新医科背景下《医学物理学实验》探究式教学模式研究与实践

探究式教学是在教育教学过程中,学生通过探索研究等一系列活动获得知识的一种教学模式。研究者在《医学物理学实验》课程中对实验项目规划、实验内容更新、实验教学流程规范、实验闭环质量保障体系建立等方面开展研究,探索建立探究式实验教学新模式,培养学生“基本实验技能、动手实践能力、创新思维素养、科学探究能力、团队协作精神”等综合素质;并取得较好的教学效果。

基于STM32和USB接口的开放式高性能新型医用信号仪的研制

为满足研究各种细胞、组织等的电生物效应所需的高精度特殊刺激信号,以及科研、教学和医学仪器的调试和维修等需求,研制以内带D/A转换、A/D转换、USB引擎的高性价比、32位单片机STM32F103RD和高性能单频信号发生芯片AD9833为核心的开放式高性能医用信号仪。该仪器能同时输出两路生理信号(如心电波、脉搏波、呼吸波)和特殊波形信号、高频率精度和位相差精度的常用信号(如正弦、三角波和方波)或一路特殊信号和一路常用信号,输出电压幅度可达10 V,电流最大可达350 mA,最高频率可达12 MHz。该仪器具有开放性好、体积小、性能稳定、操作简便,显示直观等优点,可广泛用于电生物效应和医学其它科研、实验教学和医学仪器的调试和维修等。

开放式生理信号产生及测量仪的研制

我们提出了一种以单片机为核心研制的开放式生理信号的产生及测量仪。该仪器使用液晶LCD显示信号波形和相关参数信息以及键盘实现人机交互 ,并采用存储常用波形的特征数据及相应的算法来产生所拟定的信号 (多种生理信号和常用信号 ) ,同时也可产生用户自定的信号 ,具有较好的开放性。另外 ,采用与计算机类似的模块设计方法 ,使其具有很好的扩展性。本仪器不仅具有显示、测量和保存生理信号等功能 ,而且还具有功耗低、体积小、成本低、携带方便等特点 ,因此该智能仪器在实验教学、临床测试和医疗仪器维修中使用方便。

从波形图中快速提取信号数据序列方法的研究

在许多领域中,常常需要通过数模转换产生满足各种特殊要求的模拟信号,然而它需要必须提供相应信号的数据序列。为了无须提供相应信号的数据序列且能快速地获取各种特殊信号的数据序列,提出一种全新的从软件画的、扫描仪扫的或数码相机照的波形图中提取相应信号数据序列的方法。实验表明,利用该方法可方便地从波形图中提取出满足采样点数、幅度和数据位数等要求的波形数据序列,并通过数模转换等后可获得与原波形图一摸一样的波形信号。

数控旋转磁场仪的研制及应用

目的:为了更方便、准确地研究旋转磁场的生物效应,研制一种以单片机为核心的高精度数控旋转磁场仪。方法:采用高性能单片机实现精确地控制进电机的转速,从而达到控制旋转磁场的频率,并利用其内带的10位A/D转换实现对磁场强度的测量,同时利用LCD显示旋转的频率、磁场强度、定时时间等信息。另外,各按钮均采用触摸式按钮,使得其操作简单、方便。结果:该数控旋转磁场仪工作稳定可靠、磁场频率精度高、操作简便,在"旋磁场对大鼠前列腺的影响"研究中使用,具有明显的生物效应。结论:该仪器可广泛用于研究旋转磁场的生物效应。

生理信号数据生成系统的设计及应用

本文给出了各种生理信号数据生成系统的设计思路及其应用实例。该数据生成系统可将扫描仪得到的或画图软件画出的各种生理信号波形图自动转换为8位、10位、12位等数据,同时也可以将数据通过计算机串口将数据传送给单片机AT89S51,并利用单片机把数据写入数据存储器,如24CXX,93CXX,AT28CXX,为D/A转换产生各种生理信号提供方极大的方便。

计数型模拟量及人体血管壁动态信息多道遥测电脑系统的研制

提出了计数型模拟量新概念,该量同时具有模拟量和数字量的某些特征或者说具有二重性特征。通过分析找到两种计数型模拟量:调宽计数脉冲串和调频计数脉冲串,并阐述了它的产生方法,同时验证了它的二象性特征。利用计数型模拟量,无须使用A/D转换芯片,即可方便地实现单道或多道模数A/D转换。为了验证其可行性,本文给出了计数型模拟量在医学上的应用范例“人体血管壁动态信息多道遥测电脑系统”。通过该范例清楚地表明:计数型模拟量不仅应用方法简单可行,而且应用前景也很广阔。

新型全息光栅指纹传感器的研究

基于大量实验和全息光栅技术,提出一种新型的指纹传感器。该传感器主要由单色光源、全息光栅、透镜和CCD组成,其中,关键的器件——全息光栅应用激光全息技术制作而成。该传感器很好地解决了传统光学全反射指纹传感器和全息棱镜指纹传感器所存在的问题,能获得高清晰、无畸变、无失真的指纹像,可以很清楚地观察到指纹脊上腺孔,并给出了一个具体的实例。

通用型Intel系列单片机在医学中的应用

随着医学、单片机、电子技术的不断发展 ,单片机在医学中的应用也越来越广泛。本文简要地介绍通用型Intel系列单片机在生理参数的测量、传输和远程监测、增加医疗设备及运用辅助设备的功能、医用多功能信号发生器。

基于STM32F405VG的开放式双道医用信号仪的研制及应用

为了满足研究各种细胞、组织等的电生物效应所需的高精度特殊刺激信号以及实验教学和医学仪器调试和维修等的需求,利用高性价比的32位微处理器STM32F405VG、高性能单频信号发生芯片AD9834研制了一种开放式双道医用信号仪。该仪器既能够同时输出两道高频和高位相差精度的常用信号(如三角波、方波和正弦信号)或生理信号(如心电、肌电和脉搏信号)以及特殊波形的信号,也可二者各输出一道信号,且其信号波形可以自定义。该仪器具有体积小、性能稳定、操作简便、显示直观等优点,输出信号开放且双道可广泛用于医学中电生物效应及医学其它科研、医学仪器的调试和维修等。

全数控听觉测试仪的研制

本文提出了一种以单片机和高性能芯片为核心研制的全数控听觉测试仪。它输出的高精度频率和高纯度正弦信号,在频率和幅度上均采用数控。并利用单片机对耳机本身频率响应进行修正,使得显示的分贝数即为实际的分贝数。另外,各按钮均采用触摸式按钮,使得其操作简单、方便,适合于各种听觉方面的测试和教学,尤其是在医学中,对人耳频率特性和人体阻抗特性的研究和教学极为方便。

数字化双道听诊分析系统的研制

本文提出了一种在通用视窗软件和多媒体PC机的基础上,只需加入双道听诊信号处理接口和编写一个叫听诊报告应用软件,就能构成一台数字化双道听诊分析系统的新思路。由于本系统以声卡为听诊信号的数据采集卡,并用优秀的乐音处理软件对听诊信号进行分析处理,故该系统具有精度高,成本低,构思新颖。

基于ARM7的新型开放式多功能医用信号仪的研制

目的现有的常用信号发生器或生理信号发生器不能同时输出常用信号和模拟生理信号,本文提出一种新型开放式多功能医用信号仪,用于检测各种生理信号,听取不同频率、不同信号的声音及输出常用信号等。方法该仪器以STM32F103RF和高性能集成芯片MAX038为核心。此医用信号仪包括硬件和软件两部分,其中硬件含有ARM7单片机控制单元、按钮组输入单元、数据存储单元等12个单元,软件用C语言编写,并采用keil C进行编译。结果该仪器不仅能输出常用的正弦、方波、三角波、锯齿、矩形信号,还能输出医学中常用的多种生理信号如心电、脉搏波等,且信号波形频率、幅度、类型、波形均采用直观的LCD液晶显示。此外,该仪器具有一个高驱动能力的接口,可直接驱动耳机等,以方便对人耳频率特性和人体阻抗特性的研究和教学。同时,为了便于使用一般示波器能观察各种生理信号,对同一种生理信号可输出不同的频率。结论本仪器使用方便,可广泛应用于科研、教学、测试和仪器维修等。

双道高精度数控医用信号仪的研制

目的:研制出一种以单片机和高性能芯片为核心研制的医用信号仪。方法:主要利用单片机控制两片高精度数控频率和位相的IC(AD9833)和D/A转换IC(AD558)等,并利用LCD显示信号的相关参数。结果:该仪器可输出双道高精度频率和位相的正弦、三角、方波信号及各种生理信号。可用于人耳频率特性和人体阻抗特性的研究和教学;利用同时输出的两道位相差可数控的正弦信号,可方便地演示医学物理等教学中两简谐振动在不同频率、不同相位差、不同方向等情况下的合成,如拍频、李萨如图形等。结论:该智能仪器可广泛用于实验教学、临床测试和医疗仪器维修。

指导医学生设计制作听诊系统的教学探讨

主要阐述如何进行医学生设计制作计算机听诊系统的实验教学。通过该项科技设计制作,不仅加深学生对医用计算机系统及接口(包括放大电路、滤波电路、A/D及D/A转换)的理解,而且培养了学生的动手能力和学会利用已有知识的能力,激发了学生的创新精神。

基于多种图像分割方法的法医损伤面积计算

目的:本文通过多种图像分割技术将损伤区域准确地标记出来,并计算出法医图像的损伤区域面积。方法:利用图像分割方法分割目标和背景,然后用数学形态学处理来消除分割带来的空洞和毛刺,最后通过比较4种基于区域分割的方法,给出了计算法医损伤面积的最佳方法。结果:迭代阈值、最大类间方差法和K-均值聚类3种分割方法都能较好地实现损伤图像的分割,同时得到误差小于0.50%的损伤面积。结论:在MATLAB平台上,利用基于区域分割的多种图像方法可以有效地计算出不规则法医损伤区域的面积。

基于金纳米颗粒生长的液晶生物传感器检测酪氨酸

基于酶介导金纳米颗粒(AuNPs)生长构建了液晶生物传感器,并用于检测酪氨酸(Tyr).将酪氨酸酶(TR)固定于经戊二醛活化的二甲基十八烷基(3-[三甲氧基硅烷]丙基)氯化铵/3-氨丙基三乙氧基硅烷(DMOAP/APTES)混合自组装修饰的玻片表面,当向玻片表面滴加含Tyr的生长溶液时,TR催化Tyr羟基化为左旋多巴(L-Dopa),L-Dopa还原生长溶液中的AuCl-4生成AuNPs并沉积于玻片表面,导致玻片表面地貌发生变化,这一变化能诱导液晶取向发生变化进而调控透光量,从而实现对Tyr的检测,且检测浓度可低至6×10-7mol/L.

利用SPR生物传感器检测缺血修饰白蛋白

缺血修饰白蛋白(IMA)的检测对心肌缺血的早期诊断和治疗具有重要意义。利用纳米金颗粒和混合巯基自组装于金膜表面上,研制了一种快速检测IMA的表面等离子体共振(SPR)生物传感器。同时比较了直接法和抑制法的检测下限。结果表明:直接检测法可以检测到393ng/L的IMA,而抑制检测法检测限小于5.0 ng/L。与现有的IMA检测方法相比,SPR生物传感器具有特异性好、检测下限低以及检测耗时短等优点。

采用激光全息技术的实时指纹取像系统

所研制的实时指纹取像系统利用传统的光学全反射原理和激光全息光栅反射技术相结合的研究方法 ,解决了传统光学全反射指纹取像系统所存在的问题。给出了新型光学指纹取像系统的研究方法和光学设计的光路图。所研制的实时指纹取像系统图像具有无畸变、无失真。

光刺激下瞳孔图像动态采集系统的研发

瞳孔动态变化特性是一个不受人的主观意愿影响的客观生理参数。针对人体疲劳客观参量检测中对瞳孔动态图像采集的特殊要求,研制了光刺激下的瞳孔动态图像采集系统。主要介绍系统的组成及其设计思路,重点介绍了光刺激器原理、各模块组成及具体的设计方法。实验表明,该系统能够对瞳孔动态图像进行有效地采集,为寻找表征疲劳的特征参数奠定了基础。