(shù)界，目前，胚胎學(xué)已經(jīng)成為了一門基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)課程。
從表面看去胚胎學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)之間關(guān)系不大，但研究發(fā)展，許多疾病都發(fā)生在細(xì)胞層面、組織層面和分子層面，也就是說(shuō)胚胎干細(xì)胞與臨床醫(yī)學(xué)息息相關(guān)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類的認(rèn)知能力會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，胚胎學(xué)也將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。那么胚胎干細(xì)胞是怎么發(fā)展起來(lái)的呢，它到底又有什么樣的發(fā)展前景呢，為此，本文在前人工作的基礎(chǔ)上總結(jié)了胚胎干細(xì)胞的發(fā)展過(guò)程和臨床應(yīng)用研究。
二、胚胎干細(xì)胞的研究進(jìn)展
人們對(duì)胚胎干細(xì)胞的研究開(kāi)始于胚胎癌細(xì)胞或者說(shuō)畸形胎瘤干細(xì)胞。1958年，有人把胚胎干細(xì)胞移植到小鼠精巢或腎臟的被膜下，能夠得到小鼠的相應(yīng)細(xì)胞。1974年，科學(xué)家把胚胎干細(xì)胞注射到正在發(fā)育的胚泡腔后，胚胎干細(xì)胞能夠發(fā)育成胚胎嵌合體。到了70年代末期，人們已經(jīng)形成了用正常的胚胎干細(xì)胞作為遺傳物質(zhì)載體來(lái)研究基因?qū)ε咛グl(fā)育影響的思想。
1981年哺乳動(dòng)物胚胎干細(xì)胞研究進(jìn)入了它的新紀(jì)元時(shí)代，這年科學(xué)家利用小白鼠胚胎，在體外培養(yǎng)分離出了其干細(xì)胞并建立了類胚胎干細(xì)胞。在隨后的7~8年里，科學(xué)家相繼用延遲著床的辦法建立了倉(cāng)鼠、兔、羊、豬、牛以及水貂的類胚胎干細(xì)胞。1994年，美國(guó)科學(xué)家分離得到了人類的傳2代胚胎干細(xì)胞。1998年，科學(xué)家用類似的方法分離并克隆出了可以傳32代的人類胚胎干細(xì)胞，在這研究過(guò)程中科學(xué)家成功完成了人類胚胎干細(xì)胞的冷凍和解凍實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)研究成果被美國(guó)時(shí)代雜志評(píng)為上世紀(jì)九十年代“世界十大科技進(jìn)展”之首。
本世紀(jì)初，美國(guó)科學(xué)家卡茨和赫德里克研究培養(yǎng)出了成體干細(xì)胞。這種細(xì)胞是由從人的大腿或臀部抽取少量脂肪和液體培養(yǎng)而來(lái)，它們能夠在適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)條件下發(fā)育成健康的肌肉、骨細(xì)胞和軟骨，保持了胚胎干細(xì)胞發(fā)育成各種組織和器官的全能性。這一成果有可能使脂肪組織成為干細(xì)胞的主要來(lái)源，解決了科學(xué)家必須從骨髓或胚胎組織中提取干細(xì)胞的難題。
三、胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用
胚胎干細(xì)胞具有良好的自我更新功能，在給予合適的信號(hào)誘導(dǎo)或在適當(dāng)?shù)耐饨鐥l件下，它可以分化成構(gòu)建人體的不同細(xì)胞，用這類細(xì)胞分化成的特定器官進(jìn)行移植時(shí)，排除了免疫排斥過(guò)程。所以說(shuō)，胚胎干細(xì)胞作為一種“種子細(xì)胞”一定會(huì)在臨床應(yīng)用中有重要的應(yīng)用，目前，應(yīng)用最多最成熟的還是自體干細(xì)胞移植。
有了自體干細(xì)胞移植，在病床上躺了三個(gè)月的35歲的李先生又重新站了起來(lái)。今年上半年，李先生因交通事故，造成第四、第五胸椎粉碎性骨折，神經(jīng)中樞受損，導(dǎo)致雙側(cè)以下失去感覺(jué)，大小便失禁，肌肉萎縮，下肢癱瘓。檢查表明脊髓呈橫貫性損害，醫(yī)生決定為李先生進(jìn)行自體骨髓干細(xì)胞移植。手術(shù)一月后患者的身體感覺(jué)平面已經(jīng)恢復(fù)到了膝關(guān)節(jié)，三個(gè)月后下肢肢體觸覺(jué)全部恢復(fù)，在攙扶下可站立10多分鐘，并能借助輪椅自理生活。
3.1用于治療遺傳病、癌癥等疾病
癌癥、遺傳病是人類目前最嚴(yán)重的醫(yī)學(xué)難題，發(fā)生這些疾病是因?yàn)榧?xì)胞在轉(zhuǎn)化和分化的過(guò)程中出現(xiàn)異常。胚胎干細(xì)胞技術(shù)的出現(xiàn)為弄清細(xì)胞分化、發(fā)育過(guò)程，更深刻的了解細(xì)胞分化的奧秘提供了方法，為治療上述疾病提供了嶄新的手段和可能性?？茖W(xué)家已利用胚胎干細(xì)胞制造出許多小鼠的疾病模型，并使人的致病基因在小鼠體內(nèi)表達(dá)，為下一步治療人類疾病奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。美國(guó)國(guó)家神經(jīng)病研究所分子學(xué)實(shí)驗(yàn)室用小鼠胚胎干細(xì)胞誘導(dǎo)神經(jīng)上皮細(xì)胞，植入腦內(nèi)得到大量的小突狀細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，設(shè)想可用來(lái)治療多發(fā)性硬化癥。
3.2用于器官組織移植
作為一種被稱之為種子細(xì)胞的胚胎干細(xì)胞，為臨床的組織，器官移植提供大量材料。胚胎干細(xì)胞經(jīng)過(guò)免疫排斥基因剔除后，再定向誘導(dǎo)終末器官以避免不同個(gè)體間的移植排斥。這樣就可能解決一直困擾著免疫學(xué)界及醫(yī)學(xué)界的同種異型個(gè)體間的移植排斥難題。美國(guó)ACT公司將人皮膚細(xì)胞核移植到去除所有遺傳信息的牛卵母細(xì)胞中，培育出具全能性的胚胎干細(xì)胞。如果能將其成功地應(yīng)用于臨床，將來(lái)許多疑難疾病都將得到根治，對(duì)其他若干疾病也有理想的治療效果。
3.3用于新藥研制和開(kāi)發(fā)
應(yīng)用胚胎干細(xì)胞研究可以大大改變研發(fā)藥品及其安全性檢驗(yàn)。因?yàn)閺睦碚撋现v胚胎干細(xì)胞可以在體外培養(yǎng)出人體的210種不同類型的細(xì)胞。故可以對(duì)不同藥物進(jìn)行不同細(xì)胞類型的細(xì)胞水平的致畸形實(shí)驗(yàn)和藥物篩選，使藥品研制過(guò)程更趨合理有效并避免消耗大量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。如應(yīng)用胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)成大量心肌細(xì)胞，將有助于心臟病藥物的開(kāi)發(fā)等。此外，胚胎干細(xì)胞還將用于出生缺陷、不孕、流產(chǎn)的控制與檢測(cè)等方面。
四、結(jié)語(yǔ)
展望本世紀(jì)，生物醫(yī)學(xué)工程將是一個(gè)被高度發(fā)展的世紀(jì)，現(xiàn)在人們意識(shí)不到的許多事件都將會(huì)出現(xiàn)在人們的面前，如生物經(jīng)濟(jì)將取代目前的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)。胚胎干細(xì)胞技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值不可估量，目前，其已成為了各國(guó)研究焦點(diǎn)之一。不過(guò)，從胚胎干細(xì)胞研究到實(shí)際臨床應(yīng)用之間還會(huì)有很長(zhǎng)的一段路要走。
胚胎干細(xì)胞研究不是一個(gè)潮頭，它將是一個(gè)巨大的推動(dòng)力，推動(dòng)著生物醫(yī)學(xué)深刻革命，給人類帶來(lái)更多的福音!到那時(shí)，如人們的某組織器官失靈了，完全可以像更換機(jī)器零件那樣，用自身的成體干細(xì)胞定向誘導(dǎo)分化形成的組織器官替代失靈器官，而不擔(dān)心供體不足的問(wèn)題，更不用擔(dān)驚受怕移植排斥的問(wèn)題。
參考文獻(xiàn)
近期，印第安納大學(xué)與普渡大學(xué)印第安納波利斯聯(lián)合分校的研究人員開(kāi)發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以90%預(yù)測(cè)急性骨髓性白血病（AML）的復(fù)發(fā)，以及100%準(zhǔn)確預(yù)測(cè)緩解，當(dāng)患者在初診時(shí)，白血病細(xì)胞為1012，經(jīng)過(guò)導(dǎo)入療法的化學(xué)治療以后，白血病細(xì)胞減少到大約109以下時(shí)，就不能再?gòu)难汉凸撬柚邪l(fā)現(xiàn)白血病細(xì)胞，這時(shí)候，病人即可以達(dá)到完全緩解的程度。這項(xiàng)小型研究凸顯了機(jī)器學(xué)習(xí)具備取代傳統(tǒng)診斷方法的潛力，研究者使用的是來(lái)自AML患者的骨髓細(xì)胞、病史數(shù)據(jù)以及其他健康個(gè)體的信息。
傳統(tǒng)診斷方式主要是手動(dòng)分析來(lái)自流式細(xì)胞術(shù)（流式細(xì)胞術(shù)是對(duì)懸液中的單細(xì)胞或其他生物粒子，通過(guò)檢測(cè)標(biāo)記的熒光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高速、逐一的細(xì)胞定量分析和分選的技術(shù)）的數(shù)據(jù)，而機(jī)器學(xué)習(xí)方法體現(xiàn)了它的高準(zhǔn)確率和及時(shí)性。
普渡大學(xué)生物科學(xué)中心計(jì)算生物學(xué)研究助理教授Bindley Bartek Rajwa解釋，他的計(jì)算系統(tǒng)采用流式細(xì)胞術(shù)的數(shù)據(jù)作為輸入。流式細(xì)胞術(shù)是一種廣泛使用的技術(shù)，可以快速地提供樣本中單個(gè)細(xì)胞的特性，如血液或骨髓細(xì)胞。
Rajwa是該研究的第一作者，該論文已經(jīng)被IEEE 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)期刊收錄。
“魍車牧魘較赴術(shù)的結(jié)果是由受過(guò)高度培訓(xùn)的人類專家評(píng)估，而不是機(jī)器學(xué)習(xí)算法，”他補(bǔ)充說(shuō)，“但是計(jì)算機(jī)通常比人類更擅長(zhǎng)從復(fù)雜數(shù)據(jù)中提取知識(shí)?！?/p>
斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授和遺傳學(xué)教授Michael Snyder博士，同意計(jì)算機(jī)在復(fù)雜癌癥病例診斷中是關(guān)鍵的輔助工具，也許最終會(huì)取代人類醫(yī)生。
在8月份的時(shí)候，他使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)區(qū)分不同類型的肺癌，他認(rèn)為病理學(xué)的觀點(diǎn)非常主觀，“兩個(gè)高度熟練的病理學(xué)家評(píng)估同一張幻燈片時(shí)，只有60%的部分是共同認(rèn)可的。使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，可以用復(fù)雜、定量的測(cè)量結(jié)果來(lái)取代主觀性，我們認(rèn)為很有希望改善患者的診斷結(jié)果。
機(jī)器學(xué)習(xí)正在迅速地成為許多疾病類別預(yù)測(cè)分析和診斷的流行工具，包括膿毒癥、創(chuàng)傷護(hù)理、心臟病、人群健康管理、視力保健和精神衛(wèi)生保健。
2015年，來(lái)自哥倫比亞大學(xué)，布宜諾斯艾利斯大學(xué)和IBM計(jì)算生物學(xué)中心的一項(xiàng)研究也使用機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確無(wú)誤的預(yù)測(cè)診斷記錄，他們使用自然語(yǔ)言處理技術(shù)來(lái)標(biāo)記可能進(jìn)入精神病發(fā)作的心理健康患者。
隨著開(kāi)發(fā)人員和研究人員改進(jìn)他們的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，以及供應(yīng)商更多工具，從事高級(jí)分析的機(jī)構(gòu)可以訪問(wèn)龐大的計(jì)算能力，診斷準(zhǔn)確率會(huì)普遍得到顯著提升。
印第安納大學(xué)與普渡大學(xué)印第安納波利斯聯(lián)合分校的病毒進(jìn)展研究的高級(jí)作者、計(jì)算機(jī)副教授Murat Dundar表示，教會(huì)計(jì)算機(jī)識(shí)別AML是非常簡(jiǎn)單的，一旦你開(kāi)發(fā)了一個(gè)強(qiáng)大的魯棒算法，能將以前的工作提升到接近100%的準(zhǔn)確率。
“有挑戰(zhàn)性的是如何超越確診AML工作本身。我們要讓計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)AML患者的疾病變化方向，從新的數(shù)據(jù)中理解并預(yù)測(cè)未知走向，知道哪些新的AML患者將進(jìn)入緩解狀態(tài)，哪些會(huì)進(jìn)入復(fù)發(fā)狀態(tài)。
【關(guān)鍵詞】 脈搏波 模型 理論 脈診客觀化 中西醫(yī)結(jié)合
Abstract: Pulse wave， a research focus in both traditional Chinese medicine and Western medicine， which contains a wealth of human physiological and pathological information， has always been the concern of medical practitioners. On the basis of the review on the development of the pulse wave theory and its applications， the existing problems in this field are discussed in this paper. On the basis of the status quo of pulse wave information extraction methods and the utilization of pulse wave in traditional Chinese and Western medicine， a more indepth study on pulse wave is proposed to make it a bridge connecting traditional Chinese medicine with Western medicine.
Keywords: pulse wave; models， theoretical; objectifying pulsetaking; integrative traditional Chinese and Western medicine
當(dāng)心臟周期性地收縮和舒張時(shí)，左心室射入主動(dòng)脈的血流沖擊主動(dòng)脈瓣和血管壁，產(chǎn)生的振動(dòng)將以波的形式自主動(dòng)脈根部發(fā)出，沿動(dòng)脈樹(shù)向外周動(dòng)脈傳播，此波稱為向前波。當(dāng)向前波受到動(dòng)脈分支和外周動(dòng)脈等因素的作用時(shí)，產(chǎn)生與之方向相反的反射波。反射波沿動(dòng)脈樹(shù)向心臟方向傳播，與向前波疊加后形成具有不同波形特征的脈搏波。脈搏波的傳播過(guò)程不僅受到心臟本身的影響，還受到沿途動(dòng)脈和周圍組織器官狀況的影響，使脈搏波蘊(yùn)藏著豐富的人體生理和病理信息。另外，由于脈搏波的檢測(cè)不需要復(fù)雜而昂貴的儀器，操作簡(jiǎn)便，而且無(wú)創(chuàng)，因此關(guān)于脈搏波深入細(xì)致的研究，歷來(lái)都受到中外醫(yī)學(xué)界的重視。
1 脈搏波理論發(fā)展
對(duì)脈搏波的理論研究，國(guó)外學(xué)者做了大量的工作，從18世紀(jì)初開(kāi)始至今，其研究歷史已長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)。而國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)脈搏波理論研究則始于解放后。脈搏波理論研究大致經(jīng)歷了從理論描述到模型分析以及線性化理論到非線性化理論的發(fā)展過(guò)程［14］。見(jiàn)表1。表1 脈搏波理論發(fā)展歷程
發(fā)展階段分析模型及理論研究者理論描述首次發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)到血液循環(huán)現(xiàn)象Harvey W (17世紀(jì)初)首先論證了動(dòng)脈彈性腔的意義Newton I (1700年)線性化理論提出Windkessel模型（彈性腔模型）Hale S (1733年)發(fā)表了理想流體的彈性管內(nèi)波傳播速度公式Y(jié)oung T (1808年)提出血管阻力模型，解釋了動(dòng)脈中平均血壓下降的原因Poiseuille JLM (1840年)發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈和外周動(dòng)脈壓力波波形的差異Mahomed F (1872年)發(fā)表計(jì)算脈搏波傳播速度的楊莫恩斯公式Moens AI和Korteweg DJ (1878年)建立了相當(dāng)于動(dòng)脈系集中參數(shù)模型的風(fēng)箱理論（彈性腔模型）Frank O (1899年)提出第一個(gè)血流脈搏波傳播的分析模型Morgan GW和Kiely JP (1954年)［5］提出線性分布參數(shù)模型（Womersley理論）Womersley JR (1957年)［6］提出雙彈性腔模型Goldwyn R和Watt T (1967年)［7］提出一個(gè)完整的線性化脈搏波模型Atabek HB (1968年)［8］對(duì)心血管彈性腔理論作了較為深入的研究柳兆榮（1980年）［9］非線性理論提出非線性分布參數(shù)模型，闡明動(dòng)脈脈搏波傳播的非線性特性Euler L (1755年)提出多項(xiàng)式血管壁應(yīng)力應(yīng)變表達(dá)式Vaishnav RN等 (1972年)［10］提出一個(gè)包含血管和外周組織運(yùn)動(dòng)的非線性脈搏波傳播理論伍時(shí)桂等（1986年）［11］提出大血管中非線性壓力波滿足的孤波方程Sigeo Y (1987年)［12］首次在心臟和血管動(dòng)態(tài)耦合的基礎(chǔ)上，研究了人體動(dòng)脈中壓力和流量脈搏波的傳播王英曉等（1998年）［13］建立了非線性血流脈搏波在動(dòng)脈內(nèi)傳播的理論模型謝官模等（2001年）［14］
2 脈搏波分析方法與應(yīng)用
目前，對(duì)脈搏波的分析主要是比較正常和病理狀態(tài)下，脈搏波波形和傳播速度的不同，或者是提取時(shí)域或頻域特征參數(shù)來(lái)加以分析研究。主要分析方法包括時(shí)域分析法、頻域分析法、時(shí)頻聯(lián)合分析法、數(shù)學(xué)建模分析法和脈搏波傳播速度分析法等。
2.1 時(shí)域分析法 時(shí)域分析法是指在時(shí)域脈搏波圖上分析波動(dòng)信號(hào)的動(dòng)態(tài)特征，通過(guò)對(duì)主波、重搏前波和重搏波的高度、比值、時(shí)值、夾角和面積值等進(jìn)行參量分析，找出某些特征與人體生理病理變化的內(nèi)在聯(lián)系。時(shí)域分析法是目前最常用的脈搏波分析方法［15］，主要包括直觀形態(tài)法和波圖面積法等。
直觀形態(tài)法是直接通過(guò)脈搏波波圖的形態(tài)分析，在時(shí)域波圖中提取特征信息，如波圖的波、峽的高度、特征點(diǎn)、相應(yīng)時(shí)值等參量，從而分析脈搏波蘊(yùn)含的生理病理信息。如Millasseau等［16］用主波高度與延遲時(shí)間（主波與重搏波之間的時(shí)間間隔）的比值作為大動(dòng)脈硬化指數(shù)，研究了隨年齡增長(zhǎng)引起的大動(dòng)脈硬化。
脈圖面積法是以脈搏波波圖面積的變化為基礎(chǔ)的脈搏波形特征量K值提取的一種方法［17］，能較好地反映人體心血管系統(tǒng)中血管外周阻力、血管壁彈性和血液黏度等生理因素。后來(lái)，又將K分解成K1和K2，綜合K、K1和K2三個(gè)參數(shù)，結(jié)合血壓和心率能夠較準(zhǔn)確地得到心輸出量。同時(shí)，也解決了由不同生理狀況卻得到同一K值的問(wèn)題，使脈圖面積法在臨床上有了更好的應(yīng)用［18］。
2.2 頻域分析法 頻域分析法是近代物理學(xué)、工程力學(xué)中常用的一種對(duì)周期性波動(dòng)信息做數(shù)值分析的方法。此法通過(guò)離散快速傅里葉變換，將時(shí)域的脈搏波信號(hào)變換到頻域，從脈搏波頻譜中提取與人體生理病理相應(yīng)的信息，主要觀察振幅、相位隨頻率的變化，找出信號(hào)在時(shí)域中不太明顯而在頻域中比較明顯的特征。具體方法包括功率譜分析和倒譜分析等。
功率譜分析是指利用廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的N個(gè)樣本數(shù)據(jù)估計(jì)該過(guò)程的功率譜密度，也稱為譜分析。對(duì)脈搏波信號(hào)進(jìn)行功率譜分析的算法通常采用經(jīng)典的快速傅立葉變換（fast Fourier transform， FFT），主要是把時(shí)域的脈搏波信號(hào)用FFT轉(zhuǎn)換成頻譜圖，再通過(guò)比較頻譜圖上不同頻率的特征峰來(lái)分析脈搏波。此法在脈搏波信號(hào)分析中使用較早［19，20］，在當(dāng)前的許多研究中也經(jīng)常使用［21］。
倒譜分析是對(duì)頻譜取對(duì)數(shù)后，進(jìn)行傅立葉變換。它將頻域內(nèi)的周期成分轉(zhuǎn)化為倒譜上單根線譜及其倒譜波，測(cè)得脈搏周期較為準(zhǔn)確。如宋建勤等［22］運(yùn)用倒譜理論討論了正常心律和非正常心律受檢者的脈搏信號(hào)在倒譜域中的特征表現(xiàn)，并通過(guò)對(duì)286例脈搏信號(hào)的倒譜分析，發(fā)現(xiàn)病理與正常心律脈搏信號(hào)的倒譜特征差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.3 時(shí)頻聯(lián)合分析法 時(shí)頻聯(lián)合分析法是把一維信號(hào)或系統(tǒng)表示成一個(gè)時(shí)間和頻率的二維函數(shù)，時(shí)頻平面能描述出各個(gè)時(shí)刻的譜成分。常用的時(shí)頻表示方法有短時(shí)傅立葉變換和小波變換等。
短時(shí)傅立葉變換法是將信號(hào)劃分成許多小的時(shí)間間隔，用傅立葉變換分析每一個(gè)時(shí)間間隔，以便確定在此時(shí)間間隔存在的頻率，這些頻譜的總體表示頻譜在時(shí)間上如何變化［23］。它依賴于被分析信號(hào)的線性特性，即信號(hào)的頻譜與在數(shù)據(jù)中提供正弦成分的幅度成線性比例。其最主要的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算簡(jiǎn)潔有效。
利用小波變換可在信號(hào)的不同部位得到最佳時(shí)域分辨率和頻域分辨率，具有可變的時(shí)間和頻率分辨率，把傅立葉變換中的正弦基函數(shù)修改成整個(gè)時(shí)頻平面的基函數(shù)，最終達(dá)到高頻處時(shí)間細(xì)分和平低頻處頻率細(xì)分，自動(dòng)適應(yīng)時(shí)頻信號(hào)分析的要求，從而可聚焦到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)。小波變換這種獨(dú)特的能力使它成為分析脈搏波這種非平穩(wěn)信號(hào)的有利工具，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)脈搏波信號(hào)同時(shí)進(jìn)行時(shí)域、頻域特征值的提取和分析［24］。
2.4 數(shù)學(xué)建模分析法 數(shù)學(xué)建模分析法是指利用模擬電路、流體力學(xué)和生物力學(xué)等方法，結(jié)合脈搏波傳播的理論特征和脈搏波與心血管系統(tǒng)的聯(lián)系，建立相應(yīng)的脈搏波分析數(shù)學(xué)模型，從而在計(jì)算機(jī)上仿真脈搏波，系統(tǒng)地分析其特征參數(shù)和生理病理信息。具體方法包括力學(xué)建模法、電路模擬建模法和系統(tǒng)仿真建模法等。
力學(xué)建模法是指根據(jù)生物力學(xué)和血液動(dòng)力學(xué)原理建立脈搏波在動(dòng)脈管中傳播的線性和非線性模型，可以在一定意義上反映脈搏波的傳播規(guī)律。力學(xué)建模主要針對(duì)理論研究，而且大部分都是心血管系統(tǒng)的局部建模，因此在脈搏波理論的發(fā)展過(guò)程中具有重要的意義（見(jiàn)表1），而很難應(yīng)用于臨床研究。
電路模擬建模法是為了便于計(jì)算和分析力學(xué)方程，利用力電之間的等效關(guān)系將力學(xué)模型在一定的條件下化為“電路模型”來(lái)求解和分析動(dòng)脈系統(tǒng)。具體把血流比擬為電流，血壓比擬為電壓，血容量比擬為電量，血流黏滯阻力比擬為電阻，血管順應(yīng)性比擬為電容，血液流動(dòng)慣性比擬為電感等，可建立心臟模擬電路模型等心血管系統(tǒng)模型［25］。具體根據(jù)研究目的不同，建立的不同形式的模型，其結(jié)構(gòu)也可以差別很大。
系統(tǒng)仿真建模法是利用系統(tǒng)分析和數(shù)字信號(hào)處理研究生理系統(tǒng)的一種新方法， 主要是通過(guò)系統(tǒng)各部分的分析整合，建立系統(tǒng)整體的仿真模型。清華大學(xué)白凈教授［26］在美國(guó)德勒克塞爾大學(xué)Jaron教授建立的仿真模型基礎(chǔ)上，增加了左心房和肺循環(huán)等部分，并擴(kuò)充和建立了人體上肢模型，其仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與臨床試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。
除上述建模方法外，國(guó)內(nèi)還有學(xué)者用高斯函數(shù)來(lái)仿真脈搏波。一個(gè)高斯函數(shù)可以構(gòu)建一個(gè)鐘形波，因此，一個(gè)周期的橈動(dòng)脈脈搏波可以用3個(gè)高斯函數(shù)來(lái)合成，分別對(duì)應(yīng)主波、重搏波和重搏前波［27］。通過(guò)這種方法建立的仿真模型可以提取若干脈搏波特征參數(shù)，用于區(qū)別正常和病理狀況下的脈搏波。
2.5 脈搏波傳播速度分析法 脈搏波傳播速度（pulse wave velocity， PWV）是指脈搏波由動(dòng)脈的一特定位置沿管壁傳播至另一特定位置的速率。動(dòng)脈血管在年齡和各種致病因素等的作用下導(dǎo)致動(dòng)脈僵硬度增加，從而增加沿動(dòng)脈樹(shù)傳播的PWV。PWV是通過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)記錄部位的距離和脈搏波傳播時(shí)間求得，目前臨床上通常采用記錄的部位有頸動(dòng)脈股動(dòng)脈、頸動(dòng)脈肱動(dòng)脈、頸動(dòng)脈橈動(dòng)脈以及肱動(dòng)脈踝動(dòng)脈等。PWV已被認(rèn)為是表征血管硬化程度的金標(biāo)準(zhǔn)，可作為預(yù)測(cè)心血管疾病發(fā)生率和死亡率的重要依據(jù)［28］。近些年來(lái)，國(guó)外對(duì)脈搏波的臨床應(yīng)用研究大部分都集中在PWV上，主要用來(lái)預(yù)測(cè)和判斷高血壓［29］、糖尿?。?0］和晚期腎衰竭［31］等疾病患者的心血管狀況。
3 脈搏波與中醫(yī)脈診
對(duì)脈搏波的研究最早可追溯到中國(guó)古代的中醫(yī)脈診。在中國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，脈診具有十分重要的地位，自古就有“切之以九臟之動(dòng)，惟妙在脈，不可不察”之說(shuō)，其價(jià)值已被2 600多年的中醫(yī)臨床實(shí)踐所證實(shí)。
3.1 脈診理論 現(xiàn)有有關(guān)脈診的最早記載是公元前3世紀(jì)前后出現(xiàn)的《內(nèi)經(jīng)》；到公元3世紀(jì)晉代的王叔和，著有《脈經(jīng)》十卷，成為當(dāng)時(shí)脈學(xué)研究的集大成者，他提出“獨(dú)取寸口”的診脈方法，對(duì)脈學(xué)的發(fā)展起了重要的作用；明代李時(shí)珍著有《瀕湖脈學(xué)》一書，以歌訣的形式來(lái)描述脈法，使脈學(xué)得到普及和發(fā)展。脈診理論經(jīng)歷代醫(yī)學(xué)家的反復(fù)臨床實(shí)踐與研究，已經(jīng)發(fā)展成為一門獨(dú)具特色的診斷科學(xué)——“中醫(yī)脈診學(xué)”。它是中醫(yī)“整體觀念”和“辨證論治”基本思想的體現(xiàn)和應(yīng)用，也是中醫(yī)理論體系中不可缺少的重要組成部分。
3.2 脈診客觀化研究 脈診理論有著悠久的歷史，對(duì)中華民族的世代繁衍和發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，其內(nèi)容之博大精深已為世人所公認(rèn)。但由于中醫(yī)脈診具有極大的個(gè)人主觀臆斷性，所謂“脈理精微，其體難辨”；“在心易了，指下難明”。脈象的概念模糊、籠統(tǒng)，難以掌握，長(zhǎng)期影響著脈診的現(xiàn)代化發(fā)展。因此，自解放后國(guó)內(nèi)學(xué)者就掀起了脈診客觀化研究的熱潮，主要是針對(duì)脈象形成機(jī)制、典型脈圖的識(shí)別分類和脈圖的客觀描記（脈診信息采集裝置的研制）等研究。
對(duì)脈象的研究除借鑒上述幾種脈搏波分析方法外，還有學(xué)者提出多因素脈圖識(shí)脈法［32］、脈象速率法［33］、句法模式識(shí)別法［34］、模糊聚類方法［35］、希爾伯特黃變換（HilbertHuang transform， HHT）法［36］、盲解卷法［37］和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法［38］等。隨著大量現(xiàn)代工程和信號(hào)分析方法的引入，脈診客觀化研究正向著多元化的方向發(fā)展。但目前大部分的研究都集中在典型脈圖的解析上，僅有關(guān)此方面的研究專著就不下十幾部。
傳感器是脈診信息采集裝置研制的最關(guān)鍵部分，主要可分為壓力式和光電式等接觸性傳感器，以及傳聲器和超聲多普勒技術(shù)等非接觸式傳感器。由于非接觸性傳感器不符合中醫(yī)指壓切脈的特點(diǎn)，目前主要還是以接觸式傳感器開(kāi)發(fā)為主。脈診信息采集傳感器的研制經(jīng)過(guò)了從單探頭到雙探頭，再到三探頭的發(fā)展歷程，逐漸模仿中醫(yī)同步取三部脈象的特征。為了把脈象圖和指壓指感趨勢(shì)圖結(jié)合起來(lái)，車新生等［39］開(kāi)發(fā)了三維脈象圖采集模塊，并用VB應(yīng)用程序構(gòu)建了三維坐標(biāo)系作為顯示平臺(tái)，從而得到了立體化的脈象圖，使脈象特征表達(dá)更明顯，與脈診理論中的脈象描述更為貼切。由于脈診信息的采集是后期信號(hào)分析的關(guān)鍵前提，很多學(xué)者都在探討性能更加優(yōu)良的傳感器，隨之而開(kāi)發(fā)出的脈象儀和脈診儀等智能化脈象分析設(shè)備也是品種繁多，功能各異，為脈診客觀化研究提供了良好的硬件基礎(chǔ)。
4 問(wèn)題討論與前景展望
脈搏波的現(xiàn)代研究作為中醫(yī)和西醫(yī)共同的研究熱點(diǎn)，吸引了國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多學(xué)者的參與。其理論研究經(jīng)歷了從線性化理論到非線性化理論，局部分析到整體分析的發(fā)展過(guò)程。而應(yīng)用研究也經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)傳授到客觀描述，簡(jiǎn)單波圖分析到復(fù)雜頻譜分析和系統(tǒng)建模研究的過(guò)程。以生物醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合物理學(xué)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的技術(shù)和方法，大量的信號(hào)處理算法被應(yīng)用到脈搏波的分析和研究中來(lái)，使脈搏波研究成為一個(gè)多學(xué)科交融的領(lǐng)域。
但是從研究現(xiàn)狀來(lái)看，脈搏波研究主要存在以下幾點(diǎn)不足：只重視純理論研究的深入而無(wú)法應(yīng)用于臨床，或是發(fā)現(xiàn)臨床應(yīng)用價(jià)值而不重視從理論上進(jìn)行驗(yàn)證，使脈搏波的理論與應(yīng)用研究脫節(jié)；分析使用的算法雖然很多，但每種算法都有局限性，脈搏波研究缺乏一種通用的算法或系統(tǒng)的研究體系；多數(shù)研究方法都是提取脈搏波的特征參數(shù)作為分析的依據(jù)，有限幾個(gè)特征參數(shù)并不能完整地反映脈搏波的全部信息，而且缺乏對(duì)特征參數(shù)之間聯(lián)系的研究，難以得出很有價(jià)值的研究結(jié)果；時(shí)域分析等方法只重視單個(gè)周期的波圖研究，雖然操作簡(jiǎn)單、直觀，容易為臨床醫(yī)生所接受，但誤差較大，也無(wú)法體現(xiàn)脈搏波的動(dòng)態(tài)變化特征；單從數(shù)學(xué)角度建立的模型，在應(yīng)用上比較方便靈活，但缺乏醫(yī)學(xué)上的說(shuō)服力；而從生理學(xué)和力學(xué)角度建立的模型能夠很好地反映脈搏波的生理病理特征，但過(guò)于龐大和復(fù)雜，限制了模型的應(yīng)用。
這些不足很大程度上制約了脈搏波在臨床中的應(yīng)用，PWV研究卻是個(gè)例外。PWV只是脈搏波復(fù)雜信息中的一部分，但PWV研究是眾多脈搏波研究工作中最成功的例子，通過(guò)比較成熟的理論研究和臨床試驗(yàn)驗(yàn)證，PWV已經(jīng)成為心血管系統(tǒng)疾病研究中的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。所以，脈搏波研究最重要的一點(diǎn)就是，將廣泛的臨床應(yīng)用研究與深入的理論研究緊密結(jié)合。
相比較而言，西醫(yī)更重視脈搏波的理論研究，西方對(duì)脈搏波產(chǎn)生和傳播機(jī)制的研究已經(jīng)長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì)，研究手段已經(jīng)比較成熟，理論分析也比較深入。但是，西醫(yī)不像中醫(yī)這樣有獨(dú)特的脈診理論作指導(dǎo)，脈搏波的臨床應(yīng)用只限于心血管系統(tǒng)疾病的診斷和分析，研究對(duì)象大多集中在脈搏波傳播速度分析及其測(cè)量和分析手段的優(yōu)化，對(duì)脈搏波信息的利用有很大的局限性。而中醫(yī)比較重視脈搏波的臨床應(yīng)用研究，但由于缺乏系統(tǒng)深入的理論研究，中醫(yī)無(wú)法客觀地解釋脈診的科學(xué)內(nèi)涵。
因此，如果能將西醫(yī)的理論研究和中醫(yī)的應(yīng)用研究很好地結(jié)合起來(lái)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，那么脈搏波作為中醫(yī)和西醫(yī)都很關(guān)注的研究熱點(diǎn)，很有希望成為溝通二者的橋梁。而且一些學(xué)者已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，脈搏波技術(shù)是一個(gè)“省錢”的生物醫(yī)學(xué)工程，可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單、快捷、安全、有效和省錢的心血管無(wú)創(chuàng)診斷方法［3］。特別是近些年來(lái)，為了發(fā)展無(wú)創(chuàng)傷診斷技術(shù)和降低醫(yī)療費(fèi)用，美、英、日、韓和加拿大等國(guó)的學(xué)者對(duì)人體脈搏信息和中醫(yī)脈診理論的研究也發(fā)生了濃厚的興趣，這已成為發(fā)展無(wú)創(chuàng)傷診斷技術(shù)的前沿課題之一。隨著脈搏波理論研究的不斷深入，以及現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)、電子與信息學(xué)、工程學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)等應(yīng)用科學(xué)的迅猛發(fā)展，脈搏波研究必將在中西醫(yī)結(jié)合領(lǐng)域中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
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