生物医学与生物技术

生物医学与生物技术（精选8篇）

生物医学与生物技术 篇1

1.生物技术与医学的含义、关系

现代生物技术以分子生物学、细胞生物学、微生物学、免疫学、遗传学、生理学、系统生物学等学科为支撑，结合了化学、化工、计算机、微电子等学科，从而形成了一门多学科互相渗透的综合性学科。就其应用领域，可分为农业生物技术、医学生物技术、植物生物技术、动物生物技术、食品生物技术、环境生物技术等。医学是生命科学的重要组成部分，是在人类祖先自我防护本能的基础上，通过长期的劳动实践和抗病害斗争而形成和发展起来的一门科学。医学的主要任务是防治疾病、保障健康和延年益寿。生物学可以独立存在，但医学则必须有生物学的知识。原因在于医学在治疗或是其他方面的时候，都需要有一定的知识，而这些知识基本上甚至是完全是生物学的知识。因为医学就是为了救治生物所以才被从生物学的基础上又创立出来的一种新的学问。医学的发展需要依靠生物技术的进步。胜物技术的发展不仅关系着人们健康保证、防病治病能力的提高，而且也直接促进一些相关产业如医疗仪器、生物医用材料的发展。现代医学在很大程度上依赖生物技术的进步，换句话说，生物技术的很多方面的进步影响着现代医学的发展。可以说医学离开了生物技术就像植物离开了水分一样将不会得到发展进步。

2.生物技术对医学的贡献

生物技术对医学做出了巨大的贡献，这些贡献是其他技术无法代替的。基因工程、细胞工程、组织工程和整体动物工程等新的生物技术使医学模式发生变革，从以化学药物加手术刀为主要治疗手段的传统医学模式，迈向以基因治疗、细胞移植或生物人工组织器官移植为主要的治疗手段的“再生医学”模式。使用基因工程技术生产各种重组蛋白药物或疫苗越来越广泛地应用于临床。如细胞癌变的理论为现代医学的癌症治疗提供了理论基础。从癌细胞的主要特征的了解可以有效地治疗癌症或控制癌症的发展。对致癌因素的认识，可以避免和预防癌症。另外，癌基因学说，从基因层面上为现代医学的癌症治疗作出了理论创新，使今后癌症的治疗有可能从另一个角度得到研究。

在神经生物学方面，基因工程技术对脑结构与功能研究结构发挥了重要作用。基因工程的理论和技术也为认识人类遗传疾病和癌发病机理提供有价值的信息。基因工程用于疫苗生产，有牛痘和乙肝疫苗等。基因工程用于基因治疗，进一步实现疾病的预防和分子水平的基因诊断，最终实现疾病的基因治疗。人体基因的缺失，导致一些遗传疾病，应用基因工程技术使缺失的基因归还人体，达到治疗的目的，已成为基因工程在医学方面应用的又一重-要内容。转基因动物技术生产珍贵的药用蛋白指出生命科学的发展促进了其他学科的发展、生命科学的产业化将推动整个世界经济的发展。转基因动物研究是遗传学上具有里程碑意义的工作，具有深远的理论意义，又有重大的应用价值，因而成为近年来生物工程领域研究的热点之一，它开创了生物医药产业的新途径。发现体内有许多的致病基因，可引起癌症、心脏病或软骨病。还有许多与疾病有关的基因。因此基因诊断和治疗研究已成为各国共同关注的问题。RNA研究已经在迅速产业化，如利用不同生物来源的氨酰TRNA合成酶对各种抑制物的抗性不同进行药物研究，已在一些生物学科技公司中开展，核酸抗HIV的研究也已进入临床试验阶段。由反义RNA发展来的反义核酸技术已有20种也已进入临床试验阶段。人类基因组计划对现代医学的贡献有基因诊断、基因治疗和基于基因组知识的治疗、基于基因组信息的疾病预防、疾病易感基因的识别、风险人群生活方式、环境因子的干预，对制药工业的贡献有筛选药物的靶点：与组合化学和天然化合物分离技术结合，建立高通量的受体、酶结合试验，以知识为基础的药物设计：基因蛋白产物的高级结构分析、预测、模拟—药物作用“口袋”，个体化的药物治疗：药物基因组学。克隆技术对现代医学影响很大。组织器官的克隆更方便了组织器官的移植。克隆技术对现代医学未来的发展相当重要。免疫学对现代医

学影响也相当大。了解器官移植的主要问题以及艾滋病等免疫疾病的机制，对器官移植和艾滋病的预防非常有用。免疫学的应用有人工免疫和单克隆抗体等。对免疫学的研究可以提高对疾病的预防，以及促进人们提高自身的免疫能力。体内稳态理论对现代医学影响也不小。内稳态直接影响着新陈代射。因此，新陈代射疾病在一定程度上可以从内稳态寻求解决的方法。总的来说，生物技术对现代医学影响是巨大的。随着生物技术的不断进步，现代医学得到了飞速发展。使整个医学面貌发生根本改观。

3.生物技术与医学的发展前景

生物医学与生物技术 篇2

一、将PBL教学方法引入生物化学教学中

PBL模式, 即基于问题的学习 (Problem-based Learning or Project-based Learning) , 最早是1960年由加拿大学者提出, 并于90年代进入中国。其教学过程, 简单来说, 就是改变了传统课堂讲授的方式, 而是由教师提供与专业知识相关的、有一定难度的问题, 并将学生分组, 团队合作来解决问题。该方式增加了教师与学生的互动, 引导学生进行自主学习, 使学生由知识的被动接受者变为主动探索者, 可增加学生学习的主动性, 在教学方法上具有一定的先进性。对生物医学工程专业的学生来说, 由于学习的知识领域多而杂, 如何将在学习生物化学知识的同时把已经学和要学的知识融会贯通、承上启下, 就可以使用PBL模式来进行。

但是, 在实践中开展并不顺利。这是因为首先该教学方法是基于问题的教学方法, 授课教师提出的问题是否合理直接决定了授课效果。而我们教师大多已经习惯了传统的教学方法, 甚至本身就是受传统教育的熏陶, 所以在思维模式上会受到局限。通常给出的问题并不全面, 或不具有引导性。其次, 中国学生已经习惯了被动接受知识, 特别是低年级的学生, 性格腼腆, 大多不愿开口讨论, 积极性很难调动。

根据存在的问题, 我们将PBL教学的理念与传统教学相结合。首先, 在传统授课的同时, 穿插一些小问题, 逐渐引导学生进行思考、讨论。比如, 在讲授蛋白质这章时, 可引导学生思考自己生病时血液化验单中有哪些蛋白, 都代表什么, 再让学生自己在课后查找资料, 课堂讨论。这样的教学效果明显要好于传统授课, 又解决了单一PBL授课存在的问题。其次, 针对教学难点和重点进行定期和不定期的课堂讨论, 对部分难点重点问题请学生上讲台发表见解, 加深了学生对所学知识的理解, 得到了很好的效果。例如, 在物质代谢这部分的教学中, 该部分涵盖多个章节, 知识点前后贯通, 是生物化学这门课程的重点和难点章节。因此, 可设计一些问题, 让每个学生都有机会上讲台发表自己对关键知识的见解, 进行讨论。将课堂讨论形式设计得具有多样性, 且定期的课堂讨论采用预先将题目分给每个学生, 请他们做好准备, 用多媒体形式进行讨论和提问;不定期的课堂讨论安排在部分难点重点教学以后, 组织学生发表见解, 进行讨论。课题讨论的成绩计入学生的平时成绩, 使课堂不再局限于传授与接受, 而是引导学生主动探索知识, 老师从旁指导、解惑。

二、鼓励学生自主学习

自主学习是学生在大学阶段需要掌握的一个重要学习能力, 对他们在将来的学习和工作都具有重要意义。这也是大学教师教育的真正意义所在, 即“授予鱼不如授予渔”。而我们学校设立的生物医学工程专业是以生物医学电子为主要方向, 强化学生的动手能力、设计能力和创新意识, 培养具备生命科学、电子、信息、计算机技术的基础知识, 能在生物工程、生物医学工程、医学仪器、医用电子设备、医疗信息技术及电子、仪器、信息领域等从事研究、设计、制造、应用和管理的复合型高级工程技术人才。因此, 本专业所设立的专业课具有知识面广、交叉性强的特点, 尤其需要学生能够具有很强的自主学习能力, 将老师在课堂上传授的各种知识相互贯通, 并理解。在生物化学课程讲授中, 根据专业的特点, 我们制定了如下方法来指导学生学会自主学习。首先, 帮助学生制定学习计划。要求学生自己制定或在老师的帮助下制定一份合理的学习计划, 需要详细列出学习内容和时间安排, 该安排应该与教师上课内容一致, 且学习计划应具有针对性。在给生物医学工程专业学生授课时, 有一部分学生对生物化学非常感兴趣, 也表示出希望在研究阶段从事生物专业的学习。而生物化学作为生物专业的必修课, 也是生物方向考研的必考专业课之一。这样, 我们专业所教授的生物化学知识是无法满足学生学习需要的。这就要求这部分学生需要制定更为全面的学习计划, 除涵盖本专业的学习要求外, 还应将生物专业的知识要求加入。而对于希望从事医学电子方向的学生来说, 只需完成本专业学习计划即可。其次, 将授课教师的联系方式和办公室地址公布, 方便学生随时联系老师。最后, 给出精品课程及网络课程的网上资源地址、主要参考书目及主要文献资料和主要实践资料, 使学生能够更好地自主学习。在完成这些工作后, 也要定时联系学生, 对学生自主学习情况进行评价, 让学生写自主学习自我总结评价, 来评价他们的学习结果, 使学生的学习能力得到提升。

三、在生物化学教学中引入创新实践型教学

生物医学工程专业是由其复杂的、庞大的知识体系交叉形成的学科, 在教学中如何将各个课程融会贯通也是其教学的一个难点。而生物化学作为生物和医学共同的基础课, 其授课的效果对后续课程的教授具有重要的意义。而创新实践型教学对该门学科的授课质量具有重要作用。这是因为生物化学就是建立在前人不断实验, 并将实验结果分析总结形成理论的学科。所以, 实验教学对教好、学好这门课具有至关重要的作用。同时, 想要提高学生的综合素质和创新能力, 就需要在基础教学的基础上进行实践的锻炼和积累。我们针对实践型教学做了如下的工作。首先, 设置了课内实验和专题实验。课内实验是在授课同时进行开设的, 可对课堂学习的知识进行巩固和加深了解。而专题实验, 我们一般开设在高年级, 此时学生已经学习了大多的专业课程, 而专题实验可将生物化学和这些专业知识融会贯通, 进而增加对生化进一步认识, 也锻炼学生动手能力和独立思考能力。其次, 让学生加入到课题研究中。如大学生创新项目, 鼓励学生积极申报, 并锻炼学生通过查找资料提出与生物化学有关的题目, 并在老师的指导下写项目书、项目计划、实验方案, 进行实验, 最终写结题报告, 发表文章。在这过程中, 提高学生能力, 对学生的综合素质和创新能力进行了培养。将创新实践型教学与生物化学传统教学相结合, 通过实践教学将学生从传统的课堂教学中拉了出来, 走入实验室, 运用所学知识来解决问题, 让学生对学习的理论知识有了进一步认识, 提高学习积极性。

四、结论

生物医学工程专业涵盖了工程技术、图像处理、医学仪器等研究方向, 具有复杂性和高度的交叉型。在进行生物化学授课时, 应考虑该专业特点。我们在授课中探索出将PBL教学、自主学习和实践型教学引入生物化学传统教学中, 提高了授课质量, 并摸索出一套适合本专业的授课方式。

摘要：生物化学作为生物医学工程专业的基础课, 在授课时要适应生物医学工程专业的特点。因此, 对传统的生物化学授课方式进行了探索, 引入了PBL教学方法、自主学习方法和实践型教学方法, 将对学生的学习能力、学习兴趣、综合素质及创新能力的培养起到重要作用。

关键词：生物医学工程,生物化学,PBL教学,实践型教学,自主学习

参考文献

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浅谈生物医学信号应用与发展 篇3

【关键词】 数字信号处理； 小波分析； 人工神经网络； 维格纳分布

【中图分类号】R46 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）03-0520-01

1 引言

自20世纪60年代以来，随着计算机和信息学科的飞速发展，大量的模拟信息被转化为数字信息来处理。于是就逐步产生了一门近代新兴学科——数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）技术。经过几十年的发展，数字信号处理技术现已形成了一门以快速傅里叶变换和数字滤波器为核心，以逻辑电路为基础，以大规模集成电路为手段，利用软硬件来实现各种模拟信号的数字处理，其中包括信号检测、信号变换、信号的调制和解调、信号的运算、信号的传输和信号的交换等各种功能作用的独立的学科体系。而生物医学工程就是应用物理学和工程学的技术去解决生物系统中所存在的问题，特别是人类疾病的诊断、治疗和预防的科学。它包括工程学、医学和生命科学中的许多学科。本文主要讨论数字信号处理技术中小波分析、人工神经网络、维格纳分布在生物医学工程中的应用。

2 数字信号处理在生物医学工程中的应用

2.1 小波分析在生物医学工程中的应用

近年来，小波的研究受到数学家，理论物理学家和工程学家们的关注，特别是在信号处理，图象处理，语音分析，模式识别，量子物理及众多非线性科学等应用领域，被认为是近年来在工具及方法上的重大突破。所謂的小波变换是指把某一被称为基本小波（motherwavelet）的函数ψ（ t） 作位移τ后，再在不同尺度α下与待分析信号x （ t） 作内积：

其中α为伸缩因子，τ为平移因子。等效的频域表示：

式中X （ω） ，Ψ （ω） 分别是x （ t） ，ψ（ t） 的傅里叶变换。

任何变换都必须能进行反变换才有实际意义，但反变换未必一定存在，对小波变换而言，所采用的小波必须满足允许条件可推论出Ψ （ω） = 0或∫ψ（ t） d t = 0，即小波变换必须具有带通性质。本来满足允许条件的ψ（ t） 便可作为基本小波，但考虑到频域上的局域要求， 条件就更苛刻一些：即要求小波在频域上局域性能好， 应要求ψ（ t） 的前n阶矩为零，也就是∫tnψ（ t） d t = 0，且n越大越好。在频域上这相当于要求Ψ （ω） 在ω = 0处有n阶零点。

小波分析方法具有以下特点： （ 1）时频局部化特点，即可以同时提供时域和频域局部化信息。（2）多分辨率，即多尺度的特点，可以由粗到细逐步观察信号。（3）带通滤波的特点，可以根据中心频率的变化调节带宽，中心频率的高低与带宽成反向变化，可以观测出信号的低频缓变部分和高频突变部分。这种变焦特性决定了它对非平稳信号处理的特殊功能。在生物医学工程中的信号处理，信号压缩，医学图象处理中，小波变换均有用武之地。

适当地选择小波基，可以方便地检测出信号的奇异点，观测信号的瞬态变化以及时域分析中信号不见的信息；此外利用带通特性，将信号分解成不同频带低频分解波和高频分解波，并提取出信号中的非平稳信号。

2.2 人工神经网络（ANN）在生物医学工程中的应用

人工神经网络是指由大量简单元件（即神经元，可以用电子元件，光学元件等模拟）广泛相互连接而成的复杂网络系统。神经网络有很多具体模型，其共同的基本特征是： （1）以大规模并行处理为主； （2）采用分布式存储，具有很强的容错性和联想功能； （ 3）强调自适应过程和学习（训练）过程。

人工神经网络的最新发展使其成为信号处理的强有力工具，对于那些用其它信号处理技术无法解决的问题，人工神经网络的应用开辟了新的领域，许多ANN的算法和它们的应用已广泛的在自然科学的各个领域被报道，在这些网络模型中，多层感知器被认为是最有用的学习模型，广泛应用于脑电信号，心电信号的处理中。

20世纪80年代末， 90年代初，神经网络的研究在国际上形成一股热潮，其原因是由于神经网络可将人脑的智能原理应用来解决工程技术及社会管理的许多复杂问题。生物医学工程工作者采用神经网络的方法来解释许多复杂的生理、病理现象，例如：心电、脑电、肌电、胃肠电等信号的识别，心电信号的压缩，医学图像的识别和处理等。人工神经网络是由大量的简单处理单元连接而成的自适应动力学系统，具有巨量并行性，分布式存贮，自适应学习的自组织等功能，可以用来解决生物医学信号分析处理中，用常规方法难以解决或无法解决的问题，神经网络在生物医学信号检测与处理中的应用主要集中在对脑电信号的分析，听觉诱发电位信号的提取；用于Holter系统的心电信号数据的压缩算法；医学图像的数据压缩算法等等。这些应用大多数都是基于神经网络的多层前馈网络反向传播算法（即BP算法）训练三层网络， 该方法能解决许多信号处理中的难题，如语言合成与识别，视觉模式识别。从输出层开始，连接到第一隐层的连接权用如下算法校正：

ΔWij =ηδj Xj

Wij （ t + 1） = Wij （ t） +ηδj Xj

其中， Wij （ t） 对应时刻t输出层i到隐层节点j的连接权， Xj 隐层第j个节点的输出；η为学习率控制常数，δj是误差。

由于神经网络可以把专家知识和先验知识结合进一个数学框架来完成提取特征和分类识别等功能，而不需要任何对数据和噪声的先验统计假设，也不需要把专家知识和经验归纳成严密清晰的条文，所以最适应于研究和分析生物医学信号。

W igne分析不需要假设信号是静止的，比FFT及AR分析有更高的分辨率。限制Wigner分布分析应用的不利特征为它只适用于单一成分的信号，如果信号中两种或者多种成分同时存在，函数中将产生伪峰，成为交叉项。

经过应用数学界几十年的努力，维格纳分布的理论已逐步趋于成熟。进入20世纪80年代以来，许多学者采用维格纳分布对多种非平稳信号进行了分析。由于生物医学信号的非平稳性比较突出，因近年来国内外都有人希望采用维格纳分布来较好地表现它们的频率特性随时间的变化，特别对较微弱的电生理信号。维格纳分布在生物医学信号分析中的应用及发展主要包括生理节律、心电信号、血流速率波信号、体感诱发电位、超声多普勒信号、听神经电活动信号、声音信号、脑电信号、第一心音、心室晚电位、心率，血压和呼吸信号等方面。

3 前景展望

数字信号处理技术的产生和发展时间并不长，但由于其处理问题的特殊技巧和特殊效果已成为理论研究和工程实际应用中强有力的工具。生物医学信号是一种相当复杂的信号，其主要特点是随机性和噪声背景都比较强，随机性强是因为影响生物信号的因素很多。生物信号作为随机信号的显著特点是它的非平稳性，也即信号的统计特征随时间而变，这是因为生物系统在外因素的影响下具有适应力，使得信号的统计特征自动变化。背景强噪声是生物医学电信号的另一特点，从强背景噪声中提取有用信息并对信号的某些部分进行局部定位是医学分析和诊断所提出的要求，而数字信号处理技术的特殊处理能力使其在生物医学电信号的检测、分析和处理中显示出极大的优越性。我们相信随着数字信号处理技术的飞速发展，数

字信号处理这一新兴的理论也将不断地丰富和完善， 各种新算法、新理论将不断地被提出，可以预计，在以后的时间里，数字信号处理在生物医学工程中的应用将得到更快的发展。

参考文献

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[2] 何炳蔚. 具有程控增益的数据采集装置的开发[J]. 电子技术应用. 2014（11）

生物医学与生物技术 篇4

生物医学工程“专业英语”课程的教学改革与实践

作者：刘婷 王索刚

来源：《科技创新导报》2012年第26期

摘 要：目前许多高校的专业英语教学还停留在单纯传授知识的传统教学模式，教学手段单一，学生缺乏学习兴趣，如何提高学生的专业英语学习兴趣，使之能够学以致用是专业英语教师面临的重要问题。本文针对传统学生被动式教学模式的进行了教学改革，并提出“任务式教学”的改革策略。

关键词：专业英语 生物医学工程 任务式教学

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0176-01

生物医学工程作为理、工、医的交叉学科，是生命科学的重要支柱之一，集结了大量的国内外先进技术，许多专业文献、软件平台和仪器设备说明书均以英语撰写。因此，对于生物医学工程高年级本科生而言，专业英语的写作与运用能力对于进一步考研深造或工作需要都是十分重要的。然而，目前许多高校的专业英语教学还停留在单纯传授知识的传统教学模式，教学手段单一，学生缺乏学习兴趣，如何提高学生的专业英语学习兴趣，使之能够学以致用是专业英语教师面临的重要问题。我校生物医学工程学科在教育部“宽口径，厚基础，重素质”教学思想的指导下，开展了提高学生创新能力的教学改革，生物医学工程专业英语课程在此指导思想下，针对传统学生被动式教学模式的进行了教学改革，并提出“任务式教学”的改革策略。1 教学目的和内容

针对生物医学工程专业学生开设专业英语课程的目的是通过教学，使得学生能够掌握生物医学工程专业术语，熟练阅读相关科技文献，了解科技文献的结构并学会撰写英文摘要，提高学生的英文写作能力，以适应将来从事生物医学工程相关工作和科学研究的需要。

本学科专业英语课程教学内容分为两部分：（1）学科专业英语：满足学生进行专业研究需要、出国深造；（2）科技论文的翻译与写作：高年级本科生在毕业论文或毕业设计中要求撰写英文摘要，而在英文摘要中经常出现“中国式英语”、“语序错误”和“表达意思模糊”等错误。为了避免类似错误，本课程引入任务式教学方法，帮助学生理解和掌握科技论文的翻译和写作技巧，为学生今后投稿国际高水平英文文章奠定基础。专业英语任务式教学方法

以2008级本科生为例，说明如何通过任务式教学方法培养学生的专业英语应用能力。在科技论文的翻译与写作部分，应用1学时的时间向学生们介绍英文文献常用数据库和检索的方法。从学生上交的文献中，选取结构完整，内容与本专业其他专业课程相关的文献1篇由老师引导学生学习。例如，选定文献名称为Image-Guided High-Intensity Focused Ultrasound for Conduction Block of Peripheral Nerves（J.L.Foley，et al，2007），该文献与本学院超声医学研究方向相关。在文章正文的第一部分“前言（Introduction）”，作者介绍了高强度聚焦超声（High-Intensity Focused Ultrasound，HIFU）的定义以及HIFU和神经传导阻滞（Nerve

Block）方法在医学中的应用。在第二部分“材料与方法（Methods and Material）”中，首先图文并貌的介绍了图像引导的HIFU设备；然后阐述了在体动物实验的实现方法；最后详述了研究应用的组织学分析方法。在“结果（Results）”部分，文章按照“材料与方法”中对方法的介绍顺序，通过图示和表格依次显示对应方法得到的结果。在“讨论（Discussion）”部分中，对“结果”部分的内容进行详细的分析，讨论了实验中出现的问题及出现该问题的意义。最后，在“结论（Conclusions）”中，得到研究结论。

然后，提出课程任务：将学生分组（本专业2008级共50人，7～8人一组），在限定时间内，每组学生查询与教师给定论题相关的、本专业近5年发表的英文文献1篇。各组学生协同作业，翻译文献，并请学生在给定在掌握的科技文献的研究内容后，要求每组学生根据本组的文献制作多媒体课件，用英语向其他同学讲解科技文献的主要内容、研究方法及与生物医学工程的联系，发表自己的见解，教师和其他同学可就其中关键性问题提问并讨论。

通过任务式教学的训练，对学生对科技文献进行翻译与讨论，不仅加深了对英语科技论文的基本结构的理解，掌握对应于每一部分的写作内容及撰写英语论文常用的词汇和语句，提高学生专业英语的听、说、读、写能力。另一方面，使学生扩展生物医学工程专业的知识广度，有效地将本学科的专业课程知识与学科前沿知识联系起来，为本学院后序的课程设计、本科生毕业设计奠定了基础。结语

通过应用任务式专业英语授课模式，使学生变被动为主动，通过对生物医学工程专业科技前沿文献的阅读，了解生物医学工程的发展现状；利用简单的讨论，使他们用英文表达自己的想法，充分发挥学生的主观能动性。在教学过程中，我们认识到这种教学模式对任课教师提出了更高的要求：教师必须了解生物医学工程学科的前沿发展，把教学与科研有机地结合在一起，才能提高学生学习的兴趣，改进学习效果，提高英语水平。

参考文献

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生物医学与生物技术 篇5

科技的进步推动社会的发展，又推动各个领域的发展。在醫学领域，生物学和基因工程学在现代科学技术的推动下，产生了许多新的理论与概念。融合了生物学和基因工程学而产生的新兴学科——生物信息学，能够对数量庞大、结构复杂的生物信息组数据进行管理和分析。可以说生物信息学的出现是对现代医药学发展的一个巨大助力。现代中医学发展进入一个新的阶段。相对以前，人们对中医学的重视程度大大提升。中医学发展进入新的时期。将中医学与生物信息学进行融合，是对传统中医学进行的一次伟大尝试。生物信息学能够弥补中医学中在微观层次上研究的不足。中医学与生物信息学在现阶段如何进行进一步的融合，未来又有怎样的发展空间值得深入的思考。生物信息学应用到中医学领域，不只对中医学在临床方面的发展有着推动，在中医制药方面也有着巨大帮助。

1生物信息学发展现状

生物医学与生物技术 篇6

《免疫学基础与病原生物学》包括了医学免疫学、医学微生物学和人体寄生虫学等三门学科的知识。国内绝大多数中医药院校都将它作为中医药专业学生的一门专业必修课，凸显其重要性。本课程是一门十分重要的基础课程，同时也是桥梁课程，与中医药临床联系十分密切，可作为中西医结合的纽带，有助于中医药专业学生对现代医学的掌握和对传统医学的继承和发扬。早在三千多年前《黄帝内经》中就有记载正气存内，邪不可干。这从理论上奠定了中医学与免疫学紧密联系的基础；中医外感病邪的疠气往往与医学微生物学的细菌、病毒和真菌的感染有关；西周时期的《周礼·疾医》里描述四时皆有疬疾，而秋时有疟寒疾，其中描述的疟寒疾即是人体寄生虫学的疟疾。而且，随着现代医学发展和中医药研究的广泛开展，科学工作者发现某些中药具有很强的免疫调节与免疫增强的功能，可以保护免疫器官、滋养免疫细胞、调节增强免疫分子的活力，发挥抗感染、抗肿瘤等多种免疫作用。目前，中医药界已经从多种中草药中提取出具有广泛免疫作用的多糖，比如，甘草活性多糖具有抗感染、抗肿瘤的作用，还可广泛调节免疫功能，增强免疫活性，从根本上强身抗病，延缓衰老，健康长寿。从这些文献的记载可以看出，中医药与《免疫学基础与病原生物学》课程的联系十分密切。因此，中医药专业特别是中西医结合临床医学专业学生掌握好《免疫学基础与病原生物学》的理论知识和相关的实践技能，对于本专业学生未来学习中医内科学和将中西医有机结合会奠定良好的基础。

一、中西医结合临床医学专业《免疫学基础与病原生物学》的教学现状

通过对国内中医药院校中西医结合临床医学专业和相关专业《免疫学基础与病原生物学》课程的教学情况调查，我们发现在本课程的理论教学和实践教学方面存在诸多问题。一是由于中医院校学生要学习的科目多，学校教务部门在课程安排和设置上倾向于以中医学科和中药学科为主，而《免疫学基础与病原生物学》作为一门西医基础课，往往不能引起学校和学生的足够重视，加之在一些中医院校，很多专业都是将这门课作为考查课或选修课，因而不少同学都认为学习这门课程对以后的临床实践用处不大，因而学生学习本课程的积极性和主动性普遍不高；二是中医院校内西医基础课的课时数普遍不足，对于《免疫学基础与病原生物学》课程，大部分中医院校的中西医结合专业都只安排了60～72学时的教学学时（其中理论教学60～64学时，试验教学8～12学时），部分专业（如护理学专业）仅安排了48学时，而在西医院校中，临床医学专业和相关的临床专业都将本课程拆分为《医学免疫学》、《医学微生物学》和《人体寄生虫学》等这三门课程，往往安排的180～210教学学时。从学时安排上来看，中医院校《免疫学基础与病原生物学》课时数的严重不足使得本课程的理论教学和实践教学往往不能充分展开，而《免疫学基础与病原生物学》又是一门实践性非常强的课程，与临床医学各课程的联系紧密，因而是基础医学与临床医学的桥梁学科。本课程中医学免疫学、医学微生物学以及人体寄生虫的理论和基本技能在疾病诊断、预防和治疗方面往往需要大量的实验教学才能得到理解和掌握。然而在本门课程的实验教学学时安排方面，中医院校由于受课时安排不足的限制，往往仅仅安排12～16学时的实践教学，与西医院校安排的60～80学时的实践教学相比，仅为其五分之一，这使得本门课程的实践教学环节严重受限，极大地影响了学生对医学免疫学与病原生物学知识的理解和全面掌握。然而，期望像西医院校那样大规模增加《免疫学基础与病原生物学》教学的课时也不现实，这对于中医药院校的学生而言势必会大大增加他们的学习压力。因而要在较少的实验学时安排下提高《免疫学基础与病原生物学》的教学效果，对《免疫学基础与病原生物学》课程的教学改革就势在必行。

二、中西医结合临床医学专业《免疫学基础与病原生物学》教学改革的反思

1.确定课程定位，强化教学理念。随着社会对高素质中西医结合临床医学专业人才需求的增加，《免疫学基础与病原生物学》的课程功能应从原有的知识定位向着知识、技能和创新并重的定位转变。

2.加强教材建设，优化教学内容。教材是学校教育的经典，是课堂教学的范本。以中西医结合专业培养目标为导向，重新构建教材体系、优化教学内容，重新编写和出版供中西医结合临床医学专业教学使用的教材。

3.加强师资队伍建设，提高教师综合素质。高素质的中西医结合临床医生工作人员除应具备扎实的专业知识和专业技能外，还应有健全的人格和良好的人文素质。

4.基于综合性和创新性试验，加强学生实践操作技能和创新意识培养。目前医学院校开展的实验多为验证性实验，即由老师设计好，由学生按一定的程序实施让学生直接观察，由此来验证课堂所学理论。这种传统的、单一模仿式的实验教学，难以激发学生对实践课的学习兴趣及创造热情，缺乏开拓创新意识和创新能力，忽视了学生学习的主动性和积极性。国内大多数中医药院校开设的《免疫学基础与病原生物学》实践教学多是以验证性实验为主，而我校目前开设的《免疫学基础与病原生物学》实践教学也是如此。如：玻片凝集试验、补体溶血反应、病原微生物形态与结构观察、细菌代谢产物的鉴定等，而综合性实验和设计性实验开出率低；有些实验内容简单，实验方法落后，已经不能够适合于临床和科研应用，如：单向琼脂扩散法、双向琼脂扩散法5]。因而，改革实践教学的内容和教学方式意义重大。目前，综合性实验和设计性实验在实验教学改革、培养具备创新意识和创新能力人才方面应用广泛。所谓综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识，让学生综合运用所学专业知识而完成的复合性实验。综合性实验所涉及理论知识多，解决问题的能力不像验证性实验那样单一，要求的是要有综合能力。因而，对学生的要求比较高，学生不仅要掌握本课程的相关理论知识和实践技能，而且还要熟悉其他相关课程的知识，这有助于学生将学过的知识体系紧密联系起来，让学生在实验过程中综合运用各种知识来达到实验既定的目的和要求，变学生的被动学习为主动学习，极大地促进实验教学的效果。每次实验教师抽取一个小组对当前实验进展情况进行汇报，提出所遇到的问题，学生一起讨论给出解决方案。通过小组式教学能有效地促进学生之间的交流，加深对知识的理解，拓宽思路，达到更好的教学效果。在设计性实验过程中，学生要选择使用的实验材料，要自己配好试剂，实验的仪器要调整，操作、记录、结果分析等均由自己独立完成，其中每一步骤对学生来说都是全新的，充满挑战，容易调动学生的积极性和主动性。学生通过设计性实验的完成，不仅提高了查阅文献的能力，而且学到了传统教学中不做或由教师代做的许多实验方面的技能，对学生的动手能力和分析解决问题的能力会有很大的提高。设计性实验能使学生养成独立的分析、动手、反思、创新的精神，对培养科学研究的能力和应用型能力有很重要的作用。

生物医学与生物技术 篇7

生物医学信号其实就是人体内发出的光、电、声的信号, 但是基于人体内的特点, 生物医学信号与一般医学信号相比, 具有不同的特点, 比如:信号不强, 在母亲体内得到胎儿心电信号就非常微弱[1]。噪声较强, 由于人体本身信号不强, 加上人体是一个综合的复杂体, 所以, 信号非常容易遭受噪音影响。频率范围通常不高, 其中除了心音信号频谱有一点高以外, 别的电生理信号频谱都不高。随机性较强, 生物医学信号一方面是随机的, 同时也是平稳的。正是由于这些特点的存在, 让生物医学信号具有广泛的应用空间, 对许多医疗诊断具有重要意义。

2 小波变换在医学中的应用

2.1 在电脑信号方面的应用

在传统的临床电脑影像分析中, 基本是采用目测标注的模式来进行, 这种方法容易让工作人员疲劳, 并且误差很大, 造成临床上多导EEG的“特征提取”与“数据压缩”始终处于主观处理上[2]。在分析过程中, 窄窗口用于分析高频, 宽窗口用于分析低频, 这种分析方法体现了相对带宽频率分析与适应变分辨分析思想, 有效的克服了上面的缺陷, 有效的提升了信号及时处理途径。 (1) EEG信号检测:在以往的瞬态检测中, 通常是利用傅立叶变变换和匹配滤波的方法来进行, 但是, 后者在检测中需要相关信号的支持, 前者一般只对有周期性并且能持续发出的信号有效。而小波变换检测具有突出局部特征的能力, 对短时瞬变的低能量较为有效, 而且不需要提前先验知识。利用小波变换中的多尺度分析, 可以参照EEG中的棘慢波、伪差等不同尺度的表现来实现对异常波的检测。 (2) EP信号检测:因为小波变换利用的基波的频率分辨率和时间各不相同, 因此小波变换也使用于别的非平衡信号。在进入2010年以来, 采用小波多分辨分析来提取诱发电位, 在提高信噪比、减少刺激回合数等方面都研究已经向前迈进了一大步, 在不久的将来有实现诱发电位单词提取的可能。

2.2 在心电信号处理中的应用

ECG作为生物医学信号的重要组成部分, 是非常适合利用时间尺度与时频来进行分析的。众所周知, P、T、QRS就是ECG信号的组成部分, 在这个组成中, 各波的频率特性有所不同。通过以上的分析可以得出, ECG是一种具有明显时间尺度与时频特征的生物医学信号。 (1) ECG信号检测。QRS波群的检测方法多种多样, 常用的主要有:面积法、阈值法、斜率法等[3], 这些方法在使用过程中具有很多的弊端, 如果遇见干扰严重等情况时, 通常错误率较大。在最近的一些检测中, 有的工作人员将小波变换引入到了ECG信号特征值的获取和识别中, 而且对于解决上面的弊端起到了非常明显的作用。 (2) ECG晚电位检测。当下, 在累加平均是许多晚电位分析仪器检测采用的主要手段。Meste有效的利用了小波变换对晚电位获取进行了讨论。

2.3 生物医学信号的处理方法

生物医学信号处理是研究从被干扰和噪声淹没的信号中提取有用的生物医学信息的特征并作模式分类的方法。生物医学信号处理的目的是要区分正常信号与异常信号, 在此基础上诊断疾病的存在。近年来随着计算机信息技术的飞速发展, 对生物医学信号的处理广泛地采用了数字信号分析处理方法:如对信号时域分析的相干平均算法;对信号频域分析的快速傅立叶变换算法和各种数字滤波算法;对平稳随机信号分析的功率谱估计算法和参数模型方法;对非平稳随机信号分析的短时傅立叶变换、时频分布 (维格纳分布) 、小波变换、时变参数模型和自适应处理等算法;对信号的非线性处理方法如混沌与分形、人工神经网络算法等。

3 光学技术在癌症诊断中的应用

在癌症诊断应用中, 将光线安装在可以自由转动的仪器上, 利用光在移动中碰见组织而反射的路径, 这时, 光的许多特征就可以为观察者提供许多的人体内在结构观察窗口。光学人体扫描仪主要是为了定位、诊断、识别人体内部患处的问题, 对患者内部相关部位进行照亮, 让观察人员了解到患处与周围内在结构之间的不同之处, 进而实现有效的诊断。

自体荧光技术;在癌症诊断中, 光谱技术很早的已经得到了使用, 主要起源于光动力学质量研究阶段。在70年代左右, 众多癌症专家都在尝试着将光敏荧光法应用到癌症诊断中, 并且取得了理想的效果。但是, 利用这种技术进行诊断时, 患者必须提前注射抗光敏药物, 但是, 这种药物存在着很多副作用, 所以, 这种诊断方法不能大量使用。为了克服这种诊断的弊端, “自体荧光法”检测激光诱导的肿瘤组织自体特征荧光的方法得到了许多人的关注。

国内一些专家进行了大量的共振喇曼光谱、血清自体荧光实验研究、进行了许多的统计分析, 通过波长激光对患者的血清处理变化, 观察自体荧光的信号变化与共振喇曼峰二者之间有无明显差异性, 进而对癌症患者进行诊断。实验结果说明:食道癌、胃癌、胰岛癌等癌症患者在经过血清激光作用治疗后, 喇曼光谱有明显的差异性[4], 并且荧光信号强度在降低, 荧光峰发生了变化, 变化幅度与正常人相比要大得多。

一些癌症学者又通过自体荧光体侧检测系统在结肠镜下测量获取组织自体荧光光谱, 在对光谱进行判别分类时, 是采用的多元判别法。实验的实验结果显示:所采用的多元判别法可以依靠很高的特异性与灵敏性来分别肿瘤组织和正常组织。

4 结语

综上所述, 伴随着研究的深入, 理论研究更加成熟、通信系统和医学图像归档相续出现、家庭医疗保健器材快速发展、远程医疗诊断需求不断提升, 对医学信号的图像增强、分析处理、压缩、去噪等多方面提出了相应的要求, 在这种背景下, 通过现代分析方法和传统分析方法的结合, 足以满足未来发展的需要, 而生物医学信号技术的出现, 对未来的医疗检测与诊断具有非常重要的促进作用。

参考文献

[1]张阳德, 周以, 李小莉.基于生物医学信号处理技术的医疗检测与诊断[J].中国医学工程, 2005, 01:52-55.

[2]李国峰.基于生物医学信号的体域网低功耗设计与研究[D].吉林大学, 2011.

[3]王鸿雁.信息技术在生物医学工程中的应用[J].赤峰学院学报 (自然科学版) , 2010, 09:165-167.

生物医学与生物技术 篇8

关键词： 医学生物化学    教学改革    创新型医学人才

医学生物化学是运用化学原理和方法从分子水平探讨人体生命现象本质的重要基础学科和前沿学科，是医学主干课程之一，也是医学各专业学生学习免疫学、病理生理学及药理学等后续课程的基础。随着生物化学突飞猛进的发展，生物化学的研究内容已不仅仅局限于新陈代谢，还包含大分子结构、功能、生物合成及基因表达调控等当今发展前沿——分子生物学的相关内容[1]。作为医学相关专业的学生，除掌握与医学有关的物质代谢、能量代谢、生物转化等基本知识之外，更重要的是学好分子生物学的基本理论，如核酸、蛋白等生物大分子的结构和功能，代谢调节机制及基因表达调控等，同时联系临床的常见疾病，能够在分子水平上认识病因及致病机制，加深对其诊断、治疗原理的理解。目前，培养医学创新型人才已成为高等医学院校教学工作的重要任务。由于医学生物化学的理论性与基础性，其教学对医学创新人才的培养发挥着非常重要的作用。

生物化学理论性强，代谢途径错综复杂，在基础医学课程中是最抽象、最难懂的学科之一[2]。在当前的教学中，学生反映知识点多并且抽象难以理解，若只靠死记硬背的学习方式，则效果很差。怎样在课堂教学中激发学生学习兴趣，化抽象的理论为具体的实例，在传授知识的同时注重培养创新能力？笔者结合在医学生物化学教学中的实践，总结了三点体会，以期抛砖引玉，探索培养创新型医学人才的创新性教学方式。

一、聯系临床实际讲解生物化学的基础知识

医学生物化学课堂教学中要注重基础理论知识和临床实际的联系[3]，通过联系使抽象的基础理论知识变得具体生动，同时激发学生思考，提高学习兴趣，变被动接受知识为主动学习。实例一：蛋白质变性。在讲解蛋白质变性时，先介绍变性的概念，蛋白质变性指的是蛋白质空间结构的破坏。由于前面已经学习了蛋白质四个层次的结构，这一概念不难理解。接下来强调蛋白质空间结构和功能的关系，蛋白质作为一切生命活动的体现者，其功能的发挥离不开空间结构，空间结构是生理功能的物质基础。在此基础上很容易理解蛋白质变性必然蛋白质导致生理功能的丧失。阐述至此，同学们虽有了一定的理解，但还是比较抽象，接下来设问：导致蛋白质变性的因素有哪些？蛋白质变性在临床实际中有没有应用？重金属为什么危害很大？误食了重金属怎么治疗？通过问题引导学生思考，合理讨论后教师再总结。导致蛋白质变性的因素有物理和化学因素。高温、紫外、酒精和碘伏等都能起到灭菌的作用，原理是这些因素都可以使蛋白质变性。误食了重金属是非常危险的，因为重金属可以导致我们体内的蛋白质变性。那么应该怎么办？当然是除去摄入消化道的重金属。怎么除？可以用食物中的蛋白质中和，所以必须立即喝大量富含蛋白质的食物如牛奶、豆浆等，再催吐洗胃。通过和实际的结合，同学们发散了思维，使知识变得具体生动，同时对蛋白质变性的概念有了更深刻的理解。

实例二：蛋白质结构和功能的关系。蛋白质结构和功能的关系很抽象，应该结合具体的实例讲解。镰刀状红细胞贫血症是一种在地中海地区发病率较高的单基因遗传病。患病者的血液红细胞表现为镰刀状，其携带氧的功能只有正常红细胞的一半。接下来设问体内什么蛋白携带运输氧气？为什么携氧能力降低？最终总结镰刀状红细胞贫血症是由于血红蛋白HbAβ链第六位的谷氨酸突变成缬氨酸。这一个氨基酸的突变，由带正电荷的谷氨酸突变成疏水性的缬氨酸，导致血红蛋白空间结构的改变，氧结合能力变低。进一步引申阐述蛋白质一级结构中的某些部位氨基酸很重要，是关键部位，如果突变成性质完全不同的氨基酸，就会导致空间结构和功能的改变，这是很多疾病发生的分子基础。

教师在教学过程中应该注重基础生化知识和和临床实际的结合。通过联系临床实际理解基础理论知识。通过精心设计提问和适当讨论发挥学生的主体作用，激发其学习兴趣，加强对知识的理解和运用。

二、寓辩证唯物主义的自然哲学观于具体生物化学知识点的讲解

生物化学知识点多，理论性强，学好这门课程必须建立在深刻理解的基础上。在具体的教学工作中怎样突出知识间的联系，构建学生的知识结构体系是课程教学改革要探索的课题和培养医学创新型人才的需要。自然科学的具体知识中蕴含着基本的哲学原理，哲学是自然科学的高度概括。在医学生物化学的教学实践中，适当结合辩证唯物主义的一些基本理论讲解可以帮助学生更深刻地理解知识并建立知识间的横向联系。

实例三：蛋白质结构层次及生物学功能的阐述。生物大分子结构和功能是医学生物化学教学的重点，其中关于结构和功能的关系，比较抽象，难以理解。在阐述蛋白质一级结构和高级结构及功能的关系时，先通过牛核糖核酸酶的变性和复性试验，说明一级结构是空间构象的基础，一级结构中含有折叠成特定三维空间结构的信息。进而上升到内因和外因在事物发展中的作用，一级结构即多肽链中氨基酸的排列顺利是蛋白质最终折叠成特定三维结构的内因，是决定性因素，但蛋白质特定三维空间结构的形成还需要一些外部因素，对于牛核糖核酸酶的复性，其外因就是去除尿素及β-巯基乙醇。最终牛核糖核酸酶折叠成正确的空间结构是一级结构（内因）和外界环境因素（外因）共同作用的结果。内因是主导因素，是一事物区别于他事物的内在本质，所以一级结构相似的蛋白质具有相似的空间结构及功能，蛋白质的结构和功能的千差万别，归功结底是由于蛋白质中氨基酸排列顺序的千变万化。在事物发展过程中处于支配地位，对事物发展起决定作用的矛盾，叫做主要矛盾。在事物发展过程中处于从属地位，对事物发展不起决定作用的矛盾，叫做次要矛盾。一级结构中关键部位的氨基酸残基是形成特定空间结构的主要矛盾，所以这些部位的氨基酸较其他部位的氨基酸残基更重要，也是进化过程中的保守位点。一旦这些部位氨基酸（主要矛盾）发生突变，如HbAβ链的第6位谷氨酸突变为缬氨酸，即导致血红蛋白的空间结构和结合氧功能发生改变，导致镰刀状红细胞贫血症。蛋白质中处于次要矛盾的氨基酸残基发生突变一般不会导致疾病，一定频率的突变是生物进化的基础。

实例四：对于生命信息的阐述。任何信息不能独立存在，都要有物质基础，生物体的遗传信息主要储存在DNA分子中。介绍遗传信息的储存，传递及表达时要突出物质是信息的载体。遗传信息的储存形式就是基因中四种碱基的排列顺利。通过DNA的复制（碱基互补配对原则）把遗传信息从亲到传递到子代。通过基因的表达把DNA中碱基的排列顺利解码成蛋白质中氨基酸的排列顺利，从而形成成千上万种具有不同空间结构及功能的蛋白质。

通过结合哲学的基本原理讲解生物化学中的基础知识，能启发学生的思考，建立知识的横向联系，达到融会贯通，并树立辩证唯物主义的自然观和世界观，从而提高学生的综合素质。

三、知识的传授过程中注重创新性思维的培养

在教学工作中，熟练地传授知识是非常容易实现的，但学生创新思维能力的培养是非常难以实现的。通过引出问题、类比及假设等讨论逐步培养学生分析问题、解决问题的能力。

实例五：关于遗传信息的储存、传递和解码。遗传信息主要储存在DNA中的，但到底是怎么储存的，可以结合IT技术做类比讲解。计算机中信息最终是以0和1的形式存储的，0和1的排列顺利就是信息。生物体DNA链中四种碱基的排列顺利就是遗传信息。那么是怎么传递的呢？DNA的双螺旋结构就蕴含着复制的原理，通过碱基互补配对，一份子的亲代DNA能复制成两分子一模一样的子代DNA分子，完成遗传信息的传递。关于遗传信息的解码，这个过程很复杂，就像电脑硬盘中的0和1怎么变成文字、声音及图像呢？我们需要一系列的软件对原始信息进行解码，最终输出成我们能看懂的信息。生物体遗传信息解码的过程就是把DNA中的碱基排列顺利转换成蛋白质中氨基酸的排列顺利。四种碱基怎么能编码20种氨基酸，这里可以引导学生思考：设想如果一个碱基对应一个氨基酸，那么四种碱基只能编码4种氨基酸。如果两个碱基组合对应一种氨基酸，也只能编码16种氨基酸。那三个碱基组合对应一种氨基酸呢？这样就有64种密码子，完全可以编码组成蛋白质的20种氨基酸。更多的碱基组合编码一种氨基酸就不经济了，是对遗传信息的浪费。通过这样的提问和思考，我们推算出生物体三联体密码子的编码方式。64种密码子对应20种氨基酸，肯定存在几种密码子编码同一种氨基酸的情况，这为密码子规律的学习打下基础。教师应精心设计教学方案、层层设问，在课堂教学中充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，在学习知识的同时注重思维能力的锻炼。

结语

教学工作不是简单的知识传授，以上三点是笔者在教学实践中的总结，是对创新型教学改革的理解和实践。在今后的医学生物化学教学工作中，还需不断探索，逐步提高教学质量，培养具备基本生物化学知识机构体系、创新性思维和辩证唯物主义自然哲学观的创新型医学人才。

参考文献：

[1]黄诒森，侯筱宇.生物化学与分子生物学，第3版.

[2]马佳，陈昌杰，夏俊，等.医学生物化学病案式教学改革探讨[J].基础医学教育，2011年7月，13（7）：613-615.

[3]文朝阳，韩玉英，何丽明，等.案例式教學法：医学生物化学课程学习与临床应用的桥梁[J].首都医科大学学报：社会科学版，2009（s）：271-273.