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生物醫(yī)學(xué)工程(BiomedicalEngineering,BME)是綜合應(yīng)用生命科學(xué)與工程科學(xué)的原理和方法,從工程學(xué)角度在分子、細胞、組織、器官乃至整個人體系統(tǒng)多層次認識人體的結(jié)構(gòu)、功能和其他生命現(xiàn)象,研究和開發(fā)用于防病治病、人體功能輔助及衛(wèi)生保健的人工材料、制品、裝置、系統(tǒng)和工程技術(shù)的學(xué)科。BME學(xué)科是各學(xué)科交叉與高度綜合的產(chǎn)物,涉及學(xué)科領(lǐng)域十分廣泛,包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科,又結(jié)合了包括聲、光、磁、電子、計算機、材料等尖端工程學(xué)科,是將其它學(xué)科研究成果應(yīng)用于臨床,將生命體與診斷、醫(yī)療、康復(fù)等裝置視為一個系統(tǒng),并充分考慮其相互作用的一類知識高度密集的技術(shù)領(lǐng)域。
1.2 國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教育現(xiàn)狀
我國自1978年創(chuàng)建生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科。截止2004年9月,我國有80余所高校設(shè)有生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科相關(guān)專業(yè)。其中醫(yī)科大學(xué)11所,綜合性大學(xué)12所,名牌工科大學(xué)13所,醫(yī)學(xué)院16所,普通工科院校27所,高職高專5所(左右)。依據(jù)人才培養(yǎng)的側(cè)重點不同,上述高校可以分為3類:(1)實力較強的理工院校的BME專業(yè)以培養(yǎng)能從事BME研究、開發(fā)和生產(chǎn)的高級BME技術(shù)人才為主要目標。(2)醫(yī)學(xué)院校的BME專業(yè)以培養(yǎng)能將工程技術(shù)與醫(yī)學(xué)密切配合的高級臨床醫(yī)學(xué)工程技術(shù)人員為主要目標。(3)普通理工科院校以培養(yǎng)能夠從事醫(yī)療器械質(zhì)量管理、設(shè)備管理、市場營銷、技術(shù)服務(wù)等工作的應(yīng)用型人員為主要目標。為了區(qū)別本科院校的專業(yè)設(shè)置、適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要,第三種類型中高職高專層次的院校一般將生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的名稱設(shè)置為“醫(yī)用電子儀器專業(yè)”、“醫(yī)療器械專業(yè)”等。
1.3 我校醫(yī)療器械專業(yè)人才培養(yǎng)目標
我校自2002年創(chuàng)設(shè)“醫(yī)療器械專業(yè)”。該專業(yè)的人才培養(yǎng)目標可劃歸到第三類,即:面向醫(yī)療器械生產(chǎn)銷售型企業(yè)、貿(mào)易型企業(yè)和醫(yī)院等醫(yī)療器械使用單位培養(yǎng)從事醫(yī)療器械市場營銷、質(zhì)量管理、保養(yǎng)維護等方面工作的高等技術(shù)應(yīng)用性人才。至今,該專業(yè)已招收3屆近250名學(xué)生。首批35名學(xué)生已于2005年畢業(yè),一次性就業(yè)率為95%。
2.醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)
生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展不僅促進了醫(yī)學(xué)的現(xiàn)代化,而且形成了一個新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域——生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)。生物醫(yī)學(xué)工程的產(chǎn)業(yè)范圍包括:生物醫(yī)學(xué)材料制品、(生物)人工器官、醫(yī)學(xué)影像和診斷設(shè)備、醫(yī)學(xué)電子儀器和監(jiān)護裝置、現(xiàn)代醫(yī)學(xué)治療設(shè)備、醫(yī)學(xué)信息技術(shù)、康復(fù)工程技術(shù)和裝置、組織工程等。習(xí)慣上,在生產(chǎn)實踐和行業(yè)監(jiān)管領(lǐng)域,“生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)”則更多地被稱為“醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)”。
2.1 醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)生、發(fā)展
20世紀初,電子管的發(fā)明和電子學(xué)的蓬勃發(fā)展促進了近代醫(yī)學(xué)科學(xué)和自動化理論與實踐的飛速發(fā)展。隨著晶體管的發(fā)明,各種模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)日趨成熟,一大批數(shù)字化檢驗、檢查、治療儀器應(yīng)用于臨床。70年代以后,大規(guī)模集成電路、微處理器芯片問世,各種以微處理器為核心的醫(yī)療檢驗、檢查、治療儀器在中等以上醫(yī)院得到廣泛應(yīng)用。先進醫(yī)療器械在醫(yī)院的使用極大推動了醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展,并成為醫(yī)學(xué)現(xiàn)代化的重要標志。醫(yī)療器械已經(jīng)發(fā)展成為全球性發(fā)展最快、貿(mào)易往來最活躍的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一,在醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)、公眾健康保健中起到越來越重要的作用。
2.2 醫(yī)療器械市場概況
2.2.1世界醫(yī)療器械市場概況
醫(yī)療器械是當今世界經(jīng)濟發(fā)展最快,貿(mào)易往來最為活躍的工業(yè)門類之一。據(jù)美國醫(yī)療衛(wèi)生工業(yè)制造商協(xié)會(HIMA)統(tǒng)計,1995年全球醫(yī)療器械銷售額為1200億美元,2000年達到1900億美元,2005年增加到2500億美元,預(yù)測2006年全球醫(yī)療器械銷售額將達到2600億美元左右。
2.2.2 中國醫(yī)療器械市場狀況
中國有14億人口,29萬家醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu),醫(yī)療器械有廣闊的市場。2000年,中國醫(yī)療器械市場容量達527億元,2005年達到760億元,平均年增長率15%,占世界市場份額3%,是全球醫(yī)療器械十大新興市場之一,已成為除日本以外亞洲最大的市場。
2.3 醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
2.3.1 我國醫(yī)療器械工業(yè)的現(xiàn)狀
我國的醫(yī)療器械工業(yè)總產(chǎn)值自改革開放以來一直保持快速增長。20世紀90年代以來,平均增幅一直保持在20%左右的水平。根據(jù)國家統(tǒng)計局公布的數(shù)據(jù),1995年全國醫(yī)療器械工業(yè)總產(chǎn)值僅140億元,2005年我國醫(yī)療器械工業(yè)總產(chǎn)值、銷售收人、利潤總額已經(jīng)分別達到504億元、488億元和40億元,同比均有24%以上的增幅,增長勢頭強勁。
截至2004年11月30日,我國醫(yī)療器械生產(chǎn)企業(yè)數(shù)已達到10447家,其中僅2004年就比2003年凈增加1438家,增長率達13.8%。年生產(chǎn)品種5000多個,規(guī)格1萬個以上,其中僅2001~2004年,我國共注冊境內(nèi)醫(yī)療器械產(chǎn)品29480個。加上期間注冊的港澳臺醫(yī)療器械產(chǎn)品178個、進口醫(yī)療器械產(chǎn)品7595個,產(chǎn)品已基本上滿足全國各級醫(yī)院的裝備要求。
目前我國醫(yī)療器械工業(yè)總產(chǎn)值在國際市場份額僅占2%左右,而美國高達42%,歐盟占27%,日本占14%。從醫(yī)療器械和藥品的銷售比例來看,我國為1:5左右,而在發(fā)達國家兩者的銷售比例為1:1.9,可見我國醫(yī)療器械工業(yè)的發(fā)展空間很大。醫(yī)療器械行業(yè)“十五”規(guī)劃預(yù)測,到2010年我國醫(yī)療器械行業(yè)總產(chǎn)值將達1000億元。
經(jīng)過50多年的建設(shè),我國醫(yī)療器械工業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步形成。目前,醫(yī)療器械生產(chǎn)廠商主要集中在上海、北京、天津、江蘇、浙江、廣東、遼寧、山東、湖北、四川、陜西等地區(qū)。國有企業(yè)繼續(xù)在行業(yè)內(nèi)發(fā)揮骨干作用,如北京萬東、山東新華、汕頭超聲、蘇州醫(yī)療、上海手術(shù)、上海齒科、上海醫(yī)光等;90年代以后,在計劃經(jīng)濟向市場經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌條件下,涌現(xiàn)出一批鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)和民營企業(yè),如江蘇宏寶、威海高分子、哈慈、浙江雙鶴、康德萊、寧波戴維等,多種所有制成份的共同發(fā)展,使醫(yī)療器械行業(yè)展現(xiàn)出勃勃生機。
2.3.2 浙江省、寧波市醫(yī)療器械相關(guān)企業(yè)現(xiàn)狀
據(jù)不完全統(tǒng)計,浙江省現(xiàn)有醫(yī)療器械生產(chǎn)銷售型企業(yè)1000余家、貿(mào)易型企業(yè)1000家以上、縣級(含)以上醫(yī)院等醫(yī)療器械使用單位200家以上。進人2005年中國醫(yī)療器械企業(yè)銷售收人100強的生產(chǎn)銷售型企業(yè)中,浙江占了5家。據(jù)2000年的統(tǒng)計,寧波市有醫(yī)療器械生產(chǎn)銷售型企業(yè)80家、總產(chǎn)值不足4億元人民幣、產(chǎn)值達到500萬元的企業(yè)不足10家。經(jīng)過5年多的調(diào)整、發(fā)展,到2005年,全市醫(yī)療器械生產(chǎn)銷售型企業(yè)有220家、貿(mào)易型企業(yè)250家。全市醫(yī)療器械生產(chǎn)銷售型企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值達20億元人民幣,年產(chǎn)值在500萬元以上的企業(yè)有50家,有的企業(yè)產(chǎn)值已達到2億元。產(chǎn)品涵蓋醫(yī)用磁共振成像系統(tǒng)、嬰兒培養(yǎng)箱、高壓氧艙、心電圖機、衛(wèi)生材料和敷料、體外診斷試劑等幾十個門類數(shù)百個品種幾千種規(guī)格的產(chǎn)品,在全國都有一定的影響。
政策評估從國家政策層面上看,按照原國家經(jīng)貿(mào)委制定的《醫(yī)療器械行業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃》,到2010年我國醫(yī)療器械總產(chǎn)值將達到1000億元,在世界醫(yī)療器械市場上的份額將占到5%,到2050年這一份額將達到25%,成為世界一流的醫(yī)療器械制造強國。為貫徹落實“十五”高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃,2003年2月11日,國家計委專門公告,組織實施“十五”期間生物醫(yī)學(xué)工程高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化專項,加快生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
地方上,北京、天津、上海、江蘇、廣東、浙江等省市,以及深圳、南京、佛山、莆田、衡陽、杭州、寧波等城市都對醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)進行了產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)和政策支持?!墩憬窠?jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》指出,醫(yī)療器械是“具有重大帶動作用的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)”,要“大力發(fā)展”。有關(guān)部門已經(jīng)著手制訂“醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)’十一五’發(fā)展規(guī)劃”。寧波市醫(yī)療器械行業(yè)協(xié)會也正在促成“十一五”規(guī)劃期間的政策支持。
同時,政府部門也意識到要制定更嚴格的監(jiān)管制度來引導(dǎo)各類型單位實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級、規(guī)范管理,解決這些單位面臨著一些實際問題:推動生產(chǎn)銷售型企業(yè)落實生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范(GMP)和質(zhì)量管理認證;明確要求新開辦貿(mào)易型企業(yè)至少配備2名醫(yī)療器械大專以上畢業(yè)生從事質(zhì)量管理、提供售后技術(shù)服務(wù);要求醫(yī)療單位加強設(shè)備管理、強化醫(yī)療器械不良事件監(jiān)測與控制。
3.討論
3.1 我國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科正在得到各類型高校的重視,各學(xué)校又依托原有基礎(chǔ)發(fā)展出各具特色的相關(guān)專業(yè)進一步促進了學(xué)科的發(fā)展。但可以預(yù)見,各高校之間的競爭也將日趨激烈。尋找合適的定位、有所側(cè)重才能為學(xué)科的發(fā)展作出貢獻。
1臨床醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程體系的調(diào)整
1.1醫(yī)學(xué)院校臨床醫(yī)學(xué)工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標醫(yī)學(xué)院校的臨床醫(yī)學(xué)工程應(yīng)用型人才以醫(yī)療設(shè)備的全程技術(shù)管理、信息系統(tǒng)的維護、影像工程科等為主。通過4年專業(yè)學(xué)習(xí),學(xué)生對于醫(yī)療儀器有比較深入的了解,側(cè)重于理論的應(yīng)用,能夠?qū)x器進行基本的保養(yǎng)、維護和一般性維修;對于儀器的醫(yī)學(xué)應(yīng)用比較了解,在醫(yī)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(wù)。同時也可以成為醫(yī)學(xué)儀器生產(chǎn)廠家的運行、維護、安裝、研發(fā)等專業(yè)技術(shù)人才。
1.2專業(yè)課程以原理為基礎(chǔ),兼顧應(yīng)用堅持“重人品,厚基礎(chǔ),強能力,寬適應(yīng)”的人才培養(yǎng)模式[5],接受先進的理論和技術(shù)。專業(yè)課程設(shè)置可分以下幾大類:醫(yī)學(xué)儀器與圖像處理類,包括電路、數(shù)字圖像處理、傳感器等;微機原理以及應(yīng)用類,包括單片機、計算機原理及應(yīng)用、醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)等;醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)類,包括系統(tǒng)解剖學(xué)、生理學(xué)等;生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程,包括生物力學(xué)、生物材料、醫(yī)學(xué)傳感器等。教學(xué)以“學(xué)為主,教為導(dǎo)”的方法,采取啟發(fā)式、討論式教學(xué)[6]。授課以原理為基礎(chǔ),不要求復(fù)雜的公式推導(dǎo),但是要有定性的概念,例如超聲探頭高頻低頻的應(yīng)用差別。由于設(shè)備更新?lián)Q代很快,無需糾結(jié)于某個特定型號的設(shè)備并研究其具體功能,應(yīng)概括性介紹醫(yī)學(xué)設(shè)備的應(yīng)用。開設(shè)理論教學(xué)與實地教學(xué)相結(jié)合,與醫(yī)院合作,組織學(xué)生到醫(yī)院參觀學(xué)習(xí),請相關(guān)業(yè)務(wù)人員介紹醫(yī)療儀器和系統(tǒng)的軟件以及硬件設(shè)備,及其實際運行情況,使學(xué)生有更直觀的認識。
1.3引入醫(yī)療器械風(fēng)險管理的概念,加強學(xué)生醫(yī)療風(fēng)險意識在基礎(chǔ)專業(yè)課程教學(xué)的同時,引入醫(yī)療器械風(fēng)險管理的概念。表1為制造商對某設(shè)備風(fēng)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(qū)是可用性測試工程師優(yōu)先考慮的內(nèi)容。風(fēng)險分為R1、R2、R3、R4、R5、R6等6個等級。醫(yī)療器械的風(fēng)險管理貫穿于產(chǎn)品的整個壽命周期,在設(shè)備的使用過程中仍可能存在,因此醫(yī)療工程人員需要具有醫(yī)療風(fēng)險意識。在教學(xué)中,引入醫(yī)療器械風(fēng)險管理的概念,讓學(xué)生了解醫(yī)療環(huán)境下多種因素都有可能造成醫(yī)療設(shè)備的使用風(fēng)險,同時讓學(xué)生感到學(xué)習(xí)臨床醫(yī)學(xué)工程在醫(yī)院工作“有用武之地”。
1.4以研帶教,直觀認識醫(yī)療風(fēng)險在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上兼顧研究和應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生科研能力的同時,加深學(xué)生對醫(yī)療風(fēng)險的認識程度。例如,我們對RFID標簽在高磁場下應(yīng)用的安全性進行測評[7-8],通過實驗發(fā)現(xiàn),13.56M無源RFID標簽作為患者標識,在1.5T磁場下持續(xù)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(fā)現(xiàn)臨床環(huán)境中風(fēng)險因素隨時可能被引入。開展創(chuàng)新性研究實驗,在培養(yǎng)學(xué)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(xué)生對臨床醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的興趣,更有利于學(xué)生今后的擇業(yè)意向。
關(guān)鍵詞 高等學(xué)校 本科專業(yè)評估 專業(yè)建設(shè)
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
隨著高等教育的穩(wěn)步發(fā)展和高等教育體制改革的逐步進行,如何提高高等教育質(zhì)量成為社會普遍關(guān)注的焦點。專業(yè)評估作為高校教育教學(xué)質(zhì)量的重要保障,現(xiàn)已成為評價高校各類專業(yè)辦學(xué)水平和教育質(zhì)量的重要依據(jù)。國家教育部自2003年開始實行“普通高校本科教學(xué)工作水平評估”工作,之后在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》中進一步明確了提高高等教育質(zhì)量的重要性。2012年,國家教育部高教司和教育部高等教育教學(xué)評估中心先后又下發(fā)了《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》、《教育部關(guān)于普通高等學(xué)校本科教學(xué)評估工作的意見》等文件。這一系列舉措都說明了專業(yè)評估在促進專業(yè)建設(shè),提升學(xué)校整體學(xué)科水平中的重要地位。
1實施高校本科專業(yè)評估的意義
1.1實施專業(yè)評估是實現(xiàn)專業(yè)科學(xué)發(fā)展的有力保障
開展本科專業(yè)評估工作是對辦學(xué)專業(yè)的內(nèi)在剖析,總結(jié)專業(yè)的建設(shè)背景、人才培養(yǎng)目標、目前取得成績、存在問題及未來發(fā)展趨勢,并與理想化標準相對照。
梳理出二者之間的差距,查找出制約專業(yè)發(fā)展的重要問題。并以此為突破點,進行一系列教育教學(xué)改革,發(fā)展自身辦學(xué)優(yōu)勢,促進專業(yè)內(nèi)涵建設(shè),引導(dǎo)專業(yè)在正常軌道發(fā)展,并進一步提高辦學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量,實現(xiàn)專業(yè)科學(xué)發(fā)展。
1.2實施專業(yè)評估有利于建設(shè)特色高等教育體系
隨著社會主義市場經(jīng)濟的逐步發(fā)展,社會中各個行業(yè)對人才的需求已不再是統(tǒng)一標準,而是呈現(xiàn)出了多樣化的特點,這就要求各校在人才培養(yǎng)方面要注重發(fā)揚自身的學(xué)科優(yōu)勢,培養(yǎng)特色化人才。實施專業(yè)評估工作能夠使高校與高校之間呈現(xiàn)區(qū)別化的專業(yè)設(shè)置和多樣化的人才培養(yǎng)定位,有利于各個高校明確自身專業(yè)的特長之處,避免學(xué)科和專業(yè)的重復(fù)建設(shè),提高辦學(xué)效率,有利于特色化教育體系的形成。
1.3實施專業(yè)評估有利于激發(fā)學(xué)校自身可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在動力
實施專業(yè)評估的目的是以評估工作來積極帶動學(xué)校的各項建設(shè)工作,推動學(xué)校辦學(xué)思想和觀念的更新,深化教育教學(xué)改革,全面完善人才培養(yǎng)方案和定位,以滿足社會對優(yōu)秀人才的需要。同時,并進一步提高教學(xué)隊伍素質(zhì)和管理隊伍素質(zhì),保障教學(xué)工作高質(zhì)量進行。專業(yè)評估工作可促使學(xué)校的改革與未來發(fā)展目標有機結(jié)合,統(tǒng)籌兼顧,最終實現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量,促進學(xué)??沙掷m(xù)發(fā)展。
2高校本科專業(yè)評估的指標解讀與籌備工作
遼寧省高校新設(shè)本科專業(yè)評估的指標體系主要包含兩個層次:一級指標(4項)主要有:人才培養(yǎng)定位與人才培養(yǎng)模式、專業(yè)教學(xué)團隊、教學(xué)基本建設(shè)、教學(xué)質(zhì)量保障;二級指標(13項)主要有:人才培養(yǎng)定位、人才培養(yǎng)模式、教學(xué)團隊結(jié)構(gòu)與數(shù)量、專業(yè)建設(shè)負責(zé)人、師資培養(yǎng)、人才培養(yǎng)方案、教學(xué)改革、實踐教學(xué)設(shè)計、實踐教學(xué)條件、教學(xué)資源建設(shè)、專業(yè)建設(shè)經(jīng)費、質(zhì)量監(jiān)控制度體系、質(zhì)量評價與反饋。
2.1人才培養(yǎng)模式與人才培養(yǎng)定位
高校專業(yè)人才培養(yǎng)應(yīng)定位于適應(yīng)國家及地方的經(jīng)濟社會發(fā)展需要或行業(yè)企業(yè)發(fā)展需求,具有明確清晰的專業(yè)建設(shè)指導(dǎo)思想。在符合專業(yè)定位的基礎(chǔ)上,人才培養(yǎng)目標應(yīng)遵循人才成長規(guī)律和教育教學(xué)規(guī)律,并且具備科學(xué)性、合理性、規(guī)范性和可操作性。在這一原則指導(dǎo)下,我校醫(yī)療器械學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的定位以國內(nèi)外醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才的需求為依據(jù),結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)特點和我校的辦學(xué)特色,積極探索生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式,構(gòu)建以生物檢測診斷、生物醫(yī)用材料、有源醫(yī)療器械三個方向為主體的培養(yǎng)方案,加強教學(xué)管理,注重人才培養(yǎng)質(zhì)量,并取得了顯著成效。
2.2專業(yè)教學(xué)團隊
應(yīng)建立一支穩(wěn)定的年齡、職稱、專業(yè)背景等結(jié)構(gòu)合理的專兼結(jié)合的專業(yè)教學(xué)團隊,并保證教學(xué)團隊在數(shù)量上能夠滿足教學(xué)工作的需要。專業(yè)建設(shè)負責(zé)人在具備優(yōu)秀的教學(xué)及科研能力外,還應(yīng)著力推動人才培養(yǎng)模式、培養(yǎng)方案、課程體系、實踐教育基地、師資隊伍等建設(shè)工作的開展。此外,依據(jù)專業(yè)建設(shè)規(guī)劃,制定科學(xué)合理的師資培養(yǎng)計劃,鼓勵和加強青年教師在專業(yè)教學(xué)及科研業(yè)務(wù)方面的作用。在此指導(dǎo)下,我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)建立了由15位專職教師、5位兼職教師構(gòu)成的老中青結(jié)合、富有創(chuàng)新精神的專業(yè)教學(xué)梯隊,其中80%的教師專業(yè)背景與該專業(yè)相近。專業(yè)建設(shè)負責(zé)人是我校博士研究生導(dǎo)師、碩士研究生導(dǎo)師。近三年承擔市級(及以上)科研課題5項,發(fā)表科研論文20余篇。并積極參與國內(nèi)外專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流與推廣,三年內(nèi)在國內(nèi)重要專業(yè)領(lǐng)域?qū)W會上發(fā)表大會報告或擔任主持人十余次,具有較好的專業(yè)學(xué)科影響力。學(xué)院還建立了完善的師資培養(yǎng)計劃,采取“內(nèi)出外進”的相應(yīng)措施及原則,其中專業(yè)教師參加學(xué)術(shù)交流活動30余次,參加率達到100%。
2.3教學(xué)基本建設(shè)
關(guān)鍵詞:3D打??;生物醫(yī)學(xué)工程;發(fā)展現(xiàn)狀
前言
三維打?。═hree Dimension Printing,簡稱3DP)屬于一種快速成型(Rapid Prototyping,簡稱RP)技術(shù),它由計算機輔助設(shè)計(CAD)數(shù)據(jù)通過成型設(shè)備以材料逐層堆積的方式實現(xiàn)實體成型?!叭S打印”在技術(shù)界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分層制造”等[1]。三維打印起源可追溯于上世紀八十年代,1984年查爾斯?赫爾發(fā)明了將數(shù)字資源打印成三維立體模型的技術(shù),并于1986年成立了3D Systems公司,開發(fā)了第一臺商用立體光敏3D打印機,1988年,斯科特?克倫普發(fā)明了熔融沉積成型技術(shù)(FDM)并于1989年成立了Stratasys公司,隨后在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、最先進的兩家3D打印公司。我國清華大學(xué)顏永年教授于1988開始研究3D打印成型技術(shù),華中科技大學(xué)王運贛教授以及西安交通大學(xué)盧秉恒院士等,紛紛于上世紀90年代起就開始涉足3D打印成型技術(shù)的研究。
1998年,清華大學(xué)的顏永年教授又將3D打印成型技術(shù)引入生命科學(xué)領(lǐng)域,提出生物制造工程學(xué)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打印設(shè)備,為制造科學(xué)提出了一個新的發(fā)展方向--生物制造。生物制造的一個重要手段即是生物3D打印。生物三維打印是以活細胞(living cells)、生物活性因子(proteins and bio-molecules)及生物材料 (biomaterials)為基本成形單元,設(shè)計制造具有生物活性的人工器官、植入物或細胞三維結(jié)構(gòu),是制造科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)交叉融合的新興學(xué)科,它是目前3D打印技術(shù)研究的最前沿領(lǐng)域,也是3D打印技術(shù)中最具活力和發(fā)展前景的方向[2,3]。
1 3D打印技術(shù)的分類
目前比較典型的3D打印快速成形技術(shù)主要分為三種[4]:
1.1 粉末粘結(jié)3D打印光固化材料3D打印與熔融材料3D打印
粉末粘結(jié)3D打印是目前應(yīng)用最為廣泛的3D打印技術(shù),其工藝過程如下:首先,在工作平臺上均勻鋪灑單位厚度的粉末材料;其次,依據(jù)實體模型離散層面的數(shù)字信息將粘結(jié)劑噴射到粉末材料上,使粉末材料粘結(jié),形成單位實體截面層;再次,將工作臺下降一個單位層厚;最后,重復(fù)第一步至第三步,逐層堆砌,形成三維打印產(chǎn)品。其存在缺點是,通過粉末粘連成形的零件精度和強度偏低,一般需要后續(xù)工藝提高其強度,但后續(xù)處理工藝會導(dǎo)致零件體積收縮,變形嚴重。
1.2 光固化3D打印(光敏三維打印)
該技術(shù)使用液態(tài)光敏樹脂作為原料制作零件模型,光敏材料三維打印成形基于噴射成形技術(shù)和光固化成形技術(shù),噴頭沿X方向往復(fù)運動,根據(jù)零件的截面形狀,選擇性噴射光固化實體材料和光固化支撐材料形成截面輪廓,在紫外光照射下光固化材料邊打印邊固化,層層堆積至制件成形完畢。但其應(yīng)用于骨骼類產(chǎn)品打印的主要缺點是,當前具有生物活性的骨骼類材料如羥基磷灰石,生物玻璃等材料自身不是光敏性材料,需與光敏材料混合使用,因此影響產(chǎn)品的生物活性在打印后將受到很大影響。
1.3 熔融材料3D打印成形
熔融材料三維打印成形基于熔融涂覆成形(FDM)專利技術(shù),分別加熱兩種絲狀熱塑性材料至熔融態(tài),根據(jù)零件截面形狀,選擇性涂覆實體材料和支撐材料形成截面輪廓,并迅速冷卻固化,層層堆積至制件成形完畢,其原理與光敏材料3D打印成形類似 [16]。目前熔融材料三維打印成形,可采用由磷灰石和骨骼所需的有機鹽配置而成的骨水泥,不需要額外添加紫外光照射固化所需的光敏介質(zhì),有利于保證材料后續(xù)的生物相容性和生物活性。但由于擠壓式噴頭的噴嘴處壓力大,容易造成阻塞現(xiàn)象,因此對噴嘴和材料漿料的粒徑要求較高。
除三維打印外,應(yīng)用比較廣泛的商業(yè)化快速成形工藝還包括立體光刻成形(SLA)、選擇性激光燒結(jié)成形(SLS)堆疊、實體制造(LOM)、熔融堆積成形(FDM)等,但這些工藝大多需要配備價格昂貴的激光輔助系統(tǒng),且成型工藝實質(zhì)上還是類似于上述三種材料疊加-固化技術(shù)。因此,三維打印技術(shù)被認為是最具生命力的快速成形技術(shù),發(fā)展?jié)摿薮?,在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊,其推廣應(yīng)用將對傳統(tǒng)的醫(yī)療產(chǎn)品生產(chǎn)模式帶來顛覆性的影響。
2 三維仿生重構(gòu)建模技術(shù)的發(fā)展
基于醫(yī)學(xué)圖像的三維重構(gòu)建模技術(shù)是生物3D打印技術(shù)的重要研究內(nèi)容之一。3D打印生物構(gòu)件的實現(xiàn)首先需要在計算機環(huán)境下有效重構(gòu)和建模,生成可用于驅(qū)動打印噴頭的指令數(shù)據(jù)進而操控成型設(shè)備實現(xiàn)產(chǎn)品成型。隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展,人體組織的二維斷層圖像數(shù)據(jù)可以方便地獲取以進行醫(yī)學(xué)診斷和治療。但是,二維斷層圖像只是表達了某一截面的解剖信息,醫(yī)生可以憑經(jīng)驗由多幅二維圖像去估計病灶的大小及形狀,“構(gòu)思”病灶與其周圍組織的三維幾何關(guān)系,可三維打印設(shè)備卻無法根據(jù)這些斷點數(shù)據(jù)進行立體三維成型,因此,基于醫(yī)學(xué)圖像的三維重構(gòu)建模技術(shù)是生物3D打印技術(shù)的重要前驅(qū)步驟。
由于CT或MRI等檢測設(shè)備掃描得到的二維圖像信息不能直接用于快速成型,只有通過專用軟件將二維斷層圖像序列重建為三維虛擬模型,并生成為快速成型機可以接受的STL(Stereo Lithography)格式圖形文件,才能最終制造出生物產(chǎn)品三維實體模型。近十多年來,歐美等發(fā)達國家的科研機構(gòu)對于醫(yī)學(xué)圖像三維重建的研究十分活躍,其技術(shù)水平正從后處理向?qū)崟r跟蹤和交互處理發(fā)展,并且已經(jīng)將超級計算機、光纖高速網(wǎng)、高性能工作站和虛擬現(xiàn)實結(jié)合起來,代表著這一技術(shù)領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。
在市場應(yīng)用領(lǐng)域,國外已經(jīng)研制了三維醫(yī)學(xué)影像處理的商品化系統(tǒng),其中,比較典型的有比利時Materialise公司的Mimics、美國Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在國內(nèi),中國科學(xué)院自動化研究所醫(yī)學(xué)影像研究室自主開發(fā)的3D Med是基于普通微機的三維醫(yī)學(xué)影像處理與分析系統(tǒng),系統(tǒng)能夠接收CT、MRI等主要醫(yī)療影像設(shè)備的圖像數(shù)據(jù),具有數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)管理、二維讀片、距離測量、圖像分割以及三維重建等功能。清華大學(xué)計算機系研發(fā)的人體斷面解剖圖像三維重構(gòu)系統(tǒng)能給外科手術(shù)中的影像診斷提供一定的參考。中國科技大學(xué)在應(yīng)用Delphi開發(fā)三維重構(gòu)軟件的研究上取得了很好的成果。國內(nèi)企業(yè)也研發(fā)了一些三維醫(yī)學(xué)影像處理系統(tǒng)。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高級圖像處理軟件”于2005年4月投入市場。它能對二維醫(yī)學(xué)圖像進行快速的三維重建,并能對臨床影像的數(shù)據(jù)進行科學(xué)有效的可視化和智能化挖掘和處理,為臨床提供更多有價值的信息。但目前國外優(yōu)秀軟件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的價格非常昂貴,且其技術(shù)嚴格保密。國內(nèi)的產(chǎn)品大多沒有自主知識產(chǎn)權(quán)和成熟的商業(yè)應(yīng)用模式。
3 3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用
3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中應(yīng)用廣泛,其應(yīng)用領(lǐng)域大致包括:體外器官模型、仿生模型制造;手術(shù)導(dǎo)板、假肢設(shè)計;個性化植入體制造;組織工程支架制造;生物活體器件構(gòu)建以及器官打?。凰幬锖Y選生物模型等。如圖1所示為3D打印在生物醫(yī)學(xué)工程中的各種應(yīng)用情況[5-7]。
3.1 體外器官模型、仿生模型制造。該類應(yīng)用主要用于醫(yī)療診斷和外科手術(shù)策劃,它能有效地提高診斷和手術(shù)水平,縮短時間、節(jié)省費用。便于醫(yī)生、患者之間的溝通,為診斷和治療提供了直觀、能觸摸的信息,從而使手術(shù)者之間、醫(yī)生和病人之間的交流更加方便。
3.2 手術(shù)導(dǎo)板、假肢設(shè)計。該類應(yīng)用便于訂制精確的個性化假體,實現(xiàn)個性化醫(yī)療需求。根據(jù)患者缺損組織數(shù)據(jù)量身訂制的假肢,可提高假肢設(shè)計的精確性,提高手術(shù)精確度,確?;颊叩墓δ芑謴?fù),減少患者的痛苦。
3.3 個性化植入體制造。人體許多部位的受損組織,需要個性化定制。如人類面部頜骨(包括上下頜骨) 形態(tài)復(fù)雜, 極富個性特征, 形成了個體間千差萬別的面貌特點。人類的頭顱骨,需要準確與顱內(nèi)大腦等軟組織精確匹配扣合,人體的下肢骨、脊柱骨等會嚴重影響患者今后的步態(tài)及功能恢復(fù)。因此這類修復(fù)體可通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)個性化訂制和精確 “克隆”受損組織部位和形狀。
3.4 組織工程支架制造。如通過3D打印技術(shù)設(shè)計和制備具有與天然骨類似的材料組分和三維貫通微孔結(jié)構(gòu),使之高度仿生天然骨組織結(jié)構(gòu)和形態(tài)學(xué)特征,賦予組織工程支架高度的生物活性和骨修復(fù)能力。
3.5 生物活體器件構(gòu)建以及器官打印。此方面的應(yīng)用大多涉及活體細胞的生物3D打印技術(shù)。細胞三維結(jié)構(gòu)體的3D構(gòu)建可以通過活細胞及其外基質(zhì)材料的打印構(gòu)建活體生物器件。如英國赫瑞瓦特大學(xué)和一家干細胞技術(shù)公司合作,首次將3D打印拓展到人類胚胎干細胞范圍。這一突破使得利用人類胚胎干細胞來“打造”移植用人體組織和器官成為可能。美國康奈爾大學(xué)研究人員最近在其發(fā)表的研究論文中稱,他們利用牛耳細胞在3D打印機中打印出人造耳朵,可以用于先天畸形兒童的器官移植。
3.6 藥物篩選生物模型。藥物篩選指的是采用適當?shù)姆椒?,對可能作為藥物使用的物質(zhì)(采樣)進行生物活性、藥理作用及藥用價值的評估過程。作為篩選,需要對不同化合物的生理活性做大規(guī)模橫向比較,因此有研究人員指出通過3D打印技術(shù),精確設(shè)計仿生組織藥物病理作用模型,可以使人們開在短時間內(nèi)大規(guī)模高通量篩選新型高效藥物。最近,四川大學(xué)聯(lián)合加州大學(xué)圣地亞哥分校等科研機構(gòu),通過3D打印技術(shù)設(shè)計了一款肝組織仿生結(jié)構(gòu)藥物解毒模型(如圖1-c),該研究成果發(fā)表在最近一期的Nature Communications上,受到3D打印研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
3D打印在生物醫(yī)學(xué)工程中應(yīng)用:(a)3D打印磷酸鈣骨組織工程支架; (b)3D打印細胞、活體器官構(gòu)件;(c)3D打印肝組織仿生結(jié)構(gòu)藥物解毒模型。
4 結(jié)束語
三維打印技術(shù)正處在蓬勃興起的階段,3D打印技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)工程中得到了廣泛的應(yīng)用,其應(yīng)用以及發(fā)展現(xiàn)狀表明:3D打印在體外器官模型、組織工程與再生醫(yī)學(xué)、個性化醫(yī)療以及新藥研發(fā)等方面展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。抓住生物材料及植入器械的三維打印技術(shù)新一輪發(fā)展浪潮,發(fā)展我國生物三維打印技術(shù),對發(fā)展我國生物材料醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)步入國際先進水平具有十分重要的意義。
參考文獻
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2006年吉利俠報道,設(shè)備的維修管理是正隨著生產(chǎn)發(fā)展而產(chǎn)生的一門科學(xué),其發(fā)展過程大致可分為4個階段:(1)事后維修階段:這種修理機制不講設(shè)備的維修層次(局部維修、全部維修、或更新改造等),僅以修復(fù)設(shè)備原來的功能為目的,必然喪失設(shè)備的許多工作時間,生產(chǎn)計劃被打亂,修理的內(nèi)容、時間長短都帶有很大的隨機性(1950年前)。(2)預(yù)防維修階段:主要做法是定期檢查設(shè)備,在故障處于萌芽狀態(tài)時采取預(yù)防措施,以避免突發(fā)事故發(fā)生,但是出于受檢查手段和人們經(jīng)驗的制約,仍可能使計劃不準確,造成維修冗余或不足(1950-1960)。(3)生產(chǎn)維修階段:它由4種具體的維修方式組成:事后維修、預(yù)防維修、改善維修和維修預(yù)防,針對不同設(shè)備及其使用情況分別采取不同的維修方式。這一維修體制突出了維修策略的靈活性,吸收了后勤工程學(xué)的內(nèi)容,提出了維修預(yù)防,提高設(shè)備可靠性、設(shè)計水平以及無維修設(shè)計思想(1960-1970年)。(4)各種設(shè)備維修管理模式并行階段:主要包括綜合工程學(xué)、全員生產(chǎn)維修TPM、設(shè)備綜合管理3種管理模式(1970年至今)。
以可靠性為中心的維修(ReliabilityCenteredMaintenance,RCM)管理模式
2006年吉利俠簡單介紹20世紀90年代的維修管理模式,見表1。
2007年安志萍等報道發(fā)達國家的經(jīng)驗和發(fā)展表明,以可靠性為中心的維修(RCM)管理理論已在航空設(shè)備及軍事裝備維修領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,效果顯著??梢姴捎肦CM管理.把從被動維修和基于時間的計劃維修轉(zhuǎn)換為以可靠性為中心的預(yù)防性維修體制.也是軍隊醫(yī)療裝備維修管理發(fā)展的必然趨勢。RCM管理模式充分考慮裝備自身的設(shè)計特點、運行狀態(tài)和裝備的故障模式及故障后果影響等信息。只有在確定醫(yī)療裝備可靠性下降,且維修工作是必要和可行時,在保證安全性和可靠性的條件下才進行針對性維修,而不盲目做反應(yīng)性維修或一般性預(yù)防性維修,從而減少虛驚和不必要的維修,有效地提高了醫(yī)療裝備的完好率和使用率。
依據(jù)RCM管理理論建立軍隊醫(yī)療裝備RCM管理體系見圖1。以可靠性為中心的維修(RCM)是從眾多的維修理論中脫穎而出并逐步被廣泛接受的一種全新的維修方法。它是建立在設(shè)備的設(shè)計特點、運行功能、故障模式和后果分析的基礎(chǔ)上,以最大限度提高設(shè)備的使用可靠性為目的,應(yīng)用可得到的安全性和可靠性數(shù)據(jù),確定維修的必要性和可行性,對維修要求進行評估,最終制定出實用的、合理的維修計劃。
基于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)計的醫(yī)療設(shè)備維修管理系統(tǒng)
2006年劉剛基于醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)計的醫(yī)療設(shè)備維修管理系統(tǒng),采用醫(yī)學(xué)工程部安裝設(shè)備維修系統(tǒng)/科室通過瀏覽器訪問設(shè)備報修系統(tǒng)結(jié)合的模式(見圖2),使各科室客戶端零維護,醫(yī)學(xué)工程部的數(shù)據(jù)操作、統(tǒng)計方便,具有預(yù)防性維護、自動派工、績效考核等特殊的功能,對確保醫(yī)療設(shè)備良好的狀態(tài)和提高員工的工作效率具有很大幫助,為提高醫(yī)療設(shè)備的維修管理水平提供了技術(shù)手段上的保障,同時為全院信息整合提供了基礎(chǔ)平臺。2009年曾立等報道,結(jié)合該院HIS系統(tǒng),選用VS2005和SQLSERVER數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一套B/S模式的醫(yī)療設(shè)備維修管理系統(tǒng),實現(xiàn)了科室報修、維修提醒、維修確認登記,以及維修信息查詢統(tǒng)計、打印等功能。該醫(yī)療設(shè)備維修管理系統(tǒng)簡要流程見圖3。臨床科室醫(yī)療設(shè)備故障,上網(wǎng)填寫維修申請后提交,負責(zé)該區(qū)域的維修人員登錄系統(tǒng)后顯示維修提醒或者事先設(shè)定的預(yù)防性維修計劃時間到期,顯示預(yù)防性維修提醒,針對上述系統(tǒng)功能性提醒,維修人員進行維修確認并進行設(shè)備維修,維修過程中或維修完成可進行維修登記。
分類維修模式
2009年王魯?shù)葓蟮涝O(shè)備分類維修模式:將亟待維修的醫(yī)療設(shè)備科學(xué)合理的分類,根據(jù)分類有針對性的進行維修分工。廠家專業(yè)維修工程師、外聘工程師、醫(yī)院維修技術(shù)人員人力資源合理地分配,確保醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備正常運行,延長設(shè)備儀器的生命周期,見圖4。
大型精密設(shè)備的維修工作:大型精密設(shè)備多為影像設(shè)備和專業(yè)性強的貴重儀器,該類設(shè)備技術(shù)含量高,維修工作主要依靠廠家的專業(yè)維修工程師。目前,各大設(shè)備生產(chǎn)廠商均推出了設(shè)備保修協(xié)議。醫(yī)院需要對協(xié)議認真地推敲討論,根據(jù)設(shè)備的使用情況:有選擇地購買設(shè)備的保修,雖然買保修增加了設(shè)備的運行成本,但它能確保設(shè)備發(fā)生故障時能快速地修復(fù),從而也確保了醫(yī)院經(jīng)濟效益和社會效益。
專業(yè)性較強的設(shè)備的維修:作專業(yè)性較強的設(shè)備多為檢驗類設(shè)備和相對技術(shù)含量較高的儀器設(shè)備,它具有同類產(chǎn)品多、構(gòu)造原理公開、維修配件開放、定期巡檢、校正次數(shù)較多等特點。該類型設(shè)備的維修工作可由廠家工程師和醫(yī)院維修工程師完成,也可有選擇性的外聘專業(yè)工程師。有利于工程師之間的技術(shù)交流學(xué)習(xí)和醫(yī)院專業(yè)維修工程師的培養(yǎng)。
常規(guī)醫(yī)療設(shè)備的維修工作:常規(guī)醫(yī)療設(shè)備是醫(yī)院各專業(yè)必備儀器設(shè)備,數(shù)量龐大,其技術(shù)含量相對較低。問題多為電路板上元件的故障(由于設(shè)備使用年限較長,造成接觸不良等情況),醫(yī)院維修工程師完全可以獨立修復(fù),其特點:配件開放且價格較低、維修速度快,為臨床的診斷和治療工作贏得了寶貴的時間,也為醫(yī)院節(jié)約了大量的維修資金。
自助與購買服務(wù)相結(jié)合模式
2010年張力方報道,提出一種新的醫(yī)療器械維修服務(wù)方式?jīng)]想———自助與購買服務(wù)相結(jié)合模式,其內(nèi)涵:
(1)醫(yī)院必須有自己的醫(yī)療器械管理部門。管理職能為負責(zé)醫(yī)療器械從預(yù)算、論證、購置、驗收安裝、維護保養(yǎng)、維修、使用安全監(jiān)督,直至報廢的全過程管理。(2)根據(jù)醫(yī)院的規(guī)模、科室設(shè)置與床位數(shù),配置有相應(yīng)的臨床丁程技術(shù)人員。
(3)臨床T程技術(shù)人員主要有四大任務(wù):安裝驗收、維護保養(yǎng)、基礎(chǔ)設(shè)備維修、應(yīng)急維修。
(4)除上述基礎(chǔ)設(shè)備以外,將醫(yī)院一些大型醫(yī)療設(shè)備及精密醫(yī)療器械用購買服務(wù)方式,交給專業(yè)公司承擔維修與維護工作。
(5)醫(yī)院醫(yī)療器械管理部門有責(zé)任對購買服務(wù)進行績效考評,保證購買服務(wù)為有效服務(wù)。
設(shè)備維修社會化模式
2007年孫愛民等報道醫(yī)院維修管理模式現(xiàn)有的趨勢走向:
(1)醫(yī)院設(shè)備維修要走建設(shè)臨床醫(yī)學(xué)工程學(xué)科的道路。建設(shè)臨床醫(yī)學(xué)工程學(xué)科是順應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)院發(fā)展的要求。發(fā)達國家早在二十世紀七十年代就在醫(yī)院中建立了醫(yī)學(xué)工程部,設(shè)置了醫(yī)學(xué)工程師或生物醫(yī)學(xué)工程師,其工作重點圍繞醫(yī)療設(shè)備的安全和質(zhì)量控制。在國內(nèi),現(xiàn)在大多數(shù)醫(yī)院也都已建立了設(shè)備處(科),但工作重點大多還維持在采購和事后維修水平;也有少數(shù)醫(yī)院的學(xué)科建設(shè)走在前面,擁有足夠的工程師、甚至博士和博士后;工作模式也向臨床滲透,開展質(zhì)量檢測、預(yù)防性維修、科研教學(xué)等。可以說,臨床醫(yī)學(xué)工程這個新興的邊緣學(xué)科在國內(nèi)醫(yī)院中已具雛形,但極需發(fā)展狀大。
(2)醫(yī)療設(shè)備維護,維修外包模式即推向社會化模式醫(yī)療設(shè)備維護外包是指醫(yī)院委托外部的專業(yè)維護公司負責(zé)醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備維護工作。
2011年張際州等報道了社會化第三方維修服務(wù)。這種模式的優(yōu)勢在于:
(1)早期就有資料顯示,通過外包平均可使服務(wù)水平提高15%。
(2)提供專業(yè)化的維護服務(wù)技術(shù),減少醫(yī)院對各標準工具、測試設(shè)備的投入,顯著降低成本及維護人員培訓(xùn)費用。調(diào)查結(jié)果顯示,40.5%的調(diào)查對象認為醫(yī)療設(shè)備外包能夠節(jié)約成本。2011年王麗芳等對3種維修方式進行了比較。
原廠維修:醫(yī)療設(shè)備由生產(chǎn)廠家維修,維修力量強,經(jīng)驗豐富,備件充足;但價格昂貴,只更換備件。醫(yī)院自修:設(shè)備出現(xiàn)故障后由醫(yī)院設(shè)備維修部門維修,響應(yīng)速度快,無需費用;但無專業(yè)培訓(xùn)人員,無備件,甚至無維修工具。第三方維修:響應(yīng)速度快,維修水平高,方式靈活多樣,收費低廉;但備件不充足。比較以上幾種服務(wù)方式,對于設(shè)備多、類型多,同時有一定的技術(shù)力量的大型醫(yī)院幾種維修方式應(yīng)該分別采用才能使服務(wù)最優(yōu)化、開支最合理化、設(shè)備效率最高化。
關(guān)鍵詞: MIT 發(fā)展戰(zhàn)略 辦學(xué)特色
麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology,簡稱MIT)在眾多大學(xué)排名里,均位列世界前五位。2013―2014年最新排名中QS世界大學(xué)排名:世界及全美第一;其世界聲譽排名自2011年首次以來,都一直將其列作世界及全美第2(僅次于哈佛大學(xué)及斯坦福大學(xué))。研究MIT的辦學(xué)特色對我國理工大學(xué)的建設(shè)有很好的借鑒意義[1]。
一、學(xué)校簡介
MIT是美國一所研究型私立大學(xué),位于馬薩諸塞州(麻?。┑膭蚴?,查爾斯河(Charles River)將其與波士頓的后灣區(qū)(Back Bay)隔開。至2009年,先后有78位諾貝爾獎得主曾在麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)或工作。MIT的自然及工程科學(xué)在世界上享有極佳盛譽,其管理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、哲學(xué)、政治學(xué)、語言學(xué)也同樣優(yōu)秀。
二、發(fā)展戰(zhàn)略
在對未來社會、科學(xué)和大學(xué)自身研究的基礎(chǔ)上,MIT制定了新的發(fā)展戰(zhàn)略。第一,吸引最優(yōu)秀的學(xué)生和教師,給他們提供有刺激性的和有效的生活與學(xué)習(xí)環(huán)境。第二,致力于研究基礎(chǔ)科學(xué),但應(yīng)在把研究、學(xué)習(xí)和行動整合成一體的新模式中處于領(lǐng)先地位。第三,開拓新的財政來源,增進公民、聯(lián)邦政府和商業(yè)界對科學(xué)、技術(shù)、研究和高等教育的理解與支持,吸引私人投資。第四,麻省理工更加注重全球化的發(fā)展,進一步加強其在國際上的產(chǎn)學(xué)研合作。
三、辦學(xué)特色
(一)“小而精”的發(fā)展戰(zhàn)略――院系和學(xué)科門類少
根據(jù)專業(yè)的分類,MIT被分成了如下六個學(xué)院:建筑及城市規(guī)劃學(xué)院(School of Architecture and Planning):建筑學(xué)、媒體藝術(shù)與科學(xué)、城市研究與計劃;工程學(xué)院(School of Engineering):航空太空工程、生物醫(yī)學(xué)工程、化學(xué)工程、土木工程、環(huán)境工程、電機工程、計算機科學(xué)與工程、資訊科學(xué)、核子工程、機械工程、材料科學(xué)與工程、交通物流研究所;人文及社會科學(xué)學(xué)院(School of Humanities, Arts,and Social Sciences):人類學(xué)、比較媒體研究、經(jīng)濟學(xué)、文學(xué)、歷史學(xué)、語言學(xué)、哲學(xué)、音樂與戲劇藝術(shù)、政治學(xué)、女性研究、寫作計劃組;阿爾佛雷德?P?斯隆管理學(xué)院(Alfred P. Sloan School of Management):金融博士、會計博士、MBA和金融學(xué)碩士;理學(xué)院(School of Science):數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、腦與認知科學(xué)、地球科學(xué);維泰克健康科學(xué)技術(shù)學(xué)院(Whitaker College of Health Sciences and Technology)。
(二)注重加強國際合作
2007年,MIT與阿拉伯聯(lián)合酋長國達成協(xié)議,共同建設(shè)馬斯達爾科學(xué)技術(shù)研究院――世界上第一所專注研究另類和可持續(xù)能源、培養(yǎng)研究生的高等院校。2009年與浙江大學(xué)、新加坡達成協(xié)議,共同建設(shè)新加坡技術(shù)與設(shè)計大學(xué),2011年開始招收第一屆本科生。2011年與俄羅斯斯科爾科沃基金會達成協(xié)議,共同建設(shè)斯科爾科沃技術(shù)大學(xué),2013年投入運行。2003年與西班牙阿拉貢政府、薩拉戈薩大學(xué),在歐洲最大的物流中心薩拉戈薩市成立MIT-薩拉戈薩物流研究院(ZLC)[2]。2011年,馬來西亞政府和麻省理工達成協(xié)議,共同創(chuàng)建了MIT-馬來西亞供應(yīng)鏈創(chuàng)新學(xué)院(MISI)并招收MIT-馬來西亞供應(yīng)鏈管理碩士研究生(MSCM)。
(三)重視理工科學(xué)生人文社科通識課程教育
MIT向來重視對理工科學(xué)生進行通識課程教育,注重教學(xué)與科研、應(yīng)用的有機結(jié)合,培養(yǎng)學(xué)生運用知識解決實際問題的能力。MIT主要通過合理的課程設(shè)置有效地對學(xué)生進行通識類課程的教育。數(shù)學(xué)、科學(xué)與技術(shù)共9門,人文藝術(shù)與社會科學(xué)必修課8門,交流必修課4門,體育必修課4門,專業(yè)課16門左右。從課程設(shè)置可以看出MIT不僅培養(yǎng)學(xué)生對藝術(shù)的交流形勢及敏感度,而且重視體育教育及交流課程的教學(xué)。有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)文化課程時有強健的體魄,也能培養(yǎng)學(xué)生的藝術(shù)修養(yǎng)及口頭表達能力及寫作水平;有利于學(xué)生形成完整全面的知識結(jié)構(gòu);有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng),使學(xué)生有更強的社會責(zé)任感,能夠更好地適應(yīng)社會及企業(yè)要求。我國要不斷引進MIT的先進的通識教育理念,明確通識教育的目的,完善通識教育的課程體系,建立通識教育的組織機構(gòu),推進我國建設(shè)世界一流理工院校通識教育的進程。
參考文獻:
[1]曹艷紅.我國“985工程”高校定位問題研究[D].天津大學(xué),2011(05).
關(guān)鍵詞 分子腫瘤學(xué);研究型教學(xué);教學(xué)改革
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2013)12-0081-02
近年來,惡性腫瘤已成為嚴重威脅國民健康的重要疾病之一。在全球范圍內(nèi),每年新發(fā)癌癥患者約1000多萬,死亡700多萬。我國每年新發(fā)病例也逐步提升,如何有效防治惡性腫瘤已成為醫(yī)學(xué)界面臨的時代難題[1]。世界各國政府紛紛大力投入,積極探索新技術(shù)、新方法,使腫瘤學(xué)研究得到飛速發(fā)展。
分子腫瘤學(xué)是生物學(xué)與醫(yī)學(xué)的交叉學(xué)科,是將分子生物學(xué)技術(shù)應(yīng)用于腫瘤相關(guān)基因及其表達產(chǎn)物的研究中,進而闡明腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及其本質(zhì),為腫瘤的預(yù)防、診斷和治療提供新措施。北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院以抗腫瘤藥物的研發(fā)為學(xué)科發(fā)展方向,但隨著現(xiàn)代生物技術(shù)發(fā)展的日新月異,原有的一些腫瘤學(xué)基礎(chǔ)知識已不能完全滿足當前科研的發(fā)展需求。為適應(yīng)生物前沿技術(shù)發(fā)展趨勢,有力地推動生物技術(shù)向多專業(yè)滲透,促進邊緣交叉學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展,學(xué)院首次為研究生開設(shè)分子腫瘤學(xué)這門課程,主要從分子水平上深入闡述腫瘤學(xué)研究的新進展,并結(jié)合學(xué)院研究生培養(yǎng)目標和課程建設(shè)的要求,對該課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式等方面進行嘗試與探索。這一舉措必將促進學(xué)院在生物領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)研究和學(xué)科建設(shè)。
1 以腫瘤基礎(chǔ)研究為背景確立課程教學(xué)內(nèi)容
隨著我國醫(yī)學(xué)模式的轉(zhuǎn)變以及全球性衛(wèi)生重點的轉(zhuǎn)移,腫瘤的防治研究成為科教興國戰(zhàn)略的重要組成部分,不論是腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機制,還是臨床腫瘤診斷治療,都取得長足進步[1]。
北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)以探究腫瘤發(fā)生發(fā)展機制、抗腫瘤藥物開發(fā)以及基因治療等為主要研究方向,與醫(yī)學(xué)腫瘤專業(yè)相比,在定位和針對性方面都有較為鮮明的特色。學(xué)院研究生大多數(shù)具有生物學(xué)等工科背景,掌握分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)、免疫學(xué)及病毒學(xué)等豐富的理論知識,在基礎(chǔ)研究方面具有優(yōu)勢,但缺少一定的臨床腫瘤學(xué)知識。因此,分子腫瘤學(xué)這門課程的開設(shè)不同于醫(yī)學(xué)院傳統(tǒng)的臨床腫瘤學(xué)課程,而是著重以腫瘤基礎(chǔ)研究為背景,拓寬研究領(lǐng)域,深化研究層次。授課內(nèi)容涉及腫瘤發(fā)生發(fā)展分子機制及其基因治療、分子藥靶、腫瘤表觀遺傳學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域,以及腫瘤干細胞、miRNA、RNA干擾、蛋白質(zhì)組學(xué)和生物信息學(xué)等前沿領(lǐng)域,從基因?qū)用嫣接懩[瘤發(fā)生機制和有效的治療措施。在此基礎(chǔ)上,進一步發(fā)現(xiàn)新的腫瘤標志物,用于腫瘤的早期預(yù)測與防治。
2 以研究型教學(xué)為主導(dǎo)確立課程教學(xué)方法
研究生的課程教學(xué)處于從本科時期的知識學(xué)習(xí)型階段向課題研究型階段過渡的重要時期,是研究生培養(yǎng)過程中的一個基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。因此,這就決定了研究生課程教學(xué)不應(yīng)僅僅只是本科式的知識傳授的延續(xù),而應(yīng)是知識傳授與科研能力培養(yǎng)并重。但當前高校教學(xué)中仍以傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)方法為主,師生交流與互動少,只適于簡單的傳授知識,不利于培養(yǎng)研究生自主學(xué)習(xí)和科研創(chuàng)新能力。
2.1 轉(zhuǎn)變觀念意識,優(yōu)化課程設(shè)置
為了更好地增強教學(xué)效果,培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,在開設(shè)分子腫瘤學(xué)課程之初就積極轉(zhuǎn)換教學(xué)觀念,以研究型教學(xué)為主導(dǎo),結(jié)合課程的基礎(chǔ)性與前沿性,優(yōu)化課程設(shè)置,確立新的教學(xué)模式[2]。根據(jù)學(xué)校的研究生培養(yǎng)目標,制定出一套適應(yīng)研究生教育的教學(xué)大綱,既滿足研究生的知識需求,又能反應(yīng)出學(xué)科水平和發(fā)展趨勢。在整個教學(xué)過程中,以學(xué)生為中心,教師發(fā)揮組織和引導(dǎo)作用,根據(jù)課程具體內(nèi)容、學(xué)生知識背景及理解能力等因素,充分激發(fā)學(xué)生的主動性與積極性。
在課程設(shè)置中,沒有采用固定的教材形式,而是根據(jù)學(xué)生背景知識的差異,結(jié)合當前生物前沿技術(shù)在腫瘤學(xué)領(lǐng)域的研究趨勢,采用啟發(fā)式、講座研討式的教學(xué)方式,有目的性地開展授課。課程內(nèi)容主要分為三部分:
第一部分著重介紹一些腫瘤學(xué)相關(guān)基本知識,包括細胞生物學(xué)如細胞結(jié)構(gòu)與功能、分子生物學(xué)如腫瘤的分子標志物等基礎(chǔ)知識,既照顧了那些基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生,同時給基礎(chǔ)好的學(xué)生進行了復(fù)習(xí);
第二部分重點從細胞周期與凋亡、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、血管生成、侵襲轉(zhuǎn)移、耐藥性等方面闡述腫瘤的癌變機制和腫瘤惡性演進機制;
第三部分介紹腫瘤的分子診斷、預(yù)防與治療等內(nèi)容與研究進展。
在授課中,從激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維目的出發(fā),鼓勵研究生參與課堂討論,并結(jié)合學(xué)院一些學(xué)術(shù)前沿講座,通過學(xué)術(shù)報告和學(xué)術(shù)交流,使學(xué)生更廣泛拓寬學(xué)術(shù)視野,提高綜合科研水平。
2.2 研究型教學(xué)在課堂中的實踐
研究型教學(xué)是在教師的啟發(fā)指導(dǎo)下,以學(xué)生獨立自主學(xué)習(xí)和合作討論為前提,以教學(xué)中的難點重點內(nèi)容、有爭議的學(xué)術(shù)問題或?qū)W科前沿問題為研究內(nèi)容,通過學(xué)生查閱資料、獨立鉆研和認真思考展開課堂討論和交流,使不同的學(xué)術(shù)觀點相互碰撞、交流與補充[3]。
分子腫瘤學(xué)屬于腫瘤學(xué)領(lǐng)域的前沿學(xué)科,知識更新快,教材不能涵蓋最新的研究內(nèi)容,因此在授課過程中不能以單一的教材作為參考資料。在教學(xué)之前提前做好研究性學(xué)習(xí),從同行認可度高的期刊中查閱相關(guān)領(lǐng)域的最新研究文獻,不斷更新知識,在課堂上根據(jù)授課內(nèi)容適時引入這些新技術(shù)新方法,既豐富了教學(xué)內(nèi)容,又調(diào)動了學(xué)生的科研興趣。
分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)是腫瘤研究的基礎(chǔ),教學(xué)內(nèi)容涵蓋的知識點多、涉及面廣,新技術(shù)與新方法的出現(xiàn)日新月異。如在給學(xué)生介紹細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)這章內(nèi)容時,課前根據(jù)學(xué)生研究興趣與方向設(shè)定一些知識點與問題,讓學(xué)生課后分組查閱相關(guān)文獻,準備PPT在課堂交流學(xué)習(xí)。如選擇一個信號通路,查閱該通路包括的知識點,如蛋白種類、特點及調(diào)控功能,思考該通路在腫瘤生成中發(fā)揮怎樣的機制?是否有其他小分子如miRNA的參與等?學(xué)生課后準備充分,結(jié)合自己今后的研究方向,積極探索與發(fā)現(xiàn)問題,在課堂交流中活躍,既豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容,又促進了對新知識的學(xué)習(xí)。
此外,還注重將本學(xué)院的研究成果融入教學(xué)過程中,如在介紹病毒與腫瘤這章內(nèi)容時,為學(xué)生介紹學(xué)院科研小組對艾滋病、宮頸癌、食管癌等腫瘤病的研究進展與研究成果;在講細胞生物學(xué)時,結(jié)合本實驗室在干細胞領(lǐng)域的研究思路與研究進展,為學(xué)生介紹干細胞包括腫瘤干細胞、IPS細胞的特征及其在臨床中的應(yīng)用前景。這樣讓學(xué)生更全面了解本學(xué)院的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,為今后進實驗室開展研究工作奠定基礎(chǔ)。
3 完善課程考核方式
課程考核是課程質(zhì)量的重要內(nèi)容,以多種形式考核指標來完善考核方式。在分子腫瘤學(xué)的課堂教學(xué)中,主要從課堂出勤、論文撰寫、專題討論三方面加以評估。其中專題討論和論文撰寫分別占總成績的70%。在研究生的培養(yǎng)中,文獻查閱是研究生從事科學(xué)研究非常重要的一個環(huán)節(jié),學(xué)生可以在查閱、積累、梳理資料中消化、理解知識,并與相關(guān)知識融會貫通,運用各種知識解決實際問題。因此,撰寫某一個感興趣領(lǐng)域的研究進展論文是考核的重要內(nèi)容之一。論文統(tǒng)一按照期刊發(fā)表的格式來撰寫,考評內(nèi)容包括論文格式的規(guī)范性、選題的新穎性、文獻的代表性等。
專題討論部分的考評主要通過學(xué)生對文獻的理解程度,包括能否把握文獻的核心內(nèi)容,能否提出自己對文獻研究內(nèi)容的完善建議。同時,學(xué)生學(xué)術(shù)交流水平也納入成績考核部分,包括多媒體課件的制作、學(xué)術(shù)表述的流暢性和學(xué)術(shù)交流過程的應(yīng)對能力。這樣既可以考核學(xué)生查閱文獻的能力,同時可以鍛煉撰寫論文的能力。
4 結(jié)束語
腫瘤的分子生物學(xué)研究一直是生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的熱點,尤其是癌基因的研究。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,生物芯片、RNA技術(shù)、表觀基因組學(xué)及生物信息學(xué)等分析方法逐漸成為腫瘤研究的一種高效手段,使研究者更深入地了解疾病發(fā)生的分子機制,掌握癌基因特異性的分布規(guī)律,揭示基因信號內(nèi)在的生物學(xué)意義,有力地促進腫瘤學(xué)的發(fā)展,為腫瘤的臨床治療奠定基礎(chǔ)。
北京工業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與生物工程學(xué)院專門為生物技術(shù)專業(yè)研究生開設(shè)分子腫瘤學(xué)這門課程,旨在為工科院校培養(yǎng)側(cè)重于腫瘤學(xué)基礎(chǔ)研究的復(fù)合專業(yè)型人才。在教學(xué)中轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念,引入研究型教學(xué)模式,把研究的意識、思維、觀點與方法融入教學(xué)中,強調(diào)對知識學(xué)習(xí)的自主性與探究性,注重學(xué)習(xí)過程中研究生的實踐與體驗[4]。在課堂教學(xué)中根據(jù)課程性質(zhì)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點,創(chuàng)造性地進行教學(xué)設(shè)計,激發(fā)學(xué)生的科研興趣,有利于全面培養(yǎng)研究生的綜合創(chuàng)新能力。
參考文獻
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【關(guān)鍵詞】引導(dǎo)骨再生膜術(shù); 骨形態(tài)發(fā)生蛋白; 組織工程骨
【中圖分類號】R274.1【文獻標識碼】A【文章編號】1004-4949(2012)09-0175-02
隨著組織工程和基因工程的發(fā)展,GBR、BMP及復(fù)合BMP的組織工程骨在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛?,F(xiàn)就其在口腔科的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀作一綜述。
1引導(dǎo)骨再生膜技術(shù)在口腔科的應(yīng)用
引導(dǎo)骨再生膜技術(shù)(guided bone regeneration,GBR)是繼引導(dǎo)組織再生技術(shù)(guided tissue regeneration,GTR technique)的發(fā)展和推廣。它是采用生物材料制成的生物膜在牙齦軟組織與骨缺損之間人為地豎起一道生物膜屏障,阻止軟組織中成纖維細胞及上皮細胞長入骨缺損區(qū),確保成骨過程在無成纖維細胞干擾的前提下逐漸完成,最后實現(xiàn)缺損區(qū)完全的骨修復(fù)[1]。隨著生物材料的不斷更新,該技術(shù)已經(jīng)越來越完善和成熟,已被廣泛應(yīng)用于口腔科。
引導(dǎo)組織再生技術(shù)最早應(yīng)用在牙周病學(xué)中,其后推廣到口腔種植外科、口腔修復(fù)及口腔頜面外科中。在口腔種植外科中被應(yīng)用于種植體周圍骨量不足的治療中,為種植體周圍骨組織提供足夠的、穩(wěn)定的生長空間,起一定的骨引導(dǎo)的作用。在口腔頜面外科中已被應(yīng)用于牙槽嵴裂的整復(fù)、外傷后造成的牙槽骨缺損的修復(fù)以及頜骨囊腫的治療中。其與復(fù)合組織工程骨的聯(lián)合應(yīng)用,有望在不久的將來用于修復(fù)大段頜骨的缺損[2]。
1.1 常用材料:在GBR中,其膜材料常分為可降解和不降解兩種,不可降解材料中常見的有膨體聚四氟乙烯,該材料柔韌性好,易于操作且生物相容性好,此外不可吸收性膜材料還有微孔濾膜、生物性硅酮膜等。但不可吸收性膜由于在人體內(nèi)不能降解吸收,需二次手術(shù)取出,增加了患者的痛苦、醫(yī)療費用,而且二次手術(shù)容易造成對術(shù)區(qū)周圍組織的損傷,缺點甚多。其逐漸被可降解的生物膜所取代。由此,可降解吸收材料逐漸成為了研究熱點。究其在人體中的作用過程,其應(yīng)滿足的條件有:1、有選擇性的引導(dǎo)組織生長;2、有良好的生物相容性;3、易于操作;4、降解與引導(dǎo)組織再生在時間上要協(xié)調(diào)。在現(xiàn)階段常用的材料有:1、天然高分子材料:膠原膜、凍干異體骨膜、聚羥基丁酸酯;2、合成聚合物材料:聚乳酸、聚羥基乙酸和GA/LA[3]。
1.2復(fù)合膜材料: 以往的膜材料起的主要是機械隔離的作用,隨著生物技術(shù)的發(fā)展,人們在膜材料改進的同時,使其與生長因子、誘導(dǎo)劑等相結(jié)合,改善其理化性以及提高其生物相容性,使其具有傳到、誘導(dǎo)的能力[4,5]。如與骨形態(tài)發(fā)生蛋白與生物膜復(fù)合后引導(dǎo)缺損骨組織再生。
2骨形態(tài)發(fā)生蛋白以及復(fù)合組織工程骨在口腔科的應(yīng)用
2.1骨形態(tài)發(fā)生蛋白: 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是多功能生長因子,是一組具有類似結(jié)構(gòu)的高度保守的功能蛋白,能夠在體內(nèi)誘導(dǎo)骨和腱樣組織形成的因子,并在肢體生長,軟骨內(nèi)骨化,骨折早期及肌腱修復(fù)時表達,對骨骼的發(fā)育和再生修復(fù)以及肌腱的再生修復(fù)起重要作用[6]。在口腔科其被應(yīng)用于口腔種植外科、口腔頜面外科骨的缺損誘導(dǎo)修復(fù),牙槽嵴裂以及腭裂的修復(fù)中。其次,隨著對其應(yīng)用的不斷深入研究,有望在對頜面部神經(jīng)的修復(fù)中起重要作用[6]。
2.1.1骨形態(tài)發(fā)生蛋白7:在至今被發(fā)現(xiàn)的20多種BMP家族成員中,骨形態(tài)發(fā)生蛋白7已有研究階段轉(zhuǎn)入臨床應(yīng)用階段[7]?,F(xiàn)對骨形態(tài)發(fā)生蛋白7作一重點介紹:骨形態(tài)發(fā)生蛋白7(BMP-7)又稱為成骨蛋白1(osteogenic pro-tein,OP-1)。其已應(yīng)用于牙槽骨缺損、牙槽嵴裂以及腭裂的修復(fù)中。在牙周病的手術(shù)治療中,應(yīng)用膜引導(dǎo)組織再生技術(shù),依靠膜的屏障作用及牙周膜細胞成骨能力完成牙槽骨缺損的修復(fù),而BMP-7的應(yīng)用是對修復(fù)的牙槽骨起主動的誘導(dǎo)分化成骨的作用。其次,也用于誘導(dǎo)腭裂區(qū)骨的形成以及種植體周圍骨組織的形成。另外,在用牽引成骨技術(shù)治療先天性或后天性頜骨畸形、下頜骨的缺損修復(fù)以及正頜外科中BMP-7都有廣泛的應(yīng)用空間[8,9,10]。其具體優(yōu)點體現(xiàn)在:其能加速骨痂的成熟、加速骨的礦化前過程,且有關(guān)實驗表明:其復(fù)合骨髓后能明顯增強成骨作用,且能代替自體骨的移植。據(jù)有關(guān)報道:在牙髓組織中檢測到BMP-7,其在動物實驗中蓋髓及誘導(dǎo)牙本質(zhì)形成能力已被成功證明。
2.1.2骨形態(tài)發(fā)生蛋白相關(guān)載體: 骨形態(tài)發(fā)生蛋白具有誘導(dǎo)成骨的優(yōu)點,但要使其充分發(fā)揮其優(yōu)點,必須要與載體復(fù)合才能發(fā)揮作用。因為其單獨在體內(nèi)使用會很快被稀釋及降解。究其載體應(yīng)具有如下特點:1、組織相容性好,與機體排異反應(yīng)??;2、可降解或吸收,對人體無害;3、載體的吸收或降解速度也應(yīng)與BMP的誘導(dǎo)成骨作用相協(xié)調(diào),不能降解或吸收較快或較慢。目前應(yīng)用的載體有:膠原、羥基磷灰石、脫鈣骨基質(zhì)顆粒、α-聚酯。但各自都存在有缺陷,比如膠原無強度,不利于塑形,而且異種膠原可引起排異反應(yīng);羥基磷灰石孔徑大小及脫鈣骨基質(zhì)顆粒制備工藝影響到其活性發(fā)揮的問題等[11,12,13]。
2.2骨組織工程: 組織工程學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展為BMP載體材料的研究、更新及發(fā)展提供了堅實的基礎(chǔ),為誘導(dǎo)成骨及骨的修復(fù)開辟了新的研究空間。骨組織工程其材料包括三部分:1、種子細胞,即有成骨潛能的細胞,如:骨膜、骨髓等來源細胞;2、骨誘導(dǎo)因子,如BMP、多肽生長因子等;3、基質(zhì)支架,一類為人工合成材料,如聚乙醇胺、聚乳酸、鈣磷陶瓷等;另一類為天然生物材料,如膠原、珊瑚骨纖維蛋白透明質(zhì)酸鈉等。復(fù)合組織工程骨可用于修復(fù)牙槽嵴裂、腭裂、頜骨缺損、種植體周圍骨缺損以及牙周病造成的牙槽骨缺損;口腔修復(fù)科可用于牙槽嵴的增高等[14,15,16]。隨著生物技術(shù)、組織工程以及基因工程的發(fā)展,支架材料與BMP及骨髓基質(zhì)干細胞的復(fù)合以及尋找新的可降解、吸收支架材料成為今后的研究熱點。
3GBR與復(fù)合組織工程骨的聯(lián)合應(yīng)用
單純的GBR技術(shù)難以保證骨缺損區(qū)域有穩(wěn)定的、足夠的成骨空間,影響到骨外形的恢復(fù)。另外,由于單純的只起到屏障隔離的作用,不能縮短骨的愈合時間以及加速骨的形成和誘導(dǎo)成骨,而與BMP復(fù)合的組織工程骨可以成功的解決這些問題。膜的存在避免了周圍組織長入骨缺損區(qū),為骨缺損區(qū)的修復(fù)提供了穩(wěn)定的環(huán)境;同時,膜的封閉作用也保證了一定骨缺損修復(fù)區(qū)域內(nèi)組織工程骨內(nèi)BMP的濃度,減緩甚至阻隔了其向周圍組織中的擴散,加速了其誘導(dǎo)成骨的作用;同時,復(fù)合BMP的組織工程骨,其具有誘導(dǎo)成骨的作用;同時,因為其有基質(zhì)支架,使其同時具有骨誘導(dǎo)和骨傳導(dǎo)的作用[17,18,19]。即能誘導(dǎo)骨組織生長。另外,又因為支架材料的作用使植入膜及骨材料的區(qū)域不易塌陷,有利于新生骨的爬行、替代,起到骨傳導(dǎo)的作用[20]。
4總結(jié)與展望
GBR技術(shù)與復(fù)合BMP的組織工程骨在口腔科的聯(lián)合應(yīng)用,能彌補各自存在的技術(shù)缺點,有利于其在臨床治療中的廣泛開展。但在現(xiàn)階段所擁有的已應(yīng)用到臨床中的膜和復(fù)合BMP的組織工程骨的降解速度以及支架材料的強度能否與骨再生的速度完全適應(yīng),還需長期的臨床觀察。另外,能否人工合成更理想的支架材料以及能否開發(fā)出誘導(dǎo)效果更好的外源性生長因子一直是研究的熱點。隨著其生物技術(shù)的發(fā)展,相信骨組織工程、基因技術(shù)會給口腔科的治療帶來革命性的變革。
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一、整合生物信息學(xué)的研究領(lǐng)域
盡管目前一般意義上的生物信息學(xué)還局限在分子生物學(xué)層次,但廣義上的生物信息學(xué)是可以研究生物學(xué)的任何方面的。生命現(xiàn)象是在信息控制下不同層次上的物質(zhì)、能量與信息的交換,不同層次是指核酸、蛋白質(zhì)、細胞、器官、個體、群體和生態(tài)系統(tǒng)等。這些層次的系統(tǒng)生物學(xué)研究將成為后基因組時代的生物信息學(xué)研究和應(yīng)用的對象。隨著在完整基因組、功能基因組、生物大分子相互作用及基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等方面大量數(shù)據(jù)的積累和基本研究規(guī)律的深入,生命科學(xué)正處在用統(tǒng)一的理論框架和先進的實驗方法來探討數(shù)據(jù)間的復(fù)雜關(guān)系,向定量生命科學(xué)發(fā)展的重要階段。采用物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、生物等學(xué)科的方法從多層次、多水平、多途徑開展交叉綜合研究,在分子水平上揭示生物信息及其傳遞的機理與過程,描述和解釋生命活動規(guī)律,已成生命科學(xué)中的前沿科學(xué)問題(摘自:國家“十一五”生命科學(xué)發(fā)展規(guī)劃),為整合生物信息學(xué)的發(fā)展提供了數(shù)據(jù)資源和技術(shù)支撐。
當前,由各種Omics組學(xué)技術(shù),如基因組學(xué)(DNA測序),轉(zhuǎn)錄組學(xué)(基因表達系列分析、基因芯片),蛋白質(zhì)組學(xué)(質(zhì)譜、二維凝膠電泳、蛋白質(zhì)芯片、X光衍射、核磁共振),代謝組學(xué)(核磁共振、X光衍射、毛細管電泳)等技術(shù),積累了大量的實驗數(shù)據(jù)。約有800多個公共數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和許多分析工具可利用通過互聯(lián)網(wǎng)來解決各種各樣的生物任務(wù)。生物數(shù)據(jù)的計算分析基本上依賴于計算機科學(xué)的方法和概念,最終由生物學(xué)家來系統(tǒng)解決具體的生物問題。我們面臨的挑戰(zhàn)是如何從這些組學(xué)數(shù)據(jù)中,利用已有的生物信息學(xué)的技術(shù)手段,在新的系統(tǒng)層次、多水平、多途徑來了解生命過程。整合生物信息學(xué)便承擔了這一任務(wù)。
圖1簡單描述了生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)與信息學(xué)、生物學(xué)以及基因組計劃各個研究領(lǐng)域的相關(guān)性??梢钥闯龌蚪M計劃將生物學(xué)與信息學(xué)前所未有地結(jié)合到了一起,而生物信息學(xué)的興起是與人類基因組的測序計劃分不開的,生物信息學(xué)自始至終提供了所需的技術(shù)與方法,系統(tǒng)生物學(xué)強調(diào)了生物信息學(xué)的生物反應(yīng)模型和機理研究,也是多學(xué)科高度交叉,促使理論生物學(xué)、生物信息學(xué)、計算生物學(xué)與生物學(xué)走得更近,也使我們研究基因型到表型的過程機理更加接近。虛線范圍代表整合生物信息學(xué)的研究領(lǐng)域,它包括了基因組計劃的序列、結(jié)構(gòu)、功能、應(yīng)用的整合,也涵蓋了生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)技術(shù)與方法的有機整合。
整合生物信息學(xué)的最大特點就是整合,不僅整合了生物信息學(xué)的研究方法和技術(shù),也是在更大的層次上整合生命科學(xué)、計算機科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、醫(yī)學(xué),以及工程學(xué)等各學(xué)科。其生物數(shù)據(jù)整合從微觀到宏觀,應(yīng)用領(lǐng)域整合涉及工、農(nóng)、林、漁、牧、醫(yī)、藥。本文將就整合生物信息學(xué)的生物數(shù)據(jù)整合、學(xué)科技術(shù)整合及其他方面進行初步的介紹和探討。
二、生物數(shù)據(jù)挖掘與整合
生物系統(tǒng)的不同性質(zhì)的組分數(shù)據(jù),從基因到細胞、到組織、到個體的各個層次。大量組分數(shù)據(jù)的收集來自實驗室(濕數(shù)據(jù))和公共數(shù)據(jù)資源(干數(shù)據(jù))。但這些數(shù)據(jù)存在很多不利于處理分析的因素,如數(shù)據(jù)的類型差異,數(shù)據(jù)庫中存在大量數(shù)據(jù)冗余以及數(shù)據(jù)錯誤;存儲信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也存在很大的差異,包括文本文件、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫等;缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述標準,信息查詢方面大相徑庭;許多數(shù)據(jù)信息是描述性的信息,而不是結(jié)構(gòu)化的信息標示。如何快速地在這些大量的包括錯誤數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量中獲取正確數(shù)據(jù)模式和關(guān)系是數(shù)據(jù)挖掘與整合的主要任務(wù)。
數(shù)據(jù)挖掘是知識發(fā)現(xiàn)的一個過程,其他各個環(huán)節(jié),如數(shù)據(jù)庫的選擇和取樣,數(shù)據(jù)的預(yù)處理和去冗余,錯誤和沖突,數(shù)據(jù)形式的轉(zhuǎn)換,挖掘數(shù)據(jù)的評估和評估的可視化等。數(shù)據(jù)挖掘的過程主要是從數(shù)據(jù)中提取模式,即模式識別。如DNA序列的特征核苷堿基,蛋白質(zhì)的功能域及相應(yīng)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)的自動化分類等。從信息處理的角度來說,模式識別可以被看作是根據(jù)一分類標準對外來數(shù)據(jù)進行篩選的數(shù)據(jù)簡化過程。其主要步驟是:特征選擇,度量,處理,特征提取,分類和標識?,F(xiàn)有的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)常用的有:聚類、概念描述、連接分析、關(guān)聯(lián)分析、偏差檢測和預(yù)測模型等。生物信息學(xué)中用得比較多的數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)方法有:機器學(xué)習(xí),文本挖掘,網(wǎng)絡(luò)挖掘等。
機器學(xué)習(xí)通常用于數(shù)據(jù)挖掘中有關(guān)模式匹配和模式發(fā)現(xiàn)。機器學(xué)習(xí)包含了一系列用于統(tǒng)計、生物模擬、適應(yīng)控制理論、心理學(xué)和人工智能的方法。應(yīng)用于生物信息學(xué)中的機器學(xué)習(xí)技術(shù)有歸納邏輯程序,遺傳算法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),統(tǒng)計方法,貝葉斯方法,決策樹和隱馬爾可夫模型等。值得一提的是,大多數(shù)數(shù)據(jù)挖掘產(chǎn)品使用的算法都是在計算機科學(xué)或統(tǒng)計數(shù)學(xué)雜志上發(fā)表過的成熟算法,所不同的是算法的實現(xiàn)和對性能的優(yōu)化。當然也有一些人采用的是自己研發(fā)的未公開的算法,效果可能也不錯。
大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)是以結(jié)構(gòu)化的形式存在于數(shù)據(jù)庫中的,例如基因序列、基因微陣列實驗數(shù)據(jù)和分子三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)等,而大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)更是以非結(jié)構(gòu)化的形式被記載在各種文本中,其中大量文獻以電子出版物形式存在,如PubMed Central中收集了大量的生物醫(yī)學(xué)文獻摘要。
文本挖掘就是利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在大量的文本集合中發(fā)現(xiàn)隱含的知識的過程。其任務(wù)包括在大量文本中進行信息抽取、語詞識別、發(fā)現(xiàn)知識間的關(guān)聯(lián)等,以及利用文本挖掘技術(shù)提高數(shù)據(jù)分析的效率。近年來,文本挖掘技術(shù)在生物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用多是通過挖掘文本發(fā)現(xiàn)生物學(xué)規(guī)律,例如基因、蛋白及其相互作用,進而對大型生物學(xué)數(shù)據(jù)庫進行自動注釋。但是要自動地從大量非結(jié)構(gòu)性的文本中提取知識,并非易事。目前較為有效的方法是利用自然語言處理技術(shù)NLP,該技術(shù)包括一系列計算方法,從簡單的關(guān)鍵詞提取到語義學(xué)分析。最簡單的NLP系統(tǒng)工作通過確定的關(guān)鍵詞來解析和識別文檔。標注后的文檔內(nèi)容將被拷貝到本地數(shù)據(jù)庫以備分析。復(fù)雜些的NLP系統(tǒng)則利用統(tǒng)計方法來識別不僅僅相關(guān)的關(guān)鍵詞,以及它們在文本中的分布情況,從而可以進行上下文的推斷。其結(jié)果是獲得相關(guān)文檔簇,可以推斷特定文本內(nèi)容的特定主題。最先進的NLP系統(tǒng)是可以進行語義分析的,主要是通過分析句子中的字、詞和句段及其相關(guān)性來斷定其含義。
生物信息學(xué)離不開Internet網(wǎng)絡(luò),大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)都儲存到了網(wǎng)絡(luò)的各個角落。網(wǎng)絡(luò)挖掘指使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)潛在的、有用的模式或信息。網(wǎng)絡(luò)挖掘研究覆蓋了多個研究領(lǐng)域,包括數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息獲取技術(shù)、統(tǒng)計學(xué)、人工智能中的機器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的感興趣程度不同,網(wǎng)絡(luò)挖掘一般還可以分為三類:網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容挖掘、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)挖掘、網(wǎng)絡(luò)用法挖掘。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容挖掘指從網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容/數(shù)據(jù)/文檔中發(fā)現(xiàn)有用信息,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容挖掘的對象包括文本、圖像、音頻、視頻、多媒體和其他各種類型的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)挖掘的對象是網(wǎng)絡(luò)本身的超連接,即對網(wǎng)絡(luò)文檔的結(jié)構(gòu)進行挖掘,發(fā)現(xiàn)他們之間連接情況的有用信息(文檔之間的包含、引用或者從屬關(guān)系)。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)挖掘領(lǐng)域最著名的算法是HITS算法和PageRank算法(如Google搜索引擎)。網(wǎng)絡(luò)用法挖掘通過挖掘相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)日志記錄,來發(fā)現(xiàn)用戶訪問網(wǎng)絡(luò)頁面的模式,通過分析日志記錄中的規(guī)律。通常來講,經(jīng)典的數(shù)據(jù)挖掘算法都可以直接用到網(wǎng)絡(luò)用法挖掘上來,但為了提高挖掘質(zhì)量,研究人員在擴展算法上進行了努力,包括復(fù)合關(guān)聯(lián)規(guī)則算法、改進的序列發(fā)現(xiàn)算法等。
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘比單個數(shù)據(jù)倉庫的挖掘要復(fù)雜得多,是一項復(fù)雜的技術(shù),一個難以解決的問題。而XML的出現(xiàn)為解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘的難題帶來了機會。由于XML能夠使不同來源的結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)很容易地結(jié)合在一起,因而使搜索多個異質(zhì)數(shù)據(jù)庫成為可能,從而為解決網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)挖掘難題帶來了希望。隨著XML作為在網(wǎng)絡(luò)上交換數(shù)據(jù)的一種標準方式,目前主要的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫都已經(jīng)提供了支持XML的技術(shù),面向網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)挖掘?qū)兊梅浅]p松。如使用XQuery 標準查詢工具,完全可以將 Internet看作是一個大型的分布式XML數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)瀏覽獲取、結(jié)構(gòu)化操作等。
此外,數(shù)據(jù)挖掘還要考慮到的問題有:實時數(shù)據(jù)挖掘、人為因素的參與、硬件設(shè)施的支持、數(shù)據(jù)庫的誤差問題等。
一般的數(shù)據(jù)(庫)整合的方法有:聯(lián)合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如ISYS和DiscoveryLink), 多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如TAMBIS)和數(shù)據(jù)倉庫(如SRS和Entrez)。這些方法因為在整合的程度,實體化,查詢語言,應(yīng)用程序接口標準及其支持的數(shù)據(jù)輸出格式等方面存在各自的特性而各有優(yōu)缺點。同時,指數(shù)增長的生物數(shù)據(jù)和日益進步的信息技術(shù)給數(shù)據(jù)庫的整合也帶來了新的思路和解決方案。如傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要是提供長期的實驗數(shù)據(jù)存儲和簡便的數(shù)據(jù)訪問,重在數(shù)據(jù)管理,而系統(tǒng)生物學(xué)的數(shù)據(jù)庫則同時對這些實驗數(shù)據(jù)進行分析,提供預(yù)測信息模型。數(shù)據(jù)庫的整合也將更趨向數(shù)據(jù)資源廣、異質(zhì)程度高、多種數(shù)據(jù)格式、多途徑驗證(如本體學(xué)Ontology的功能對照)、多種挖掘技術(shù)、高度智能化等。
三、生命科學(xué)與生物信息學(xué)技術(shù)的整合
生物信息學(xué)的研究當前還主要集中在分子水平,如基因組學(xué)/蛋白質(zhì)組學(xué)的分析,在亞細胞、細胞、生物組織、器官、生物體及生態(tài)上的研究才剛剛開始。從事這些新領(lǐng)域的研究,理解從基因型到表型的生命機理,整合生物信息學(xué)將起到關(guān)鍵性的作用。整合生物信息學(xué)將從系統(tǒng)的層次多角度地利用已有的生物、信息技術(shù)來研究生命現(xiàn)象。另外,由其發(fā)展出的新方法、新技術(shù),其應(yīng)用潛力也是巨大的。圖2顯示了生命科學(xué)與生物信息學(xué)技術(shù)的整合關(guān)系。
目前生命科學(xué)技術(shù)如基因測序、QTL定位、基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、凝膠電泳、蛋白雙雜交、核磁共振、質(zhì)譜等實驗技術(shù),可以從多方面,多角度來分析研究某一生命現(xiàn)象,從而針對單一的實驗可能就產(chǎn)生大量的不同層次的生物數(shù)據(jù)。對于每個技術(shù)的數(shù)據(jù)分析,都有了大量的生物信息學(xué)技術(shù),如序列分析、motif尋找、基因預(yù)測、基因注解、RNA分析、基因芯片的數(shù)據(jù)分析、基因表達分析、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)分析、蛋白質(zhì)表達分析、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測和分子模擬、比較基因組學(xué)研究、分子進化和系統(tǒng)發(fā)育分析、生物學(xué)系統(tǒng)建模、群體遺傳學(xué)分析等。整合生物信息學(xué)就是以整合的理論方法,通過整合生物數(shù)據(jù),整合信息技術(shù)來推動生命科學(xué)干實驗室與濕實驗室的組合研究。其實踐應(yīng)用涉及到生物數(shù)據(jù)庫的整合、功能基因的發(fā)現(xiàn)、單核苷酸多態(tài)性/單體型的了解、代謝疾病的機理研究、藥物設(shè)計與對接、軟件工具以及其他應(yīng)用。
在整合過程中,還應(yīng)該注意以下幾方面內(nèi)容:整合數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)挖掘方法,數(shù)據(jù)倉庫的設(shè)計管理,生物數(shù)據(jù)庫的錯誤與矛盾,生物本體學(xué)及其質(zhì)量控制,整合模型和模擬框架,生物技術(shù)的計算設(shè)施,生物信息學(xué)技術(shù)流程優(yōu)化管理,以及工程應(yīng)用所涉及的范圍。
四、學(xué)科、人才的整合
整合生物信息學(xué)也是學(xué)科、教育、人才的整合。對于綜合性高等院校,計算機科學(xué)/信息學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科為生物信息學(xué)的發(fā)展提供了學(xué)科基礎(chǔ)和保障。如何充分利用高校雄厚的學(xué)科資源,合理搭建生物信息學(xué)專業(yè)結(jié)構(gòu),培養(yǎng)一流的生物信息學(xué)人才,是我們的任務(wù)和目標。
計算機科學(xué)/信息學(xué)是利用傳統(tǒng)的計算機科學(xué),數(shù)學(xué),物理學(xué)等計算、數(shù)學(xué)方法,如數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)發(fā)掘、人工智能、算法、圖形計算、軟件工程、平行計算、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行數(shù)據(jù)分析處理,模擬預(yù)測等。生物信息學(xué)的快速發(fā)展給計算機科學(xué)也帶來了巨大的挑戰(zhàn)和機遇,如高通量的數(shù)據(jù)處理、儲存、檢索、查詢,高效率的算法研究,人工智能的全新應(yīng)用,復(fù)雜系統(tǒng)的有效模擬和預(yù)測。整合生物信息學(xué)的課程設(shè)計可以提供以下課程:Windows/Unix/Linux操作系統(tǒng)、C++/Perl/Java程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編程、SQL、XML相關(guān)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘,機器學(xué)習(xí)、可視化技術(shù)、軟件工程、計算機與網(wǎng)絡(luò)安全、計算機硬件、嵌入式系統(tǒng)、控制論、計算智能,微積幾何、概率論、數(shù)理統(tǒng)計、線性代數(shù)、離散數(shù)學(xué)、組合數(shù)學(xué)、計算方法、隨機過程、常微分方程、模擬和仿真、非線性分析等等。
生物學(xué)是研究生命現(xiàn)象、過程及其規(guī)律的科學(xué),主要包括植物學(xué)等十幾個一級分支學(xué)科。整合生物信息學(xué)的課程設(shè)計可以提供以下課程:普通生物學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、細胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、病毒學(xué)、免疫學(xué)、流行病學(xué)、保護生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、進化生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、生物物理學(xué)、細胞工程、基因工程、分子動力學(xué)、生物儀器分析及技術(shù)、植物學(xué)、動物學(xué)、微生物學(xué)及其他生物科學(xué)、生物技術(shù)專業(yè)的技能課程。
作為獨立學(xué)科的生物信息學(xué),其基本的新算法,新技術(shù),新模型,新應(yīng)用的研究是根本。課程涉及到生物信息學(xué)基礎(chǔ)、生物學(xué)數(shù)據(jù)庫、生物序列與基因組分析、生物統(tǒng)計學(xué)、生物芯片數(shù)據(jù)分析、蛋白質(zhì)組學(xué)分析、系統(tǒng)生物學(xué)、生物數(shù)據(jù)挖掘與知識發(fā)現(xiàn)、計算生物學(xué)、藥物設(shè)計、生物網(wǎng)絡(luò)分析等。另外,整合生物信息學(xué)的工程應(yīng)用,也需要了解以下學(xué)科,如生物工程、生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像、信號處理、生化反應(yīng)控制、生物醫(yī)學(xué)工程、數(shù)學(xué)模型、試驗設(shè)計、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)與生產(chǎn)等。
此外,整合生物信息學(xué)的人才培養(yǎng)具有很大的國際競爭壓力,培養(yǎng)優(yōu)秀的專業(yè)人才,必須使其具備優(yōu)良的生物信息科學(xué)素養(yǎng),具有國際視野,知識能力、科研創(chuàng)新潛力俱佳的現(xiàn)代化一流人才。所以要始終緊跟最新的學(xué)術(shù)動態(tài)和發(fā)展方向,整合學(xué)科優(yōu)勢和強化師資力量,促進國際交流。
五、總結(jié)及展望
二十一世紀是生命科學(xué)的世紀,也是生物信息學(xué)快速不斷整合發(fā)展的時代,整合生物學(xué)的研究和應(yīng)用將對人類正確認識生命規(guī)律并合理利用產(chǎn)生巨大的作用。比如進行虛擬細胞的研究,整合生物信息學(xué)提供了從基因序列,蛋白結(jié)構(gòu)到代謝功能各方面的生物數(shù)據(jù),也提供了從序列分析,蛋白質(zhì)拓撲到系統(tǒng)生物學(xué)建模等方面的信息技術(shù),從多層次、多水平、多途徑進行科學(xué)研究。
整合生物信息學(xué)是基于現(xiàn)有生物信息學(xué)的計算技術(shù)框架對生命科學(xué)領(lǐng)域的新一輪更系統(tǒng)全面的研究。它依賴于生物學(xué),計算機學(xué),生物信息學(xué)/系統(tǒng)生物學(xué)的研究成果(包括新數(shù)據(jù)、新理論、新技術(shù)和新方法等),但同時也給這些學(xué)科提供了更廣闊的研究和應(yīng)用空間,并推動整個人類科學(xué)的進程。
我國的生物信息學(xué)教育在近幾年已經(jīng)有了長足的進步和發(fā)展。未來整合生物信息學(xué)人才的培養(yǎng)還需要加強各學(xué)科有效交叉,尤其是計算機科學(xué),要更緊密地與生命科學(xué)結(jié)合起來,共同發(fā)展,讓我們的生命科學(xué)、計算機科學(xué)和生物信息學(xué)的教育和科研走得更高更前沿。
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