MPA-2000在病理生理學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用

                                      作者：陳雪紅 韓彥 郭沈波 閻春玲 秦玉蓉 王春波

【關(guān)鍵詞】  生物信號采集處理系統;實(shí)驗教學(xué);病理生理學(xué)
　�。坳P(guān)鍵詞］ 生物信號采集處理系統;實(shí)驗教學(xué);病理生理學(xué)
　　計算機輔助教學(xué)（CAI）是將以計算機為中心的多媒體技術(shù)應用于教學(xué)，現已成為現代教育技術(shù)中最重要的組成部分［1］。在現代電子技術(shù)和計算機技術(shù)快速發(fā)展的今天，實(shí)驗儀器的微機化、數字化、智能化是儀器的發(fā)展趨勢。在生命科學(xué)范圍內，機能實(shí)驗是率先應用計算機的學(xué)科之一。其中計算機技術(shù)在病理生理學(xué)實(shí)驗中的應用，加速了病理生理學(xué)實(shí)驗改革的步伐，有利于實(shí)驗方法的改進(jìn)、新實(shí)驗內容的開(kāi)展、定性實(shí)驗向定量實(shí)驗方向改變、實(shí)驗效率的提高和實(shí)驗數據的智能處理［2］。在我們的實(shí)驗教學(xué)改革中，CAI是其中的重要部分。本文就我教研室實(shí)驗教學(xué)改革的實(shí)踐和體會(huì )，具體談一下MPA-2000生物信號采集處理系統在病理生理學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用以及其優(yōu)缺點(diǎn)。
　　1 MPA-2000生物信號采集處理系統的應用
　　1.1MPA-2000生物信號處理系統的組成 醫學(xué)機能學(xué)科的實(shí)驗多以生物體作為實(shí)驗對象，利用技術(shù)手段提取和采集生命活動(dòng)過(guò)程所表現的各種形式的信號，并記錄、處理和分析這些信號，從而來(lái)認識生命活動(dòng)的規律。MPA-2000生物信號采集處理系統就是應用大規模集成電路和計算機硬件及軟件技術(shù)開(kāi)發(fā)的一種集生物信號的放大、采集、顯示、處理、儲存和分析于一體的機電儀器。這種儀器可替代一般傳統的示波器、生物信號放大器、記錄儀和刺激器，一機多用，功能強大，可用于機能實(shí)驗的生物信號檢測、記錄和分析。MPA-2000生物信號采集處理系統硬件組成:電腦為CPU P 4，內存256 M，顯示卡內存32 M，硬盤(pán)10 GB，顯示方式800×6 000、16位色，MPA-2000換能器，彩色噴墨打印機，主要完成對各種生物電信號（如心電、肌電、腦電）與非生物電信號（如血壓、張力、呼吸）的調理、放大，并進(jìn)而對信號進(jìn)行模/數（A/D）轉換，使之進(jìn)入計算機。軟件主要完成對系統各部分進(jìn)行控制和已經(jīng)數字化了的生物信號進(jìn)行顯示、記錄、存儲、處理、數據共享及打印輸出。MPA-2000生物信號處理系統主要應用于病理生理學(xué)的家兔急性充血性心力衰竭和失血性休克實(shí)驗，定量檢測由人為控制因素引起的家兔血壓、呼吸、心電圖等指標的變化。由于事前對各個(gè)換能器進(jìn)行了定標，測定結果比較科學(xué)。電腦與MPA-2000系統連接，對數據進(jìn)行分析與處理，全部操作鼠標點(diǎn)擊完成，多窗口運行，網(wǎng)絡(luò )資源共享。同時(shí)可運用ACCESS、Excel、Word等軟件進(jìn)行數據處理，實(shí)驗結果可用 打印機打印，不需要繁瑣的記錄，學(xué)生可直接參考打印結果進(jìn)行分析以便得出結論。
　　
　　1.2MPA-2000生物信號采集處理系統使用方法 以充血性心力衰竭實(shí)驗為例，先用汞檢壓計給血壓換能器（40 kPa）定標，用水檢壓計給中心靜脈換能器（10 kPa）定標。定標就是將采樣數值轉換成作用于換能器的壓力，并確定采樣數值與壓力的系數，計算出不同采樣數值時(shí)的血壓值。動(dòng)物手術(shù)后，分離左側頸總動(dòng)脈，插入頸動(dòng)脈導管，連接血壓換能器（40 kPa）。分離右側頸外靜脈，插靜脈導管，連接血壓換能器（10 kPa）。在兔子四肢用針形電極連接，測定標準的Ⅱ導聯(lián)心電信號，氣管插管連接呼吸換能器。軟件的設置:先點(diǎn)擊快捷工具欄上的“采樣條件設置”快捷按鈕，打開(kāi)“采樣條件”設置窗口，設定如下:顯示模式:連續記錄，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）。再對每個(gè)通道的放大倍數進(jìn)行調節，按動(dòng)物的狀態(tài)和換能器的敏感性不同進(jìn)行調節，并調節 X、Y 軸壓縮比。如有干擾信號，可選擇低通濾波至信號理想為止。設置完軟件，就可以進(jìn)行操作。先點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，系統按記錄儀模式描計血壓、中心靜脈壓、心電、呼吸波形曲線(xiàn)。同時(shí)可進(jìn)行在線(xiàn)測量，隨時(shí)點(diǎn)擊標記按鈕，為實(shí)驗項目逐一添加標記。采樣結束后，按下快捷工具欄中的觀(guān)察快捷鍵，用十字光標即可測量各點(diǎn)值。也可以按下快捷工具欄中的“測量”快捷鍵，用鼠標選中要測量的曲線(xiàn)段，由測量窗得到各項測量參數。最后點(diǎn)擊“打印”菜單，完成打印工作。2 MPA-2000生物信號采集處理系統的優(yōu)越性
　　2.1 可提高實(shí)驗效率，保證實(shí)驗成功率 本實(shí)驗室原有的二道生理記錄儀購置于20世紀80年代的中期，部分零件老化，其中不少配件很難買(mǎi)到。而且，使用傳統的儀器，對許多人體機能的變化，只能進(jìn)行目測觀(guān)察和手工測量，既浪費時(shí)間且精確度低。而機能學(xué)實(shí)驗常常不能直觀(guān)得出結論，而是需要通過(guò)大量實(shí)驗結果的觀(guān)察與分析才能得出結論。因此對實(shí)驗結果的記錄和處理的精確度提出了較高的要求。使用二道儀，在儀器的調試上學(xué)生不僅要花費大量的時(shí)間，而且要從記錄到的大量實(shí)驗結果中挑選少量有價(jià)值的結果或數據進(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)驗只能停留在定性的水平上。而MPA-2000生物信號采集處理系統采用仿儀器面板界面和參數預置，只需用鼠標點(diǎn)擊幾個(gè)功能鍵，系統便會(huì )自動(dòng)采樣、分析、處理和顯示清晰、明確的實(shí)驗結果，廢除了儀器調試的步驟。這樣一來(lái)，不僅保證了實(shí)驗的成功率，也增加了實(shí)驗內容，使學(xué)生掌握了更多的知識，提高了實(shí)驗效率。
　　2.2 科學(xué)處理實(shí)驗結果，提高實(shí)驗結果處理精度 MPA-2000生物信號采集處理系統具有數據處理、文件編輯和結果輸出等功能，可以使學(xué)生學(xué)會(huì )從繁雜的實(shí)驗記錄中，快速地編輯整理、定量分析并打印出清晰的實(shí)驗結果，使原來(lái)只能定性的實(shí)驗結果得以量化，提高了實(shí)驗結果處理的科學(xué)性和精確度。此外，該系統對于實(shí)驗結果具有保存功能，便于組間實(shí)驗結果的比較，以便評價(jià)實(shí)驗效果。例如，在“失血性休克”實(shí)驗中，傳統方法觀(guān)察記錄的實(shí)驗項目較多，在實(shí)驗過(guò)程中會(huì )記錄到許多中間過(guò)程的數據、放電曲線(xiàn)，這就加大了實(shí)驗結果整理、處理的繁瑣程度和人為誤差，而利用該系統的剪接功能則可以選取幾組典型的變化數據曲線(xiàn)，使結果簡(jiǎn)潔明確。
　　2.3 改變病理生理學(xué)實(shí)驗教學(xué)舊模式，調動(dòng)學(xué)生學(xué)習的積極性和主動(dòng)性 利用MPA-2000生物信號采集處理系統可以縮短教師的講解時(shí)間，增加學(xué)生動(dòng)手操作的機會(huì )，使學(xué)生由知識的被動(dòng)接受者和灌輸對象轉變?yōu)橹鲃?dòng)加工信息者和知識體系的主動(dòng)建造者，而教師由知識的灌輸者轉變?yōu)閷W(xué)生構筑知識體系的促進(jìn)者和幫助者。在學(xué)生實(shí)驗操作過(guò)程中，教師可以通過(guò)教師機對每個(gè)學(xué)生進(jìn)行監控，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)驗組的進(jìn)行情況，查看學(xué)生的實(shí)驗數據和曲線(xiàn);教師和學(xué)生也可以進(jìn)行對話(huà)模式教學(xué);教師還可以通過(guò)多媒體光盤(pán)進(jìn)行觀(guān)摩教學(xué)，開(kāi)闊學(xué)生的視野。在實(shí)驗過(guò)程中通過(guò)計算機的不斷提示，學(xué)生獨立完成實(shí)驗操作，這樣，學(xué)生要獨立面對實(shí)驗中所遇到的問(wèn)題，并解決問(wèn)題，才能完成實(shí)驗。這不僅有益于學(xué)生對于理論知識的理解記憶，更有益于培養他們的科學(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。實(shí)驗結束后，教師可利用網(wǎng)絡(luò )打開(kāi)所收集的實(shí)驗數據和曲線(xiàn)向學(xué)生展示，展開(kāi)教師主機與各工作組之間、工作組與工作組之間的討論、交互式學(xué)習，學(xué)生可分析自己實(shí)驗過(guò)程中的不足和成功經(jīng)驗。也可以試行無(wú)紙化實(shí)驗報告。
　　3 MPA-2000生物信號采集處理系統的缺點(diǎn) 
　　MPA-2000生物信號采集處理系統運用于實(shí)驗教學(xué)也存在一定的缺點(diǎn)。它是一套集生物信號處理器、電腦、打印機于一體的綜合儀器，價(jià)格昂貴，投資較大，在實(shí)驗經(jīng)費有限的情況下，會(huì )影響到實(shí)驗教學(xué)的全面展開(kāi)。對教師、實(shí)驗員使用儀器和電腦的能力要求較高，同時(shí)對學(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)驗的效果。該系統程序的設置、電腦運行情況和速度也將直接影響實(shí)驗的結果，而且由于軟件系統并不十分完善，有時(shí)在實(shí)驗過(guò)程中出錯，以致于影響整個(gè)實(shí)驗進(jìn)程。由于實(shí)驗過(guò)程采集數據過(guò)多，對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 )因數據過(guò)大，影響了數據分析的速度和打印速度�？傊�，在科技高速發(fā)展的今天，隨著(zhù)計算機技術(shù)的開(kāi)發(fā)和不斷提高，其在醫學(xué)教育中的應用發(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，不斷摸索現代教學(xué)媒體的知識與技能，完善和創(chuàng )新CAI軟件，使病理生理學(xué)實(shí)驗更符合教學(xué)大綱的要求，培養出知識全面、技能過(guò)硬的復合型醫學(xué)人才。
　�。蹍⒖嘉墨I］
　�。�1］ 楊伯基.醫藥學(xué)計算機教學(xué)的理論與實(shí)踐［M］. 北京:北京醫科大學(xué)出版社， 1995:1.
　�。�2］ 余孟芝. 多媒體實(shí)驗室在教學(xué)中的應用［J］.黔東南民族師范高等專(zhuān)科學(xué)院學(xué)報，2002，3:43-45.

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