論計算機在醫(yī)學(xué)實驗中的作用

李 強，李潤花

（1.山西財政稅務(wù)?？茖W(xué)校，山西 太原 030024；2.太原師范學(xué)院，山西 太原 030000）

1 引言

該文以生物醫(yī)學(xué)實驗“刺激頻率和刺激強度對骨骼肌收縮的影響”為典型例子，通過比較計算機輔助系統(tǒng)和傳統(tǒng)手工方法在生物醫(yī)學(xué)實驗中的作用過程和結(jié)果，說明計算機系統(tǒng)如何在實驗中提高實驗成功率，精確實驗參數(shù)和實驗結(jié)果，并生成實驗圖象。

2 生物機能實驗系統(tǒng)簡介

2.1 生物實驗系統(tǒng)概述

BL－420生物機能實驗系統(tǒng)是配置在微機上的4通道信號采集、放大、顯示、記錄與處理系統(tǒng)。它由3個主要部分構(gòu)成：①IBM兼容機；②BL－420系統(tǒng)硬件；③BL－420#＋生物信號顯示與處理軟件。

BL－420#＋生物信號顯示與處理軟件利用微機強大的顯示與數(shù)據(jù)處理功能，可同時顯示4道從生物提內(nèi)或離體器官中探測到的生物電信號或張力、壓力等生物非電信號的波形，并可對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析及打印。

該系統(tǒng)可適用于大、中專醫(yī)學(xué)院校、科研單位進(jìn)行生物、藥理、毒理和病理等實驗，并可完成實驗數(shù)據(jù)的分析及打印工作，它完全替代了原有利用分離的放大器、示波器、記錄儀、刺激器所構(gòu)成的煩瑣而性能低下的生物信號觀測系統(tǒng)，功能更加強大與靈活，必將成為新一代的生物信號顯示與處理系統(tǒng)。［1、2］

BL－420系統(tǒng)工作的基本原理是：首先將原始的生物機能信號，包括生物電信號和通過傳感器引入的生物非電信號進(jìn)行放大、濾波等處理，然后對處理的信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)字化后的生物技能信號傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)部，計算機則通過專用的生物機能實驗系統(tǒng)軟件接收從生物信號放大、采集卡傳入的數(shù)字信號，然后對這些收到的信號進(jìn)行實時處理，一方面進(jìn)行生物機能波形的顯示，一方面進(jìn)行生物技能信號的存儲、頻譜分析等。對于存儲在計算機內(nèi)部的實驗數(shù)據(jù)，生物機能實驗系統(tǒng)軟件可以隨時調(diào)出進(jìn)行觀察和分析，還可以將重要的實驗波形和分析數(shù)據(jù)進(jìn)行打印。［2］

2.2 實驗方案設(shè)計

2.2.1 實驗的目的和原理

本實驗通過改變電脈沖刺激頻率和強度觀察肌肉收縮的不同形式，以了解神經(jīng)沖動或刺激頻率與肌肉收縮形式的關(guān)系。

肌肉收縮是興奮的外在表現(xiàn)。不同的刺激頻率可使骨骼肌出現(xiàn)不同的收縮形式。給骨骼肌一次有效的刺激，肌肉將發(fā)生一次收縮，稱為單收縮。單收縮的全過程包括潛伏期、收縮期和舒張期。若給肌肉連續(xù)的有效刺激，使兩次刺激之間的間隔時間小于該肌肉單收縮的總時程，出現(xiàn)連續(xù)的收縮，稱為符合收縮。因刺激頻率不同可使骨骼肌出現(xiàn)不同的收縮形式。若連續(xù)有效刺激的后一刺激落在前一收縮的舒張期內(nèi)，則出現(xiàn)一次舒張不完全的鋸齒狀的收縮波形，稱為不完全強直收縮。如果再增加刺激頻率，使后一刺激落在前一收縮的收縮期內(nèi)，肌肉將出現(xiàn)完全的持續(xù)收縮狀態(tài)，看不出舒張的痕跡，稱為完全強直收縮。

圖1 手工實驗結(jié)果

圖2 計算機制圖

表1 兩種實驗效果比較

2.2.2 實驗內(nèi)容

【實驗對象】蟾蜍或蛙。

【實驗器材及藥品】BL－420生物機能實驗系統(tǒng)、蛙類手術(shù)器械、鐵支架、雙凹夾、培養(yǎng)皿、任氏液、張力換能器、肌動器。

【實驗步驟和觀察項目】

（1）制備坐骨神經(jīng)腓腸肌標(biāo)本。

（2）標(biāo)本放置。將標(biāo)本的股骨殘端插入肌動的螺絲孔內(nèi)將其固定，把肌肉跟腱用線連于張力換能器的受力片上，調(diào)整至肌肉處于自然拉長的長度，此連線不宜太緊或太松，且與桌面垂直。

（3）調(diào)整實驗記錄裝置。①在 BL－420生物機能實驗系統(tǒng)的1通道的輸入接口上連接張力傳感器，刺激輸出經(jīng)導(dǎo)線與肌動器的刺激電極連接；②開機進(jìn)入BL－420系統(tǒng)；③選擇“輸入信號”菜單中的“1通道”菜單項，在“1通道”子菜單中選擇“張力”信號；④分別選擇“經(jīng)典實驗”與“現(xiàn)代實驗”進(jìn)行實驗。

（4）結(jié)果處理。①結(jié)束實驗，返回BL－420系統(tǒng)主界面，返演實驗，打印剪輯后的結(jié)果；②返回視窗界面，關(guān)閉計算機；③實驗結(jié)果對比。

3 結(jié)束語

本文首先介紹生物機能實驗系統(tǒng)的使用方法和意義，然后設(shè)計典型實驗過程方案，最后通過比較傳統(tǒng)手工方法和計算機輔助系統(tǒng)在數(shù)據(jù)精確性、實驗成功率、實驗的方便性等幾個方面的異同，說明計算機輔助系統(tǒng)對實驗的突出作用。

1 白 波.醫(yī)學(xué)機能實驗教程［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2004

2 泰盟科技有限公司.BL－420生物機能實驗系統(tǒng)［M］，2005

3 李梟鷹、魏曉娜.高等教育理論創(chuàng)新的本土化選擇［J］.黑龍江高教研究，2008（8），總第172期：10～12