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MPA-2000在病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用
作者：陳雪紅 韓彥 郭沈波 閻春玲 秦玉蓉 王春波【關(guān)鍵詞】 生物信號(hào)采集處理系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);病理生理學(xué)
�。坳P(guān)鍵詞］ 生物信號(hào)采集處理系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)教學(xué);病理生理學(xué)
計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）是將以計(jì)算機(jī)為中心的多媒體技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)，現(xiàn)已成為現(xiàn)代教育技術(shù)中最重要的組成部分［1］。在現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的今天，實(shí)驗(yàn)儀器的微機(jī)化、數(shù)字化、智能化是儀器的發(fā)展趨勢(shì)。在生命科學(xué)范圍內(nèi)，機(jī)能實(shí)驗(yàn)是率先應(yīng)用計(jì)算機(jī)的學(xué)科之一。其中計(jì)算機(jī)技術(shù)在病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，加速了病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的步伐，有利于實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)、新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開展、定性實(shí)驗(yàn)向定量實(shí)驗(yàn)方向改變、實(shí)驗(yàn)效率的提高和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的智能處理［2］。在我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中，CAI是其中的重要部分。本文就我教研室實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐和體會(huì)，具體談一下MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)在病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用以及其優(yōu)缺點(diǎn)。
1 MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)的應(yīng)用
1.1MPA-2000生物信號(hào)處理系統(tǒng)的組成 醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)科的實(shí)驗(yàn)多以生物體作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用技術(shù)手段提取和采集生命活動(dòng)過(guò)程所表現(xiàn)的各種形式的信號(hào)，并記錄、處理和分析這些信號(hào)，從而來(lái)認(rèn)識(shí)生命活動(dòng)的規(guī)律。MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)就是應(yīng)用大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)硬件及軟件技術(shù)開發(fā)的一種集生物信號(hào)的放大、采集、顯示、處理、儲(chǔ)存和分析于一體的機(jī)電儀器。這種儀器可替代一般傳統(tǒng)的示波器、生物信號(hào)放大器、記錄儀和刺激器，一機(jī)多用，功能強(qiáng)大，可用于機(jī)能實(shí)驗(yàn)的生物信號(hào)檢測(cè)、記錄和分析。MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)硬件組成:電腦為CPU P 4，內(nèi)存256 M，顯示卡內(nèi)存32 M，硬盤10 GB，顯示方式800×6 000、16位色，MPA-2000換能器，彩色噴墨打印機(jī)，主要完成對(duì)各種生物電信號(hào)（如心電、肌電、腦電）與非生物電信號(hào)（如血壓、張力、呼吸）的調(diào)理、放大，并進(jìn)而對(duì)信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換，使之進(jìn)入計(jì)算機(jī)。軟件主要完成對(duì)系統(tǒng)各部分進(jìn)行控制和已經(jīng)數(shù)字化了的生物信號(hào)進(jìn)行顯示、記錄、存儲(chǔ)、處理、數(shù)據(jù)共享及打印輸出。MPA-2000生物信號(hào)處理系統(tǒng)主要應(yīng)用于病理生理學(xué)的家兔急性充血性心力衰竭和失血性休克實(shí)驗(yàn)，定量檢測(cè)由人為控制因素引起的家兔血壓、呼吸、心電圖等指標(biāo)的變化。由于事前對(duì)各個(gè)換能器進(jìn)行了定標(biāo)，測(cè)定結(jié)果比較科學(xué)。電腦與MPA-2000系統(tǒng)連接，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，全部操作鼠標(biāo)點(diǎn)擊完成，多窗口運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)資源共享。同時(shí)可運(yùn)用ACCESS、Excel、Word等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可用 打印機(jī)打印，不需要繁瑣的記錄，學(xué)生可直接參考打印結(jié)果進(jìn)行分析以便得出結(jié)論。
1.2MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)使用方法 以充血性心力衰竭實(shí)驗(yàn)為例，先用汞檢壓計(jì)給血壓換能器（40 kPa）定標(biāo)，用水檢壓計(jì)給中心靜脈換能器（10 kPa）定標(biāo)。定標(biāo)就是將采樣數(shù)值轉(zhuǎn)換成作用于換能器的壓力，并確定采樣數(shù)值與壓力的系數(shù)，計(jì)算出不同采樣數(shù)值時(shí)的血壓值。動(dòng)物手術(shù)后，分離左側(cè)頸總動(dòng)脈，插入頸動(dòng)脈導(dǎo)管，連接血壓換能器（40 kPa）。分離右側(cè)頸外靜脈，插靜脈導(dǎo)管，連接血壓換能器（10 kPa）。在兔子四肢用針形電極連接，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)的Ⅱ?qū)?lián)心電信號(hào)，氣管插管連接呼吸換能器。軟件的設(shè)置:先點(diǎn)擊快捷工具欄上的“采樣條件設(shè)置”快捷按鈕，打開“采樣條件”設(shè)置窗口，設(shè)定如下:顯示模式:連續(xù)記錄，采樣間隔:1 ms，采樣通道選擇:1、2、3、4通道。然后選定各通道采樣內(nèi)容:第1通道為血壓（kPa），第2通道為中心靜脈壓（kPa），第3通道為心電（mV），第4通道為呼吸（L）。再對(duì)每個(gè)通道的放大倍數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，按動(dòng)物的狀態(tài)和換能器的敏感性不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，并調(diào)節(jié) X、Y 軸壓縮比。如有干擾信號(hào)，可選擇低通濾波至信號(hào)理想為止。設(shè)置完軟件，就可以進(jìn)行操作。先點(diǎn)擊“開始”按鈕，系統(tǒng)按記錄儀模式描計(jì)血壓、中心靜脈壓、心電、呼吸波形曲線。同時(shí)可進(jìn)行在線測(cè)量，隨時(shí)點(diǎn)擊標(biāo)記按鈕，為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目逐一添加標(biāo)記。采樣結(jié)束后，按下快捷工具欄中的觀察快捷鍵，用十字光標(biāo)即可測(cè)量各點(diǎn)值。也可以按下快捷工具欄中的“測(cè)量”快捷鍵，用鼠標(biāo)選中要測(cè)量的曲線段，由測(cè)量窗得到各項(xiàng)測(cè)量參數(shù)。最后點(diǎn)擊“打印”菜單，完成打印工作。2 MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)的優(yōu)越性
2.1 可提高實(shí)驗(yàn)效率，保證實(shí)驗(yàn)成功率 本實(shí)驗(yàn)室原有的二道生理記錄儀購(gòu)置于20世紀(jì)80年代的中期，部分零件老化，其中不少配件很難買到。而且，使用傳統(tǒng)的儀器，對(duì)許多人體機(jī)能的變化，只能進(jìn)行目測(cè)觀察和手工測(cè)量，既浪費(fèi)時(shí)間且精確度低。而機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)常常不能直觀得出結(jié)論，而是需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察與分析才能得出結(jié)論。因此對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄和處理的精確度提出了較高的要求。使用二道儀，在儀器的調(diào)試上學(xué)生不僅要花費(fèi)大量的時(shí)間，而且要從記錄到的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果中挑選少量有價(jià)值的結(jié)果或數(shù)據(jù)進(jìn)行重組比較，這樣既耗時(shí)又增加了人為誤差，使大量實(shí)驗(yàn)只能停留在定性的水平上。而MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)采用仿儀器面板界面和參數(shù)預(yù)置，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊幾個(gè)功能鍵，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)采樣、分析、處理和顯示清晰、明確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，廢除了儀器調(diào)試的步驟。這樣一來(lái)，不僅保證了實(shí)驗(yàn)的成功率，也增加了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生掌握了更多的知識(shí)，提高了實(shí)驗(yàn)效率。
2.2 科學(xué)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理精度 MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理、文件編輯和結(jié)果輸出等功能，可以使學(xué)生學(xué)會(huì)從繁雜的實(shí)驗(yàn)記錄中，快速地編輯整理、定量分析并打印出清晰的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使原來(lái)只能定性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得以量化，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理的科學(xué)性和精確度。此外，該系統(tǒng)對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有保存功能，便于組間實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，以便評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)效果。例如，在“失血性休克”實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)方法觀察記錄的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)記錄到許多中間過(guò)程的數(shù)據(jù)、放電曲線，這就加大了實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理、處理的繁瑣程度和人為誤差，而利用該系統(tǒng)的剪接功能則可以選取幾組典型的變化數(shù)據(jù)曲線，使結(jié)果簡(jiǎn)潔明確。
2.3 改變病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)舊模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性 利用MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)可以縮短教師的講解時(shí)間，增加學(xué)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，使學(xué)生由知識(shí)的被動(dòng)接受者和灌輸對(duì)象轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)加工信息者和知識(shí)體系的主動(dòng)建造者，而教師由知識(shí)的灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生構(gòu)筑知識(shí)體系的促進(jìn)者和幫助者。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，教師可以通過(guò)教師機(jī)對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行監(jiān)控，了解每個(gè)學(xué)生的實(shí)際操作過(guò)程，隨時(shí)查看各實(shí)驗(yàn)組的進(jìn)行情況，查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線;教師和學(xué)生也可以進(jìn)行對(duì)話模式教學(xué);教師還可以通過(guò)多媒體光盤進(jìn)行觀摩教學(xué)，開闊學(xué)生的視野。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)計(jì)算機(jī)的不斷提示，學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，這樣，學(xué)生要獨(dú)立面對(duì)實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題，并解決問題，才能完成實(shí)驗(yàn)。這不僅有益于學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的理解記憶，更有益于培養(yǎng)他們的科學(xué)的工作方法和邏輯思維能力，為將來(lái)的進(jìn)一步深造、工作打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可利用網(wǎng)絡(luò)打開所收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線向?qū)W生展示，展開教師主機(jī)與各工作組之間、工作組與工作組之間的討論、交互式學(xué)習(xí)，學(xué)生可分析自己實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的不足和成功經(jīng)驗(yàn)。也可以試行無(wú)紙化實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
3 MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)的缺點(diǎn)
MPA-2000生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)也存在一定的缺點(diǎn)。它是一套集生物信號(hào)處理器、電腦、打印機(jī)于一體的綜合儀器，價(jià)格昂貴，投資較大，在實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)有限的情況下，會(huì)影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全面展開。對(duì)教師、實(shí)驗(yàn)員使用儀器和電腦的能力要求較高，同時(shí)對(duì)學(xué)生使用電腦和儀器的要求也較高。這些都將直接影響實(shí)驗(yàn)的效果。該系統(tǒng)程序的設(shè)置、電腦運(yùn)行情況和速度也將直接影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，而且由于軟件系統(tǒng)并不十分完善，有時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出錯(cuò)，以致于影響整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程采集數(shù)據(jù)過(guò)多，對(duì)電腦的處理速度要求十分高。如果電腦處理速度慢，常常會(huì)因數(shù)據(jù)過(guò)大，影響了數(shù)據(jù)分析的速度和打印速度�？傊�，在科技高速發(fā)展的今天，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的開發(fā)和不斷提高，其在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用發(fā)展也將更加深入和廣泛。在深化教學(xué)改革的過(guò)程中，我們將注重學(xué)生素質(zhì)和能力的培養(yǎng)，不斷摸索現(xiàn)代教學(xué)媒體的知識(shí)與技能，完善和創(chuàng)新CAI軟件，使病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)更符合教學(xué)大綱的要求，培養(yǎng)出知識(shí)全面、技能過(guò)硬的復(fù)合型醫(yī)學(xué)人才。
［參考文獻(xiàn)］
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�。�2］ 余孟芝. 多媒體實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)中的應(yīng)用［J］.黔東南民族師范高等專科學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，3:43-45.
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