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英文名称：Beijing Biomedical Engineering
主管单位：卫生局
出版周期：双月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：16开
国际刊号：1002-3208
国内刊号：11-2261/R
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发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1981
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中文核心期刊(1992)
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关键词：生物工程；人工生命；组织工程；人工组织；人工器官
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.22.095
0 引言
从广义层面上来说人工生命即为具备有人的生命指征、功能、结构以及外在形象的人工制造系统，是人对于自然生命的一种模拟与拓展。广义上的人工生命是多门学科合并之后的产物。一般认为人工生命学科是由生物科学技术与工程科学技术所结合而产生出的一门学科。下文将主要就针对材料技术型生物医学工程与组织工程、人工生命间的相关性，以及材料技术型生物医学工程、组织工程、人工组织及器官展开具体的论述。
1 材料技术型生物医学工程
此种工程学科的主要研究目标即为各类生物材料及人工器官组织，其中就涵括了组织工程学科。在此方面研究工作中涵括有材料科学、生物科技、化学、信息技术、计算机技术、医学以及生命科学等多门学科的基础知识。
生物材料也就是对于生物体进行临床诊治以及将其受损组织器官替换下来，亦或是增强人体某一部分功能的材料，因此就必须要求其能够植入到人体当中并不出现排异反应，确保活体细胞可以在此材料之上自然生长。生物材料亦可被视作构成人工组织与器官的核心材料。生物医学材料在未来一段时期的主流发展趋势，即为给予组织工程的发展提供优势特性显著的活性生物材料，应确保其具备良好的生物相容特点；亲水特性；性；预防组织粘附特性；抗炎特性；抗凝特性等。以保障活体细胞能够在所制成的人工材料上生长并对病变组织起到良好的改善、恢复效果，使之免疫识别与生物催化性能得以有效提高。
依据生物医学材料的属性可将之主要划分为以下几种：
（1）无机非金属生物材料。①同人体组织力学间具备良好的相容性，同时还可改善组织生长的材料。②具备人体有机以及无机结构的复合型材料。
（2）金属生物材料。①毒性较低，弹性模量更加符合入骨特点的合金材料。②各种植入人体当中的器械材料，如较为常见的人工关节、种植牙、心脏支架等。③接入性诊治所采用的医疗器械设备如官腔支撑架、引导丝等。
（3）生物医用高分子材料。①可将血液之中的毒副物质吸出的材料。②能够在临床上应用于免疫性病症治疗的材料。
2 组织工程与人工组织
目前临床上所面临的主要医学问题当中主要就包括了组织与器官的衰竭、损伤，而临床上在应对此类问题时所较常采用的措施方法主要包括以下三方面：
（1）自体移植。由人体自身的部分组织来对损伤位置进行修复，例如，对面部皮肤大面积烧伤患者进行面部手术修复时通常会取其自身大腿位置的皮肤来进行修复损伤组织。
（2）异体移植。例如，某患者在遭遇意外事故时，家属自愿将其身体部分组织如眼角膜、肾脏等组织捐献给有需要的人。然而此种情况时常会出现异体组织的兼容性问题，同时需要被捐助的人员与每年的捐献人数相比差距过大，供体不足情况十分显著。
（3）人工器官。这种方式能够彻底解决供体不足的情况，但是其目前所存在的问题也是十分显著的即异体反应与感染情况十分明显，绝大多数的患者在接受器官移植后都是应各类感染致死。
对此人们也就设想若是能够采用母体细胞以及生物降解材料在人体当中构建起新的组织器官，也就是进行结构组织，代谢组织以及细胞系统的重新建构。目前这一设想已经不再是仅存在于人们脑海之中的假想，而已经走进了现实生活当中，可以预见组织工程的发展必将会促成这一设想的实现。
当前，组织工程研究的主要内容即为：适宜的母体细胞来源；能够为细胞粘附生长提供空间的细胞外基质；可应用在促进细胞组织再生长的因子；以及组织间的相容性。
开展组织工程通常会应用以下三种策略：（1）细胞以及生物材料的杂化体系，例如由小块活体组织将特异细胞分离出来，通过体外扩散增大之后种植于生物相容性较好同时能够生物降解的聚合物所建立起的多孔支架当中，在体外培养一段时间后可将细胞和支架结构置入于患者体内；伴随着组织缺损部位的重新构建，聚合物将会逐渐降解并消失。（2）仅具备生物降解材料体系，借助于生物生长方式促使细胞成长为多孔支架结构，在通过增殖、分化来产生为相应的组织结构，并且与周边组织相整合。例如采用珊瑚骨加支撑的羟基磷灰石陶瓷，其孔隙架构与人体骨架构极为接近，可被应用在骨组织工程支架中。（3）细胞体系，经过移植的细胞经由生物过程演变为微结构。
3 结束语
总之，从广义性的角度上来说人工生命必须要基于工程科学技术、生物科学技术以及生物工程科学技术的基础上。因而大量的工程、生物以及生物工程均是广义上的人工生命科学技术基础。材料技术型生物医学是工程的研究对象主要是生物材料与人体的各个身体器官。组织工程则是借助于生命科学以及工程科学的基础理论与方法，来探究并开发出具备修复以及改善人体组织器官功能的新型临床应用取代物，也就是人工组织，因而材料技术性生物医学工程以及组织工程也便是生物工程人工生命的基础。
参考文献：
[1]杨国为，陈国江，涂序彦等.广义人工生命的科学基础（Ⅱ） --生物工程基础[J].计算机工程与应用，2013（09）.
关键词：3D打印；生物医学工程；发展现状
前言
三维打印（Three Dimension Printing，简称3DP）属于一种快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术，它由计算机辅助设计（CAD）数据通过成型设备以材料逐层堆积的方式实现实体成型。“三维打印”在技术界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分层制造”等[1]。三维打印起源可追溯于上世纪八十年代，1984年查尔斯・赫尔发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术，并于1986年成立了3D Systems公司，开发了第一台商用立体光敏3D打印机，1988年，斯科特・克伦普发明了熔融沉积成型技术（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，随后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先进的两家3D打印公司。我国清华大学颜永年教授于1988开始研究3D打印成型技术，华中科技大学王运赣教授以及西安交通大学卢秉恒院士等，纷纷于上世纪90年代起就开始涉足3D打印成型技术的研究。
1998年，清华大学的颜永年教授又将3D打印成型技术引入生命科学领域，提出生物制造工程学科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印设备，为制造科学提出了一个新的发展方向--生物制造。生物制造的一个重要手段即是生物3D打印。生物三维打印是以活细胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）为基本成形单元，设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构，是制造科学与生物医学交叉融合的新兴学科，它是目前3D打印技术研究的最前沿领域，也是3D打印技术中最具活力和发展前景的方向[2，3]。
1 3D打印技术的分类
目前比较典型的3D打印快速成形技术主要分为三种[4]：
1.1 粉末粘结3D打印光固化材料3D打印与熔融材料3D打印
粉末粘结3D打印是目前应用最为广泛的3D打印技术，其工艺过程如下：首先，在工作平台上均匀铺洒单位厚度的粉末材料；其次，依据实体模型离散层面的数字信息将粘结剂喷射到粉末材料上，使粉末材料粘结，形成单位实体截面层；再次，将工作台下降一个单位层厚；最后，重复第一步至第三步，逐层堆砌，形成三维打印产品。其存在缺点是，通过粉末粘连成形的零件精度和强度偏低，一般需要后续工艺提高其强度，但后续处理工艺会导致零件体积收缩，变形严重。
1.2 光固化3D打印（光敏三维打印）
该技术使用液态光敏树脂作为原料制作零件模型，光敏材料三维打印成形基于喷射成形技术和光固化成形技术，喷头沿X方向往复运动，根据零件的截面形状，选择性喷射光固化实体材料和光固化支撑材料形成截面轮廓，在紫外光照射下光固化材料边打印边固化，层层堆积至制件成形完毕。但其应用于骨骼类产品打印的主要缺点是，当前具有生物活性的骨骼类材料如羟基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需与光敏材料混合使用，因此影响产品的生物活性在打印后将受到很大影响。
1.3 熔融材料3D打印成形
熔融材料三维打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）专利技术，分别加热两种丝状热塑性材料至熔融态，根据零件截面形状，选择性涂覆实体材料和支撑材料形成截面轮廓，并迅速冷却固化，层层堆积至制件成形完毕，其原理与光敏材料3D打印成形类似 [16]。目前熔融材料三维打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有机盐配置而成的骨水泥，不需要额外添加紫外光照射固化所需的光敏介质，有利于保证材料后续的生物相容性和生物活性。但由于挤压式喷头的喷嘴处压力大，容易造成阻塞现象，因此对喷嘴和材料浆料的粒径要求较高。
除三维打印外，应用比较广泛的商业化快速成形工艺还包括立体光刻成形（SLA）、选择性激光烧结成形（SLS）堆叠、实体制造（LOM）、熔融堆积成形（FDM）等，但这些工艺大多需要配备价格昂贵的激光辅助系统，且成型工艺实质上还是类似于上述三种材料叠加-固化技术。因此，三维打印技术被认为是最具生命力的快速成形技术，发展潜力巨大，在医学中的应用前景广阔，其推广应用将对传统的医疗产品生产模式带来颠覆性的影响。
2 三维仿生重构建模技术的发展
基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要研究内容之一。3D打印生物构件的实现首先需要在计算机环境下有效重构和建模，生成可用于驱动打印喷头的指令数据进而操控成型设备实现产品成型。随着医学影像技术的发展，人体组织的二维断层图像数据可以方便地获取以进行医学诊断和治疗。但是，二维断层图像只是表达了某一截面的解剖信息，医生可以凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系，可三维打印设备却无法根据这些断点数据进行立体三维成型，因此，基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要前驱步骤。
由于CT或MRI等检测设备扫描得到的二维图像信息不能直接用于快速成型，只有通过专用软件将二维断层图像序列重建为三维虚拟模型，并生成为快速成型机可以接受的STL（Stereo Lithography）格式图形文件，才能最终制造出生物产品三维实体模型。近十多年来，欧美等发达国家的科研机构对于医学图像三维重建的研究十分活跃，其技术水平正从后处理向实时跟踪和交互处理发展，并且已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站和虚拟现实结合起来，代表着这一技术领域未来的发展方向。
在市场应用领域，国外已经研制了三维医学影像处理的商品化系统，其中，比较典型的有比利时Materialise公司的Mimics、美国Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在国内，中国科学院自动化研究所医学影像研究室自主开发的3D Med是基于普通微机的三维医学影像处理与分析系统，系统能够接收CT、MRI等主要医疗影像设备的图像数据，具有数据获取、数据管理、二维读片、距离测量、图像分割以及三维重建等功能。清华大学计算机系研发的人体断面解剖图像三维重构系统能给外科手术中的影像诊断提供一定的参考。中国科技大学在应用Delphi开发三维重构软件的研究上取得了很好的成果。国内企业也研发了一些三维医学影像处理系统。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高级图像处理软件”于2005年4月投入市场。它能对二维医学图像进行快速的三维重建，并能对临床影像的数据进行科学有效的可视化和智能化挖掘和处理，为临床提供更多有价值的信息。但目前国外优秀软件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的价格非常昂贵，且其技术严格保密。国内的产品大多没有自主知识产权和成熟的商业应用模式。
3 3D打印技术在生物医学工程中的应用
3D打印技术在生物医学工程中应用广泛，其应用领域大致包括：体外器官模型、仿生模型制造；手术导板、假肢设计；个性化植入体制造；组织工程支架制造；生物活体器件构建以及器官打印；药物筛选生物模型等。如图1所示为3D打印在生物医学工程中的各种应用情况[5-7]。
3.1 体外器官模型、仿生模型制造。该类应用主要用于医疗诊断和外科手术策划，它能有效地提高诊断和手术水平，缩短时间、节省费用。便于医生、患者之间的沟通，为诊断和治疗提供了直观、能触摸的信息，从而使手术者之间、医生和病人之间的交流更加方便。
3.2 手术导板、假肢设计。该类应用便于订制精确的个性化假体，实现个性化医疗需求。根据患者缺损组织数据量身订制的假肢，可提高假肢设计的精确性，提高手术精确度，确保患者的功能恢复，减少患者的痛苦。
3.3 个性化植入体制造。人体许多部位的受损组织，需要个性化定制。如人类面部颌骨（包括上下颌骨） 形态复杂， 极富个性特征， 形成了个体间千差万别的面貌特点。人类的头颅骨，需要准确与颅内大脑等软组织精确匹配扣合，人体的下肢骨、脊柱骨等会严重影响患者今后的步态及功能恢复。因此这类修复体可通过3D打印技术实现个性化订制和精确 “克隆”受损组织部位和形状。
3.4 组织工程支架制造。如通过3D打印技术设计和制备具有与天然骨类似的材料组分和三维贯通微孔结构，使之高度仿生天然骨组织结构和形态学特征，赋予组织工程支架高度的生物活性和骨修复能力。
3.5 生物活体器件构建以及器官打印。此方面的应用大多涉及活体细胞的生物3D打印技术。细胞三维结构体的3D构建可以通过活细胞及其外基质材料的打印构建活体生物器件。如英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作，首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能。美国康奈尔大学研究人员最近在其发表的研究论文中称，他们利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。
3.6 药物筛选生物模型。药物筛选指的是采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（采样）进行生物活性、药理作用及药用价值的评估过程。作为筛选，需要对不同化合物的生理活性做大规模横向比较，因此有研究人员指出通过3D打印技术，精确设计仿生组织药物病理作用模型，可以使人们开在短时间内大规模高通量筛选新型高效药物。最近，四川大学联合加州大学圣地亚哥分校等科研机构，通过3D打印技术设计了一款肝组织仿生结构药物解毒模型（如图1-c），该研究成果发表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究领域的广泛关注。
3D打印在生物医学工程中应用：（a）3D打印磷酸钙骨组织工程支架； （b）3D打印细胞、活体器官构件；（c）3D打印肝组织仿生结构药物解毒模型。
4 结束语
三维打印技术正处在蓬勃兴起的阶段，3D打印技术在生物医学工程中得到了广泛的应用，其应用以及发展现状表明：3D打印在体外器官模型、组织工程与再生医学、个性化医疗以及新药研发等方面展现出广阔的应用前景。抓住生物材料及植入器械的三维打印技术新一轮发展浪潮，发展我国生物三维打印技术，对发展我国生物材料医疗器械产业步入国际先进水平具有十分重要的意义。
参考文献
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[关键词]课堂教学 实验设计 课程设计 工程实践 人才培养
近年来，随着计算机技术和电子技术的飞速发展，单片机与嵌入式系统产品以其高性能、低功耗、应用方案灵活、成本低廉等诸多优点，在工业控制、军事国防、航空航天、网络通信、消费电子等行业发挥着重要作用，广泛应用于各个科技领域和日常生活的每个角落。在生物医学工程专业，嵌入式系统在生理参数测量、传输、监测，在完善医疗辅助设备，以及研发新型医疗仪器等方面都有着重要应用。
本文针对生物医学工程专业本科生，在单片机嵌入式系统课程教学过程中存在的问题，提出了一系列教学改革措施，改善工程实践性很强的课程教学效果，使学生在有限的时间里获得最大的收获，在嵌入式系统应用和设计等方面获得丰富的实践经验。
一、单片机教学实践中存在的主要问题
嵌入式系统开发的难度较大，门槛较高，往往要求研发者具备良好的软硬件知识和设计、开发、调试、测试技能，以及扎实的专业知识。如何培养出具备扎实的基础理论知识和实践开发能力的高素质研究型人才是学校嵌入式教学的首要任务[1]。
单片机与嵌入式技术课程知识结构复杂，涉及的内容繁多，实践性强。大学生如果能够掌握相关技术，就能成为满足实际研发需要的复合型工程技术人才。但是目前大学嵌入式人才培养和教学与企业科研需求之间存在一定的偏差，造成学生的创新精神和实践动手能力不足，导致理论学习与人才需求出现了脱钩[2，3]。主要问题表现在：
（1） 授课内容过时、枯燥，不能紧跟嵌入式技术最新发展现状，不能满足实际需要；
（2） 对嵌入式操作系统的讲授和配套实验内容严重不足；
（3） 综合设计性实验较少，不注重学生的综合应用能力培养；
（4） 实验设计内容单一，不具备研发价值。
二、教学改革实践
作为全国最早开设生物医学工程专业的学校，单片机教学始终是最重要的专业选修课之一，目前课程以ARM-V4版的RM7TDMI-S内核为核心，以飞利浦公司的LPC2000系列单片机为应用目标，在教学内容、互动教学、实验设置、创新实践等方面进行了积极的探索和研究，使传统的专业实践课程焕发出新的光彩。
（一）坚持理论与实践相结合的教学模式
大学学习内容应该以理论学习为主，尤其是针对32位ARM单片机，必须搞清楚ARM7内核的基本结构，7种处理器工作模式的定义及特点，标准32位ARM指令和16位的Thume指令使用，主要寄存器与基本外设定义等知识点，学习理解这些基本概念对于掌握32位ARM单片机的工作原理，举一反三，进而熟悉相关单片机应用技术提供了重要的基础理论保障。
在程序设计方面采用大量程序设计实例，在讲授程序设计思想的同时加速理解汇编语言使用方法，初步学习C交叉汇编语言程序设计方法，为后续硬件系统实验奠定基础；在讲述硬件系统设计时，围绕单片机主要外设类型，不拘泥于具体单片机型号，以不同外设的基本工作原理和控制寄存器为主要内容，同时增加应用实例，提高学习兴趣和学习效果；在课程配套实验设计方面，更加关注实验教学模式和实验内容设计[4，5]，从操作技能学习到认知技能学习，按照学生实践技能学习基本规律，设计实现了7个共16个课时的实验内容，包括了IO接口、基本外设，操作系统移植，数字信号处理，综合系统设计等实验内容，涵盖了嵌入式单片机系统主要技术要点，使学生在有限时间里就可对单片机应用技术有一个较全面的学习和能力培养。
（二）利用优势资源，丰富教学内容
针对课程实践性很强的特点，我们结合学校科研项目，对嵌入式系统在医学仪器设计应用方面进行了卓有成效的实践，突出了课程教学的实用性，强化了学习内容的工程观念，取得了很好的教学效果。
我们将多参数生命参数监护系统设计引入课堂教学，其硬件单元主要包括生理数据采集、ARM内核、人机接口、SD卡存储器、GPRS、GPS、电源管理等模块，系统从温度传感器电路等模拟电路设计，到大容量锂离子电池优化和电源模块设计，从系统数据存储结构设计，到远程通讯规约设计、地理信息使用。在介绍这些软硬件功能模块基础上，再引入嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，按照设备依赖性、关键性、紧迫性等任务划分原则构成一套多任务系统，逐步引入任务设计、时间管理、中断管理、内存管理、进程管理与同步，资源同步、数据管理等关键知识内容，使学生在6-8个课时内学习熟悉一种实际应用系统设计方法，加深对所学知识和应用环境的正确理解。
（三）重视互动教学，追求质量卓越
由于课时的限制，大量增加实践教学内容是有一定困难的，为了能够达到预期教学目标，增加了课程设计的内容，希望通过课外阅读和研究，巩固嵌入式单片机的教学内容，增强学生对嵌入式系统在日常生活中的应用技能，课程设计的完成质量则要通过PPT答辩互动，师生共同评分进行保障，使单个设计内容通过交流互动达到全体共享，互相学习的目的。
课程设计包括三个设计任务，2人一组，每组选择一个任务题目进行研究设计，表1是部分课程设计题目，任务要求如下：
表1：单片机与嵌入式系统课程设计任务选编
①完成一项有关单片机及嵌入式系统在日常生活方面应用的项目设计，要求有明确的设计目标，具体可行的设计参数和可能达到的技术指标。
②针对一种嵌入式操作系统进行深入的介绍和移植方法的研究。要求内容包括内核特点，进程管理，内存管理，移植方法、BSP（board support package）编程等。
③针对多种嵌入式操作系统进行深入的对比研究和综述，选择4种以上的操作系统，主要从任务调度机制，数据同步和通讯机制比较，内存及数据架构与管理，支持的硬件功能，中断管理，实时性，市场份额，发展前景等多项参数进行对比研究。
通过2个月时间的研究准备，在学期末进行全体师生共同参加的课程设计答辩会，由一位同学进行PPT讲解，另一位同学负责回答质询问题。考核成绩按照20分标准，由全体同学打分，并与教师分数加权计算后再进行归一化处理，使答辩评分更加客观合理。
（四）结合学科竞赛，加强实践创新人才培养
单片机的教学可以贯穿于整个高年级教学实践活动中，在课程教学之外，通过鼓励学生积极参加电子创新类学科竞赛，鼓励学生进入实验室进行创新科技活动，在具体科研实践中使学生获得更多更丰富的专业知识，进行科研能力的培养[6]。
在大学生创新实验项目“超声注射药物溶解加速器”研发过程中，小组5名同学从系统的设计思想、模块规划、硬件构成、功能设计、软件设计等项目内容进行了深入的研制工作，以MSP430单片机为主体，构建了包括反馈采样、键盘显示，频率合成、高频功率放大、匹配电路和超声换能器等组成的系统硬件，仅软件程序就达450余行，系统通过药物对比实验，对整个加速溶解系统进行了综合测试，取得了明显加速药物溶解的效果，并取得了国家发明专利授权。
在“生物医学工程教学仿真人系统”项目中，利用单片机技术模拟产生人体真实生理信号，通过对生理信号进行采样，预处理，无线发射到主机模块，并通过LabVIEW设计上位机多参数生理监护软件，实现了经人体生理参数动态采集显示。该系统设计思想来源于医学仪器课堂教学，最终通过将其回馈应用于课堂教学和实验教学，对学生的理论知识起到了积极的作用。
三、小结
嵌入式系统是一个朝气蓬勃、发展迅速的专业领域，人才稀缺，门槛较高，针对目前课堂教学与实践教学存在的种种不足，我们深刻体会到必须改变单一的课堂教学模式和刻板的被动灌输式教学方法，在课堂教学中我们注意到既要重视基础理论内容的教学，在有限的课时内使学生得到一个完整的单片机与嵌入式系统知识体系，为科研实践提供有力的知识保障。同时，作为实践性很强的课程教学，我们利用一切可利用资源用于教学，将教师科研成果引入教学，通过具体科研项目案例强化学习内容的工程观念；利用课外学时增加课程设计内容，采用项目导向式教学方法，实现了交流互动，资源共享，共同进步的教学目标；利用各类电子学科竞赛和开放实验室，使单片机科研实践贯穿于整个人才培养阶段，在具体科研实践中使学生获得更多更丰富的专业知识，进行科研能力的培养，实现了全阶段立体式创新人才培养。
[参考文献]
[1]黎斌，《单片机原理与接口技术》课堂教学探讨，考试周刊，2012年第4期。
[2]陈淑洁，单片机实践教学存在的问题与对策，实验室研究与探索，VOL.30，NO.9，Sep.，20l1。
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[5]李秀娟，张晓东，鲁可，张杰，“嵌入式系统"开放实验室建设与实践，实验室研究与探索，VOL.3O，NO.5，May，2011。
[关键词]合成材料；医用纺织品；生物相容性；过滤；渗透
中图分类号：TS106 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0101-01
目前，使用具有可吸收和生物活性聚合物制得的纤维织物，已在组织工程上使用。随着生物医学工程技术的进步，传统整形使用的硬件材料受到了巨大冲击。高性能纤维材料、先进的制造工艺和独特的织物结构设计正成为医用纺织品的选择。据纤维基医用制品厂家（如Biomedical―Concordia公司）的预测，医用纺织品在组织修复植入和再生医学领域有着巨大的应用潜力。这主要涉及如下几个方面：矫正整形手术，心脏血管手术，泌尿/妇产科手术，再生植入手术，普通手术等。
1 高端医用合成材料的纤维原料及织物种类
1.1 纤维原料
合成医用材料的纤维原料根据其在使用时是植入性材料还是非植入性材料可以分为可吸收纤维材料和非可吸收纤维材料。可吸收纤维材料有聚羟基乙酯（PGA）、聚L一乳酸（PLLA）以及PGA和PLA的共聚物（PLGA），其他共聚高分子，如聚已内酯（PCL）、三甲基碳酸酯（TMC）和聚乙二醇（PEG）等。非可吸收纤维材料包括PET、PP、聚醚醚酮（PEEK）、聚四氟乙烯（PTRFE）、超高相对分子质量聚乙烯（UHMWPE）等。
1.2 织物种类
1.2.1 非织造布
医用纺织品使用的非织造布种类涉及纺粘（SB）、熔喷（MB）和使用短纤维为原料的梳理型非织造布。
1.2.2 编织结构织物
编织物的规格包括：圆形实心带、中空无芯带、管状带、扁平型带和附加轴向纱的编织物等。
1.2.3 针织网材
针织网材采用平幅经编和圆机纬编工艺，编织纹路设计十分重要。医用制品对针织网材的性能，诸如平均孔隙尺寸、单位质量、厚度、撕裂强力、伸长、顶破强力、刚性和悬垂性等均有严格要求。针织网材较之于非织造布具有更好的弹性、扩展性能、回复性以及良好的撕裂强力，显示出较好的组织支撑能力。圆机织物的管状结构有较大尺寸适应性，其直径可膨胀亦可紧缩，有利于医用纺织品性能的发挥。目前针织网材已用于手术网、疝气修复、整型和化妆手术网等领域。
1.2.4 其他制品
一些厂家，如美国Concordia公司，有多年的纤维加工经验，可以根据用户和临床的要求，选择如变形纱、卷曲纤维、切断纤维、梳理纤维片等原料加工成适用的医用制品。
2 高端医用合成材料的用途
2.1 高性能单丝的医疗用途
2.1.1 动脉血液过滤器
动脉血液过滤器是在胸外科手术中，经过纯化、氧合、恒温的循环血液进入人体的最后一道过滤。因此说过滤器介质的选择和最适宜的设计，有助于降低病人的出血、血凝、炎症的发生和整个系统的供氧及pH值的控制。瑞士Sefar公司开发出用于心肺机的过滤介质，即“Medi FAB 07/40”系列。使用PET或PA单丝编织，织物结构孔隙为40um，空隙占有率25%，纱线直径为34um。“Medi FAB 07/40”过滤介质已在动脉血液过滤器中使用，在临床中作为―个暂时性的替代心肺功能的装置，以维持生命的体外循环系统。临床结果显示，“Medi FAB 07/40”具有良好的使用性能，主要表现在：最低的压力降，最小的启动灌注体积，装置外部尺寸小型化和制造成本可以被市场接受。与现有使用中的滤材，如非织造布、膜材料和复丝织物比较，单丝织物过滤介质更具有商业化价值。
2.1.2 透析器过滤介质
医用透析使用的泵过滤器，其作用是捕集循环系统中可能出现的颗粒状物质。该防护性过滤器结构通常采用直径50mm的圆盘形式的过滤介质，经硅质垫圈密封后配置于透析泵上。Sefar公司开发的新型过滤材料“Peaktex”，采用PEEK为原料，单丝直径为38―500 um，过滤材料为双层单丝织物，单位质量285 g/m2，厚度480um，空气透过率2000 m3/m2・h[2]。
2.1.3 医用可植入材料
PEEK单丝织物作为人体可植入材料，具有良好的挠性和耐磨性，特别是其生物相容性、稳定的化学结构，展现了良好的临床效果。目前已用于人体植入临床使用的PEEK单丝的强力在33―75 daN/mm，伸长为20%―40%，使用温度250℃，干湿态相对强力比为100%。
2.2 UHMWPE纤维在医用领域的使用
自2004年UHMWPE――Dyneema纤维用于医用缝合线以来，UHMWPE在医用领域的综合医疗性能越来越被人们所认识。作为新一代独具特色的医用材料，其特性主要表现在如下几个方面：①Dyneema Purity纤维是专门设计的、用做人体可植入的材料，纤维品质和生产工艺完全符合S010933/ISO13458的要求，并得到美国FDA认证；②单位体积的强度性能符合可植入材料制品微型化的条件；③Dyneema Purity纤维有较高的刚性，兼具十分良好的柔韧性，可在整型手术中有效地强化定位功能；④Dyneema Purity纤维的耐疲劳性和耐磨性好，具有长时间承载动态负荷的能力，适应心脏血管手术医用器具的性能要求；⑤Dyneema Purity纤维具有生物相容性，是理想的医用人体可植入材料[3]。
2.3 功能性熔喷非织造布在呼吸器上的使用
通过添加生物活性剂的方法，制取具有生物活性的熔喷纤维网，为呼吸器提供高效捕集微生物的过滤介质，对于人类抵御病菌源、健康防护具有重要的现实意义。波兰Lodz大学与国家劳动保护研究所合作开发了生物活性熔喷非织造布材料。该产品使用PP为原料。生物活性剂于螺杆挤压机的喂入区注入，熔体加热温度274―280℃，热空气温度295℃，热空气消耗量9 m3/h。生物活性熔喷非织造布材料的面密度为lO一200 g/m2，单丝直径2.43 um，其过滤吸附性能通过气溶胶一石脑油雾测试评估，吸附性能良好[4]。
2.4 纤维基增强复合材料在医用领域的应用
英国Invibio公司开发了两种PEEK新产品，其一为PEEK―Optim/碳纤维增强复合材料，另一种为具有影像对比度的PEEK―Optima/碳纤维增强复合材料。两种复合材料已用于人体植入、血管、骨骼修复等。PEEK―Optima/碳纤维复合材料具有十分良好的耐磨性能，与其他生物材料相比，其抗弯刚性更接近于人的骨骼，是整型材料的上佳选择。同时该材料亦表现出比较优良的外部负荷的均匀分布承载性能，以及应力冲击的弱化功能。此外，具有影像对比度的PEEK―Optima/碳纤维复合材料。由于注入射线阻隔添加剂，可以使用专门的方法，在手术后，通过观察植入物的部位。可观察修复部位状况，有效控制治愈的过程。PEEK―Optima碳纤维的复合增强系列产品可用于关节结合处、脊椎等部位的坏损修补。
结语
我国医用纺织品生产已初具规模，但低风险性产品占绝大比例，与高端医用纺织品研究开发非常薄弱的现状形成了鲜明的反差。鉴于高性能医用纤维制品涉及到原料、高聚物成形、纤维加工和医学工程设计等诸多学科，整个生产链很长，要全程技术引进显然是十分困难的。考虑到我国有全球最大的需求群体，靠进口或合资生产，是可以缓解一下需求上的压力，但终究不是长久之计，还是应该有―个可持续的技术进步理念。
参考文献
关键词：数字图像处理 计算机三维重建 应用
中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0066-01
数字图像处理技术是指应用计算机对数字图像信息进行处理，涵盖了计算机科学与技术、数学、光物理学等多个领域。数字图像可以小到电子显微镜的图像，大到遥感图像、航空照片或者天文望远镜的图像，因此在生物医学工程、工业、农牧业、国防军事、多媒体等方面都有着十分广泛的应用。物体三维重建是数字图像处理的重要内容。人眼看到的世界是三维立体的，但是传统照相机、CCD或者CMOS图像传感器获取的图像都是二维平面的，不具备深度信息。这种二维成像系统限制了人类对真实世界中复杂的物体的感知和理解的能力。计算机三维重建的出现，突破了传统二维成像系统的局限，重建后的图像直观、逼真，可任意旋转、逐层剥离以及定量分析，显著提高了人类对世界的认识理解能力。
1 计算机三维重建
计算机三维重建是利用计算机数字图像处理技术根据真实场景的数据重建出具有准确几何信息和照片真实感的三维模型，并可进行多角度显示的技术。这些精确的三维模型，不仅能用于场景可视化和虚拟漫游，还可以满足数据的存档、测量和分析等更高层次的需求，尤其适用于辅助教学、生物医学工程、医学诊断、航天、工业测量、地理信息、数字文物和古建筑、电子商务等多种领域。
计算机三维重建方法有两种：一种是利用精密的硬件设备，如激光扫描仪、深度扫描仪等，直接测量出物体表面点的三维坐标。这种方法是直接对三维物体的空间信息进行处理，精度较高，但是设备要求极高，因此极大地限制了该技术的使用。另一种是通过相机或摄像机获得二维数字图像，然后通过数学模型计算出物体的三维结构。后一种方法数字图像容易获得，但重建结果易受到其他因素的影响，本文就此方法展开研究。
2 二维数字图像的三维重建
2.1 二维数字图像的获取
二维数字图像的获取包括物体外观图像的获取和物体内部图像的获取。物体外观图像的获取通常通过2台以上照相机或摄像机从不同角度拍摄，比如3D电影的制作。物体内部图像的获取，通常为断层扫描或连续切片成像，比如计算机X射线断层扫描（CT）、激光扫描共聚焦显微镜（CLSM）成像、生物标本连续切片的显微成像等。
2.2 二维数字图像的预处理
二维数字图像通过三维成像软件来处理，不同领域有各自适用的软件，比如：3D Studio Max，适用于广告、影视、工业和建筑设计、游戏的三维成像和动画；Amira，Mimics，适用于识别生命科学和生物医学数据；Oasis montaj，适用于地球物理勘探、钻探、地球化学勘探等。软件对图像经过增强、图像定位校正和图像分割等预处理后进行三维重建。
图像增强：现在的数字成像技术，基本可以得到分辨率高、清晰度好的图像，但如果前期成像较模糊，可以通过对比度增强、Gamma校正、锐化或噪声消除等方法进行处理，以突出目饲域。
定位校正：多台相机或摄像机从不同角度拍摄的物体外观图像、生物标本连续切片的显微成像由于不能准确定位，还需进行图像定位校正。
图像分割：在对图像的研究和应用中，人们往往仅对图像中的某些特定的、具有独特性质的区域感兴趣，这些区域称为目标或前景（其他部分称为背景）。可根据灰度、颜色、纹理和形状等提取感兴趣目标，从而把图像分割成若干互不交迭的区域，并使这些特征在同一区域内呈现出相似性，而在不同区域间呈现出明显的差异性。常用的分割方法有：基于灰度阈值的图像分割、交互式图像分割、基于活动轮廓或者形变模型的分割等等。针对不一样的图像和待分割的图像特点，可以选择不一样的分割方法。图像分割是图像处理的基本前提，同时也是一个经典难题，到目前为止还没有一种图像分割方法是通用的。
2.3 图像的三维重建
二维数字图像的三维重建技术有两种：表面绘制和体绘制。举例而言，你站在一辆汽车前，只能看到外观，但无法观察到车子内部的结构如发动机，这是表面绘制；假设汽车和车内中的结构都是半透明的，就可以同时看到所有的细节，这就是体绘制所要达到的效果，即三维透视。表面绘制是表示三维物体形状最基本的方法，可以提供三维物体形状的全面信息。它是从数字图像中抽取一系列相关表面，并用多边形拟合近似后，再通过传统的图形学算法显示出来。体绘制是依据三维体数据，将所有体细节同时展现在二维图片上，可以在一幅图像中显示多种物质的综合分布情况，并且可以通过不透明度的控制，反应等值面的情况。该方法特别适合于云雾、流体、大脑软组织、气体等无固定形状的体数据图像的生成，产生的图像真实感强。
3 面临的问题
二维数字图像的三维重建是数字图像处理技术十分活跃的研究方向，虽然这一领域的发展十分迅速，但仍有一些方面是需要进一步提高。（1）提高计算精度：图像分割是人工手动完成，然后通过数学方法来实现，这涉及到个人知识熟悉程度和计算精度，如果个人经验不足，或者计算精度不够，则图像效果不符合客观实际，不一定能够达到人眼识别的舒适度。因此，基于专业知识的图像分割标准化方面还有待进一步研究。（2）计算精度和处理速度之间的矛盾：图像处理需要巨大的数据运算，运算量远大于文本处理，所以在提高运算精度的同时还要考虑提高运算速度。（3）计算机三维重建是研究工具，必须加强交叉学科间的联合研究，才能够在推广应用上取得进步。
参考文献
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【关键词】白芍总苷；临床应用；制剂；研究进展
【中图分类号】G446 【文献标识码】A 【文章编号】1004—7484（2013）11—0100—01
白芍总苷（total glucosides of paeonia，TGP）是从中药白芍（Paeonia lactiflora pall）饮片提取的总苷，是白芍中具有生理功效成分的混合物，其中芍药苷的含量占总苷的90% 以上。以白芍提取的有效成分芍药苷为主要成分的帕夫林，已作为第一个治疗风湿性关节炎的抗炎免疫调节中药应用于临床，疗效显著[1]。至今，TGP的研究和应用绝大多数集中在治疗风湿免疫疾病及调节免疫功能方面，但最近也有TGP在心血管、皮肤等病变方面的治疗与研究报道，本文综述了TGP近年来在此方面的研究与应用，旨为相关疾病的治疗提供依据。
1 治疗慢性荨麻疹
邹氏以白芍总苷联合依匹斯汀治疗慢性荨麻疹三组共60例，有效率90%，且不良反应少[2]。孟氏以白芍总苷联合咪唑斯汀治疗慢性荨麻疹40例，有效率90%，疗效明显好于对照组[3]，盛氏以地氯雷他定联合白芍总苷治疗慢性荨麻疹30例，结果治疗组的疗效（60%）显著好于对照组（33.3%），且无明显不良反应[4]。任氏检测给予白芍总苷治疗的慢性荨麻疹患者（30例）治疗前后血清IFN-γ、IL-4、IL-17水平，结果治疗后患者血清IL-4、IL-17的浓度较治疗前显著降低（P
2 治疗银屑病
孙氏以白芍总苷联合一清胶囊治疗寻常型银屑病56例，有效率89.3%，显著高于对照组（P
3 治疗散发型白癜风
叶氏以白芍总苷联合吡美莫司治疗散发型白癜风45例，结果白芍总苷联合吡美莫司能促进散发型白癜风患者皮损恢复，改善外周血CD4+/CD8+T细胞比值，提高CD4+/CD25+调节性T细胞水平[8]。
4 治疗干燥综合征
蔡氏以白芍总苷联合甲氨蝶呤治疗干燥综合征60例，治疗组有效率83.3%，与对照组差异显著（P
5 治疗附睾淤积症
陈氏用微波联合白芍总苷治疗附睾淤积症27例，总有效率92.59%，表明微波联合白芍总苷是治疗附睾淤积症的一种有效方法[10]。
6 治疗慢性肾炎蛋白尿
谢氏以白芍总苷联合氯沙坦甲治疗慢性肾炎蛋白尿33例，结果治疗前后尿蛋白定量明显下降，治疗组较对照组下降的更显著（P
7 对心肌重构的影响
韩氏研究白芍总苷对盐酸异丙肾上腺素、左旋甲状腺素诱导所致的心肌重构的影响，结果表明白芍总苷具有一定的抗心肌重构作用[12]。
8 治疗掌跖脓疱病
贾氏以阿维A联合白芍总苷治疗掌跖脓疱病30例，结果有效率87%，明显高于对照组（68%），差异显著（P
9 脂质体和注射制剂实验研究
李氏以逆向蒸发法研究制备了白芍总苷的脂质体制剂，获得了平均粒径为498nm的圆球状单室脂质体，在4℃贮存稳定[14]。刘氏采用柱层析分离、纯化，制得纯度较高的白芍总苷，通过单因素、正交试验选出提取溶媒，考察成型工艺，制成注射用白芍总苷冻干粉[15]。
总之，白芍总苷的临床应用与剂型拓展，扩大了中药白芍的应用领域。随着应用与研究的深入，白芍将更好地为人类健康作贡献。
参考文献：
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[关键词] 心动过速；室上性；胺碘酮；普罗帕酮；老年；肿瘤；
[中图分类号] r541.7+1 [文献标识码] a [文章编号] 1674-4721（2012）12（c）-0075-03
室上性心动过速（svt）包括房性心动过速、心房扑动、房室结折返性心动过速（avnrt）及房室折返性心动过速（avrt），是临床上常见的心律失常类型之一，症状取决于心室率、潜在心脏疾病、室上速的持续时间、患者的自我感觉[1]。老年肿瘤患者因手术应激、疼痛、尿管、胃管刺激等因素影响易发生室上性心动过速，该群体大多耐受能力下降，svt发生时往往症状较重，常伴有血流动力学改变，有潜在致命风险，故临床上对老年肿瘤患者svt的发作应积极治疗，快速终止其发作。本研究对采用机械刺激兴奋迷走神经无效后患者分别静脉注射胺碘酮、普罗帕酮终止svt，若无效再采取两组间药物互相联合，观察用药后的疗效、安全性，现报道如下：
1 资料与方法
1.1 一般资料
选取2006年7月～2012年7月在本院门诊或住院svt发作的老年肿瘤患者，将无法通过机械刺激终止并已排除器质性心脏病史共56例患者按就诊顺序随机分为胺碘酮组和普罗帕酮组，分别进行胺碘酮、普罗帕酮静脉注射治疗，若单一用药无效，则两组间药物互相联合静脉注射。胺碘酮组共32例，其中，男15例，女17例，年龄60～82（69±8）岁；普罗帕酮组共24例，其中，男13例，女11例，年龄63～85（70±11）岁。病例入选标准：年龄≥60岁，未长期规律口服抗心律失常药且已确诊的svt老年肿瘤患者，同时除外下列疾病：心肌缺血、心功能不全和室内传导障碍者；甲状腺功能异常；严重的肝肾功能不全；未控制的严重慢性阻塞性肺部疾病；qt间期大于0.5 s[2]。两组患者性别、年龄、血压、心室率、室上性心动过速分类、原发病比较，差异无统计学意义（p > 0.05），具有可比性。
1.2 治疗方法
1.3 观察指标
2.2 心率、血压变化 胺碘酮、普罗帕酮治疗后对心率、收缩压和舒张压的影响
具体见表2。
2.3 不良反应
胺碘酮组窦性心动过缓2例，静脉炎1例；普罗帕酮组窦性心动过缓1例，偶发室性期前收缩1例。两组不良反应停药后均可恢复，差异无统计学意义（p > 0.05）。联合用药后出现窦性心动过缓1例，ⅰ度房室传导阻滞1例，低血压状态1例，停药后未予处理，自行恢复。
3 讨论
svt根治的方法为射频消融术，大多数老年肿瘤患者无法接受，但该患病群体对室上性心动过速耐受性差，对机械刺激兴奋迷走神经仍无法终止的患者必须选择一种治疗效果好、不良反应少的抗心律失常药物及时终止svt。
胺碘酮是ⅲ类广谱抗心律失常药物，作为多通道阻滞剂，除阻滞ⅰkr、ⅰks、ⅰkur、背景钾流（ⅰkl）外，也阻滞ⅰna、ⅰca-l，延长心肌细胞动作电位时程，延长复极时间，延长有效不应期，在目前临床广泛应用于各种室性及室上性心律失常，不足之处是心外副作用较多，主要是肺毒性和甲状腺功能异常，外周静脉给药时易发生静脉炎，可能与其分子中含碘有关[3，5]。本研究中胺碘酮转变svt有效率为78.1%，治疗的有效率与普罗帕酮相比差异无统计学意义。首次使用时剂量易于掌握，使用安全，尤其适合于急症时应用。因本研究对观察对象的入选标准，且累计用量少，观察时间短，未出现严重不良反应。
普罗帕酮是ⅰc类抗心律失常药，通过阻滞心肌细胞快na+
通道的开放，减慢心肌传导，有效地终止钠通道依赖的折返[6]，但与开放和失活状态的通道亲和力大，因此呈使用依赖性。本研究中其治疗svt有效率为79.2%，结果显示其对于本研究入选的正常心功能老年肿瘤患者安全有效，但对存在器质性心脏病尤其对缺血心肌敏感，易诱发致命性心律失常（心室颤动、室性心动过速）[7]。
对两组患者单一用药无效后，再采取两组间互相联合用药治疗，可进一步提高疗效，总有效率达98.2%，而且并未监测到严重不良反应，显示两种药物联合安全有效。但本研究局限于已排除器质性心脏病患者，且治疗后观察时间短，对患者远期疗效和预后影响未知。在临床应用中处理svt时根据患者有无器质性心脏病史、血流动力学是否稳定等有选择地应用胺碘酮、普罗帕酮，必要时两种药物联合可以安全有效地控制老年肿瘤患者室上性心动过速的发作。
[参考文献]
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[中图分类号] R541.7+5 [文献标识码]A [文章编号] 1005-0515（2010）-12-024-01
性早搏(房早)是心房内异位起搏点提前发生的激动。房颤是一种以心房不协调活动而导致的心房机械功能恶化为特征的快速心律失常。两者都是临床上常见的心律失常。房颤的危害主要有：①潜在的血栓栓塞，以脑栓塞为主，致残率高；②恶化心脏功能，如心房丧失泵血作用，心排血量降低；③降低生活质量，由于心室搏动极不匀齐，患者易感觉心慌、乏力等不适。房颤早期治疗疗效尚可，但反复发作后可形成难治性房颤，所以了解房颤诱发的因素和机制有重要意义。
1 房性早搏是心房颤动的始动因素
房颤绝大多数由器质性心脏病引起，极少数无明确病因[1]。人群研究显示，孤立性房颤的发生率占所有房颤的比例不到1.2%。
孙艺红等的研究显示：225次房颤中，210次均由房早诱发；诱发房颤的早搏联律间期较未诱发房颤的早搏联律间期缩短25ms。研究认为相当一部分房颤是由心房内某一特殊的异位起搏点触发的[2]。王兴德等的研究显示：50例患者的290次房颤发作的心电触发因素中，房早占86.2%；触发房颤的房早联律间期比为触发房颤的房早联律间期缩短40ms以上[3]。因此探讨房早诱发的房颤具有重要的临床价值。
2房颤的相关机制分析
房颤是一种多因素共同作用下的病变，其病因主要有①神经内分泌因素（手术、代谢紊乱、药物、酒精等）②心脏结构病变（心肌炎症、心肌肥厚、瓣膜病变、纤维样变等）③肺部疾病（肺心病、肺栓塞等）④其他（遗传等）。
目前，房颤的发生机制倾向于触发机制和维持机制的共同作用。大量的研究支持心房基质异常在维持房颤中的作用[3]。而触发机制在房颤的发生与维持中也起了非常重要作用；房早、房速、房扑等因素均可触发房颤，其中房性早搏是最重要因素之一[4]。房颤前频繁的房早刺激心房，可能导致心房急性电重构，房内传导时间延长，容易折返而始动房颤。
触发房颤的房早联律间期缩短表明心房不应期的延长，这时，心房肌的有效不应期、相对不应期、易颤期都相应延长[5]，房早来的越早，越易落入心房肌的易颤期或落入折返窗口中而增加房早诱发房颤的概率[6]。
房颤发生前的频发房早可能通过刺激心房，使得电活动在心肌中扩布，从而形成折返和微折返而诱发房颤。
3小结
目前我们对房颤的机制认识还非常有限，但临床数据表明，我们可以从房性早搏入手，来预防和治疗早期房颤，从而提高患者的生活质量和生存率。
参考文献
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