Python在结构化学可视化教学中的应用探索

介绍使用Python语言和科学计算库绘制结构化学中常见的氢原子s和p轨道波函数和电子云的图形的探索。在此过程中编写了多个脚本,通过数据处理和不同的生成算法实现波函数、电子云的可视化教学,旨在引导学生深入学习和理解波函数和电子云物理意义,提升学生自主思考和主动学习的能力。

关节松动术配合体外冲击波在肩关节运动损伤患者中的应用

目的探讨关节松动术配合体外冲击波(ESWT)在肩关节运动损伤患者中的应用效果。方法选取2020年5月至2021年12月南京大学医学院附属南京鼓楼医院疼痛科收治的62例肩关节运动损伤患者作研究对象,采用随机数字表法分为对照组与联合组,每组各31例,对照组采用物理因子治疗+关节松动术治疗,联合组采用物理因子治疗+关节松动术治疗+ESWT的治疗方案,比较两组患者治疗前后肩关节活动范围(前屈、后伸、内旋、外旋)、疼痛[静息状态与运动状态的视觉模拟评分法(VAS)评分及Constant-Murley肩关节功能评分(C-M评分)]。结果治疗前,两组患者的前屈、后伸、内旋、外旋活动范围比较,差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,两组患者的前屈、后伸、内旋、外旋活动范围均大于本组治疗前,且联合组大于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗前,两组患者的静息状态与运动状态VAS评分比较,差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,两组患者的静息状态与运动状态VAS评分均低于本组治疗前,且联合组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。治疗前,两组患者的C-M评分比较,差异无统计学意义(P>0.05);治疗后,两组患者的C-M评分均高于本组治疗前,且联合组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论关节松动术配合ESWT在肩关节运动损伤患者中应用效果优于关节松动术,其能够有效改善患者肩关节活动范围,减轻疼痛,提升肩关节功能。

氢原子电子云空间分布的可视化

利用Matlab实现了氢原子电子云空间分布的可视化,输入任一组满足取值条件的量子数n、l、m,可同时给出该状态下氢原子径向几率密度曲线、角向几率密度曲线、三维空间几率分布以及三维空间等几率面,便于多视角地理解氢原子电子云的空间分布.

基于LabVIEW无限深势箱中粒子能级与波函数可视化程序设计

编程实现了基于LabVIEW的一维和二维无限深势箱中粒子能级与波函数的可视化程序,该程序能完成粒子量子效应图形化、实时绘制波函数、概率密度波函数及波函数概率区间的精确求解。应用表明：该基于LabVIEW的可视化程序根据势箱中粒子Schrdinger方程及其通解,将书本复杂的理论知识联系实际编程实现波函数图形化和自动完成精确计算任务,该程序改进和优化了教学方法,加强了理论学习效果,提高了教学质量;同时基于LabVIEW开发的可视化程序具有编程直观高效、界面友好、功能易扩展等优点。

基于GUI的三维无限深势阱可视化研究

无限深势阱中粒子的量子力学图像是教师教学和学生学习的一个难点,本文利用Matlab的GUI功能对三维无限深势阱粒子的量子化行为进行可视化研究。通过对控件的选取与设置,分别给出了三维无限深势阱不同量子数下零平面、极值点所在平面的波函数切片分布图,以及垂直x方向任意截面处的波函数立体分布图,实现了三维无限深势阱任意量子数及任意截面处波函数的可视化。利用GUI实现三维无限深势阱粒子量子化行为的可视化,可以很好地实现人机互动,便于形象分析不同条件下的波函数分布情况,有助于教师教学和学生学习。

特定频率毫米波辐射对兔眼视觉电生理功能的影响

目的通过观察毫米波辐射免眼对视觉电生理功能的影响，探讨其是否对视网膜及视觉中枢产生远位生物学作用。方法新西兰兔18只，分为3组，即35mW/cm2组、10mW/cm2组、假照射组，采用35GHz的等幅连续波辐射兔眼1h，分别于辐射前、后不同时间测试视网膜电图(F－ERG)及视觉诱发电位(F－VEP)。结果幅射为35mW/cm2时，F－ERG b波幅值于照后即刻降低，照后24h恢复正常，说明该剂量条件下的毫米波辐射对视网膜电生理功能可产生一过性抑制作用：10mW/cm2时，F－FRG无显著性变化，但照后24h可见F－VEP P波时值缩短，照后48h恢复正常。结论一定剂量毫米波幅射可通过间接途径引起视觉中枢神经元的兴奋性升高。

一维无限深势阱问题的可视化研究

采用解析法和可视化分析两种方法,对一维无限深势阱中微观粒子的能级、波函数和概率密度函数的特征进行了研究。结果表明:坐标轴的平移变换是求解一维无限深势阱中微观粒子的能级、波函数简洁可行的方法。随着势阱宽度增加,微观粒子体系能量减小,各能级之间的能量间隔减小;微观粒子的波函数和概率密度函数曲线与x轴有n+1个交点,波函数具有n个极值,概率密度函数具有2n-1个极值。

利用视标和波前数据的NCSF测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度测定系统,利用Hartman-Shack波前像差传感器测量人眼波前像差,以及高空间频率的对比敏感度测量仪测量全视觉对比敏感度函数,进而得到人眼的神经对比敏感度.和传统激光干涉方法测量神经对比敏感度相比较,本文的测定方法,避免了激光干涉所产生的相干噪音和激光散斑不利因素,并且可以得到白光神经对比敏感度NCSF.对不同人眼分别对绿光和白光视网膜神经对比敏感度进行了测定,测试结果表明:在同等亮度下,绿光的神经对比敏感度远高于白光神经对比敏感度;绿光和白光的对比敏感度曲线的最大值出现在空间频率为8c/deg附近,而其神经对比敏感度曲线的最大值出现在相对高一些12c/deg附近的空间频率上.

基于LabVIEW的氢原子及类氢原子波函数等密度线的可视化程序开发

编程实现了基于LabVIEW的氢原子及类氢原子不同能级波函数的等密度线可视化程序,该程序能自动完成波函数ψ^2nlmr（,θ,）φ在不同角度（θ,φ）时随r变化的曲线及任意截面等密度线图的绘制。应用表明：该程序对氢原子及类氢原子波函数立体图形全局有一个非常直观的描述,能够直观地反映原子、分子的电子结构,并给出立体图不能反映的细节,有助于对化学反应过程、成键本质的理解。同时基于LabVIEW开发的可视化程序具有编程直观高效、界面友好、功能易扩展等优点。

体外冲击波联合功能锻炼治疗肩袖损伤的疗效分析

目的观察体外冲击波联合功能锻炼治疗肩袖损伤的疗效。方法选取2016年1月-2017年10月于我院门诊就诊的肩袖损伤患者62例,随机分为冲击波组和功能锻炼组。功能锻炼组日常行功能锻炼;冲击波组除肩关节功能锻炼外,还需接受冲击波治疗4周。分别于治疗前、治疗后4周和12周对患者进行随访,统计其视觉模拟评分(visual analog scale,VAS)和肩关节Constant-Murley评分(Constant and Murley score,CMS)。结果与治疗前相比,治疗后4周和12周两组的VAS评分和CMS评分均显著改善;在第4周时,冲击波组的VAS评分显著低于功能锻炼组(3.06±1.74 vs 4.62±1.94,P=0.002),CMS评分显著高于功能锻炼组(63.56±8.51 vs 54.72±8.92,P=0.001)。结论冲击波联合功能锻炼能够明显缓解肩袖损伤患者的肩关节疼痛、恢复肩关节功能。

氢原子波函数的符号计算与可视化

运用合流超几何函数的求和公式及适用于正负m值的勒让德多项式计算公式,采用MATLAB的递归函数实现氢原子波函数计算的高效编程。经符号计算检验了该算法的正确性。运用二维曲线图、三维曲面图及四维切片图实现复杂函数的可视化。

体外聚焦状冲击波治疗下肢不同部位骨髓水肿综合征患者的疗效

目的:观察体外聚焦状冲击波治疗下肢不同部位骨髓水肿综合征(BMES)患者的临床疗效,为临床治疗BMES提供一种新的有效方法。方法:选择确诊为下肢不同部位BMES患者39例,采用HK-ESWO-AJⅡ型冲击波治疗仪进行治疗。以骨髓水肿体表投影区及其相邻骨质为冲击点,工作电压为7~10kV,频率为60min^(-1),冲击强度为0.18~0.25mJ·mm^(-2),每个治疗点共冲击1 000次,每5d治疗1次,共治疗4次。治疗期间患者以卧床休息为主,尽量减少负重活动时间。治疗前后分别采用视觉模拟评分法(VAS)评定患者的疼痛情况,关节功能评分评定患者下肢关节功能,采用功能独立性评定(FIM)指数评定患者的独立生活能力,并进行出院后12~24个月的随访。结果:与治疗前比较,治疗后患者VAS评分降低(P<0.05)、关节功能评分及FIM指数明显升高(P<0.05)。经过12~24个月的随访,2例患者有复发现象,其中1例发生在股骨头颈部位,另1例发生在股骨远端,经再次冲击波治疗4次后患者BMES症状恢复良好,无患者出现股骨头及其他部位骨坏死现象。结论:体外聚焦状冲击波治疗可以明显改善患者疼痛症状及骨髓水肿征象;下肢BMES有复发倾向,但是无明显骨坏死或其他疾病转归趋势。

超声弹性成像在冈上肌肌腱炎的诊断及预后评估中的应用价值

目的:探讨超声弹性成像在冈上肌肌腱炎的诊断及预后评估中的应用价值。方法:选择冈上肌肌腱炎患者80例为研究对象。所有患者治疗前后均接受冈上肌肌腱的声辐射力脉冲(ARFI)弹性成像检查,记录剪切波速度(SWV)值。并使用视觉模拟评分(VAS),Constant-Murley肩关节功能评分(CMS)评估患者疼痛情况及肩关节功能的改善情况。所有患者进行为期1年的随访,将出现终点事件的患者定义为复发组,其余患者定义为未复发组。分析两组患者随访开始前VAS、CMS及SWV值对患者预后的预测价值。结果:治疗后VAS、SWV值低于治疗前,CMS高于治疗前,差异均有统计学意义(P值均<0.05)。治疗前SWV与VAS无相关性(r=0.073,P=0.518),与CMS呈负相关(r=-0.305,P=0.006)。随访不良预后的发生率为36.25%。VAS、CMS及SWV三项指标单独预测冈上肌肌腱炎预后的曲线下面积(AUC)分别为0.776、0.763、0.850,三者联合预测的AUC为0.949,显著大于三项指标单独预测的AUC(联合vs SWV:Z=2.898,P=0.004;联合vs VAS:Z=3.583,P=0.000;联合vs CMS:Z=3.722,P=0.000),其敏感度为89.66%,特异度为92.16%。结论:ARFI可用于冈上肌肌腱炎的诊断,VAS、CMS及SWV的联合可准确预测冈上肌肌腱炎的预后。

无限深势阱问题的可视化研究

基于计算软件对一些常见的无限深势阱进行了可视化研究,并设计了GUI界面实现对势阱的选择.在选定势阱后,设置好相应的势阱参数和量子数,便可依次绘制出低维势阱的波函数、概率密度函数和三维势阱中的电子云图像.文中分析了二维和三维势阱中能级的简并度问题,并重点讨论了不同势阱波函数和概率密度函数随量子数的变化规律.将势阱问题可视化可以方便分析不同条件下波函数的物理图像,有助于量子力学课程中的教师教学与学生学习.

线性谐振子量子特性的可视化研究

基于量子理论和数值计算,重点研究了量子力学中二、三维线性谐振子的基本特性,包括波函数及其能量、能级、简并度和几率密度,得到了三维谐振子的四维图形,同时得到了二维线性谐振子的三维图形.结果表明,线性谐振子能量只能取分立值,能量是量子化的;谐振子的能级是均匀分布的,且相邻两能级间隔为ΔE=ħω.二维线性谐振子的简并度为N+1,但N=0时,对应的基态波函数无简并;波函数与平面Ψ=0的交线数为N;几率密度图能更直观地显示出几率密度的峰值个数与大小,且几率密度分布的极大值个数为(n_(x)+1)(n_(y)+1).三维情况下,以基态波函数为准,在一定范围内([−3,3]),x,y,z轴上的切片数分别为n_(x)+1,n_(y)+1,n_(z)+1,总的切片数为n_(x)+n_(y)+n_(z)+3.另外,通过MATLAB软件得到了三维线性谐振子的四维空间切片图,可视化的结果与理论结果完全吻合.

推拿手法配合体外冲击波治疗足跟痛临床观察

目的:观察推拿手法配合体外冲击波治疗足跟痛患者的临床疗效。方法:将60例确诊为足跟痛的患者按照随机化原则分为2组各30例,对照组给予西医常规止痛治疗,治疗组采用推拿手法配合体外冲击波治疗,均治疗2周观察疗效,记录患者的疼痛视觉模拟评分(VAS)、临床疗效评价情况。结果:2组临床疗效比较,差异有统计学意义(P<0.01);治疗后,2组疼痛VAS评分较治疗前均降低,且治疗组低于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01);2组足部功能状态评分均较治疗前升高,且治疗组高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.01)。结论:推拿手法配合体外冲击波治疗足跟痛疗效良好,优于单纯使用西医常规止痛治疗。

空气压力波治疗仪在脊柱骨折术后患者护理中的应用效果

目的:观察空气压力波治疗仪在脊柱骨折术后患者护理中的应用效果。方法:选取2018年6月至2020年12月86例脊柱骨折术后患者进行前瞻性研究,按照随机数字表法分为观察组与对照组各43例。对照组给予常规术后护理,观察组在对照组基础上应用空气压力波治疗仪进行护理,比较两组视觉模拟评分法(VAS)评分、术后下肢肿胀水平、功能独立性评定量表(FIM)评分、Barthel指数(BI)评分和下肢深静脉血栓发生率。结果:术后1周,两组VAS评分均低于术后当天,且观察组低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);术后1周,观察组下肢肿胀水平为(0.20±0.03)cm,明显低于对照组的(0.32±0.08)cm,差异有统计学意义(P<0.05);术后1周,两组FIM、BI评分均高于术后当天,且观察组高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组下肢深静脉血栓发生率为2.33%,明显低于对照组的18.60%,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:在常规护理基础上采用空气压力波治疗仪进行护理可降低脊柱骨折术后患者VAS评分、下肢肿胀水平和下肢深静脉血栓发生率,提高FIM和BI评分,效果优于单纯常规护理。

基于波前技术的人眼神经对比敏感度测量

搭建了基于波前像差的神经对比敏感度(NCSF)测试系统。该系统在测试人眼空间对比敏感度(CSF)的同时,利用Hartmann-Shack波前传感器测量人眼波前像差,通过计算进而得到人眼的NCSF。与通过两种设备分别测量全视觉CSF和波前像差获得NCSF相比,该方法避免了不同测试状态下像差波动的影响,简化了测试过程;和传统激光干涉方法测量NCSF相比,该方法避免了激光干涉产生的相干噪音和激光散斑等不利因素,并且通过改变不同亮度不同颜色视标,可以得到不同亮度,不同波长下的NCSF。选用绿光视标对四例正常人眼的NCSF进行了测量,结果表明:该系统可以同时获得人眼的全视觉CSF、屈光系统调制传递函数和NCSF;在同等亮度下,不同人眼的NCSF存在个体差异;对同一个体,NCSF曲线的最大值对应的空间频率比全眼空间CSF曲线的最大值对应的空间频率高一些。

视觉反馈训练联合体外冲击波治疗对脑卒中患者平衡功能的影响

目的:观察视觉反馈训练联合体外冲击波治疗对脑卒中患者平衡功能的影响。方法:选取符合入选标准的脑卒中患者81例,按随机数字表法分为对照组、视觉反馈组、联合治疗组各27例,均接受常规康复治疗,每天1次,连续进行2周;视觉反馈组在常规康复治疗同时加入视觉反馈训练,每天1次,连续进行2周;联合治疗组在视觉反馈组基础上加入体外冲击波治疗,每周3次(隔天治疗),连续进行2周。于治疗前、治疗2周后对三组患者分别采用改良Ashworth量表(MAS)、简化Fugl-Meyer评定法(FMA)下肢部分、Berg平衡量表(BBS)及BioFlex-FP姿势控制评估与训练系统自带的站立稳定性测试软件进行评定。结果:治疗前,三组患者各项得分差异均无统计学差异(P> 0.05)。治疗2周后,发现对照组、视觉反馈组MAS得分差异无统计学意义(P> 0.05),组间比较发现联合治疗组MAS得分相比对照组、视觉反馈组改善幅度较显著且差异有统计学意义(P <0.05);治疗2周后,组内比较发现三组患者除MAS评分外其余各项数值均较治疗前显著改善(P <0.05),且联合治疗组疗效更为显著(P <0.05)。结论:视觉反馈训练与体外冲击波治疗在脑卒中患者的平衡功训练中有协同作用,联合治疗能进一步改善脑卒中患者的平衡功能。