关键词：电子技术；；问题驱动
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.130
1 引言
生物医学工程是综合生物学、医学和工程学的理论和方法而发展起来的新兴学科，其主要研究方向是运用工程技术手段，研究和解决生物学和医学中的有关技术问题保障人类健康为疾病的预防、诊断、治疗和康复服务[1]。多学科的交叉使得生物医学工程不同于那些经典的学科，也有别于生物医学和纯粹的工程学。我校生物医学工程专业是工程技术为主，医学知识相结合的专业，以培养能在医疗仪器、医学信息处理等领域从事研发、教学、管理等工作的人才为目标。电子技术在生物医学工程研究和医疗仪器开发中有着重要作用，任何一台现代医学仪器或设备中都需要电子技术完成信息检测与处理、系统控制等核心功能[2]。
“电子技术”包括模拟电子技术和数字电子技术两门主要课程，课程的技术性和实践性较强。通过理论知识的学习要求学生掌握电子技术的基本概念，基本电路和基本技能，同时相关的实验培养学生的工程素质、动手能力、创新能力以及自主设计的基本能力[3]。目前，国内很多高校生物医学工程专业开设的电子技术理论和实验课程都普遍存在着一些问题：
（1）理论知识和实验内容与生物医学工程专业的关联性不突出；
（2）偏重于理论教学为主，实验为辅，学生被动的接受知识，学习兴趣不高；
（3）实验内容固定，验证性实验过多，缺乏学生自主创新的设计性实验。因此，探索切实可行的适合于生物医学工程专业的电子技术课程的教学模式与教学方法已成为提高电子技术课程教学质量的必然要求。
2 问题驱动法
。百度百科中：问题驱动教学法即基于问题的教学方法（Problem-Based Learning，PBL），区别于传统的LBL（Lecture-Based learning，LBL）[6]，PBL教学模式是一种以学生为主体、以专业领域内的各种问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容，让学生围绕问题寻求解决方案的学习方法。
问题驱动教学法要求学生与教师转变在传统LBL教学中的固有地位，学生由被动的知识接受者转变为主动的信息加工者和知识构建者，教师从知识的灌输者转变成为学生主动加工信息、构建知识的引导者。问题驱动教学法大概分为四个步骤：（1）提出问题；（2）分析问题；（3）解决问题；（4）结果评价[7]。教师在教学前期，要明确教学目标，设计执行方案，提出问题。在教学过程中，教师安排学生活动，引导学生自主分析，相互讨论和交流。然后在分析的基础上，让学生们提出解决问题的方法，进行实践。最后，对过程和结果进行评价。可以看出，问题驱动法能够提高学生学习的主动性以及在教学过程中的参与程度，激起学生的求知欲。但是并不意味着教师的参与程度减少了，这种教学方法对教师的要求更高，教师必须具备较强的课堂掌控能力和引导能力。
《电子技术》课程作为是工科专业的基础必修课，具有理论性和实践性并重的特点。其课程内容、基本概念、技术术语、电路种类多，学生学习起来比较困难。为了提高电子技术课程的教学质量，很多学校都开展了电子技术课程的教学改革，其中问题驱动法就是选择的新教学模式之一。但是，由于各种原因，如教学目标的定位、问题驱动法的理解、具体实施过程中的执行力等，基于问题驱动法的教学改革并不是一帆风顺的。作为生物医学工程专业的基础必修课，《电子技术》又有其特殊性，其课程的教学目标侧重于让学生掌握面向生物医学及医学仪器的电子技术，如果理论知识和实验内容与生物医学工程专业的关联性不突出，学生对于课程内容在专业上的应用不甚了解，就会影响到对后续专业课程的学习，甚至影响到将来从事生物医学工程专业相关工作的能力。因此，有必要研究具有生物医学工程专业特色的电子技术课程的问题驱动法。
3 问题驱动法的实施
进行问题驱动的教学模式，需要教师有效掌控和恰当引导。下面，主要从教师的角度来阐释需要注意的问题，对问题驱动法的四个步骤进行分析。
（1）提出问题；在课程开始之前，教师要制定问题，需要其具有全局的概念，考虑各方面因素，包括：教学大纲、培养方案、授课教材等。
1）问题是否和某个单元的教学内容相关；
2）问题是否对学生具有吸引力；
3）问题实施的时间和硬件条件是否能够保证；
；
5）问题之间是否具有连续性，是否具有系统性；
为了突出生物医学工程专业特点，问题设计必须贴近专业应用。问题之间最好具有关联性，由小的模块小的问题，最终组合而成大的模块大的系统，解决与专业相关的问题。
举例说明：在模拟电子技术中，所选用的教材为高等教育出版社出版，童诗白、华成英主编的《模拟电子技术基础第四版》[9]。。下表1中显示设计问题与教材章节的知识点对应。从表中可以看出，除了第九章的内容没有体现，其他章节的知识在问题中均有涉及。由于学时的限制，教材第九章的功率放大电路目前并不在本校生物医学工程的模拟电子技术教学大纲中。
在布置问题的时候，加入情景带入，首先向学生讲解人体心电信号的特点，心电监测的临床意义，再提出心电监测仪的采集、放大、滤波、整形、供电问题。其中在信号放大部分，涉及的知识点较多，要对前级放大和后级主放大进行分开设计和说明。随着课程内容不断深入，问题不断得到解决之后，可以将各个模块组合，并加入右腿驱动电路或50Hz陷波电路，实现简易的心电信号检测电路。最后的整体电路进行实际人体测试，用示波器观察信号，这样学生在学习模拟
电子技术知识的同时，锻炼了实践动手能力，还能与专业应用结合起来，了解电子技术知识在生医专业中的用武之地，一举三得。
（2）分析问题；在课程教学中，教师按照进度向学生一一展示问题，引导学生根据所学知识，对问题进行分析。
1）引导学生进行分组，任务分配；
2）引导学生对问题内容进行分析；
3）引导学生将问题与所学知识相关联；
4）引导学生文献查阅资料；
。
（3）解决问题。在问题分析完成的前提下，学生提出解决问题的方案，并具体实施。教师需要考虑的是：
1）方案是否具有可行性；学生所提出的方法是否合理正确。对于存在问题的方案，是放手让学生尝试，还是进行适当的干预提示其改正，需要教师结合具体情况进行操作。
2）方案实施是否顺利；方案的实施需要时间与精力的付出，《电子技术》中的问题解决往往需要实际的电路焊接和调试环节，课程的学时如何安排，硬件实验环境如何保证是教师需要考虑和协调的。此外，对于初次进行电路制作的学生，教师运用经验为学生提供元器件选择和购买、电路焊接及调试训练等实践方面的帮助，也是必不可少的。
解决问题的整个过程由学生完成，教师不可代办，但是在适当的时候提供帮助，能够提高完成效率，保证进度。
（4）结果评价。对于整个过程中学生的表现，需要比较客观的评价。常用的方法将自我评价、小组互评、教师评价三个方面相结合。
自我评价是学生回顾和反思过程中的得失，对自我形成清楚客观的认识。小组互评是组间成员根据参与度、贡献度、工作表现、沟通能力等对组员同学进行分析点评。
虽然在问题驱动的教学模式中，教师的身份发生了转变，但是并不意味教师的地位和重要性降低了。。
1）评价公正，也不忘因人而异；对待学生的评价要做到客观中肯，但是也需要考虑学生的差异性。成绩优异的学生与基础较差的学生在小组中的分工不同，贡献度有区别。为了激发学生的积极性，教师的评价不能采用单一标准，而是应该多元化，从合作精神、交流能力、文献收集、电路制作、文字编写等各个方面入手，照顾到各个层面的学生。
2）评价能力，也不忘评价态度；对待学生的评价不光要考虑其知识与技能，还要注重他们在情感、态度方面的表现。。
3）评价结果，也不忘评价过程；。学生在过程中的提升和收获，才是教育的主要目的。
4）评价个人，也不忘评价团队；教师的评价除了针对学生个人，还要涉及到团队。强调团队的分工合作，有利于培养学生交流沟通，与人协作的能力。
4 结论
问题驱动法能够提高学生学习的主动性，激起学生的求知欲，其教学模式十分适合《电子技术》此类工程性和实践性较强的课程，在许多高校教学改革项目中得到应用。生物医学工程专业的电子技术课程要与学科特点相结合起来，因此问题驱动法的实施既有与其他课程的共性，也有其自身特点。教师在问题的设计环节，要结合生物医学工程专业的电子技术应用，让学生在学习电子技术知识和技能的同时，对专业发展及就业方向有一定的认识，同时也为后续的专业基础课打下基础。
参考文献：
[1]谢勤岚，曹汇敏，黄敏.生物医学工程专业课程体系建设[J].教育教学论坛，2013（47）：86-88.
[2]谢勤岚，曹汇敏，陈军波.生物医学工程专业“电子电路课程设计”教学探究[J].中国电力教育，2013（28）：94-95.
[3]李正义，曹汇敏，谢勤岚.生物医学工程专业电子类综合实验教学探索[J].中国西部科技，2015（01）：95-96.
[4]曾钰，韩晓艳，陈丕炜.基于问题驱动模式的高等数学教学研究[J].才智，2016（23）：95.
[5]曹春萍，陈平.问题驱动法在“数据结构”教学中的应用探讨[J]，中国电力教育，2014（23）：78-79.
[6]钟丽莎，李佳凌，黄志伟，曹高飞，肖波.生物医学工程专业“电子技术课程设计”教学改革初探[J].福建电脑，2013（01）：168-169.
[7]胡端平，李小刚，杨向辉.问题驱动教学法的研究与实践[J].高等数学研究，2013，16（01）：80-82.
[8]秦红霞.项目教学法在中专《电子技术》课程中的应用研究[D].武汉：华中师范大学，2013.
[9]童诗白，华成英.模拟电子技术基础第四版[M].北京：高等教育出版社，2006.
一、建立医院临床医学工程科
首先学科定位:在1992年ACCE(美国临床工程协会)定义临床医学工程师,把工程学和管理学知识和技能应用到临床医疗保健行业中,保障并帮助患者治疗及护理的人.换言之,医院临床医学工程师的工作职责及任务是,结合工程学及管理学的理论知识和技能将其运用于临床医疗实践中.医院临床医学工程师是临床医学与工程学桥梁的连接者,是临床医疗设施正常运转的保障者.在二十一世纪到来之时,医学领域中高新科技不断涌进,医院发展的基础必须依赖医学理论及高新技术,生物技术及生物医学工程跃居为临床实践的主导,作为派生学科的临床医学工程科得到飞快发展.我国的临床医学工程科起步较晚,现是新兴学科,是一门极具发展前景的学科.其发展方向是,将医疗设备的维修保养及教学科研集结为一体,成为临床医学技术科室,遵循医疗改革及发展的形势,针对历史沿革问题,面对现实,转变职能,寻求发展,采取有力的管理策略.
其次学科建立:在明确医院临床医学工程科的发展方向的前提下,选取学科负责人要求,教育背景是工科,懂的管理,具有医学基础理论,熟悉临床医学知识的高级工程师.保证医院医务活动和医疗设备的管理有可靠的决策性.在建立学科的初期,要以原负责医疗设备维修的人员为主工程师,工作方式采取分工协作.在后来的远期目标中要各级技师(初级、中级、高级)选配合理,工作采取分类负责的方式.初级技师主要是依据上级技师的指导执行日常临床医学工程的运作,中级技师主要是在上级技师的指导下做运作管理和临床教学,高级技师的主要任务是临床医学工程的决策管理工作.医院临床医学工程科作为一个新兴的学科有着各自的特点,对于高级管理者,如何建立全新的科室文化是一个重要的课题.新的科学技术的不断发展要求有与之配套的医疗设备,医疗设施的快速更新、设备管理的长期投入,如何管理好临床医疗工程科,这也是医院整体管理水平的体现,针对这些,科室文化要充分体现导向、激励、约束、凝聚、育人、创新的作用.
二、管理医院临床医学工程科
医院临床医学工程科的管理从两方面入手,一是人才管理,二是绩效管理(包括建立子系统、建立考核激励制度、增加教学内容及考核机制、完善设备维护保养职责).
(1)人才管理:
临床医学工程科被认为是冷门,技术人员的地位得不到重视,技术人员的潜能得不到发挥,学科建设困难重重.如何调动人员的积极性是管理者面对的重要问题.对于人才的管理要实行前瞻性的思维,重视技术人员的教育问题,通过鼓励取得高学历的途径充实医学知识,另一方面通过职称晋级或者待遇问题,促使人才爱岗位,使人才建设向着良性方向发展.
(2)绩效管理:
首先,建立临床医学工程科管理子系统.通过医院的管理系统建立与新学科适应的子系统.其子系统要涵盖设备的使用周期、报修情况、设备维修成本等,并且要归入医院的设备动态经济管理中.建立子系统可以掌握各科室使用设备的情况及对设备的熟练程度,同时方便医院临床医学工程科对设备报修的响应,将充分完善绩效考核,并发挥医院管理系统的功能,给管理者提供充分的资料.
其次,建立绩效考核激励制度.科研工作的进步能促使医院临床医学工程科向着健康的途径发展,如果临床医学工程科在可研上出成绩或者可研有重大突破,创造性的解决医疗设备在应用中遇到的问题,将提升工程科的地位.鼓励个人或者团体将实际工作中遇到的问题,创兴性的解决或者扩展其设备的用途总结经验或者撰写科研论文,增加绩效成绩.
再次,增加教学内容及考核机制.现代的科学技术在飞速发展,相应的计算机技术、生物医学技术及信息通讯技术走进医疗设备中,高精新的医疗设备要求相应的技术人员具备深厚的理论知识及相应广泛的实践经验,并且要与时俱进,通过不断的学习新知识新技术完善自己的能力.在管理中将相应的内容放入到教学内容中,并通过组成教学小组的方式将定期的培训内容放入到考核计划中,纳入医院学分管理中.
最后,完善设备维护保养职责.在医院管理总则的基础上细化工程科自身的绩效考核.对于设备的维护以定期巡回保养为主,要求双向(临床科室和临床医学工程科)考核.要考核医院医疗设备的日常维护保养内容及使用详细情况.要考核工程科技术人员对设备的熟知程度,要考核医学工程科技术人员对设备定期维护保养的专业程度.考核机构由医院组织,定期绩效考核.对于设备的维护采用四级维护制度,并双向绩效考核,将医疗设备的维修费用作为成本核算一部分,为后续采购设备提供依据.临床科室对设备的维修效率打分,作为绩效考核的一部分.严格遵循设备维护保养职责,医院绩效考核体制.
【关键词】单片机；MATLAB；波形显示
引言控制工程中的大量的数据采集系统通常是微处理器（单片机）系统，其处理、分析数据的能力相对较低，一般是将这些数据传送到PC机，由相应的应用软件系统进行处理、分析和形成图表、打印，因此，两类系统必须要实现通信。实现方法和应用平台很多。MATLAB是主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，代表了当今国际科学计算软件的先进水平，成为计算机辅助设计和分析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。本文讨论应用MATLAB的GUI界面功能，实现PC机与STC系列单片机的串行通信。
1 工作原理
模拟信号在时间上是连续的，所以在将模拟信号转换成数字信号时[1]，必须对输入的模拟信号进行采样，然后将这些采样值转换成数字量输出。本模块利用单片机内部集成的AD采集的电信号模拟量转化成数字量，然后把数据打包用串口传给计算机上的MATLAB处理。
工作原理如图1所示。
2 系统设计
2.1 单片机采集模块
本系统采用的单片机芯片STC12c5a60s2是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，内部集成的A/D转换共8路，10位精度ADC，转换速度可达250K/S（每秒钟25万次），A/D转换口在P1口，有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHz（25万次/秒）。上电复位后P1口为弱上拉型IO口[2]，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换。该单片机的ADC是逐次比较型ADC。主次比较型ADC由一个比较器和D/A转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值，具有速度高，功耗低等优点。本设计以软件设计为主。程序设计流程如图2所示。
程序开始后，单片机首先运行主程序，进行系统初始化操作。定时/计数器0中断进行定时采样，每当定时时间到，调用模数转换子程序进行信号采样并将其转换为数字量，再将采样得到的数字量传送给的串口。
2.2 单片机与PC机通信模块
51单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和计算机之间可以方便地进行通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如计算机的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，我们采用了三线制连接串口，也就是说和计算机的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。电路如图3所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。
2.3 MATLAB设计模块
该模块由MATLAB波形显示处理，GUI界面的整体布局设计，MATLAB对串口的控制，程序设计四部分构成。
2.3.1 MATLAB波形显示处理
GUIDE是一个专用于GUI程序设计的向导设计器。。采集到的电压信号通过单片机编码与电脑连接，利用MATLAB GUI界面显示电压波形并捕捉突变点，向下位机发出反馈讯号。PC机配置的RS232标准串行接口COM和单片机的串口连接，使用三线制（收、发、地）实现数据传递[3]，用MAX232作为单片机与PC机间的电平转化芯片。
2.3.2 GUI界面的整体布局设计
通过MATLAB的GUI界面设计程序界面和功能，程序包括程序、COM口选择、波特率选择、数据位选择，停止位选择，打开串口、关闭串口，保存图像，捕捉阈值变化并标记。
2.3.3 MATLAB对串口的控制[4]
首先要创建串行口设备对象，这里用到的主要函数是serial（）。定义串口设备对象的通信属性，主要有波特率、异步串行帧格式（包括数据位、停止位等）和输出输入缓冲的大小等.波特率选择115200，COM口根据情况选择，数据长度默认为8位，停止位为1位，输入缓冲区大小为1M。用函数fopen（）打开串口对象。进行MATLAB串行读写操作，主要用到的函数有fwrite（ ）等。关闭串口对象，用到的是fclose（）等函数。
2.3.4 程序的运行
。关闭串口，停止接收数据，波形停止。关闭窗口，退出程序。
软件捕捉波形幅值突变点样例（正弦波为例）如图4所示。
3 结束语
本设计结合单片机和MATLAB的优势，制成了一套上位机描绘接收信号波形的简易装置。实验证明了其完全可行性，也非常灵活。该装置具有稳定可靠、编程简单、方便易行、根据需要处理数据、实时显示结果等明显优点，并且能够根据实际需要修改参数实现性能和精度的优化，使开发效率大大提高，具有一定的工程实践意义。
【参考文献】
[1]李广弟.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2001.
[2]吴金戎.8051单片机实践与应用[M].北京：清华大学出版社，2005.
[3]王爱玲.MATLABR2007图像处理技术与应用[M].电子工业出版社，2008.
[4]兰红莉.基于MATLAB的PC机与单片机串行通信实现[J].计算机应用与软件，2006，23（6）：73-76.
基金项目：浙江省大学生科技创新活动计划（2012R413027）。
。
张胜，女，温州医科大学生物医学工程专业。
2 生物材料的类型与应用 生物材料种类繁多,到目前为止,被详细研究过的生物材料已经超过一千种,在医学临床上广泛应用的也有几十种,涉及材料学科各个领域。依据不同的分类标准,可以分为不同的类型。
2.1 以材料的生物性能为分类标准根据材料的生物性能,生物材料可分为生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物复合材料四类。
2.1.1 生物惰性材料 生物惰性材料是指一类在生物环境中能保持稳定,不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料,主要是生物陶瓷类和医用合金类材料。由于在实际中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在机体内也只是基本上不发生化学反应,它与组织间的结合主要是组织长入其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联,即形态结合。 主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷.氧化铝陶瓷中以纯刚玉及其复合材料的人工关节和人工骨为主,具体包括纯刚玉双杯式人工髋关节;纯刚玉— 金属复合型人工股骨头;纯刚玉—聚甲基丙烯酸酯—钴铬钼合金铰链式膝关节,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷 该材料主要用来制作部分人工关节。(3)Si3N4 陶瓷 该类材料主要用来制作一些作为替代用的较小的人工骨,目前还不能用作承重材料。(4)医用碳素材料 它主要被作为制作人工心脏瓣膜等人工脏器以及人工关节等方面的材料。(5)医用金属材料 该类材料是目前人体承重材料中应用最广泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它与人体环境的相容性.同时它还能制作各类其他人体骨的替代物。
2.1.2 生物活性材料生物活性材料是一类能诱出或调节生物活性的生物医学材料。但是,也有人认为生物活性是增进细胞活性或新组织再生的性质。现在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基础,其应用范围也大大扩充. 一些生物医用高分子材料,特别是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被视为生物活性材料.羟基磷灰石是一种典型的生物活性材料。由于人体骨的主要无机质成分为该材料,故当材料植入体内时不仅能传导成骨,而且能与新骨形成骨键合。
(1)羟基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作为最有代表性的生物活性陶瓷—羟基磷灰石(简称HAP)材料的研究, [Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎动物骨和齿的主要无机成分,结构也非常相近,与动物体组织的相容性好、无毒副作用、界面活性优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用碳素材料。因此可广泛应用于生物硬组织的修复和替换材料,如口腔种植、牙槽脊增高、耳小骨替换、脊椎骨替换等多个方面.另外,在HA 。目前制备多孔陶瓷和复合材料是该材料的重要发展方向,涂层材料也是重要分支之一。该类材料以医用为目的,主要包括制粉、烧结、性能实验和临床应用几部分。
(2)磷酸钙生物活性材料 这种材料主要包括磷酸钙骨水泥和磷酸钙陶瓷纤维两类.前者是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料,有望部分取代传统的PMMA 有机骨水泥. 国内研究抗压强度已达60MPa 以上。后者具有一定的机械强度和生物活性,可用于无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料。
(3)磁性材料 生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料,它属于功能性活性生物材料的一种。把它植入肿瘤病灶内,在外部交变磁场作用下,产生磁滞热效应,导致磁性材料区域内局部温度升高,借以杀死肿瘤细胞,抑制肿瘤的发展。动物实验效果良好。
(4)生物玻璃 生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃两类。目前关于该方向的研究已成为生物材料的主要研究方向之一。
2.1.3 生物降解材料所谓可降解生物材料是指那些在被植入人体以后,能够不断的发生分解,分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料,主要包括β-TCP 生物降解陶瓷和生物陶瓷药物载体两类,前者主要用于修复良性骨肿瘤或瘤样病变手术刮除后所致缺损,而后者主要用作微药库型载体,可根据要求制成一定形状和大小的中空结构,用于各种骨科疾病。
2.1.4 生物复合材料生物复合材料又称为生物医用复合材料,它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料,并且与其所有单体的性能相比,复合材料的性能都有较大程度的提高的材料。制备该类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造,它除应具有预期的物理化学性质之外,还必须满足生物相容性的要求,这里不仅要求组分材料自身必须满足生物相容性要求,而且复合之后不允许出现有损材料生物学性能的性质。按基材分生物复合材料可分为高分子基、金属基和陶瓷基三类,它们既可以作为生物复合材料的基材,又可作为增强体或填料,它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医学复合材料,利用生物技术,一些活体组织、细胞和诱导组织再生的生长因子被引入了生物医学材料,大大改善了其生物学性能,并可使其具有药物治疗功能,已成为生物医学材料的一个十分重要的发展方向,根据材料植入体内后引起的组织反应类型和水平,它又可分为近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等几种类型。人和动物中绝大多数组织均可视为复合材料,生物医学复合材料的发展为获得真正仿生的生物材料开辟了广阔的途径。
2.2 以材料的属性为分类标准
2.2.1 生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医学材料的金属或合金,又称外科用金属材料或医用金属材料,是一类惰性材料,这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛,及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面,除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外,优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变,前者可能导致毒副作用,后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。此外,还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。
2.2.2 生物医用高分子材料 医用高分子材料是生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料,也是一个正在迅速发展的领域。。按性质医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。对于前者,要求其在生物环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的物理机械性能。并不要求它绝对稳定,但是要求其本身和少量的降解产物不对机体产生明显的毒副作用,同时材料不致发生灾难性破坏。该类材料主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触镜、膜材、粘接剂和管腔制品等方面。这类材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等. 而可降解型高分子主要包括胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它们可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变,其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外,主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入装置.按使用的目的或用途,医用高分子材料还可分为心血管系统、软组织及硬组 织等修复材料。用于心血管系统的医用高分子材料应当着重要求其抗凝血性好,不破坏红细胞、血小板,不改变血液中的蛋白并不干扰电解质等。
2.2.3 生物医用无机非金属材料或称为生物陶瓷。生物医用非金属材料,又称生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定,具有良好的生物相容性。一般来说,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三类。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已经简要作了介绍,而功能活性生物陶瓷是近年来提出的一个新概念.随着生物陶瓷材料研究的深入和越来越多医学问题的出现,对生物陶瓷材料的要求也越来越高。原先的生物陶瓷材料无论是生物惰性的还是生物活性的,强调的是材料在生物体内的组织力学环境和生化环境的适应性,而现在组织电学适应性和能参与生物体物质、能量交换的功能已成为生物材料应具备的条件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。 该类材料是将天然有机物(如骨胶原、纤维蛋白以及骨形成因子等)和无机生物材料复合,来模拟人体硬组织成分和结构,以改善材料的力学性能和手术的可操作性,并能发挥天然有机物的促进人体硬组织生长的特性。(2)带有治疗功能的生物陶瓷复合材料 该类材料是利用骨的压电效应能刺激骨折愈合的特点,使压电陶瓷与生物活性陶瓷复合,在进行骨置换的同时,利用生物体自身运动对置换体产生的压电效应来刺激骨损伤部位的早期硬组织生长。具体来说是由于肿瘤中血管供氧不足,当局部被加热到43~45℃时,癌细胞很容易被杀死。现在最常用的是将铁氧体与生物活性陶瓷复合,填充在因骨肿瘤而产生的骨缺损部位,利用外加交变磁场,充填物因磁滞损耗而产生局部发热,杀死癌细胞,又不影响周围正常组织。。各种不同种类的生物陶瓷的物理、化学和生物性能差别很大,在医学领域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的发展前途.临床应用中,生物陶瓷存在的主要问题是强度和韧性较差.氧化铝、氧化锆陶瓷耐压、耐磨和化学稳定性比金属、有机材料都好,但其脆性的问题也没有得到解决。生物活性陶瓷的强度则很难满足人体承力较大部位的需要。
2.2.4 生物医用复合材料此类材料在2.1.4 中已有介绍,此处不再详述
2.2.5 生物衍生材料生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材
料,也称为生物再生材料.生物组织可取自同种或异种动物体的组织. 特殊处理包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除抗原性的轻微处理,以及拆散原有构型、重建新的物理形态的强烈处理.由于经过处理的生物组织已失去生命力,生物衍生材料是无生命力的材料. 但是,由于生物衍生材料或是具有类似于自然组织的构型和功能,或是其组成类似于自然组织,在维持人体动态过程的修复和替换中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体、血液唧筒、血浆增强剂和血液透析膜等.
3. 生物材料的性能评价 目前关于生物材料性能评价的研究主要集中在生物相容性方面.因为生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主题.它是指生命体组织对生物材料产生反应的一种性能,该材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料与宿主之间的相容性,包括组织相容性和血液相容性.现在普遍认为,生物相容性包括两大原则,一是生物安全性原则,二是生物功能性原则.生物安全性是植入体内的生物材料要满足的首要性能,是材料与宿主之间能否结合完好的关键.关于生物材料生物学评价标准的研究始于20 世纪70 年代,目前形成了从细胞水平到整体动物的较完整的评价框架.国际标准化组织(ISO)以 10993编号了17个相关标准,同时对生物学评价方法也进行了标准化.迫于现代社会动物保护和减少动物试验的压力,国际上各国专家对体外评价方法进行了大量的研究,同时利用现代分子生物学手段来评价生物材料的安全性、使评价方法从整体动物和细胞水平深入到分子水平.主要在体外细胞毒性试验、遗传性和致癌性试验以及血液相容性评价方法等方面进行了一些研究.但具体评价方法和指标都未统一,更没有标准化.随着对生物材料生物相容性的深入研究,人们发现评价生物材料对生物功能的影响也很重要.关于这一方面的研究主要是体外法。具体来说侧重于对细胞功能的影响和分子生物学评价方面的一些研究。总之,关于生物功能性的原则是提出不久的一个新的生物材料的评价方面,它必将随着研究的不断深入而向前发展.而涉及材料的化学稳定性、疲劳性能、摩擦、磨损性能的生物材料在人体内长期埋植的稳定性是需要开展评价研究的一个重要方面。
4 生物材料的发展趋势展望 生物材料科学是20 世纪新兴学科中最耀眼的新星之一。现在,生物材料科学已成为一门与人类现代医疗保健系统密切相关的边缘学科。其重要性不仅因为它与人类自身密切相关,还因为它跨越了材料、医学、物理、生物化学和现代高科技等诸多学科领域。现在对于该材料的研究已从被动地适应生物环境发展到有目的地设计材料,以达到与生物组织的有机连接。并随着生命科学和材料科学的发展,生物材料必将走向功能性半生命方向。生物材料的临床应用已从短期的替换和填充发展成永久性牢固种植,并与其它高科技(如电子技术、信息处理技术)相结合,制备富有应用潜力的医疗器械。生物材料的研究在世界各国也日益受到重视.四年一次的世界生物材料大会代表着国际上生物材料研究的发展动态和目前的水平。
(1)发展具有主动诱导、激发人体组织和器官再生修复功能的,能参与人体能量和物质交换产生相互结合的功能性活性生物材料,将成为生物材料研究的主要方向之一。
(2)把生物陶瓷与高分子聚合物或生物玻璃进行二元或多元复合,来制备接近人体骨真实情况的骨修复或替代材料将成为研究的重要方向之一。
(3)制备接近天然人骨形态的、纳微米相结合的、用于承重的、多孔型生物复合材料将成为方向之一。
(4)用于延长药效时间、提高药物效率和稳定性、减少用量及对机体的毒副作用的药物传递材料将成为研究热点之一。
(5)血液相容性人工脏器材料的研究也是突破方向之一。
(6)如何能够制备出纳米尺寸的生物材料的工艺以及纳米生物材料本身将成为研究热点之一。
【关键词】脉搏波 医疗诊断 HRV分析 波形极值点 傅里叶变换
1 前言
现代社会中，人们随着生活水平的提高，膳食结构不断改变，动脉硬化等心血管疾病发病率越来越高，严重威胁到人们的身体健康。。
从脉搏波中提取出的与人体相关的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历年来都受到医学界的极度重视。。近年来随着电子计算机在医学上的广泛应用和生物医学的飞速发展，利用传感器来模仿医生的手指感觉，从中检测出脉搏波的波形、波幅、波速和周期等重要的特征信息正在不断更新和完善。通过正常情况和不正常情况的脉搏波特征的比较，再根据脉搏波理论计算出血压、血流、血管阻力和血管壁弹性等血流参数的变化。通过分析这些参数可以得出动脉硬化高血压等疾病的症状特征。
本文提出一种基于脉搏波的诊疗分析系统，采用简单的光电指端传感器采集指夹脉搏信号，利用计算机技术实现完整的数据接收、存储、计算和分析。
2 基于脉搏信号的分析方法
2.1 借鉴成熟的心电图分析方法进行分析
本文通过一个简单的指夹传感器来模仿医生的手指感觉采集指端脉搏波信号，从中检测出脉搏波的波形、波幅、波速和周期等重要的特征信息。通过正常情况和心脑血管病人不正常的脉搏波特征比较，再借鉴成熟的心电图分析方法，比较参数的变化得出病人的症状特征。
2.2 HRV时域频域方法结合分析
心率的快慢差异性称为HRV（heart rate variability），HRV是分析每个心动周期细微的时间变化及其规律，研究相邻心动周期的时间差别。目前HRV的分析方法主要有时域分析、频域分析，时域分析法计算简单， 意义直观， 易于为临床医生所接受，但是它的灵敏度、特异性低， 不能进一步区分心脏交感、迷走神经的张力及其均衡性的变化， 而频域分析方法能弥补这一缺憾。因此本文采用时频结合的方法对采样时间为5min的数据进行分析。
3 系统设计
3.1 数据采集
硬件采用红外脉搏传感器，通过红外线对射式指夹检测手指末稍血管血容积变化，采样频率200Hz，通讯速率：9600 bps，数据格式：8位数据+1位停止位。获得的数据通过放大、信号调整将实时的血容积变化信号传送到计算机，由于不同的机器虚拟COM端口号不确定，应用程序编写时采用串口扫描来确定串口号。
具体实现是创建一个串口类，在该类中定义open函数和close函数，在open函数中完成数据初始化工作，发送指令启动采样，通过一个Id对象服务打开端口并获得串口对象，再通过串口对象获得串口流读写对象。数据采集停止或程序异常调用close函数，发送串口关闭指令，并关闭读写流。
3.2 数据分析
3.2.1 判别脉搏波波形极值点
由于每个人的心脏功能有别，脉搏波形状不尽相同，而且每个波形大都有次波、重波，这给准确计算R-R间期带来非常大的困难，因此需要有一个好的算法来准确完好地提取脉搏波信号的特征点，本文采用极值法提取脉搏时域信号。
3.2.2 R-R间期重采样
R-R间期数据是按心搏顺序测量得到的，由于每个心搏的R-R间期并不相等，为此需要将R-R间期的数据改造成等间隔的数据。本系统采用样条函数拟合方法，先将不等间隔的数据用一个平滑的曲线描述，再对此连续曲线通过三次样条插值方法进行等间隔采样，得到等间隔的NN间期数据。经过重新采样的数据即保持了原有的变化规律，每个数据之间的时间间隔又是相等的。
3.2.3 傅里叶变换
在频域分析中本文采用目前广泛使用的基于FFT经典谱的傅里叶变换分析方法对脉搏波进行频域分析，FFT傅里叶变换是数字信号处理重要的工具之一，具有算法优化，计算量减少等特点，数字处理时利用FFT计算有限长序列的离散傅里叶变换Y（f），以获取信号频谱。
3.3 数据存储与数据显示
根据采样频率200Hz和采样时间5min，可以计算出有6万个采样数据，为了使数据能快速存储并显示，采用图形格式进行存储。
在数据显示中主要利用jfreechart包绘制图表。当用传感器对就诊者进行脉搏波测量时，创建ChartUtil类实时绘制动态波形图，并创建DrawChart类绘制通过计算数据后得到的时序图、直方图、线性图、散点图、频谱图等，并将图形存入服务器端数据库中。创建JFreechartInter类，为各绘图类实现统一的接口。
4 讨论
指端脉搏人体健康监测系统，以计算机技术作为设计手段，结合专业的医学知识，通过红外测试仪提取指端脉搏信号，对监测数据进行科学分析，最终对受试者心血管状况进行初步判断。
该系统采用可穿戴式的指端测试仪，测试方便、简洁，系统将成熟的心率变异方法用于脉搏信号的生物反馈中，研究并设计了一套脉搏波医疗诊断系统。该系统包括数据采集、数据分析、数据存储、数据显示等功能，通过临床验证，证明该系统可行有效。
参考资料
[1]金伟.金氏脉学[M].济南：山东科学技术出版社，2000.
[2]王炳和，相敬林.脉搏系统建模与脉象信息分析的研究进展[J].生物医学工程学杂志，2002.
[3]乔爱科，伍时桂.动脉中的脉搏波理论[J].生物医学工程学杂志，2000.
[4]黄世林，孙明异.中医脉象研究[M].北京：人民卫生出版社，1991.
[5]罗志昌，程桂馨等.人体脉搏波波形参数与生理参数间关系的理论和实验研究[J].北京工业大学学报，1988.
0世纪30年代,量子力学、量子化学及高分子化学链理论的确立,为自然科学和工程技术的发展奠定了新的基础。40年代在各种应用研究领域已呈现出有深远意义的重大进展。例如半导体器件的发明,高分子材料的诞生和电子计算机的研制成功等。此后,电子技术的迅猛发展,不仅带动了其它工程技术,而且还以其为先导相继涌入了医学领域,从而出现了一门融理、工、医的新型的边缘学科——生物医学工程学,并推动了诸多医用高新技术的发展。例如0世纪50年代研制出了许多人工脏器(人工肺、人工心脏瓣膜、人工血管)。1957年开展了人工心脏的研究。1959年植入式心脏起搏器应用于临床。光导纤维的出现使纤维内窥镜得以发展。在医学影像领域出现了用于动态观察的照相机,红外成像也开始用于临床。1958年自动生化分析仪研制成功。
1960年世界上第一台激光器问世,不久激光也进入了生物医学领域并被广泛应用[1]。然而,由于技术的迅速发展及其在医学领域取得的巨大成功,在令人倍感振奋之时,也使人们陷入了对技术盲目追求的误区。在这种思想的影响下,一些新的医学技术迅速而不加任何限制地广为传播[,3]。而另一些人又对医学技术持有怀疑看法。早在1816年听诊器刚刚发明不久,一些使用它的医务人员即对其产生了怀疑和不信任。。”1850年甚至有怀疑者将“新的诊断辅助器械描述成危险仪器”[4]。虽然绝大多数人都肯定医学技术给人类健康带来的好处,然而还存在相当多的不确定因素,包括技术本身的特性,以及该技术是否应该使用,使用的程度,使用的成本效益等[5]。
在技术的广泛应用中,人们还发现由它带来的众多未预料到的消极影响和不良后果,尤其是新的或不成熟的技术的应用,更是如此。这些不良后果涉及医疗、经济、社会、伦理、法律及政治等等相关领域,例如对生命安全和健康的威胁、人口性别比例的失调、生态的失衡、环境的污染、医疗费用的过度上涨、医患关系的淡漠等等。在此历史背景下,人们开始意识到有必要对医学技术进行科学地控制和管理,而其基础即是要对医学技术及其产生的各种影响进行全面性的评估。医学技术评估也就随之应运而生了。
技术评估(TechnologyAssessment)兴起于0世纪60年代中期,是从对技术的重要作用和未知后果的评价开始的。技术评估这个术语是在1965年由美国的EmilioDaddario议员正式提出的。最初技术评估多集中在工、农业等技术领域,评估的题目有海底石油钻探、农药、汽车污染、核电站、超音速飞机等。197年,美国国会颁布了技术评估法案,并据此建立了技术评估办公室(OTA)[]。在正式的医学技术评估出现之前,即曾对医学技术的安全性、有效性、成本和其它的影响开展过评估性研究。在早期的技术评估中也曾涉及到医学技术,如对人工心脏及多阶段健康筛查的评估等。于是,在美国国家科学基金会(NSF)的要求下,美国国家研究委员会(NRC)将技术评估的概念进一步扩展到生物医学技术领域,实施了体外受精等技术的评估。
1974年,OTA提交了一份有关药物生物平衡的报告,1976年OTA卫生计划提交了第一份正式的卫生评估报告,这标志着医学技术评估的诞生[7]。目前,技术创新和医疗费用问题,从正反两方面推动了医学技术评估的发展。首先,在最近的30年中技术创新层出不穷,生物技术、生物材料、手术技能和计算机技术的突破带动了医学领域的进步。。面对这些众多的已经广泛使用的技术和新兴的技术,医生们、卫生系统的管理者们不知如何选择,才能最大地满足各方面的需求,而医学技术评估恰恰是为这些选择提供了科学的依据。
其次,医学技术的迅猛发展,部分地造成了卫生保健费用的过度增长。在西方发达国家,其卫生保健费用的增长速度超过了国民生产总值(GNP)的增长速度,国家卫生总费用已超出了社会经济所能承受的负担。如美、法等发达国家,50、60年代国家卫生总费用占GNP的3%-5%,90年代初增长到10%-14%[6]。。各国政府都在努力控制卫生保健费用的增长,但是与此同时人们对卫生保健的需求却越来越高,通过对医疗技术进行评估选择适宜的技术,可较好地解决这种矛盾[5]。正因为如此,医学技术评估得到了普遍的认可并迅速传播。世界各地相继建立了国际性的医学技术评估机构。
诸如,1985年国际卫生保健技术评估协会(theInternationalSocietyofTechnologyAs-sessmentinHealthCare,ISTAHC)正式成立,截止1998年,已有来自40多个国家的100个成员单位[3]。1993年又建立了国际卫生技术评估机构网络(theInter-nationalNetworkofAgenciesforHealthTechnologyAssessment,INAHTA),目前有35个成员机构[11],而且还相继建立了其它的国际组织,包括卫生技术评估加拿大协调办公室(theCanadianCoordi-natingOfficeforHealthTechnologyAs-sessment,CCOHTA),该组织包含10个国家的技术评估办事处,还有为加强欧洲各国医学技术评估的交流与合作,建立的欧洲评估计划(EUR-AssessProject)[1]。在我国医学技术评估起步较晚。。
199年4月和9月,卫生部先后在上海、杭州召开了“全国医药科技成果推广研讨会”和“医学技术评估高级研讨会”[6]。1994年1月,在上海医科大学(现复旦大学医学院)成立了全国第一家医学技术评估中心,并同时出版了首期《医学技术评估》内部专刊。目前我国共有4家相关的医学技术评估机构,即医学技术评估中心(复旦大学医学院),生物工程技术评估中心(浙江大学),医学伦理学研究中心(北京医科大学)和中国循证医学中心(华西医科大学)[10]。
2医学技术评估的定义
医学技术(国外又称卫生技术,HealthTechnology),是指应用于卫生保健领域和医疗服务系统的特定知识体系,包括用于疾病的预防、筛查、诊断、治疗和康复的药物、器械设备、医疗方案、手术方法、后勤支持系统和行政管理组织[10]。这里的医学技术是广义的,它不仅涉及到所有卫生专职人员应用的全部方法,还包括那些使卫生保健服务提供更加有效的后勤支持系统和行政管理组织。技术的用途也不限于诊断和治疗领域,在疾病的预防、筛查和康复中使用的技术也在其内。
医学技术评估有多种定义,随着这个学科的不断发展,其定义也在逐步完善。1981年,美国国家医学技术中心将医学技术评估定义为“对医学技术的安全性、有效性、成本、成本-效益、伦理和法律方面的影响进行细致的评估,评估既包括对技术本身的评估也包含与其它竞争性技术的比较”[13]。1994年,英国国家卫生署(NationalHealthService,NHS)的卫生处进一步扩展了医学技术的内涵,定义为“医学技术评估是用来描述对各种卫生专职人员所应用的全部方法,包括促进健康的,预防、治疗疾病的,以及促进康复的和长期保健所涉及的方法的成本、效益和其它广泛影响的评估”。同年,美国国会的技术评估办公室又提出另外一种定义,主要强调了技术评估的目的,即“医学技术评估是对一种医学技术、一组相关技术或与技术相关问题的结构化分析,为政策制定提供所需的决策依据”。目前,国际上最通用的定义为:医学技术评估是一个涉及多种学科的决策分析领域,它评估医学技术在开发、传播和应用过程中所产生的医疗、社会、伦理和经济影响[11]。医学技术评估定义的不断完善,恰恰反映了这一新兴学科尚在发展中。
3医学技术评估的目的从上述定义可以看出HTA是一个决策分析领域,它通过多种途径辅助决策。
3.1为协调机构就药物、治疗方案或手术方法及其它技术能否进入市场,提供决策提据。例如为FDA提供药品和设备批准进入市场的证据。
3.帮助医学技术的提供者和支付者,决定纳入卫生福利政策的医学技术,并确定合理的费用报销制度。
。
3.4为医院、卫生保健网络和机构的管理人员,获得和管理医学技术提供帮助。
3.5协助政府卫生部门的官员,制订公共卫生计划。
3.6支持卫生保健产品生产者,进行产品的开发和市场营销。
3.7制定医学技术生产、使用、维护和再利用等方面的标准。
3.8为政府官员制定医学技术创新、研究、开发、调控、支付和推广等方面的政策提供依据[7,10]。总之,医学技术评估可为不同层次的决策者提供所需的信息,例如为单位、地区、国家甚至国际间提供决策依据。通过为各种决策提供信息,达到的最终目的是影响医学技术的研究、开发、推广和应用,协助医学技术的选择,提高卫生保健系统的效率,使有限的卫生资源得到合理的配置,达到在最佳成本效益比的情况下提高卫生保健质量的目的。目前,循证医学发展十分迅猛,实际上循证医学也可视为是医学技术评估在临床领域的应用。
4医学技术评估的内容及类型
4.1医学技术评估的内容
技术特性;临床安全性;有效性(效能、效果和生存质量);经济学特性(成本-效果、成本-效益、成本-效用和宏观经济学效应);社会适应性(社会、法律、伦理、政治方面的影响)[7,10]。
4.医学技术评估的类型
4..1按照评估的内容范围可分为:全面评估和部分评估。前者是指一项技术按以上各方面均进行评估;后者是指对技术的一个或几个方面进行评估。最常做的医学技术评估是部分评估。医学技术评估现状的调查发现,全世界的HTA组织均进行技术的安全性、效能、效果和成本的评估,最多的是对技术效果、效能,其次是成本、安全性的评估。
4..按所评估技术的物理特性可分为:对药品,对医疗器械和设备,对医疗方案和手术方法,对支持系统,以及对行政管理机构的评估。调查发现在美国89%HTA组织评估器械和设备,85%评估医疗方案,74%评估药物。
4..3根据所评估技术的用途可将评估分为:治疗性技术的评估、诊断性技术的评估、预防性技术的评估、康复性技术的评估和公共卫生技术的评估。调查显示,全球89%HTA组织进行治疗性技术的评估,84%评估诊断性技术,63%评估预防性技术,53%评估康复性技术,7%评估公共卫生技术[9,10]。
4..4按照所评估技术的不同阶段来分类:新型技术的评估,已普遍接受的或标准医疗技术的评估,陈旧技术的评估。全世界93%的HTA组织评估新型技术,83%的组织评价已普遍接受的或标准医疗技术,仅有44%评估陈旧技术[9,10]。
4.3衡量健康结局的指标
要对一种技术的安全性、效能、效果等进行评估,首先要对这项技术所产生的患者健康结局进行研究,通过综合患者健康结局的改变来得出对技术的安全性、效能和效果等方面的评价。健康结局的衡量指标存在一个发展的过程。首先应用的是患病率和死亡率,是传统的结局衡量指标。。最后出现了生存质量调节年(Quality-AdjustedLifeYears,QALY),它是一种结合了所获得(失去)的生存时间和生存质量的健康结局单位,其特点是可直接进行技术之间的成本-效益比较。以上是评价除诊断性技术以外的技术的健康结局衡量指标。诊断技术的评价更加复杂,原因是诊断性技术与患者的健康结局之间是间接关系,无法直接应用现有的健康结局指标来衡量诊断性技术的效果,其衡量指标包括技术能力、诊断准确性、对最终诊断的影响、对治疗的影响、成本-效益等[7]。健康结局的衡量指标还在不断发展,这也代表了技术评估的发展。衡量指标越全面,越能更好地对多种竞争性技术进行比较,从而挑选出最为适宜的技术。
5医学技术评估的步骤
医学技术评估的基本步骤包括:
5.1确定评估的题目
5.1.1确定备选题目备选题目的确定在较大程度上是由机构的任务或目的决定的。不过也有机构通过对机构成员进行调查来获取题目,还有的公司或组织通过对各种技术信息资源(新药和新设备数据库、医学/技术期刊以及其它出版物)的广泛查找确定备选题目。
5.1.设定评估优先级这一步是对评估的备选题目进行挑选的过程,以定出最终评估题目。在设定优先级时需要遵循一定的原则,要对技术及其针对的健康问题、项目本身的一些限制因素进行全面的考虑。最常用的是定性的方法,目前也有应用定量的方法来确定优先级的。
5.2明确评估问题
明确要评估的问题是技术评估过程中十分重要的一步,它对以后的一系列步骤都有影响。开展一项评估要清楚地理解评估的目的和评估服务的对象,这需要评估小组不断地论证、讨论和澄清。。
5.3确定评估的机构
这一步主要是决定评估项目实施的机构。有3种情况:第1种完全由发起评估的机构本身来实施,这主要见于大型医院、主要的保险公司等。第种情况是完全依赖专业医学技术评估机构,可免费或交纳一定费用获得评估结果。第3种情况是本身实施一部分,从其它专业机构购买另外一部分的评估结果。在决策时,要考虑所评估的问题、可支配的资金、可获得的专家资源、时间的限制以及其它因素,权衡本身实施和购买的比例。
5.4搜集可获得的证据
证据的收集是进行医学技术评估的重大挑战之一。证据包括涉及特殊评估问题的数据、文献和其它信息。文献的检索和相关信息的搜集,是一项成功的医学技术评估所不可或缺的。。要做到对一项技术的客观评价就必须获得广泛全面的资料,而许多有价值的信息不能从经典的信息资源中获得,我们称其为灰色文献。有关文章介绍,灰色文献可以通过查找行业和政府专题研究、专业机构报告和指南、市场研究报告、政策研究机构研究报告、专业委员会的即时出版物、会议记录等等来获取。在利用灰色文献时,一定要仔细地阅读、筛选,注意其权威性和准确性。资料证据收集的越全面,就越能避免出现片面性,这样评估的结果才能越客观、越全面、越有价值。
5.5新的原始数据的获取
通常情况下,收集的现存的各种信息可能对于评价一项技术还不够充分,需要一些新的数据来补充不足的证据,这时就需要进行新的原始数据的收集。但是目前大多数的HTA并不涉及原始数据的收集。新的原始数据可通过临床试验、流行病研究等方法获取。通过在评估中将新的原始数据和搜集的现有的证据结合,来更全面、有效地评价医学技术。
5.6证据解析
从不同质量、类型各异的科学证据中演绎出实质性的结论,这对于任何的HTA都是一种挑战。评估人员需要一种系统的方法,来慎重地评价每一条搜集到的证据的质量。总体上说,证据的解析需要3步。
5.6.1研究分类
原始数据的收集方法种类繁多,但是用不同方法收集的证据其价值也不同,例如前瞻性研究优于回顾性研究,对照性研究优于非对照性研究等。根据研究的基本类型和特征,将所收集的原始资料整理成一个表明证据的表格,表格的项目涉及研究的设计(是否随机、是否是盲法、有无对照等)、患者健康结局衡量指标(患病率、死亡率、健康相关生存质量等)和推论的统计学指标(P值、可信区间等)。评估者通过它可以了解所搜集的不同研究的类型分布。
5.6.证据评分
对证据的评分已经成为目前HTA的标准步骤之一了,但是不同的专业评估机构所用的证据评分体系不同。例如,美国的AHCPR认为对设计较好的随机对照试验的Meta分析中获取的证据最可信,证据的可信度最低的是病例报告和临床实例。评估成员可通过这些层次来对不同的研究分类,且对所得的证据进行分级。例如,AHCRP规定存在从Meta分析中得出的数据,定为一级(最强);而缺乏证据和只有病例报告、临床实例汇报的数据,定为四级(最弱)。通过对证据的评分可以使评估成员对证据有一个整体的认识。
5.6.3选择证据
在证据评分之后,评估成员可以选择证据来应用于评估。在证据的选择上评估专家们尚未达成一致,有的专家认为除随机试验以外的证据都不可取,有些专家却认为那些可靠性较差的试验可以使用,可以通过给不同的权重来体现证据的级别。
5.7综合证据
由于证据收集的研究类型各异,而且每项研究的目的不同,所以就要求评估人员综合有价值的信息。综合证据的方法有:非定量的文献评述、Meta分析及其它定量的文献分析方法、决策分析、小组决策或专家咨询(consensusdevelopment)。传统定性的文献评述存在许多片面性,目前评估人员更加青睐应用结构化强、定量的、经充分证实的方法。
5.8形成结论和建议
结论是评估的结果,建议是在评估以后得出的意见、观点。建议比结论的操作性更强,它可直接用于临床和政策制定。由于证据的价值不同,结论的可靠性也就有相应的差异存在。目前,评估的用户对于明确结论强弱有确切的要求,所以评估人员可以利用以前对证据的评分来确定结论的强弱。结论的强弱也分为一定的层次,但是它是双向的,支持的结论由强到弱,反对的结论由弱到强。
5.9传播结论和建议
评估的目的是为决策服务的,如何将评估的结论和建议传播给需要的各种决策者,对于HTA的成功也是至关重要的。传播的计划主要涉及3个层面:目标人群、采用的中介和实施的策略。例如,AHCRP采用小册子向患者传播评估结论,用快速的参考指南、临床相关手册的形式向医生宣传结论,通过全面的报告传播结论给研究者和政策分析者。据1995年调查,全球95%的HTA组织通过在公开出版的杂志上发表文献传播结果,美国还通过研究所和计算机网络系统如In-ternet传播[9,10]。
5.10监督HTA的影响
HTA的影响存在许多不确定性,正像它评估的技术一样,技术评估也会产生预期的影响和未预料的结果。它受许多因素制约,包括评估的目标组织及该组织的法律性、契约性或行政性的义务,环境因素,评估结论、建议本身,评估结果的传播等。例如,AHCPR进行的绝大多数HTA,其结果直接应用于HCFA的卫生保险覆盖的决策。而有些设计良好或有权威性的随机临床试验的结论和建议却没有被采纳[7]。以上介绍了HTA的10项基本步骤,但是这并不意味着每一次HTA都要进行所有步骤,它们可以实施其中的部分内容,且进行的顺序也无严格的要求,美国和中国都有一些评估实例可以证明这一点。[18,3]
6医学技术评估的方法
HTA方法可根据评估的内容来分类:
6.1功效与安全性的常用评估方法有,临床前期评价法、非正规的临床评价法、流行病学与统计学评价法、临床对照试验法与正规综合法等。
6.生存质量的评估方法有,心理测试的健康指标测量和健康效用评价的方法。
6.3经济学评价方法有:成本分析、最小成本分析、成本效果分析(cost-benefitanalysis)、成本效用分析(cost-utilityanalysis)、成本效益分析(cost-effective-nessanalysis)、敏感性分析。
6.4社会适应性的评价方法有,无结构、半结构和全结构访问法、小组访谈法以及观察法等[14]。目前,评估的方法学是一个重要的研究领域。原因是评估的用户要求基于证据的评价、所得的结论要尽量减少片面性、要求尽量使用正规的定性和定量方法。同时还要求尽量缩短评估的时间、提高评估自身的成本效益,这些要求对评估研究者提出了新的挑战。最近,由于技术评估国际化的发展,各国需要交流评估经验和结果。在这种背景下,由EUR-ASSESS的方法学项目分组(ProjectSubgrouponmethodology),于1997年提出要建立一种为产生透明的、有力和有效的HTA所需的各种逻辑方法的经典结构。INAH-TA在000年提出要统一和规范评估方法的议题。可见国际上的组织机构正在积极进行这方面的尝试[11]。
7医学技术评估的实施
7.1实施机构
医学技术评估的实施或发起机构种类很多,包括:调控机构,政府和私人支付机构,卫生职业组织,标准制定机构,医院、管理保健组织和其它卫生保健提供者,患者和消费者组织,政府政策研究机构,私人评估/政策研究结构,学术中心,生物医学研究机构,卫生产品公司,风险投资商和其它投资者。这些机构所进行的评估的目的、内容、方法各不相同。政府的政策研究机构进行的评价,是与国家层次上的技术政策的制定息息相关的;而卫生产品公司的评估可能是为公司的产品营销、公司的经济利益而进行的。
7.实施所需的人力资源
在定义别强调医学技术评估是一个涉及多种学科的政策分析领域,而且在评估中使用的方法也涉及许多学科,所以就需要各种类型的专家来共同合作实施HTA。所需的专家有:包括放射、化验等在内的临床各科医生,医院、卫生组织的管理者,生物医学和临床工程师,药理学专家,患者,流行病学家,生物统计学家,经济学家,律师,社会学家,伦理学家,决策科学专家,计算机专家/程序号,图书/信息专业人员。对于一项确定的HTA,专家的选择要考虑到评估的目的、所评估的内容、可利用的资源等因素。
7.3实施的时机
实施HTA的时机很难把握,对于一项新技术越早发现它的不利影响,越早控制其传播和误用是评估人员所希望的,但是由于技术本身在发展、临床使用者的技术使用熟练程度在改变,使技术使用早期的评估结论可能产生偏差或错误。要避免这一点,就要对技术进行多次的HTA,不能只靠进行一次的HTA就盖棺定论[7]。
8医学技术评估的意义
HTA开展以来,是否促进了医学技术的合理使用和卫生资源的合理分配呢?答案是肯定的。在临床方面,1995年加拿大魁北克的医学技术评估委员会就1份HTA报告对卫生政策和医疗费用的影响进行了调查。结果表明,除3份报告外,其它的均产生了巨大的影响。1990年建议使用高渗造影剂来替代低渗造影剂,使医疗费用明显降低,净节约近100万美元。对心导管再利用的建议节约医疗费用约600万美元,而取消术前常规胸片则节约了700万美元,并且,有关高档技术如器官移植、MRI等的HTA报告,对制定卫生政策和临床指南,以及合理配置资源均产生了显著的影响[16]。
哈佛大学公共卫生学院分析了4种医疗方案,10年中:内皮细胞显影检查节约为1.3亿美元,精神分裂症的隔离节约为.46亿美元,癌症病人的热疗节约为.7亿美元,近视眼的角膜手术节约为4.77亿美元。加州大学洛杉矶分校公共卫生学院对另外3种治疗方法进行的评估表明,10年节省为:家用氧气600-000万美元,心脏起搏器的电化监测为0.87-0.97亿美元,风湿性关节炎的血浆提取疗法为100-150亿美元[6]。而且,有些HTA本身就可以产生直接的临床作用,即通过参与评估所进行的临床试验,直接使患者受益[17]。例如某些癌症和艾滋病患者,通过参与HTA的临床试验尝试先进的治疗方法,即可能会直接受益。在预防医学领域,HTA也起着明显的作用。例如加拿大一项有关乳腺癌普查的HTA结果显示,对于50-70岁的妇女进行普查其成本-效果最佳,这使政府改变了过去对所有育龄妇女进行普查的政策,节约了相当的卫生保健经费,优化了卫生保健系统[10]。
1978年美国对肺炎球菌疫苗的成本-效果评价,发现成本-效果比最佳的是65岁以上的老年人。国会据此修改了老年保健法,规定从1981年开始给老年人接种肺炎球菌疫苗。1988年OTA发表关于在老年人口中进行青光眼筛查的报告。报告中指出,这种筛查成本高,效益不确定。分析结果表明,识别和证实1例青光眼患者的成本在000-1600美元。通过对技术评估结果的应用,减少一些没有效果的或不必要的医学技术的支出。。总之,在选择适宜卫生技术、合理利用卫生资源和优化资源配置上医学技术评估做出了相当大的贡献。
9医学技术评估的障碍
虽然总的趋势是鼓励广泛开展HTA,但是仍然有一些因素和情况不利于HTA,其中包括:
1)技术方面:存在对技术的盲目崇拜,尤其在美国一些人认为“技术是迫切的”,只要是新的就是好的,不管技术是否有效。还有一些技术权威人士在没有可信的证据情况下控制技术的使用。更有些人认为,技术评估的目的是阻止技术的创新和传播[7]。
2)医学方面:医生对于医学实践的惯性,他们习惯了长期形成的实践常规,其医学知识也已过时,且接受科学咨询的机会甚少,同时也缺乏对临床知识的批判态度,故产生了他们对旧的作法的惯性,这对于HTA结论的传播和利用是一种障碍[7]。再者,一些医生希望自己有选择技术的自由,不希望HTA来干涉他们的自由[19]。
3)商业方面:一些生物医学领域的企业认为,HTA限制了他们的医学创新获得最大经济利益的自由。他们一般通过法律程序来限制HTA。1997年加拿大的BMS(BristolMyers-SquibbCanadaInc.)药品公司CCOHTA来阻止其对该公司药品的技术评估报告的发表。类似的事情也发生在美国的Merck公司。目前国际的经济条例也对HTA是一种威胁,在经济条例中给予商业机构过多的权利。。这些由商业目的引发的法律威胁,对HTA造成了严重的影响,包括评估人员在评估中将会过多考虑技术以外的社会因素,研究者、研究机构、出版商和基金组织不愿进行可能引起法律纠纷的评估等不利影响[0]。
4)资金方面:HTA的资金不足。一些医学研究人员不愿意将资金从基础研究转向HTA,还有一方面HTA要花费一定的经费用于应付技术生产商的[19,0]。
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10医学技术评估的展望
未来,HTA将在范围、方法学、机构的联合和评估结论的转化方面进一步发展,今后着重强调基于证据的医学技术评估。不仅对现代医学领域中的技术进行评估,也要对传统医学领域的技术实施评估。在方法学上力求不断创新、灵活运用,尽可能地缩短评估的时间,及早推广先进的、有价值的适用技术。目前,国际上正在努力探索一套规范化的方法,促进国际间的技术评估交流和共享。重视国际和国内的评估机构联合,最好是形成评估机构网络,有利于资源共享、信息交流,减少不必要的重复评估。
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