生物醫學工程概括范文
時間:2023-12-21 17:38:59
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篇1
1臨床醫學工程專業課程體系的調整
1.1醫學院校臨床醫學工程應用型人才培養目標醫學院校的臨床醫學工程應用型人才以醫療設備的全程技術管理、信息系統的維護、影像工程科等為主。通過4年專業學習,學生對于醫療儀器有比較深入的了解,側重于理論的應用,能夠對儀器進行基本的保養、維護和一般性維修;對于儀器的醫學應用比較了解,在醫生和儀器提供者之間起橋梁作用,承擔部分儀器的高效使用、改造等任務。同時也可以成為醫學儀器生產廠家的運行、維護、安裝、研發等專業技術人才。
1.2專業課程以原理為基礎,兼顧應用堅持“重人品,厚基礎,強能力,寬適應”的人才培養模式[5],接受先進的理論和技術。專業課程設置可分以下幾大類:醫學儀器與圖像處理類,包括電路、數字圖像處理、傳感器等;微機原理以及應用類,包括單片機、計算機原理及應用、醫學信息系統等;醫學基礎類,包括系統解剖學、生理學等;生物醫學工程專業課程,包括生物力學、生物材料、醫學傳感器等。教學以“學為主,教為導”的方法,采取啟發式、討論式教學[6]。授課以原理為基礎,不要求復雜的公式推導,但是要有定性的概念,例如超聲探頭高頻低頻的應用差別。由于設備更新換代很快,無需糾結于某個特定型號的設備并研究其具體功能,應概括性介紹醫學設備的應用。開設理論教學與實地教學相結合,與醫院合作,組織學生到醫院參觀學習,請相關業務人員介紹醫療儀器和系統的軟件以及硬件設備,及其實際運行情況,使學生有更直觀的認識。
1.3引入醫療器械風險管理的概念,加強學生醫療風險意識在基礎專業課程教學的同時,引入醫療器械風險管理的概念。表1為制造商對某設備風險的可能性評估。表格左列為危險的可能性分類,首行為危險的嚴重性分類,陰影區是可用性測試工程師優先考慮的內容。風險分為R1、R2、R3、R4、R5、R6等6個等級。醫療器械的風險管理貫穿于產品的整個壽命周期,在設備的使用過程中仍可能存在,因此醫療工程人員需要具有醫療風險意識。在教學中,引入醫療器械風險管理的概念,讓學生了解醫療環境下多種因素都有可能造成醫療設備的使用風險,同時讓學生感到學習臨床醫學工程在醫院工作“有用武之地”。
1.4以研帶教,直觀認識醫療風險在理論學習的基礎上兼顧研究和應用,培養學生科研能力的同時,加深學生對醫療風險的認識程度。例如,我們對RFID標簽在高磁場下應用的安全性進行測評[7-8],通過實驗發現,13.56M無源RFID標簽作為患者標識,在1.5T磁場下持續使用對自身安全正確使用沒有影響,但是其可能影響核磁成像的信號及噪聲水平,形成偽影,見圖1。由此可見,通過簡單的研究發現臨床環境中風險因素隨時可能被引入。開展創新性研究實驗,在培養學生思維邏輯能力、分析解決問題的能力以及科研實踐能力的同時,提升學生對臨床醫學工程專業的興趣,更有利于學生今后的擇業意向。
2結語
篇2
關鍵詞:生物醫學光電檢測;交叉學科;教學模式;原理概念;創新思維
一教學體系的構建和優化
生物醫學光電檢測是應目前學校教學改革的需求,結合現今生物學、醫學及光學等多門學科交叉融合發展的現狀,而面向大學本科三年級學生開設的專業課程。該門課程涉及的內容相當廣泛:綜合了一般醫學與生物學的檢測技術——光學顯微技術、電子顯微技術、X射線影像檢測技術、超聲檢測技術、核磁檢測技術和太赫茲檢測技術等;所呈現的內容新,處于自然科學研究領域的前沿:涵蓋了包括近代物理學、化學、數學、生物學、醫學和生物化學領域等的多項研究成果和最新進展;相關的參考資料如專業書籍、雜志和相關文章數量眾多,內容豐富;與多種檢測技術相關的檢測儀器種類多,發展迅速,相應的教學內容具有一定的工程化技術化的特點;相比本系開設的其他專業課程如《波動光學》、《激光原理》、《信息光學》和《光通信技術》等,該門課程的開設時間較短。因此如何根據本門課程的特點,合理有效地開展教學工作,達到開闊學生的視野,加強學生對基本原理、概念的認知能力,提高學生對相關問題的思考能力和理解能力,培養學生工程化能力、多學科綜合能力和創新思維能力的目的,就成為了本門課程的教學目標和重中之重。為此,筆者根據擬定的教學大綱和教學內容,進行了教學體系的構建和優化,內容包括教材的選取、教學內容的調整、教案的準備和教學要求的制定等。筆者首先進行了教材的篩選。在眾多教材和參考書中,筆者選取了2014年清華大學出版社出版的,由黃國亮等主編的《生物醫學檢測技術與臨床檢驗》[1](清華大學985名優教材)一書作為教材,另考慮到近年來激光技術與生物學技術的緊密結合,將1995年由湖南科學技術出版社出版的,由向洋編寫的《激光生物學》[2]和2010年由中國農業科學技術出版社出版的,由段智英等編寫的《激光生物學效應研究》[3]兩本書中的部分章節選入作為補充教材。之后在教材內容的選取上,以生物醫學檢測技術和激光生物學技術為兩大板塊,進行了教學內容的調整和取舍:生物醫學檢測技術的主要教學內容包括多種成像檢測技術和光譜檢測技術;激光生物學技術的主要教學內容包括了激光工作原理及特性、激光生物學作用原理和激光的安全防護等。以這些內容為教學重點,做到教學體系的完整性和合理性。在此基礎上,結合教材內容和相關的參考資料[4-13]準備手寫教案,并同時進行多媒體教學課件的準備,完成教學前的準備工作。值得一提的是,在準備多媒體課件的過程中,筆者在網上搜集了大量的與該課程有關的圖片、視頻和PPT等,并對這些資料進行了分析、整理和整合,融入到自己所制作的課件中,力爭做到課件信息量大、形象直觀,讓學生記憶深刻。在教學過程中,舉出豐富的事例對學生進行知識點的講解,并遵循知識點隨機提問,進行課堂討論,增加與學生的互動;向學生提出合理的學習要求:上課之前預習教材內相關章節內容,課堂記筆記,課后復習;積極思考課堂提問,認真完成課堂作業、課后作業,學有余力且對相關知識感興趣的學生可參考筆者提供的參考資料收集相關內容進行學習。另外參考國外的教學方式,為了讓學生了解平時學習的重要性,相應設計出了多元化的考查方式,將平時成績在總成績中所占的比例提高到了50%,平時成績為上課點名、課堂提問、課堂測驗和平時作業等成績的加權平均,而期末考試成績只占總成績的50%,這從另外一方面也減輕了學生的考試壓力,有助于增強學生學習的興趣,提高學生學習的能動性。除此而外,筆者在課后收集學生對每堂課的教學反饋意見,實時調整教學中的部分內容,根據學生感興趣的內容,查閱該領域該部分內容的最新進展,增加相應的教學量,提高教學質量,優化教學體系。總之,教學體系的構建和優化涵蓋了教學活動中的所有環節,對于有效開展課堂教學非常重要。
二教學內容的選擇和系統化
在教學體系的構建和優化中,教學內容的選擇、教學內容的系統化是一個非常重要的部分。該門課程的內容廣泛,參考資料豐富,如何有側重地選取教學內容,保證教學內容的系統化有一定的難度,因此筆者在備課和教學的過程中,對該門課程的教學內容進行了精心的選擇和安排,力爭做到以教材為藍本,突出教學重點,注重基本概念和基本原理的理解,注重光、機、電、軟件的結合,注重檢測技術和儀器運用的結合,注重工程化與技術化的結合,注重理論和實踐的結合,實現教學內容完整性和系統性的統一。以顯微技術一章為例,自從1665年胡克發表了用顯微鏡觀察軟木塞組織的微觀結構以后,顯微鏡就與生物醫學觀察和檢測密不可分了。以光學顯微技術為代表的顯微技術成為了生物醫學光電檢測技術的基礎與核心內容,之后產生和應用的檢測技術如電子顯微技術,雖然在技術手段和方案上有所創新,但依然在重復利用或借鑒顯微技術的基本原理和基本思想,因此筆者以顯微技術為基礎和切入點,向學生展示相關檢測技術的原理。而在闡述顯微鏡的成像原理時,又著重介紹了顯微鏡性能評價參數如視角放大率、分辨率、有效放大率、光束限制和線視場,并從光學知識出發,分別對這幾個參數進行了理論推導;通過數學推導讓學生理解和掌握有關顯微鏡的基本問題,如為何高倍物鏡比低倍物鏡能觀察到的物面范圍要小;顯微鏡的分辨率與波長,與數值孔徑有何關系;為何數值孔徑要與放大倍率合理匹配,才能充分發揮顯微鏡的分辨能力等。對這些問題的理解都有助于學生今后正確地選取和使用顯微鏡,也有助于引導學生思考實驗儀器的選擇和其性能的關系,提高他們的分析能力和實踐應用能力。在此基礎上,筆者介紹了顯微鏡的制片技術和使用;之后,筆者對多種顯微鏡如熒光顯微鏡、暗視野顯微鏡、激光掃描共焦顯微鏡、相襯顯微鏡、金相顯微鏡、偏光顯微鏡、倒置顯微鏡及新型顯微鏡的原理進行了描述,并與普通顯微鏡原理的異同進行了比較。對于顯微技術的發展歷史、國內外主要顯微鏡生產廠家介紹等趣味性強和難度較低的內容則不作教學要求,留給學生自學,給予他們一定的空間開拓視野。這樣的內容安排使學生輕松容易地掌握相關的知識,且對儀器的使用產生濃厚的興趣,達到較好的教學效果。而后面章節的內容也正是基于同樣的思路進行選擇和安排的。正是由于對教學重點和難點的選擇和合理安排,讓筆者做到了課程內容的完整性和統一性,為之后教學方法的實施和教學手段的運用作了鋪墊。
三教學方法的實施和教學手段的運用
好的教學方法和教學手段有助于推動教學工作的開展,有助于提高教學質量。2011年筆者進行了該門課程的申請和教學工作,由于當時缺乏經驗,不知如何完成此項教學任務,故在一次偶然的機會中,向1996年諾貝爾物理學獎獲得者、斯坦福大學物理系教授DouglasOsheroff請教了該門課程的教學問題,他告訴筆者一句話:“Startingtheclassfromthesimplethings.”他的這番話讓筆者受益匪淺:教學就是要深入淺出,從簡單的事物、事例出發,讓學生對這門課程的內容有所了解,充滿興趣,借此引導學生進入該課程的學習。在之后的教學工作中,筆者始終秉持這種由淺入深,由簡單到復雜的方式來幫助學生吸收知識,積極思考。以該門課程的引言部分為例,筆者首先向學生介紹此課程具有學科交叉、涉及專業廣等特點,再將課程內容進行了歸納,課程的核心是“檢測”二字,此課程著重解決兩個問題:一是檢測什么?二是如何檢測?對于第一個問題,答案是物體形貌和特性表征;對于第二問題,答案是成像和成分分析。提綱挈領的表達讓學生清晰地認識到課程的內容;之后從檢測技術和激光生物學這兩個板塊,對課程的構架進行了框圖表述,讓學生直觀地看出教學內容間的邏輯聯系。在此之后,從學生最熟知的觀察及成像出發,將課程內容引入。向學生提出一個看似簡單卻甚少有人思考的問題:“我們是如何觀察到物體的?”學生經過思考后給出的答案不是非常全面,筆者就學生的回答做出了一定程度上的肯定,然后向學生拋出筆者自己總結出的觀察物體的三個層次:看得到、看得清楚和看得舒服。言簡意賅的答案引起了學生的熱烈討論,由此引出了學生對光特性探討的熱情。學生從光的波動性和粒子性回顧了他們的光學知識。之后,筆者又引導他們思考在物體太小和物體離人眼距離太遠的情況下,如何觀察物體的問題。認真思考的學生做出了回答:可用顯微鏡和望遠鏡來進行觀察。在此基礎上,引導學生根據透鏡成像的規律分析對比放大鏡、顯微鏡和望遠鏡成像的異同;然后順利引出顯微技術和其他生物醫學檢測技術的發展概況和應用實例,較好地完成了既定的教學任務。在整個教學過程中,筆者盡量做到由淺入深、循序漸進地引導學生對所學內容產生興趣;在隨機提問和自由討論的輕松氛圍中,讓學生自然地做到了與教師的“教”與“學”的互動;通過圖片、視頻資料豐富的多媒體課件,讓學生獲取信息量大、直觀生動的知識;結合在黑板上用粉筆推演公式的傳統方式,以適中的速度讓學生理清楚基本原理和相關公式的來龍去脈;根據學生感興趣的知識點和目前的熱點研究成果,實時調整部分教學內容,收集相關知識的最新進展,為學生補充知識,如教材中沒有的太赫茲檢測技術等,以達到擴展學生知識面,擴大學生視野的目的。總之,通過多樣化的教學方法和有效的教學手段來培養學生的思考能力和理解能力,提高教學質量。
四總結
篇3
小波變換近年來發展迅速,作為傳統Fourier變換的繼承和發展,小波變換解決了Fourier變換所不能解決的一些技術方面的問題(如突變信號與非平穩信號)。中醫診斷的主要方法為望、聞、問、切,其中望診和切診至關重要。本文對小波變換在望診和切診中新的應用,即對中醫診斷圖像的處理(包括圖像增強、去噪、融合、壓縮)和對中醫脈象信號處理進行了簡要的綜述。
【關鍵詞】 小波變換 中醫診斷 中醫圖像處理 中醫脈象特征分析
【Abstract】 Wavelet transformation has been developing for many years,as the inheritor and the offspring of traditional Fourier transformation, it resolves several problems which Fourier transformation cannot solve(such as mutative signal and unquiet signal).The main methods of the Chinese medical diagnosis are observing, smelling, consulting and pulse-taking,especially the observing and pulse-taking. This article give a summarize about the new application of wavelet transformation in Chinese medical observing and pulse-taking, that diagnostic image processing of Chinese medicine(including image enhancement ,noise elimination ,fusion ,coding compression) and pulse signal of Chinese medicine .
【Key words】 wavelet transform; Chinese medical diagnosis; Chinese medical image processing; Chinese medical pulse signal
小波的概念最初是由法國地球物理學家J.Morlet提出,最初是為了更好地分析地震波的特性。經過20余年的發展,目前小波理論在圖像處理、醫學信號處理、信號分析、語音合成、計算機視覺、數據壓縮、大氣與海洋波分析、地震信號處理、分形及數字電視等許多領域得到了巨大的發展。在中醫診斷方面,小波變換主要具體應用在對中醫診斷圖像的處理和中醫脈象信號處理上,使望診和切診更準確,從而大大提高了中醫師診斷的準確率,使古老傳統的中醫通過計算機科學技術這一新的途徑發揚光大。
1 基本原理
小波變換是時間(空間)和頻率的局部化分析,通過伸縮和平移運算對信號或函數逐步進行多尺度細化的分析,最終達到高頻處時間細分,低頻處頻率細分,能自動適應時頻信號分析的要求,從而可聚焦到信號的任意一個細節,所以說小波變換有兩個特點,即自適應性和數學顯微鏡性質,能根據對象調整各項參數和調焦。
2 小波變換對中醫診斷圖像的處理
小波變換對中醫診斷圖像中的處理和對西醫診斷圖像中的處理大體相同,都是利用小波變換的特點使得醫學診斷圖像更有利于識別病征[1],具體作用主要表現為以下幾個方面。
2.1 中醫診斷圖像增強 在中醫診斷圖像中,圖像會難免有對比度差或者圖像邊緣模糊一系列不利于診斷的因素,對于中醫師的準確診斷有不少的障礙。傳統的圖像增強的方法往往基于像素灰度變換的空間域增強和基于濾波操作的頻率域增強來達到圖像增強的目的,這樣會或多或少產生圖像的局部失真和噪聲增強。小波變換剛好彌補了這一缺點,即在不改變圖像的精確度的情況下,對圖像的輪廓進行一種補償式的增強,使得中醫師在對診斷圖像進行分析診斷時,更好的把握病人的病情,基于小波變換的醫學圖像增強的方法有很多,其中李清順等[2]分析了采用分形增強的方法,在分形增強后又采用了小波增強圖像的方法,使圖像邊緣輪廓增強,達到了更好的視覺效果,并且避免了單純采用小波增強方法會使圖像噪聲也增強的不足。侯艷芹等[3]分析了將尺度系數和小波系數進行不同的處理,分別利用兩步提升增強法對小波變換后的圖像低頻信息進行增強和軟域值算法對小波變換后的圖像高頻信息先進行去噪, 然后再增強,最后把這兩部分綜合起來進行小波反變換得到圖像的一種新的方法。王修信等[4]提出將超聲醫學圖像投影到小波變換域,然后利用軟閾值技術方法進行降噪處理最后使用非線性增強技術提高圖像對比度。處理結果有效地去除原圖像的斑點噪聲,使圖像中較模糊、對比度差的細節得到增強,優于傳統的直方圖均衡增強方法。武杰等[5]在基于小波變換的醫學圖像增強方法中,分析比較了3種基于小波變換的醫學圖像增強方法,得出小波變換避免了窗口濾波運算,在變換域中更加靈活,更加有效,得到的處理圖像層次感更分明,增強效果更明顯,更有利于醫師做出及時準確的判斷。綜上所述,通過小波變換能夠使中醫診斷圖像更為準確的反映病人的身體各項機能,使中醫師根據中醫診斷圖像做出更精確的判斷。
2.2 中醫診斷圖像去噪 在中醫師進行診斷的過程中,所得到的圖像難免會混入噪聲,使圖像的信噪比下降,提高了中醫師對中醫診斷圖像分析的難度,對中醫師的正確診斷有諸多不利的影響,降低中醫師診斷的準確率。對于醫學圖像處理的傳統去噪方法主要有:鄰域平均法、多幅圖像平均法、中值濾波等。小波變換在此基礎上更進一步提高了圖像的信噪比,張昌林等[6]概括提出了一種改進的基于小波變換尺度間相關性的去噪方法,小波變換對整個圖像變換從時域變換到頻域,然后再量化、編碼、輸出,這樣就保留圖像的精細信息,滿足中醫疾病診斷圖像的要求。對診斷圖像進行去噪處理和方法二維小波變換大大提高了中醫師對圖像的準確率,可以檢測出患者病患的輪廓線,從而有助于提高中醫師對各種疾病的診斷準確率。陶玲等[7]分析了醫學圖像的噪聲主要分布在圖像的高頻成分上,對小波分解的高頻系數作處理來達到去噪的目的。二維小波變換在當高頻噪聲含量較高時,可以采取低頻濾波法;當高頻噪聲含量不高時,可采用小波閾值化去噪法對小波變換域的系數進行篩選。郭敏等[8]分析提出了一種基于小波分析理論的醫學超聲圖像噪聲的綜合抑制方法,首先對醫學超聲圖像進行對數變換,將乘性噪聲變成加性噪聲;然后進行多尺度小波變換,將圖像分解成一系列不同尺度上的小波系數,對變換后不同尺度的高頻子圖像進行非線性小波軟閾值處理,閾值處理后的高頻子圖像進行增強;最后,經小波逆變換和指數變換恢復去噪后圖像。結果證明該方法可有效保留細節信號,極大限度地去除斑紋噪聲。這些文獻均證明了基于小波變換不僅可以去除殘留的噪聲,而且去噪后獲得的圖像更加清晰,這樣一種方法運用在中醫診斷圖像上,使中醫疾病診斷圖像有很好的視覺效果,消除噪聲帶來的不利影響,提高中醫師診斷的準確率。
2.3 中醫診斷圖像融合 圖像融合在醫學方面的應用是通過對多幅圖像的冗余信息和互補信息進行處理, 將不同模態圖像的信息綜合起來,集中到一幅圖像中表達, 為醫生提供更加有效的診斷信息。這種方法在西醫診斷中應用廣泛 (如CT、MRI、PET等),為臨床診斷和治療提供了不同模態的圖像。同樣我們也可以將此方法運用到中醫的中醫診斷圖像中。唐晶磊等[9]提出了一種基于小波變換的醫學圖像融合方法,而且證明基于小波變換的圖像融合效果非常好。對圖像進行小波分解后, 形成了不同頻率分辨率的細節信息, 針對不同頻帶子圖像的小波系數進行組合, 形成融合圖像的小波系數。融合后的圖像保留了原始圖像的紋理和邊緣特征, 消除了圖像的塊狀偽影, 有效地將圖像所提供的信息融合在一起, 圖像的主觀視覺質量有明顯的提高。陶觀群等[10]分析了基于小波變換的醫學圖像融合方法不僅可用于 CT圖像上觀察到的骨組織結構和MR圖像上對照軟組織信息的融合,而且還用于來源于CT或MR圖像的解剖信息與來源于PET或SPECT圖像的功能信息融合。在外科手術導航系統中,將手術前所得的 CT和MR的病灶三維圖像與手術中所得到的實時X熒光圖像或超聲圖像進行融合,有利于實時地指導和觀察,確保手術順利準確地進行。
2.4 中醫診斷圖像數據壓縮 中醫診斷圖像經過小波變換后生成的小波圖像的數據總量與原圖像的數據量相等,即小波變換本身并不具有壓縮功能。之所以將它用于中醫診斷圖像壓縮,是因為生成的小波圖像具有與原圖像不同的特性,表現在圖像的能量主要集中于低頻部分,而水平、垂直和對角線部分的能量則較少。湯樂民等[11]證明了小波變換非常適合于醫學圖像壓縮編碼等醫學圖像的處理。樊華等[12]也提出建立在小波分析基礎上的心電信號準無損壓縮算法是可行的。小波分析的優點是重建后的信號同原始信號相比幾乎沒有損耗;而且由于小波只需分解一層還具有算法簡單和運算速度快的特點。該方法不僅可用于心電信號壓縮方面,而且當所采集的信號其數據變化范圍較大時,也可應用基于小波分析的準無損壓縮算法來進行壓縮。
3 小波變換在中醫脈象信號特征分析中的應用
脈診是中醫診察疾病的重要手段,脈象反映的是人體的生理與病理信息,脈象信號具有隨機性和非線性等特點。由于小波變換有“數學顯微鏡”這一特性和良好的時-頻局域化性質,我們可以通過小波變換這一方法對脈象信號進行處理。謝家宇等[13]應用連續小波變換分析了15例海洛因吸毒者和15例正常人的脈象信號,提取了吸毒者脈象信號中的異常信息,為戒毒治療的評估與改進提供客觀依據。研究結果表明,連續小波變換是處理脈象信號的有效方法。岳沛平等[14]分析了小波變換對脈象信號處理的另一種具體方法,即先將脈象信號消噪,利用小波變換具有良好的時-頻局部化的能力和對非平穩信號突變點的檢測能力,對脈象信號同時進行時域、頻域特征值的提取和分析,然后對脈象信號的特征值采用不同尺度的分析,在信號的不同部位得到最佳時域分辨率和頻域分辨率,此外再提取脈象在不同時間尺度上的能量這一表征脈象的新的特征值。結果表明小波變換有助于提高系統對不同脈象的識別能力,尤其是對相兼脈的辨識。
4 總結
小波變換這一技術在近幾年發展迅速,在各行各業都有著巨大的發展前景,在中醫診斷這一領域內不斷有所突破,然而中醫古老悠遠且博大精深,相信這一領域還有很大的發展空間。小波變換在中醫診斷中的應用發展可以借鑒小波變換在西醫診斷運用中的成功經驗,這樣有利用將小波變換這一現代化技術更好的輔助中醫診斷,推動中醫的積極發展,小波變換也必將對于未來中醫的遠程醫療、中醫醫院信息化(HIS、PACS)、中醫電子健康工程項目(E-HEALTH)等中醫診斷與現代化技術相結合的診療方案的開發有著積極促進作用。
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12 樊華,鄭小林.基于小波變換的醫學圖像壓縮.山東生物醫學工程,2003,22(2):14-17.
篇4
【關鍵詞】工程數學;復變函數;積分變換;教學方法
工程數學是高等數學的后續課程,是一門重要的工科專業必修課。它不僅在數學的其他分支,如常微分方程、積分方程,有著重要的應用,還在其他科學領域有著廣泛的應用,如理論物理、流體力學等。
我校是醫學院校,針對我校生物醫學工程專業,我們在學生大二第一學期開設了工程數學這門課程,是一門必不可少的專業基礎類必修課程。它為電工與電路分析、模擬電子技術、信號與系統等后續專業專業課學習提供了必要的數學工具,在整個課程體系中占有舉足輕重的地位和作用。因此,如何學好工程數學這門課程是非常重要的。我校工程數學計劃54學時,包括復變函數和積分變換,學時少,內容多。在教學過程中,學生也時常反應概念難懂、方法不易掌握、習題難做,容易與高等數學的知識點混淆。對此,本文結合實際授課經驗和我校工程數學這門課程教學改革,淺談教學過程中遇到的一些問題和對一些知識點的處理建議。
工程數學和高等數學既有區別又有聯系。它們的研究對象都是函數,研究主線都是通過變量研究函數,從而定義極限,利用極限去研究函數的連續、導數、積分。兩者的差異在于工程數學研究的函數是復變函數,高等數學研究的函數是實變函數。從實變函數到復變函數,函數的定義域與值域從實數域擴大到復數域。因此,復變函數是實變函數理論的延續和拓展,兩者的區別和聯系貫穿教學的始終,在教學過程中,通過類比的方式,利用高等數學的知識,理解復變函數與實變函數的區別。例如,對許多基本概念及定義進行理解時,使用類比法多做對比,找出相似點與不同點,加深對這些概念的理解。
1 復數的定義
一般稱(其中,x,y是實數)是一個復數。但這個概念的本質是什么呢?類似實數可用直線上的點來表示,一個復數由一對有序實數(x,y)唯一確定,當建立直角坐標系后,平面xoy上的任意一點P(x,y)可以按照一定規則與一對有序實數(x,y)建立一一對應的關系,也可以和起點為原點,終點為P的向量建立一一對應的關系。因此,從幾何角度理解,復數可以用點P或者向量來表示,也可以說復數是向量的另外一種表示方式。因此,復數的本質應該是向量,而不是“數”。“數”的本質特性是可以比較大小的,因此,可以從這個角度不難理解,復數為什么不能比較大小了。
2 復變函數的定義
復變函數是一元實變函數的直接推廣,它的定義與一元實函數的定義形式完全相同,但是復變函數的自變量和因變量都取自復數,其與兩個二元實變函數相對應,因此,復變函數在幾何上就可以看成是z平面上的一個點集G到平面上一個點集的映射。因而,無法用直觀的圖形來表示函數關系,若要直角坐標系畫出,需要四維空間,而一元實變函數在幾何上表示的是一條平面曲線。這是復變函數與實變函數定義上的一個不同。在向學生講解復變函數的幾何特性時,可以從簡單的例子出發,例如,函數可以先介紹點與點的對應,然后是點集與點集的對應,如Z平面上的曲線在該函數作用下的圖像。復變函數與實變函數另外一個不同在于復變函數可以是多值函數,例如,開方函數可以將Z平面上的一點映射為平面上的兩個點。
3 復變函數的極限與連續
復變函數與一元實變函數的極限、連續在定義形式上相似,許多基本性質與運算法則也相同,但本質上與二元實變函數一致。定理證明[1-2],一個復變函數的極限存在充要條件是它的實部函數與虛部函數的極限都存在;一個復變函數在某一點連續充要條件是它的實部函數與虛部函數在點是連續的。因此,研究復變函數的極限和連續等問題可以轉化為兩個二元實變函數的極限與連續問題。其次,復變函數中自變量的變化趨勢與實變函數的自變量的變化趨勢也有所不同,復變函數中自變量的變化趨勢指的是以任何方式任何路徑區域,不僅僅是左右兩個方向趨于,而實變函數的自變量的變化趨勢是指從左右兩個方向趨于。因此,復變函數的極限要求更高、更嚴格。而連續是基于極限這個基礎的,所以復變函數連續也要比實變函數連續要求更高。
4 解析函數
解析函數是復變函數的一個重要研究對象。函數解析是比可導(可微)更強的一個概念,復變函數在一點處解析,不僅要求在該點可導,還要求在該點的領域內可導。因此,復變函數在一點解析,一定是可導的,反之,不一定成立。在區域D內每點都解析的函數稱為區域D上的解析函數。判斷復變函數在某一點可導的充要條件是它的實部函數和虛部函數在這一點可導,且滿足柯西-黎曼方程。要判斷函數在這一點的解析性,一般只能通過定義。其次,要判斷一個復變函數在區域D內的充要條件是它的實部函數和虛部函數在區域D內可導且在區域D內滿足柯西-黎曼方程。這里主要利用了開區域的定義,因為開區域每個點都是其內點,故若函數在開區域D內處處可導,則在D內處處滿足上述兩個條件。因此,對于D內任意一點,必存在該點的一個鄰域,使得函數在該鄰域內處處可導。故由函數解析的定義可得,函數在區域D內的每一點處解析。
5 復變函數的積分
從形式上看,復變函數的積分是實變函數定積分的一種自然推廣。但其本質上是復平面上的,它可以與二元實函數的線積分聯系在一起。相對應就有了柯西-古薩基本定理,在此基礎上,得到了一系列推廣定理如:復合閉路定理、閉路變形原理等。柯西積分公式的證明基于柯西-古薩定理。其重要性在于解析函數在區域內部的值可以通過其在邊界上的值通過積分得到。
綜上所述,工程數學中蘊含了豐富的數學方法,特別是類比的數學方法。工程數學中很多問題可以通過一定的技巧轉化為高等數學的問題,很多的結論可以通過與高等數學的知識類比得到。但是,它們在概念上也有一定的差異,因此,在教學過程中,要注重與高等數學知識銜接,比較和探究它們的異同,概括它們的原理,使得學生在掌握新概念的同時,領悟概念間的內在聯系,從而加深學生對知識的理解,提高分析問題和解決問題的能力。
【參考文獻】
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[3]熊春連,陳翠玲,段華貴.工科復變函數中的遷移教學[J].大學數學,2010,26(2):203-206.
篇5
關鍵詞:網絡平臺;服務;交易;社會意見;特點;開發;利用
隨著互聯網技術的發展與逐漸成熟,互聯網用戶數量的大幅度提升。近年來,通過互聯網獲取所需成為消費者的一種新習慣。受到經濟環境以及線上平臺服務方便實惠的巨大沖擊,待業人員可利用這樣的巨大趨勢,在面臨待業或就業困境時得以緩沖。而與此同時,線上平臺在我國的發展也進入新的時期,從前單一形式的置購物品的模式已經不能完全覆蓋人們的所需,線上服務平臺也就逐漸顯現出它不可或缺的必然性。
1 網絡平臺社會服務的開發
隨著網絡傳播技術的發展,層出不窮的信息傳播渠道被開發、使用、利用。平臺交互服務模式能夠作為一個在全國范圍內推廣的模式,在國家大改革、大建設、大發展的背景下,該模式作為一個突破,有著把握群眾需求的多樣性、群眾利益的多元化,解決個人大小事務問題的能力;有著直面服務、便民服務和公共服務改革中遇到問題解決問題的魄力。
而低廉的價格將會成為“設計重逢”網絡平臺的另一大看點,十元錢的交易在一般人群來看僅僅是低廉的價格,不會造成過高的心理負擔。從這點出發,更多的人群提供服務,更多的人群需要服務,相輔相成的關系促成別樣的重逢,并帶來一定可觀的經濟和社會效益。網絡的影響力與日俱增,已經對人們的生活方式、價值觀念產生了深遠的影響。龐大的網民群體帶來了巨大的網絡需求,帶動著媒介在網絡載體下的新發展。
在“設計重逢”網絡平臺上,首先介紹了網絡平臺的概念及服務空間,對網絡媒體社會服務相關概念M行概括。其次,結合網絡媒體社會服務快捷、便利的特點,通過實例將網絡服務平臺的特點具體實際的加以簡單的歸類概括,凸顯網絡服務社會服務的開發點以及利用價值。第三,網絡媒體社會服務的開發,分為開發與利用網絡媒體社會服務的原則,通過實例分析的方式對開發網絡媒體社會服務時應注意的原則進行了論述和闡釋。
2 網絡平臺社會服務方式
在摸索中線上交互服務在開始尋找完善整個服務系統之路,努力尋求發展的新模式,尋求新的服務模式便是大勢所趨。而現代線上平臺之間的競爭已經不單純是價值與價值之間的競爭,已經演變為價值鏈與價值鏈的競爭,因此良好的營運管理系統離不開利益相關者的參與和配合。線上平臺的經營范圍不斷擴大、不斷豐富,邊界也有所延伸,在價值鏈相關理論的基礎上,渠道思維的營運管理理論以及與營運相關的理論應運而生。
基于渠道營運分類方法,根據真實的服務業務流程,清晰地展現了服務業務活動中營運的分布情況,并且可以根據價值鏈理論進行業務流程升級和再造,突破傳統的線上平臺邊界,對整個價值鏈的價值提升開拓了新的思路。
研究營運線上平臺的主要環節流轉,有助于整體認識如何提高營運資金管理績效,有助于平臺在每一但服務中注意尋找提高營運績效的方法和關鍵點,提高平臺的營運效率以及成功率,創造較大的利潤以實現在一個個服務與被服務的群體中,逐漸形成一群有責任心、有團隊合作意識以及組建和規劃與網站服務相匹配的校園及企業合作成員,并結合自身特點形成互補優良的團隊。
線上平臺在自身發展模式下進行了組織結構、業務范圍、交易方式等全方位的改革,利用不斷摸索前進的模式更加清晰地體現在大數據的線上平臺中。以案例分析方法研究“設計重逢”線上平臺的主要環節流轉,有助于線上整體認識,有助于在每一交易中注意尋找提高營運管理績效的方法和關鍵點,提高企業的營運效率,創造更大的利潤。首先,通過渠道營運理論,其次,將利益相關者細分,與具體業務相結合。
3 網絡平臺社會服務的建設
“設計重逢”社會服務管理平臺,可分社會服務和管理兩大領域,具體包含事件管理、移動采集、工作監管、事務服務、為老服務、社會參與、社區建設、統計分析等具體功能建設,所有工作的開展均可依托平臺進行劃分,數據資源的入庫,各類力量的定位、事務的多級循環處理、參與人員的工作考核等,進而形成統一、相互貫通多領域服務體系,讓群眾生活更幸福,讓社會更和諧,讓城市運行更有序。
平臺以“全面、便捷、獨特”為核心理念,網絡技術服務一體化的統一平臺,更是在線上、線下搭建了一條受用、多盈的完整生態環境,完成一次交互式主動、全面的服務提升。
事件管理:對不同來源的事件進行自動跟蹤,通過事件登記、核實、派遣、處理、核查和結束等完整閉環操作,最終實現問題解決。
移動采集:集問題采集、表單填寫、位置定位、數據同步等功能于一體,實現對線上人員所需服務的上報,經平臺管理中心進行信息的實時傳遞,保證每一個所需的服務得到及時反饋和解決。
工作監管:提供對服務所需的日常工作計劃和巡查軌跡的管理。
便民服務:通過整合轄區內服務信息,為居民提供所需服務等零距離服務。
公共服務:整合網上公共服務大廳和政務綜合辦事服務系統等的流轉事項,提供待辦事項、事項處理等相關服務。
考核評價:通過事先設定提供服務的評論,對各事件處理信息的優劣進行分析和統計,對每個事件以及服務與被服務人員的工作量、處理情況進行統計,為平臺日常工作的整體服務等級提供數據參考。
通過以上功能建設,在尋求服務與提供服務者中,可部分克服社會資源緊缺的不利因素。且,政府始終堅持以人為本,改善尋求能夠快速、高效、低成本提高服務性能的形式以及發展找尋新的辦法及渠道。將特殊群體合理發揮各自所長,推動促進相關人才培養與經濟社會發展、促進其創業與就業需求緊密對接。項目的實施將會帶來較大的經濟效益與社會效益,必將有著更為廣闊的市場前景。
參考文獻:
[1] 韋洪雷.基于. NET技術的高校體育場館網絡服務管理平臺的開發研究[D].四川師范大學,2011.
篇6
1.基于應用型人才培養目標的基礎醫學實驗教學體系建設
2.深化實驗教學改革,加強實驗教學中心內涵建設
3.如何提高本科生基礎醫學課程的課堂注意力
4.組建跨學科教學團隊 促進基礎醫學實驗設計課程建設
5.基于核心能力培養的基礎醫學碩士研究生課程體系改革研究
6.基礎醫學師資結構中存在的問題及對策思考
7.長學制醫學生基礎醫學教育PBL教學體會與實踐
8.基礎醫學實驗教學體系的創新
9.轉化醫學理念下的基礎醫學研究生培養
10.以器官系統為中心的基礎醫學課程改革初探
11.臨床前基礎醫學綜合實驗課程的建設與思考
12.PBL與案例教學相結合在基礎醫學教學中的應用
13.實習護生對基礎醫學課程設置評價的分析
14.在基礎醫學教學中如何發揮教師的主導作用
15.基礎醫學專業研究生培養中存在的問題及對策
16.基礎醫學專業人體寄生蟲學教學體會與反思 優先出
17.網絡環境下PBL模式在基礎醫學研究生培養中的應用
18.用創新思維引領基礎醫學課程的系統整合——以循環、消化系統整合課程為例
19.以問題為中心的基礎醫學教學模式“本土化”的探討
20.我國部分醫學院校基礎醫學考試試題分析
21.高校擴招對基礎醫學教學質量的影響及其對策
22.基礎醫學教育改革與實踐
23.改革與構建基礎醫學實驗課體系的思考
24.基礎醫學教師走向臨床的建議
25.創新為導向的基礎醫學實驗教學體系的改革與建設 優
26.地方醫學院校基礎醫學課程教學面臨的問題及對策
27.提高基礎醫學實驗教學質量的思考與對策
28.PBL教學在基礎醫學免疫與感染模塊教學中的實施及效果評價 優
29.編寫基礎醫學PBL案例的體會
30.基礎醫學實驗教學體系的探索
31.“以器官系統為中心”基礎醫學課程整合研究初探
32.八年制醫學院校基礎醫學實驗教學中心網站現狀調查與分析 優
33.基礎醫學實驗教學改革的研究與實踐
34.醫教協同模式下基礎醫學教學改革的思考 優
35.我國高等院校基礎醫學研究的發展現狀與對策:基于國家自然科學基金視角的討論
36.地方本科院校基礎醫學實驗教學改革的幾點嘗試
37.理工院校生物醫學工程專業基礎醫學知識的教學模式探討
38.以“運動系統”為例探討基礎醫學課程整合
39.臨床實踐滲透于基礎醫學教育與培養大學生探索和創新能力的研究
40.提高基礎醫學實驗技能的探索與實踐
41.以能力提高為導向的基礎醫學實驗教學體系的建設
42.高職高專護理專業基礎醫學課程整合教學效果分析
43.基礎醫學實驗的構建及實驗教學改革探討
44.臨床醫學專業基礎醫學綜合考試的問題及對策
45.以終生學習能力培養為目標的基礎醫學教育改革思考
46.臨床醫學生培養目標分析與基礎醫學教育階段考核評價方法思考
47.基礎醫學實驗技能競賽的實踐與體會
48.以職業技能為中心的基礎醫學實驗課程的整合與實踐
49.基礎醫學研究生課程國際化建設的研究與探索
50.基礎醫學研究生課程設置的研究與實踐
51.基礎醫學實驗教學新體系的構建與實踐
52.基礎醫學實驗課程體系的建立與實踐
53.高等醫學院校創建基礎醫學實驗平臺的探索
54.提高基礎醫學學科青年教師教學質量探討
55.構建基礎醫學實驗教學新體系
56.在醫學院校非臨床專業中實施基礎醫學課程整合的探索與實踐
57.基于卓越醫生培養的基礎醫學教學改革探索
58.基礎醫學與臨床結合創新性實驗項目的設計與實施
59.整合基礎醫學課程在非臨床醫學專業應用中的體會
60.提高基礎醫學英語閱讀能力探討
61.基礎醫學教學中人文精神培養的方法與價值
62.基礎醫學課程整合在藥學職業教育中的實踐
63.在高校基礎醫學教學中實施創新創業教育的探討
64.基礎醫學課程整合對推進學生素質教育的意義探討
65.基礎醫學實驗教學課程體系的改革與實踐
66.高職護理專業基礎醫學與臨床護理一體化融合課程體系改革的實踐
67.以創新教育理念構建基礎醫學實驗教學體系的探索和實踐
68.基于核心能力培養的基礎醫學碩士研究生課程體系改革研究
69.PBL教學法在我國基礎醫學教育中的應用及存在問題
70.數碼互動系統在基礎醫學實驗課程整合的應用
71.情景式模擬教學在基礎醫學教學中的應用與探討
72.中高職護理專業基礎醫學課程對接問題的研究
73.基礎醫學教學方法的淺析與改革思考
74.構建現代基礎醫學實驗教學課程體系的研究與實踐
75.以執業醫師考試為導向的基礎醫學教學模式探索與實踐
76.“以器官系統為中心”基礎醫學課程整合的研究與實踐
77.培養應用型醫學技術人才創新能力的基礎醫學課程整合研究
78.基礎醫學研究生培養和管理模式的探索與實踐
79.TBL模式在基礎醫學教學中實施的可行性探討
80.某軍醫大學臨床醫學專業基礎醫學課程整合方案的構建與實踐 優
81.基礎醫學課程整合在非臨床醫學專業的應用體會
82.基礎醫學教育中研究生自主實驗設計與綜合能力的培養
83.對高職護理專業基礎醫學課程教學改革的思考
84.開展綜合性基礎醫學實驗課程,提高醫學研究生科研技能
85.現代醫學教學理念:比利時基礎醫學教學分析
86.臨床醫學專業基礎醫學課程整合初探 優先出
87.基礎醫學課程整合中存在的問題及對策
88.以器官系統為中心的基礎醫學課程模式的整合與教學設想
89.虛擬仿真教學平臺在基礎醫學教學中的應用
90.基礎醫學實驗教學中心在創新型醫學人才培養中的建設與效果評價
91.護理專業基礎醫學課程設置與教學調查分析
92.關于我國基礎醫學教育改革的實踐與思考
93.對臨床醫學專業基礎醫學教學的幾點思考
94.基礎醫學課程整合教學改革6年總結
95.PBL教學在基礎醫學教學中的實踐與探討
96.綜合性大學基礎醫學實驗教學體系的改革與構建
97.基礎醫學實驗教學課程體系的建設與實踐
98.改革基礎醫學教育理念,促進轉化醫學發展
篇7
【關鍵詞】 中醫
中醫學在我國醫藥衛生事業中占有十分重要的地位,辨證論治是中醫學的精華和特色。自20世紀50年代中期以來,“證”一直是中醫藥研究領域的熱點之一。由于受現代醫學模式的影響,首先開展的是證本質的研究。但是,隨著證本質研究的深入,暴 露的問題也越來越多。如中醫證候概念的不確定、證候術語的不規范及證候診斷標準的不統一等等,使中醫證本質研究的結果發生了偏差,影響了中醫的學術交流和中西醫之間的相互溝通與交叉滲透,使得中醫學在現代社會中的應用與發展受到了很大的制約。于是,在20世紀80年代以后提出了“證候規范化研究是證本質研究的前提與基礎,是中醫學向現代化和科學化邁進的先決條件”的觀點。正如“中醫證候規范”課題的負責人之一施奠邦[1]曾指出的:中醫證候規范研究的目的,是為了實現中醫證候診斷的規范化、標準化,最終在科研、醫療及教學工作中都有一個“統一的標準”。圍繞“統一的標準”,學者們開展了基本證型規范、復合證型規范和病證結合證型規范等大量的研究工作。然而,令人困惑的是經過規范后的一系列證候診斷標準在學術界并未達成共識,長期以來證型繁雜、標準不一的混亂狀況依然存在。究其原因主要是:(1)證候診斷規范化研究的思路與方法還不夠成熟和完善;(2)研究只停留在證候的靜態水平上;(3)四診資料未能實現客觀化;(4)證候概念及其專業術語沒有得到規范統一;(5)研究缺乏統一規劃、系統設計等等。所以,筆者認為有必要對證候診斷規范化研究的思路與方法作進一步的分析探討。
1 病證結合及以方測證是證候診斷規范化研究的主要思路
中醫認為“證”是病的某一階段的主要矛盾的概括,它受病的基本矛盾的干擾,兩者之間存在不可分割的聯系。因此,證候診斷離不開具體疾病的診斷,證候診斷的規范化研究應采用病證結合的研究思路,這樣才能對疾病過程中各個發展階段的證候作出正確的診斷,才能將中醫的證候演變規律更清晰地凸現出來。由于相對于中醫學病名而言,西醫學病名往往診斷明確,機制比較清晰,所以應選擇西醫診斷明確,而中醫治療有優勢,又嚴重威脅人類健康的臨床常見病和多發病,采用西醫辨病,中醫辨證,以病為經,以證為緯,病證結合的研究思路。“方”與“證”密切相關,方由證立,證隨方名,方能測證,證能驗方。很多有效的經方、名方是結合了中醫理論精華和長期臨床實踐經驗配伍而成,與其特定的證候有較明確的對應關系。而且,臨床療效是臨床醫學的核心和關鍵問題,證候分類在一定程度上應建立在方劑療效觀察的基礎上,通過以方測證還可以對“證”進行動態的研究。所以,有課題組提出“以候為證,以象為素,病證結合,方證相應,是建立辨證方法新體系的依據”[2];也有學者提出“圍繞證候病機及其與疾病和方劑的相關性這一中醫證候研究的重要科學問題,突出中醫學思維特征與現代科學設計融合的研究思路,以方劑干預治療效果作為比較參照系統,基于中醫以方測證的逆向思維的認‘證'方法,不斷積累、完善,由此構建出具有堅 實臨床科學基礎的證候標準,應該是病證結合研究的重要發展方向之一”[3]。但是,近10多年來,由于對“方證相對”的理解存在歧見,故有學者提出“以方測證”作為一種證候研究的方法并不可行。有的認為:每個湯方都有相對應的證,只要有此證即可用此湯方,常稱為“湯證”,湯證(方劑辨證)不同于八綱、病因和臟腑辨證,是指以湯辨證,相符即可應用,其實質是找出湯方的適應證[4]。有的引用柯韻伯《傷寒來蘇集》的話說:“合是證便用是方”,即某證只能用某方,某方只能治某證,處方用藥必須與病證對應,才能取得最佳的臨床效果[5]。這種觀點后來被研究《傷寒論》的學者們繼承下來,被概括為“有是證用是方”。持有這種觀點的學者們認為“方證相對”及“以方測證”不能對“同證異方、同方異證”的現象作出合理的解釋,應改稱為“方證相關”。還有學者認為“方證相對”應理解為“對癥治療”、“方病相對”等等。朱邦賢教授在分析上述觀點后則提出,中醫所講的“方證相對”是指方劑的藥物組成與配伍,與其主治病證所內寓的基本病機具有高度的針對性或相關性[6]。應當明確的是,“方證相對”中的方證或湯證,是指某方與某一特定病證間所存在的直接對應的主治關系,這一關系是建在該方內涵的“理”(該組方所針對的基本病機)和“法”(根據基本病機所確立的治療大法或具體治則)之上的。筆者是這樣認為的:“方”與“證”密切相關,如朱教授所述兩者是通過理與法相關聯,但由于關聯的程度不同,可以是多方對應于一證,也可以是一方與多證對應,其對應的程度取決于臨床療效,所以,根據臨床療效可以求得最佳對應的方證,以最佳對應的“方”來測最佳對應的“證”,這是目前證候診斷規范化研究的主要思路。
2 在文獻調研、專家咨詢及病例回顧的基礎上,遵循臨床流行病學原則,進行多中心、大樣本的臨床前瞻性研究,運用循證醫學的研究方法對證候診斷標準進行系統評價和完善,是證候診斷規范化研究的重要途徑
早期的中醫證候診斷規范化研究是以文獻調研與專家咨詢為主要途徑。所以,由此而建立的證候診斷標準必然會受到醫者水平、學術流派等影響,出現標準之間互不相同的現象。臨床流行病學的核心內容是設計、衡量和評價(design, measurement, evaluation, DME)。它把群體作為研究對象,強調在臨床醫學研究中應用科學的方法學,強化科研設計,排除各種偏倚和干擾因素的影響,確保研究結果的真實性和研究結論的可靠性。所以,為提高證候診斷規范化研究的科學性、客觀性和準確性,應在文獻調研、專家咨詢和病例回顧的基礎上,遵循臨床流行病學的原則,開展多中心、大樣本、前瞻性的臨床研究。循證醫學(evidence-based medicine, EBM)則強調從系統研究中獲取證據,并重視臨床實踐中個人經驗與系統研究中獲得的科學證據相結合,對患者個體做出合理的臨床醫療決策,是臨床流行病學和現代信息學與臨床醫學結合的典范。賴世隆教授[7]評價說:“臨床流行病學和循證醫學是當今醫學界公認的進行臨床研究最為科學的方法學。”所以,應該運用循證醫學的研究方法對證候診斷標準進行系統評價和完善,包括對證候診斷標準建立方法和研究質量、診斷標準的診斷效能和診斷標準在臨床應用中的系統評價[8]。但運用EBM與DME方法時需要克服樣本量大,時間周期長等困難,解決出版偏倚(發表偏倚)、倫理和資金等問題。
3 加強四診客觀化研究,在系統生物學的引領下,開展組學研究是證候診斷規范化研究的重要環節
由于受歷史條件的限制,以經驗為基礎的中醫學缺乏還原論的研究方法。所以,它無法解釋系統內部的組成成分和相互作用的關系,不能對信息進行量化。因此,必須將中醫思辨性的經驗描述和宏觀性概括過渡到高層次的分析與綜合相結合,這是中醫學現代化的必由之路,其實質是解決客觀化與定量化問題[9]。
3.1 加強四診的客觀化研究 中醫“證”是對臨床信息進行全面分析后得出的概括性結論。這個結論能否反映疾病的本質,關鍵在于通過四診所獲得的信息資料是否準確、真實和科學,以及醫生分析、綜合的思維結果是否合乎疾病發展的實際。受古代條件的限制,醫生只能依據感覺器官,通過望、聞、問、切來獲取臨床信息。所以,信息收集過程中主觀性很大,影響了研究結論的真實性和可靠性。為加強四診的客觀化,學者們做了大量的研究工作,如利用內窺鏡、顯微鏡、現代影像技術等擴展醫生望診的范圍和深度;研制了多種舌診、脈診儀器,使人們通過儀器“望舌”、“切脈”時能直接讀數,定性、定量地進行分析;利用先進的化學技術,對氣味進行分離研究;嘗試制定問診方案與步驟,使問診科學化、程序化等等。但研究與臨床實際應用還有很大的差距,如研制的舌診儀、脈診儀獲取的信息量不夠,欠靈敏;有些四診信息,如病人的感覺,本身就是病人的一種主觀體驗,很難利用儀器設備來測定等等。所以,如何借助現有的科學技術來客觀地采集分析中醫臨床信息還需要進一步探討。
3.2 在系統生物學的引領下,開展組學研究 宏觀辨證是中醫的傳統辨證方法,它是根據“知內揣外”、“有諸內必形諸外”的觀點來認識和診斷疾病的。從理論上說在宏觀辨證的基礎上,慎重地選用一些現代醫學的微觀指標可以使中醫證候診斷由定性轉變為半定量或定量,從而提高其客觀性,并且,拓寬和加深傳統“四診”的視野,豐富辨證論治的內涵,為中醫在“無癥可辨”的情況下提供一定的辨證依據。為此,現在及以往的中醫證候診斷規范化研究是采用西醫還原論的研究方法,從整體、細胞、分子水平,從理化、免疫、代謝、微量元素等方面來篩查與中醫證型相關的微觀指標,分析其內在的相關性;研究同一疾病不同證型的微觀指標的異同,不同疾病同一證型的微觀指標的異同,來尋求中醫“證”的共性與個性指征;對證型的主要癥狀的特征進行現代醫學闡釋等等。但研究結果只發現某些指標與某些病證有某種相關性或提示性,相關的程度及提示的準確與否并不清楚。而且,隨著研究的廣泛深入,很多指標的特異性逐漸被否定,許多觀察指標隨著觀察者的不同而出現矛盾的結果。由此可見,采用西醫的還原論方法來研究中醫,則中醫的整體性和個體化診治的特點就會被破壞,反而阻礙了中醫的發展。因此,今后不宜再把尋求診斷某一證型的特異性指標作為研究重點,而應該從多層次、多角度來研究某證型的指標群。 有研究認為參考現代心理學行為功能量化及生命質量量化等評分方法,可以對癥狀、體征進行等級積分,對證候辨證進行半定量化的分析[10];通過對中醫臨床癥狀、體征分級記分,采用相加計數法、累積記數法、分類記數法等方法進行指征積分的記數,然后根據指征的出現率和指征積分數的高低,并適當考慮臨床實際,對證候進行計量診斷。還有學者在半定量的同時引入統計學權重的概念[10],經過統計學處理,以不同權重來反映不同癥狀體征的主次,又以不同積分反映癥狀體征的輕重程度變化,對證候進行定性與定量(等級)相結合的計量診斷。但目前的這些研究思路與方法都無法真正實現證候的量化診斷。系統生物學由Leroy Hood 創立,是研究一個生物系統中所有組成成分(基因、mRNA、蛋白質等)的構成及在特定條件下這些組分之間的相互關系的新興學科。生命科學的研究重點已經開始從還原論研究轉向系統論研究,系統生物學的發展將引領醫學進入新的疾病診治模式,推動醫學進入預測醫學、預防醫學和個體化醫學的新時代[11]。中醫學的整體觀、治未病觀、辨證論治和方劑配伍等理論與系統生物學的意旨具有相通之處。錢學森曾說:“系統論是還原論和整體論的辯證統一。”所以,系統生物學的發展可以彌補中醫的缺陷,中醫證候研究應在系統生物學的理論和方法的引領下,綜合數學、信息科學和生物學等多學科知識,在基因組、 mRNA組 、蛋白質組和代謝組等各個層面開展組學研究,通過數據的整合,來建立證候的診斷模型,精確、量化地預測證候[12]。
4 數據挖掘技術及計算機智能的發展為證候診斷規范化研究提供了強有力的技術支持
數據挖掘就是從大量的、不完全的、有噪聲的、模糊的、隨機的數據中提取出潛在的、有價值的知識(模型或規則)的過程,也稱為數據庫中的知識發現。中醫證候和證之間沒有明確的函數關系,只能在大量的文獻資料及臨床資料中進行數據挖掘。數據挖掘所涉及的學科領域和方法很多。
4.1 引入復雜性科學理論對證候進行降維升階處理,尋找證素應證組合的演變規律 中醫證候涉及復雜生命現象的功能、整體和動態層面,它具有典型的開放性、層次性、涌現性和高維性特征,所以,中醫證候診斷系統是一個非線性的、多維多階的、可以無限組合的復雜巨系統。引進復雜性科學理論,通過證候的降維升階處理則能解決變量間的多重共線性和非線性關系。張志斌等[13]由此而提出建立辨證方法新體系的設想,即通過證候要素的提取,將復雜的證候系統分解為數量相對局限、內容相對清晰的證候要素,然后通過各證候要素間的組合、證候要素與其他傳統辨證方法系統的組合等不同的應證組合方式,使辨證方法體系不再是各種具體證候單純聯系組合的線性平面,而具有復雜的多維多階立體交叉的非線性特征。如1991年列入國家科委科技攻關項目的“中風病證候學與臨床診斷的研究”課題組所建立的“中風病證候診斷標準”,就是一個降維升階工作的較好范例[14]。目前這方面研究還僅僅局限于臨床具體病種,需要加強中醫證候臨床研究與基礎研究的合作。
4.2 引入模糊數學與粗糙集理論 模糊數學的創始人查德曾指出:當系統的復雜性日益增長時,找出系統特性的精密而有意義的描述的能力將相應降低,直至達到這樣一個界限,即精密和有意義(或適當性)變成兩個互相排斥的特性。中醫作為一個復雜系統,其證候在某一特定時期或階段的表現可以是典型的,但在大多數情況下,證候表現卻是不典型的,具有一定的模糊性。亦有學者認為“證”是一種模糊集合元,主要表現為:證的有些癥狀其性質、狀 態是不能精確斷定的,“證”所包含的內容與各個癥狀所包含的內容,不是一個簡單的整體與部分之間的關系,而是一個統一體與個體之間的集元性關系[15]。所以,根據模糊數學的原理,認為“證”是一個模糊概念,可以使用模糊數學中的“隸屬度”來刻劃,進行量化分析,確定“證”的模糊集合中某些癥狀隸屬于某證的程度,從而建立起“證”的數學模型[16]。粗糙集理論是繼模糊數學理論之后的又一種處理不精確和不確定問題的數學方法。它是波蘭學者Z. Pawlak在20世紀80年代初提出來的。近年來,已有學者嘗試將粗糙集理論引入到中醫證候診斷的規范化研究中,如秦中廣等[17]利用粗糙集理論建立了中醫診斷類風濕的模型。他們還將該方法與模糊數學方法進行了比較,發現前者的診斷正確率遠遠高于后者。隨著粗糙集理論的發展,它還可以與諸如模糊識別、神經網絡等技術相結合。
4.3 多元統計分析方法 多元分析,即多因素分析,它主要是探討高維數據的內在規律。在以往的研究中,研究者通常是通過臨床流行病學的方法收集患者的癥狀,并根據傳統的辨證理論對每個病人進行辨證,確定為“某證”,然后采用判別分析和回歸分析(常用如Fisher判別方法和Bayes判別、逐步線性回歸分析、Logistic回歸分析等)建立函數方程,并進行回代檢驗。但這兩種方法都無法消除獲得應變量(Y)值時的經驗性和主觀性;同時還必須基于各變量的作用與其他變量無關,各變量的作用可以疊加這不甚合理的假定前提下;所建立的證候和證之間的關系只是一種簡單線性描述;二者的Y值都只是簡單的A與非A的類別區分,不可能進行輕重程度的等級劃分等。之后有學者提出將聚類分析、主成分分析及因子分析等多元統計方法應用于證候診斷的規范化研究。聚類分析又稱集群分析,可以將隨機現象進行歸類。主成分分析法和因子分析法可通過尋求少數的幾個變量(或因子)來綜合反映全部變量(因子)的大部分信息。以上幾種統計方法都可以實現證候的降維,有利于疾病證候分類中主、次癥(征)及特征性表現的提取,有利于發現疾病調查群體中各類證候的癥狀、體征的組合及變化規律等等。在因子分析的基礎上,再通過方差最大化正交旋轉則能簡化和明確對因子的解釋。但是聚類分析在定義指標間或樣品間相似性的度量時存在主觀性,根據空間上的“距離”或形狀上的相似性,對對象(指標、樣本)進行剛性分割,它不能把同一個對象在不同的類別中體現出來,而且,它不能對多邊關聯同時進行分析。主成分分析要求資料為計量資料,且各主成分之間互不相關,同樣也不可能有癥狀輕重程度的劃分。因子分析則要求“公因子或共性因子”和所有變量均有關系,且是一種線性關系。另外,如何看待舍去的其他成分及特殊因子還需要作進一步探討。通過以上分析可以發現,單獨使用上述幾種統計方法都會暴露出諸多不能克服的問題。因此,需要將多種統計方法聯合運用以取長補短,提高結果的可靠性。 但證候診斷規范化研究到底選用哪些多元統計方法,如何進行聯合應用,還在不斷探索之中。
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4.4 結構方程模型 結構方程模型屬于隱變量分析方法,是近年來在統計領域發展十分迅速的一個分支。它主要是運用統計學中的假設檢驗對有關現象的內在結構理論進行分析。即研究者可根據專業理論知識提供變量間存在的內在關系即先驗關系,應用圖形來表示變量間存在的直接或間接作用,然后檢驗所假設的模型與數據資料的擬合程度。如果擬合優度好,則認為變量間所假設的關系是成立的;反之,則拒絕原假設。利用結構方程模型分析方法可以將隱變量和直接測變量一并考慮,并且,可以對變量的測量誤差及其方差作出估計。所以,設想通過結構方程模型可以建立一種比較客觀的、定量的證候診斷標準,目前正處于試驗階段。
4.5 計算機智能 從復雜系統科學角度來看,證候是建立在廣義癥狀集(包括以四診信息為代表的宏觀子集和以現代生物學特征為代表的微觀子集)上的映射,廣義癥狀之間交互作用,形成了一個復雜的動態演化系統,這類動態系統及其演化過程從理論上說可以通過計算機智能來實現。計算智能(com-putational intelligence, CI)是利用計算機技術來模仿人類和其他生物對非線性、不完全、不精確和不確定的信息進行智能處理的技術,具有良好的容錯性、魯棒性和高精度等綜合技術優勢。計算智能主要包括:(1)用于模仿生物種群進化過程的演化計算,如遺傳算法、演化策略、演化規劃、遺傳程序設計等;(2)模仿大腦思維的高層次結構的人工神經網絡(artificial neural network, ANN),近年來在ANN基礎上還提出了用于中醫證候診斷的神經網絡—— —徑向基函數(radial basis function, RBF)神經網絡及基于聚類分析的RBF神經網絡。已有學者通過對基于聚類分析的RBF神經網絡所建立的中醫證候診斷模型的檢驗,驗證了其用于中醫證候診斷的可行性和有效性[18];(3)模仿低層次大腦結構的模糊系統。以上這三者都是仿效生物信息處理模式以獲得智能信息處理功能的理論和技術,目標相近而方法各異,將三者交叉組成新系統則能達到取長補 短、各顯優勢的效果。如用神經網絡來構造模糊系統,集中了模糊控制技術和人工神經網絡的雙重優點,擴大了系統處理信息的范圍;又如引入遺傳算法構造綜合性的模糊神經網絡計算智能系統(fuzzy neural networks computational intelligence sys-tem, FNNCIS),可以形成與實際問題相吻合的中醫證候診斷決策樹等等。
5 從定性到定量的綜合集成方法將是證候診斷規范化研究的發展趨勢
在20世紀80年代末,以錢學森教授為首的一批中國學者在系統科學研究的基礎上,曾提出了“從定性到定量的綜合集成法”[19]。在復雜系統的研究中,通常是科學理論、經驗知識和專家判斷力相結合,形成和提煉出經驗性假設,這些經驗性假設往往難以用嚴謹的科學方式證明,但需要經驗性數據對其確定性進行檢驗,從經驗性假設出發,通過定量方法得到結論,這一過程是一個人機結合綜合集成的過程。中醫學的模糊性、多變性、復雜性及隱匿性決定了中醫證候診斷必須通過多學科的交叉滲透來完成。所以,將綜合集成法運用到中醫證候診斷規范化研究中則能實現把人的“心智”與計算機的高性能結合起來;把人的定性認識,上升到定量認識;把不同層次的知識(科學理論和經驗知識)綜合集成起來;把各種學科結合起來進行研究,把多種領域的科學知識進行綜合集成;根據復雜巨系統的層次結構,把宏觀研究和微觀研究統一起來;充分利用計算機技術、人工智能、信息技術等高新技術。綜上所述,證候診斷的規范化研究包括診斷的標準化、客觀化及定量化研究,它除了必須遵循科學性、實用性、繼承性等原則外,尚應體現辨證的系統性和發展性,證候的特異性和穩定性[20, 21]。同時還要加強證候概念及專業術語的規范化研究。所以,這是一項非常復雜的工作,正如沈自尹教授[22]所總結的:“證”的研究難點在于:其一,證是一種功能態的,可以發展,可以轉化;其二,證的概念應用亦較混亂,靈活性大,辨證可因人而異,只有憑醫生的分析概括水平;其三,難以定性、定量,更難以定位。因此,只有通過不斷的探索,完善現有的研究思路與方法,中醫證候診斷的規范化研究才有望取得實質性的突破與進展。
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篇8
妊娠期糖尿病(GDM)是指妊娠前無糖尿病和糖耐量異常,在妊娠期發生或首次發現的糖尿病或糖耐量異常。由于種族差別、確診方法及診斷標準不同,其發病率為1%~14%[1]。盡管GDM病人分娩后血糖可恢復正常,但根據長期隨訪觀察,GDM病人將會成為2型糖尿病的高危人群,孕期血糖未控制的孕產婦并發癥較多,出現自然流產、巨大胎兒、妊娠期高血壓、感染、羊水過多、酮癥酸中毒、早產的機會明顯增多[2]。同時,GDM使子宮內代謝環境改變而對胎兒產生危害,使圍生兒的發病率和死亡率明顯高于正常人群組,并影響新生兒期、兒童期的智力發育甚至造成青春期肥胖。因此,對GDM進行早期、綜合、系統地治療,適時終止妊娠,對降低母嬰身心危害有重要意義。現對GDM的治療進展綜述如下。
1 健康教育
健康教育指借助科學的理論和方法,通過有組織、有計劃、有系統的教育活動,幫助人們了解自己的健康狀況,認識危害健康的因素,促使人們自覺地選擇有益于健康的行為和生活方式,從而減輕或消除影響健康的危險因素[3]。EVANS等[4]認為,對GDM病人開展健康教育是治療GDM的重要環節,包括飲食、鍛煉、血糖自我監測以及胰島素自我治療等,并指出對GDM病人提供成功的健康教育服務具有廣闊的市場,能產生明顯的效益。李正敏等[5]研究證實,健康教育具有積極作用,可提高孕婦對疾病的認識程度,明顯改善妊娠結局,血糖控制較前明顯改變,尤其是晚餐后血糖。廖新彬等[6]調查認為,健康教育可明顯提高GDM病人相關健康知識及保健能力,病人自覺調整孕期生活習慣,采取積極措施控制血糖,定期進行產前檢查及血糖檢測,主動配合醫生的治療。
2 飲食治療
75%~80%的GDM病人以飲食治療為主,飲食治療是GDM最主要和最有效的治療方法,不僅有利于控制孕婦的體質量,改善高血糖狀態,且能提高靶組織對胰島素的敏感性,增強其與胰島素的結合力。孕期控制過剩熱量的攝入對GDM病人及其胎兒有較好的預后[7]。理想的飲食應該是既能提供維持妊娠的熱量和營養,不引起饑餓性酮體產生,保持正常的體質量增加,不致于影響胎兒發育,又能嚴格限制碳水化合物含量不致引起餐后高血糖。目前美國糖尿病協會(ADA)推薦使用根據孕婦身高和體質量制定的個性化營養治療,飲食應定量、定時,以達到正常血糖水平而孕婦又無饑餓感為最佳。
2.1 少量多餐,攝入熱量適宜,保持最佳的體質量增長速度
多數人提倡GDM病人少量多餐,早餐量不宜過多,應占全天總熱量的10%。血脂高或肥胖者應減少脂肪的攝入。孕中期及孕晚期孕婦體質量每周以增長350~400 g為宜,整個孕期體質量增加以8.0~12.5 kg為宜[8]。孕期體質量增長過快(每周≥500 g),一方面加重胰島素抵抗,另一方面由于長期進食過多而刺激胰島素分泌更多的胰島素,使得β細胞功能進行性下降,最后不能分泌足夠的胰島素,使血糖不能維持在正常范圍,從而發生不同程度的糖代謝異常[9]。
2.2 補充微量元素及維生素B12
飲食中要提供充足的微量元素如鎂、鋅、鉻等,這些微量元素在胰島素的生物合成、體內能量代謝及改善糖耐量等方面起著重要作用。妊娠婦女尤其是GDM病人還應補充硒元素和維生素B12[10]。
2.3 調整膳食結構
ADA建議GDM病人飲食中脂肪熱量減至總熱量的30%,碳水化合物熱量限制在35%~40%,注意多攝入富含纖維素和維生素的食物,提高膳食可溶性纖維含量,減少單糖及食鹽攝入[11]。改善飲食結構,增加不飽和脂肪酸的攝入,可以提高機體對糖的耐受量,預防GDM病人產后2型糖尿病及心血管疾病的發生[12]。GDM病人忌吃辛辣生冷等刺激性食物,多吃苦瓜、柚子肉,因為苦瓜中存在植物胰島素[13],而柚子肉提取物是活性多糖,有類似胰島素的生理活性[14]。
3 運動治療
GDM的運動治療已得到了廣泛的關注和認可。其治療GDM的機制在于:促進葡萄糖的利用,降低血糖,提高機體對胰島素的敏感性及反應性,改善胰島素抵抗狀態,減輕或控制體質量。適用于飲食治療血糖控制不滿意,且無心血管疾病、無先兆流產、無早產及產前出血跡象,體溫及心率均在正常范圍的孕婦。運動治療應在醫生指導下進行,以安全有效為前提,運動的方式、強度及時間因人而異。
3.1 運動方式
JOVANOVICPETERSON等[15]研究表明,最安全的運動方式應該是不引起胎兒痛苦或子宮收縮的方式,GDM病人采用的5種不同運動方式(功率自行車、跑臺、劃船器、躺臥著的功率自行車、上肢功率計)中,上肢功率計是最安全、最有效、最易被接受的運動方式,可以為GDM病人提供一個有效的治療方法甚至取代某些病人的胰島素治療。屠霞芬等[16]的上肢運動方法是讓孕婦坐在椅子上,手持適重啞鈴或飲料瓶內裝適重水或沙,交替上舉,左右各舉10次,然后雙手同時上舉10次,如此重復漸增至20 min,1周3次,總有效率達80%。這與JOVANOVICPETERSON等[15]的家庭運動方案類同。其他舒緩、有節奏的運動方式只要安全、有效都可以推廣,如散步、太極拳等。
3.2 運動強度及時間
GDM病人不宜劇烈運動,運動量不宜過大,運動心率一般控制在120 min-1以內。運動強度的計算可概括為兩種方法,即最大耗氧量減半法和靶心率法。靶心率=(220-年齡)×70%[15]。
BUNG 等[17]主張開始參加運動的時間為孕期27.86~32.86周,不得超過33周。一般于餐后運動,運動持續時間不宜過長或過短。采用躺臥著的功率自行車方式運動,每次運動時間為45 min,分3個15 min進行,期間休息5 min(做胎心監護),每周3次[18]。采用上肢功率計的運動方式每次運動時間為20 min,并同時監護運動中的胎心、孕婦心率和子宮活動情況,每周3次[15]。
4 藥物治療
當GDM病人的空腹血糖>5.8 mmol/L,或經飲食治療餐后1 h血糖>7.8 mmol/L,餐后2 h血糖>6.7 mmol/L,及持續出現尿酮或聯合運動療法不能控制時需加用藥物控制血糖。
4.1 胰島素治療
補充外源性胰島素是藥物控制GDM糖代謝紊亂的最佳選擇。胰島素可使血糖水平得到很好控制,并能顯著降低巨大兒的發生率,減少剖宮產和產傷的發生。胰島素用量應個體化,常用的胰島素為人工合成的人胰島素,孕期應用不易產生抗體,對胎兒安全,一般選用短效和中效胰島素,超短效的胰島素類似物因具有作用快、控制餐后血糖效果佳及能上調胰島素受體敏感性的特點,可能成為治療GDM的一種新手段[19]。長效胰島素和超長效胰島素類似物一般不主張使用。
正常體型者胰島素用量為妊娠早期0.3~0.5 U/(kg·d),妊娠中晚期0.5~0.7 U/(kg·d)。大多數GDM病人所需胰島素的劑量≥0.6 U/(kg·d),一般按0.4 U/(kg·d)作為起始用量,早上2/3,晚上1/3,預混胰島素可采用諾和靈30R、諾和銳30R、諾和靈50R。如果GDM病人多次皮下注射胰島素仍持續高血糖且波動較大,建議使用胰島素泵治療,它安全有效且方便GDM病人不規律進餐的需要。應用胰島素泵時胰島素的總量是原注射劑量的75%~80%,其中50%為基礎量,50%為追加量。胰島素的劑量要隨孕婦體質量、孕期的增加和胎兒的成長而調整,妊娠的最后4周因胎兒生長快速,其從母體攝取更多的葡萄糖,孕婦的胰島素需要量開始減少,要及時減少基礎量和追加量,特別是過夜的基礎量。
4.2 不推薦口服降糖藥治療
因不能確定未經治療的孕婦高血糖所帶來的胎兒畸形或巨大兒的風險是否大于口服降糖藥所致胎兒畸形的風險[20],妊娠期一般不推薦使用口服降糖藥和胰島素類似物(增敏劑)。雖有研究發現磺脲類降糖藥——優降糖的胎盤通透性低,開始將該藥用于GDM病人的治療中[21],然而多數學者認為口服降糖藥的致畸機制和潛在危害不清楚,優降糖廣泛用于治療GDM的有效性和安全性尚需進一步證實。雙胍類、噻唑烷二酮類、二三代磺脲類及非磺脲類胰島素促泌劑等都缺乏無致畸作用的循證醫學證據。
4.3 開拓中藥治療
胰島素抵抗是GDM發病的重要原因,增加胰島素敏感性是治療的有效方法之一。中藥治療胰島素抵抗和增加胰島素敏感性作用已被實驗研究證實,如大黃、知母的水提取液、黃連素、中藥復方加味桃仁承氣湯、金芪降糖片等均有改善胰島素抵抗狀態,增加胰島素敏感性,降低血糖的作用,為中藥治療GDM提供了可能。
5 心理治療
有研究顯示,GDM病人的焦慮及抑郁癥狀發生率高達25.6%,尤其焦慮癥和焦慮水平均顯著高于正常孕婦[22]。焦慮會使GDM病人自主神經功能改變,交感神經功能亢進,產生使血糖升高的激素,加重焦慮抑郁情緒,使血糖升高,影響胎兒的生長發育。孕婦還易情緒緊張,致血糖水平波動大增加控制血糖的難度。馬金秀等[23]對58例胰島素治療的GDM病人行心理干預,使胰島素治療的依從性升高2.33倍。心理調節有助于改善孕婦情緒,使其積極配合飲食控制及其他治療,有利于血糖的調節,從而達到減少臨床用藥的目的。但目前心理治療的作用尚需大量的臨床研究證實。
6 基因治療
GDM病人存在人類白細胞抗原(HLA)等位基因的異常表達,這可能是導致GDM發生的重要因素。GDM的HLA易感基因確定有助于GDM的保護性或治療性疫苗的研制。NEWELL[24]闡述了基因治療GDM的廣闊前景:①預測GDM患病和并發癥發生的危險;②識別和干預GDM基因而阻止或延緩GDM發生發展;③早期發現GDM,早期干預而阻止近期并發癥的發生;④個體化治療GDM病人改善妊娠結局。
7 自我血糖監測
自我血糖監測是GDM病人有效控制血糖并防止低血糖發生的重要治療手段。胰島素治療期間應以毛細血管法監測血糖變化,可采用五點法監測,即三餐前0.5 h和早餐后2 h及睡前各測1次。較理想的血糖控制水平為空腹血糖3.3~5.8 mmol/L,餐后1 h血糖4.4~7.8 mmol/L,餐后2 h血糖4.4~6.7 mmol/L。
8 產科處理及產后追蹤
孕38周左右的GDM病人如血糖水平控制不好,出現產科巨大兒或妊娠高血壓綜合征等并發癥,應隨時終止妊娠。因此,產科應加強孕婦體質量增長、胎盤功能、胎兒生長、胎動及胎兒成熟度的監測。孕后期體質量以每周增加0.3~0.5 kg為宜,宮高增長和B超所測胎兒雙頂徑增長范圍,以第50th%為宜[25]。胎動計數是孕婦對胎兒宮內安危情況進行自我監測的重要手段,計數方法為每天早、中、晚各數胎動1 h, 3次計數之和乘以4為12 h胎動數,全天胎動數不應<30次,并與前1天胎動數對比,若胎動計數下降1/3提示胎兒宮內低氧,在給氧同時,做好胎心監護,密切監測血糖、酮體和B超。 轉貼于 GDM不是剖宮產的手術指征。若孕婦血糖控制滿意,胎兒大小適中,無其他并發癥,可待其陰道分娩;若胎兒過大,為避免肩難產的發生,應適當放寬剖宮產的指征。無論是剖宮產或陰道分娩,分娩時或手術時均應嚴密監測血糖。產后6周,多數GDM病人血糖可恢復正常,不需要再用胰島素,但有60%~70%的GDM病人于產后或產后數年(大多為5年)后會發生2型糖尿病,因此產后隨訪很有必要。需在產后6~8周再次復查75 g葡萄糖耐量試驗,如正常,則應每1~3年復查1次。
綜上所述,應重視GDM的治療,加強對GDM病人的血糖監測和控制,采取多種治療方法,盡可能使其血糖控制在正常范圍或接近正常范圍,減少圍生期并發癥的發生。
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篇9
關鍵詞近紅外光譜成像;多人同步交互記錄;小波相干;腦間神經反饋
分類號B82
DOI: 10.16842/ki.issn2095-5588.2017.04.007
1多人同步交互式記錄在認知神經科學中的興起
11多人同步交互式記錄的定義
多人同步交互式記錄(Hyperscanning), 是指對兩個以上個體的大腦進行同步測量的研究范式(柳昀哲, 張丹丹, 羅躍嘉, 2014;Bernhardt, 2012; Schilbach,
Timmermans, Reddy, Costall, Bente, & Schlicht, 2013),最早由Duane和Behrendt(1965)發展,它被視為認知神經科學發展的最新發展階段(Scholkmann, Holper, Wolf, & Wolf, 2013)。通過多人同步交互記錄,大腦在真實社會互動情景中的反應得以被揭示。
12多人同步交互式記錄的技術源起
認知神經科學的發展經歷了三個主要階段:第一個階段,即經典認知神經科學,專注于探索和發現個體大腦專門化的腦區以及人腦對個體內部世界及外界刺激的反應;第二階段,是社會認知神經科學,其主要目標是考察個體在分析處于社會交互情境中的大腦活動;隨著社會認知神經科學的發展,研究者們發現,只能測量單個個體在社會互動下大腦活動具有局限性,一種新的、可同時研究多個處于互動中的大腦神經活動的范式應運而生,這一新的研究范式即多人同步交互記錄,構成了認知神經科學發展的第三階段(Scholkmann, Holper, Wolf, & Wolf, 2013)。
最早使用多人同步交互記錄方法進行的研究可以追溯到20世紀60年代, Duane和Behrendt(1965)使用EEG所做的研究。Montague,
Berns, Cohen, McClure, Pagnoni, Dhamala等人(2002)最先使用功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)進行多人同時測量, 并明確了“多人同步交互記錄”的概念,將兩個大腦之間的神經同步活動命名為“同步連接”(hyperconnections)。Funane, Kiguchi, Atsumori, Sato, Kubota和Koizumi(2011)首次使用功能性近紅外光學成像(Functional nearinfrared spectroscopy, fNIRS)的方法進行了多人同步交互記錄研究。迄今為止,使用EEG、fMRI 以及 fNIRS的研究都揭示了大腦間的神經耦合(braintobrain coupling)現象,并認為這一現象是不能由單個大腦對社會互動類任務的反應所解釋的(ChatelGoldman, Schwartz, & Congedo, 2013)。因此,社會神經科學要繼續發展必然需要改進研究范式,將被試從被動的觀察者角色轉變為真實社交情景中的主動參與者(Hasson, Ghazanfar, Galantucci, & Keysers, 2012)。同時測量兩個或多個個體的大腦活動并對個體腦間神經耦合進行量化分析是實現這一目標的關鍵技術。
以往使用多人同步交互記錄進行的研究表明,腦間同步性的增強在不同任務中呈現在不同的腦區:在合作競爭任務中主要表現在前額葉(Cui, Bryant, & Reiss, 2012;Funane, et al., 2011),在運動模仿任務中主要表現在頂葉運動皮層和額頂聯合區(Holper, Scholkmann, & Wolf, 2012),而在雙人對話任務中則主要表現在左側額下回(Jiang,
Dai, Peng, Zhu, Liu, & Lu, 2012),這些腦區在經典社會認知任務過程中起到非常關鍵的作用,在多人同步交流的任務范式下也都扮演了重要角色。
2近紅外光譜成像在多人同步交互式記錄研究中的應用
21近紅外光譜成像在多人同步交互式記錄研究中的優勢
功能性近紅外光譜成像(fNIRS)是近年來發展起來的一種光學腦成像技術。該技術使用2~3個波長的近紅外光(波長700~1000nm),通過光源光纖照射到人頭皮表面,并較好地穿透頭皮、頭骨進入大腦皮層,經過組織吸收、散射后返回頭皮表面的接收光纖。被檢測的光學信號中含有皮層的光學參數,通過一定的物理和生理模型,可轉化為大腦皮層的血液動力參數,如血紅蛋白濃度。fNIRS具有較高的時間分辨率,可以接受的空間分辨率以及檢測的無損性。此外,fNIRSO備在價格、操作便利性、可移動性以及對頭部移動的容忍度上均有很大優勢。由于不用在封閉的空間下進行實驗,fNIRS非常適合研究自然情境下的人際交互。在以往研究多人同步交互任務的過程中,目前常用的腦功能成像技術,如功能性磁共振成像(fMRI)、 腦電圖(Electroencephalograph, EEG)、腦磁圖(Magnetoencephalogram,MEG), fNIRS都有涉及。隨著fNIRS的興起,其用于多人同步交互記錄研究的優勢越來越明顯。
相比于社會神經科學的傳統范式,多人同步交互記錄(hyperscanning)的優勢在于:首先,多人同步交互記錄,不同于傳統的社會神經科學的研究中所使用的“人-機互動”范式,該方法使用“人-人互動”范式, 研究在社會情境互動中雙人或是多人的反應;第二,發生在真實生活中的互動會呈現出比實驗條件下的人-機互動更為復雜的模式,多人同步交互記錄可以同時測量互動雙方行為和心理的交互影響;第三,多人同步交互記錄的范式具有比傳統范式更高的生態效度,人-人社會交互所反映出的個體的行為反應與大腦機制相較于人-機互動更加接近于真實情景之下的個體反應。此外,基于其可以同時記錄多人的共同反應,還可以促進群體在社會情景中的行為與心理機制的相關研究。
22基于近紅外光譜成像的多人同步交互式記錄研究進展
最早使用功能性近紅外光譜成像(fNIRS)技術的多人同步交互式記錄研究是關于社會互動中最常見的合作與競爭行為。Funane 等人(2011)使用22通道的fNIRS設備同時測量了雙人合作按鍵任務中,兩被試內側前額葉的血氧代謝水平的變化。研究結果表明,當兩名被試成功地在任務中實現同步時,結合氧血紅蛋白(HbO)的協方差相關度增大,而且合作任務完成的質量與HbO的協方差顯著正相關。Cui, Bryant和Reiss(2012)對Funane等人(2011)的研究進行了改進,同時測量了雙人合作、雙人競爭按鍵任務時被試雙方大腦的血氧代謝水平的變化,研究發現,盡管雙人無論在合作、競爭情景下所完成的都是同樣的按鍵任務,但相比競爭情景,合作情景顯著提高了雙人右側額上皮層血氧代謝活動信號的同步性。
以上與合作相關的多人同步交互記錄研究結果表明,當雙方在進行合作時,右側額上皮層以及內側前額葉的血氧代謝活動都顯著上升且相關顯著。Cheng, Li和Hu(2015)在這些研究的基礎上進一步考察了雙人合作過程中的性別效應,即合作雙方的性別異同對合作過程中大腦活動同步性的影響。研究結果表明,男-男被試對的大腦活動同步性最高,最低的是女-女被試對,而異性被試對的大腦活動同步性居中。此外,只有在異性被試對中才發現前額區域(前額極皮層、眶額皮層以及左背外側前額葉)與任務相關的顯著腦間同步性,而在同性被試對(男-男、女-女)都未發現這些區域的作用。此外,只有異性被試對之間的合作水平與他們的大腦激活同步性呈正相關。這些結果表明同性和異性之間的合作可能具有不同的神經基礎。
除了合作與競爭,研究者也對其他社會交互活動進行了研究,包括模仿(Holper, Scholkmann, & Wolf, 2012)、教學互動(Holper,
Goldin, Shalóm, Battro, Wolf, & Sigman, 2013)、面對面交流(Jiang et al., 2012)、母嬰互動(Duan,
Liu, Dai, Li, Lu, Huang, & Zhu, 2013)等。另外,隨著fNIRS的不斷改進,新穎的fNIRS裝備也開始出現。傳統的fNIRS設備是通過數據線連接的,通過光纖將受試者的大腦皮層信號傳輸到機器之中。測量時,被試的距離和活動范圍要受到很大的限制。新式的無線fNIRS裝備可以通過后置的無線信號發射裝置實時傳輸大腦皮層的數據,受試者的活動范圍更大,實驗情境的真實性也獲得了很大提升。
Holper, Scholkmann和Wolf(2012)使用無線fNIRS測量了被試在模仿時大腦間的神經耦合。研究發現,在模仿任務條件下,被試大腦間活動相關性增強,且模仿者的大腦血液動力變化會隨著模仿對象的大腦血液動力變化而改變。Dommer, Jger, Scholkmann, Wolf和Holper(2012)也使用無線fNIRS對成對被試及單個被試在進行nback 任務時大腦左側前額葉的活動進行了測量。研究結果發現:成對被試的大腦被測量區域(右側前額葉)的激活比單個被試要大;相對于基線條件下,成對被試在完成共同的nback任務時大腦間的同步性提高。Holper 等(2013)將無線fNIRS技術應用到多人同步測量的教學研究領域。該實驗由17對教師和學生組成的被試對進行了研究,實驗任務是進行教學對話。該研究測量了教師和學生在互動過程中大腦左側前額葉的激活水平。分析結果表明,在對話中成功地獲取了知識的學生比沒有成功獲取知識的學生在學習階段的大腦左側前額葉HbO要降低。并且,研究結果也進一步證實了,在教學成功的條件下,師生雙方的大腦血氧代謝變化呈正相關。
Jiang等(2012)使用fNIRS對20對被試對在4種交流狀態下的大腦激活變化進行了測量。這四種交流狀態分別是面對面對話、面對面獨白、背對背對話和背對背獨白。22個通道覆蓋左側前額、顳葉及頂葉的部分區域,并另有三個通道覆蓋被試左側背外側前額皮層。研究結果表明,被試對只有在面對面交流的時候才會出現大腦信號時間序列上的正相關,這種同步性增強表現在左側額下回皮層區域。
在國內,多人同步交互記錄的研究在國際上也處于領先地位。劉偉杰, 段煉, 戴瑞娜, 肖翔和李征(2014)在國內提出了腦間耦合神經反饋的概念,介紹基于fNIRS的高生態效度雙腦神經反饋平臺的設計和實現。并且在初步實驗中使用該平臺讓兩名被試進行了合作完成推小球任務,結果表明兩名受試者在合作狀態下神經活動同步性較強。鄭麗莉, 成曉君和胡誼(2015)將多人同步交互記錄稱作超掃描技術,并對該技術在教育領域中的應用前景等方面進行了概述。來自北京師范大學的研究團隊Jiang等(2015)研究了人際交互情境中領導力的涌現,并驗證了領導比跟隨者在交流能力上更強而不是交流頻率上更多的假說。Lian等人(2013)突破了雙人y量的限制,首次研究了多達九人同時參與打鼓活動時的多人腦間同步性,并將這種新的技術取向稱為“多腦網絡的群聚成像”(Cluster Imaging of Multibrain Networks,CIMBN)。
這些結果表明,腦間的神經同步廣泛存在,并在人類的社會交互之中扮演了重要的角色。然而,同步行為與大腦間的神經活動同步性的關系仍然不明確。更多研究可參考2014,2015年的兩篇綜述(Babiloni & Astolfi, 2014; Koike, Tanabe, & Sadato, 2015)。
23近紅外光譜成像在腦間神經反饋中的應用
神經反饋是將大腦信號轉換成容易被人們理解的形式,如聲音、動畫等,受試者通過訓練,選擇性地增強或抑制某一區域的大腦活動,進而達到調節腦功能的目的(Monderer, Harrison, & Haut, 2002)。腦間神經反饋(Crossbrainneuro feedback)是多人同步交互式記錄與神經反饋相結合所產生的最新研究技術,可用于研究大腦活動與外部行為之間的關系,并進一步通過反饋給被試的神經活動特征,使他們能夠自主地調節他們的神經活動。
目前,EEG、fMRI、fNIRS等腦成像技術都被應用到了腦間神經反饋的研究中。其中,fNIRS因其花費低、無侵入性、對被試的移動不敏感等特點在腦間神經反饋的應用中有較大的優勢。Duan等人(2013)使用fNIRS神經反饋的方式研究了被試的左側頂葉(感覺運動區域),并通過模擬拔河比賽情景實時、生動地呈現大腦活動。屏幕上繩子的位置是根據兩名被試左側額頂葉的HbO水平的比值決定的。數據分析顯示,被試可以通過調節他們大腦活動的反應來控制繩子的位置,達到了神經反饋的效果。當一方被試贏得比賽時,兩名被試的大腦活動的同步性減弱,而在勝負未分的時候,兩名被試的大腦活動同步性增強。
基于fNIRS的腦間神經反饋平臺包含三個主要部分:(1)數據的獲取與轉換;(2)實時的數據傳輸和處理,并將數據轉換成被試直觀可見的神經活動水平并反饋給被試;(3)實驗者界面。圖1呈現了Duan等人(2013)使用的基于fNIRS的腦間神經反饋的實驗平臺及其建構方式,詳細信息可參照其研究。
24多人同步交互式記錄的研究在現實生活中的應用
多人同步交互的范式的心理研究可以應用在生活的許多方面。
首先,多人同步交互可以應用在社會互動的研究中,比如學習交流、競爭與合作等等。在學習過程,特別是在學校的學習中,包括了師生多個個體之間的社會互動,目前流行的網絡課程與微課,也包含了多個個體之間必不可少的線上交流。這種類型的互動都包含了至少兩個個體,并且個體間的關系并非對稱,每個個體都扮演不同的角色(如講演者與傾聽者)。針對這一類型的社會互動,多人同步交互記錄提供了研究互動質量與學習過程的全新視角。
日常生活中常見的競爭與合作,同樣涉及了多個個體之間的深層互動。研究表明,在交互雙方角色不對稱的言語互動過程中(如教學關系、領導與服從關系等),有著合作性關系的團體成員較之有著競爭關系的不同組成員之間的EEG結果的因果關系更為顯著(Astolfi,
Toppi, De Vico Fallani, Vecchiato, Salinari, Mattia, et al., 2010),因此,在非對稱的社會互動質量的研究中,因果關系是更佳的神經元信號。如此,在師生互動的研究中,可將師生大腦之間的因果關系作為教師如何高效地使學生理解教學內容的神經元記號。在未來的社會互動質量的研究中,將有更多的研究探測大腦之間的因果關系。
除此之外,多人同步交互記錄還可以應用在決策和判斷領域。De Vico Fallani,
Nicosia, Sinatra, Astolfi, Cincotti和Mattia等人(2010)發現,通過在決策前評估被試大腦間的網絡模型的改變,可以高準確性地預測被試背叛其同伴的意圖。對多人賭博過程中的大腦同步性進行交互式測量,是未來可以繼續深入研究的非常有意義的社會認知神經科學的議題。
3多人同步交互記錄的數據處理方法
在Funane 等(2011)首次使用fNIRS進行多人同步交互記錄的研究中,他們的許多研究方法和數據處理方式都帶有開拓性。其數據處理方法是,先對單個被試fNIRS數據進行預處理,包括使用08 Hz 的低通濾波以及高斯方程進行平滑。預處理后的數據使用相減法,將任務態與靜息態下的數據相減得到各個通道的激活值。被試間大腦的神經耦合使用協方差進行計算(而非簡單的相關系數),協方差分析考慮了被試大腦激活的空間模式以及激活值兩個變量。這種數據處理方式較為復雜,需要研究者掌握良好的編程功底,參考文獻中的算法。
Cui, Bryant,和 Reiss(2012)使用了小波相干(Wavelet coherence,WC)作為處理被試間fNIRS信號的主要算法。小波相干在數據處理的應用中也被稱為小波變換相干(Wavelet Transform Coherence,WTC),是從傅里葉分析演變而來。小波相干能將一個信號總能量伸縮和平移等運算功能進行多尺度細化分析,從而可以更加精細地對時間序列數據的時頻特點進行概括。而小波變換相干則可以對兩個時間序列信號間的相位一致性和延遲進行分析(Torrence & Compo, 1998)。WTC已經在諸如地質水文、神經科學等研究領域中獲得了廣泛的應用(Torrence & Compo, 1998)。在神經科學的研究領域,由于靜息態fMRI數據具有分形縮放的特點,因而也較適合使用小波變換相干進行分析(Chang & Glover, 2010)。
fNIRS的數據與fMRI數據具有相似的信號特征,也適用于使用小波變換相干進行數據處理。除了適用性這一點,小波變換相干的有效性已被許多研究檢(Cui, Bryant, & Reiss, 2012; Grinsted, Moore, & Jevrejeva, 2004; Yaesoubi, Allen, Miller, & Calhoun, 2015)。Grinsted, Moore和Jevrejeva(2004)在網站(http://pol.ac.uk/home/research/waveletcoherence/)上公開提供了基于Matlab的數據處理包供研究者使用。基于這些優勢,Cui, Bryant和Reiss(2012)以及Jiang 等人(2012)都使用了小波變換相干作為被試間大腦活動相關性的分析方法,并成為后續多人同步交互記錄研究的主要數據處理方式之一。
4總結與展望
本文總結了近年來功能性光譜成像技術在多人同步交互記錄研究中的應用和最近進展,并且介紹了多人同步交互數據的主要處理方法。從研究趨勢來看,多人同步交互記錄研究方法已經在社會認知神經科學的多個研究領域中得到了應用。并且眾多研究結果表明,大腦間的神經活動同步性廣泛存在于合作、模仿、對話等社會互動情境下。
與合作相關的多人同步交互記錄研究結果表明,當雙方在進行合作時,右側額上皮層以及中部前額皮層有顯著的同步激活(Cui, Bryant, & Reiss, 2012; Funane et al., 2011)。同性和異性之間的合作可能具有不同的神經基礎(Cheng, Li, & Hu, 2015)。Holper, Scholkmann和Wolf(2012)研究發現,在模仿任務中,模仿者的大腦血液動力變化會隨著模仿對象的大腦血液動力變化而改變。Holper 等人(2013)研究了在教學中的師生互動,師生雙方的大腦左側額葉的血氧代謝變化達到正相關。Jiang等(2012)發現被試只有在面對面交流的時候才會出現左側額下回皮層區域大腦信號時間序列上相關性的增強。
腦間神經反饋(crossbrain neurofeedback)是多人同步交互記錄(hyperscanning)與神經反饋(neurofeedback)的有益Y合,該領域的研究不僅可以揭示出處于互動情境中的大腦間的神經同步性,而且能夠將這些信息反饋給被試,以訓練被試對他們的特定腦區的神經活動進行調控。fNIRS在腦間神經反饋中也有良好的應用價值, 而且由于其造價相對低廉、移動方便,普通的實驗室或者精神康復訓練中心都有能力配備和操作。因此,fNIRS有望在將來成為腦間神經反饋訓練的主要平臺。
未來的研究還需要針對大腦間耦合的量化及信號質量的提高探索出更多可用的信號加工方法。首先關于評估大腦之間耦合的信號加工方法,需要將功能性同步連接分析(functional hyperconnectivity)與因果性同步連接分析(effective hyperconnectivity)加以區分,功能性同步連接分析指變量之間的統計依賴性;因果性同步連接分析指直接的因果關系。用于功能性與因果性同步連接的信號加工方法可根據采用的方法將其分為時域,頻域和時域-頻域這三類方法。在未來還需探索用于相關關系與因果關系分析的多種信號加工方法。
其次,在多人同步交互研究中使用的實驗范式多由單一的動作任務(如:按鍵反應),音樂演奏,肢體動作的互動,面部表情,目光接觸,口頭對話,同步化的手或手指的運動,或者是讓被試在博弈的情景之下進行互動,未來的研究范式還需要能夠捕捉大腦之間耦合的最適宜的條件。同時也需要采用有適當控制條件的實驗范式,從而進一步提高信號質量。
此外,目前在多人同步交互研究中所使用的工具為fMRI、EEG、fNIRS,其各有優勢與不足,可在未來研究中同時將其結合使用,彌補各自的不足與缺陷。采用fMRI進行的多人同步交互記錄能夠準確定位參與大腦間作用的腦區,但是基于設備的局限性,其無法記錄日常生活中的大腦間作用;而EEG具有高時間分辨率,并能捕捉每時每刻的互動,但是其無法集中大腦間作用的中心。相較于fMRI,fNIRS更易攜帶并有著更好的時間分辨率,但是空間分辨率較差,并難以記錄深層大腦結構的信號。因此在未來的研究中可以將fNIRS與fMRI或是EEG結合使用,或是將fNIRS與生理系統參數(如心率)的測量相結合。
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Abstract