王小榮，張玉平，姜 華，杜舒婷，趙小祺，張立民，郭亞雄，馮妞妞，郜思齊，趙自剛

(河北北方學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,河北 張家口 075000)

一直以來(lái),實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心作為一種具有科學(xué)管理、優(yōu)良設(shè)施、先進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的大型現(xiàn)代化生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái),是培養(yǎng)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才的重要基地。我校病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心于2007年被批準(zhǔn)為河北省高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(建設(shè)單位),隨后省教育廳逐步加大了建設(shè)力度。為了豐富和創(chuàng)新醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,培養(yǎng)符合現(xiàn)代醫(yī)療需要的高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才,教學(xué)中心自2015年開(kāi)始購(gòu)入PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng),并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)教學(xué)?，F(xiàn)回顧總結(jié)幾年來(lái)的使用過(guò)程與經(jīng)驗(yàn)體會(huì),以求進(jìn)一步擴(kuò)展PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)教學(xué)的應(yīng)用范圍,全力提高醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

1 PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介

目前,PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于藥理學(xué)、生物化學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)及病理生理學(xué)等學(xué)科的教學(xué)與科研工作,實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)的采集與處理［1］。PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)包括兩個(gè)重要組成部分及其相關(guān)的系統(tǒng)軟件,分別是多通道生理信號(hào)記錄儀、二通道記憶示波器,能夠?qū)崿F(xiàn)多通道生物信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、記錄和分析,能完成所有的經(jīng)典機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn),也能完成創(chuàng)新性、探究性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)潔、方便,實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠［2］。此外,PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)還包含多通道信號(hào)接口等系統(tǒng)硬件,其輸出接口通過(guò)USB連接線與計(jì)算機(jī)主機(jī)相接,輸入接口則與信號(hào)換能器相接,由此形成Power-Lab生物信號(hào)采集系統(tǒng)的工作閉環(huán)。

PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面發(fā)揮了重要作用。根據(jù)《關(guān)于加強(qiáng)醫(yī)學(xué)教育工作提高醫(yī)學(xué)教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)》,夯實(shí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)基礎(chǔ),建立新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理體制,推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍建設(shè),強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心平臺(tái)功能,將實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)成為應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)基地。由此,揭開(kāi)了PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)教學(xué)中廣泛應(yīng)用的帷幕。運(yùn)用諸如PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)等教學(xué)軟硬件設(shè)備,建立以學(xué)生為主體的新型人才培養(yǎng)模式,推進(jìn)教學(xué)方法改革,并促成基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)相融合,提高學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、批判性思維能力［3］。

2 PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

目前,我中心已將PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中?，F(xiàn)以“失血性休克及其搶救”為例,簡(jiǎn)要說(shuō)明PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)的使用方法。

2.1 實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備

連接好PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置,將壓力傳感器與呼吸流量計(jì)分別與PowerLab前面板的“輸入1”“輸入2”接口相連。然后將隨主機(jī)附帶的Chart軟件安裝在電腦上,以便在操作系統(tǒng)中記錄、顯示、儲(chǔ)存和分析數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)的設(shè)置

(1)新建Chart文件:在電腦桌面打開(kāi)Chart軟件,單擊快捷鍵中的“新建”圖標(biāo)。(2)設(shè)定注釋:打開(kāi)“設(shè)置”→“預(yù)先設(shè)定注釋”→“添加”(注意選擇注釋的通道)→輸入注釋內(nèi)容。(3)通道設(shè)置:打開(kāi)“設(shè)置”→“通道設(shè)置”→選擇通道1、通道2,關(guān)閉其他通道。

2.3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

(1)家兔稱(chēng)重后,自耳緣靜脈注射20%烏拉坦(5 ml/kg.bw),遂對(duì)其進(jìn)行全身麻醉,并在麻醉后將家兔置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,仰臥位固定。(2)對(duì)家兔實(shí)施頸部兔毛剪除,沿其軟骨下緣線正中位置縱切口,切口長(zhǎng)度控制在6 cm左右。利用止血鉗鈍性特征實(shí)現(xiàn)家兔左側(cè)頸總動(dòng)脈、氣管與右側(cè)頸淺靜脈進(jìn)行分離,該過(guò)程中在氣管上做切口,切口呈“T”型,而后插入氣管插線,并用棉線進(jìn)行結(jié)扎、保持固定。連接PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)與換能器,對(duì)家兔呼吸情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),描記呼吸曲線。(3)家兔耳緣靜脈注射肝素抗凝,然后對(duì)家兔頸總動(dòng)脈遠(yuǎn)心端用絲線結(jié)扎,近心端則用動(dòng)脈夾夾閉,對(duì)插入枸櫞酸鈉的動(dòng)脈套管也同樣進(jìn)行結(jié)扎、保持固定。套管一端連于壓力換能器,利用PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)監(jiān)測(cè)家兔血壓情況,得到血壓曲線,套管另一端則放血備用。

2.4 實(shí)驗(yàn)記錄開(kāi)始/停止

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)單擊Chart窗口(界面)右下方的“開(kāi)始”按鈕,開(kāi)始記錄,即可以對(duì)家兔的動(dòng)脈血壓、平均動(dòng)脈壓、心率、呼吸曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察;當(dāng)完成實(shí)驗(yàn)時(shí),點(diǎn)擊“停止”按鈕即可。(2)調(diào)整采樣速率和靈敏度:在Chart窗口右上角調(diào)整采樣速率和靈敏度,使記錄的圖像幅度間距適中。

2.5 復(fù)制失血性休克模型

連接家兔頸總動(dòng)脈套管的放血端與注射器,頸總動(dòng)脈血液流入注射器進(jìn)行放血操作,觀測(cè)PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng),當(dāng)血壓降至40 mmHg時(shí),對(duì)注射器內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié),保持家兔血壓維持穩(wěn)定,保持20 min。此時(shí)對(duì)注射器內(nèi)的血量進(jìn)行觀察,對(duì)該失血期內(nèi)的家兔各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄。

2.6 搶救

分不同治療組進(jìn)行搶救:對(duì)一組家兔實(shí)施“失血量0.5倍的生理鹽水+失血全血+失血量1.5倍的生理鹽水”的處理;二組家兔實(shí)施“失血量等量的生理鹽水+失血全血+去甲腎上腺素(0.75 mg/kg.bw)”的處理;三組家兔實(shí)施“2倍失血量生理鹽水+失血全血+654-2(1 mg/kg.bw)”的處理;四組家兔實(shí)施“失血全血治療”。對(duì)4組家兔的處理完成后,對(duì)各組家兔的生理指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄,對(duì)家兔的失血搶救效果進(jìn)行對(duì)比分析和評(píng)價(jià)。

2.7 數(shù)據(jù)分析與輸出

數(shù)據(jù)全部記錄完成后,首先選擇“文件”菜單中的“保存”命令保存數(shù)據(jù)文件,防止操作中發(fā)生意外丟失數(shù)據(jù)。(1)如果需要數(shù)據(jù)圖形粘貼到Ward等文檔中,首先選擇需要的數(shù)據(jù)圖形,然后點(diǎn)擊“工具欄”中的數(shù)據(jù)板按鈕,將數(shù)據(jù)顯示在放大窗口中。選擇“編輯”菜單中的“復(fù)制Zoom窗口”命令,這樣放大窗口的數(shù)據(jù)圖形就可以以圖像形式粘貼到Ward等文檔中。(2)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)值:首先關(guān)閉放大窗口,然后選擇需要分析的數(shù)據(jù)段,之后單擊“命令”→“加到數(shù)據(jù)板”;然后,選擇“工具欄中”的數(shù)據(jù)板按鈕打開(kāi)數(shù)據(jù)板,這樣就可以看到詳細(xì)的數(shù)值。

3 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)

3.1 實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)生物信號(hào)采集系統(tǒng)的功能

PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)在機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用經(jīng)過(guò)ADInstruments公司20多年的發(fā)展已經(jīng)非常成熟,迄今為止,幾乎完全取代了傳統(tǒng)的筆試二道記錄儀,實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的信號(hào)采集與處理功能。在機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)中除了可以進(jìn)行血壓、呼吸、血流動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)外,還可開(kāi)展神經(jīng)放電、心電、腦電、肌電、心肌動(dòng)作電位、心電圖等電生理學(xué)實(shí)驗(yàn),亦可用于離體血管條、淋巴管條、腸段、乳頭肌收縮等實(shí)驗(yàn)以及離體器官(Langendorff工作心臟)灌流實(shí)驗(yàn)［4］。另外我們還結(jié)合教師的科學(xué)研究讓不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生自行設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)。

3.2 顯現(xiàn)新的優(yōu)勢(shì)

PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)除了具有傳統(tǒng)的信號(hào)采集與處理功能,還顯示了新的優(yōu)勢(shì)。PowerLab系統(tǒng)具備全面和易用的特點(diǎn),在科學(xué)雜志中擁有超高引用率,并且受到機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)和其他組合式教學(xué)項(xiàng)目的青睞。在研究領(lǐng)域中,多功能PowerLab數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和LabChart軟件與不同功能的放大器、儀器和專(zhuān)用分析軟件進(jìn)行定制組合,幾乎適用于任何生命科學(xué)研究。LabChart具備前沿科學(xué)研究所需的顯示和分析功能,可通過(guò)合適的生物信號(hào)、在線計(jì)算以及實(shí)時(shí)圖表,將不可見(jiàn)的對(duì)象視覺(jué)化,然后隨著研究的深入得出結(jié)果。

3.3 促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心來(lái)說(shuō)起到了關(guān)鍵的基礎(chǔ)性作用,是充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心功能的前提,也是應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)。PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng),在應(yīng)用于醫(yī)學(xué)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的同時(shí),也促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)。通過(guò)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員技術(shù)培訓(xùn),為醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)夯實(shí)了設(shè)施基礎(chǔ),讓學(xué)生有充分的展示空間,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心逐步發(fā)展為集教學(xué)、科研等多功能為一體的醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)基地。

3.4 培養(yǎng)學(xué)生綜合能力

3.4.1 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力 實(shí)驗(yàn)教學(xué)最終目的是提高學(xué)生的實(shí)踐能力,提升學(xué)生的技能技術(shù)水平。隨著PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)的使用,不僅滿足了常規(guī)教學(xué)需求,而且培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。以“家兔失血性休克及其搶救”實(shí)驗(yàn)為例,通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手稱(chēng)重、麻醉、固定、備皮、手術(shù)(氣管、頸淺靜脈、頸總動(dòng)脈的分離與插管),觀察正常指標(biāo)以及失血性休克各期生理學(xué)指標(biāo)的變化,探究失血性休克的發(fā)生機(jī)制與搶救機(jī)理,基于PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性及強(qiáng)大的分析功能,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中利用PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的觀察、記錄以及結(jié)果的分析,從而能夠解決、探索實(shí)驗(yàn)中的具體問(wèn)題,獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體,增加了學(xué)習(xí)興趣,動(dòng)手能力明顯增強(qiáng),獲得良好教學(xué)效果。

3.4.2 拓寬學(xué)生視野 PowerLab系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,使學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到相對(duì)前沿的儀器設(shè)備,有助于對(duì)經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化和完善,比如實(shí)驗(yàn)思路、觀察步驟、指標(biāo)等環(huán)節(jié),通過(guò)優(yōu)化經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)打牢學(xué)生的基礎(chǔ),拓寬學(xué)生視野,確保學(xué)生全面掌握病理生理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。PowerLab系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用,為學(xué)生提供了多元化的研究平臺(tái)和機(jī)遇［5］,增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員、青年科研人員與學(xué)生之間的交流,在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能讓學(xué)生對(duì)科研內(nèi)容有所涉及。在指導(dǎo)教師的精心準(zhǔn)備和耐心指導(dǎo)下,學(xué)生利用節(jié)假日參與醫(yī)學(xué)課題研究,拓寬學(xué)生眼界,使學(xué)生的主體性得到充分發(fā)揮,從而提高學(xué)生參與科研的積極性,使學(xué)生在學(xué)術(shù)研究方面有所突破。

3.4.3 培養(yǎng)學(xué)生科研思維 基于PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng)強(qiáng)大的顯示和分析功能,在不斷推進(jìn)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向綜合性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變的同時(shí),擴(kuò)大了探究性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)范圍,有助于學(xué)生由教學(xué)實(shí)驗(yàn)逐步向科研實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)渡,為學(xué)生參與科研項(xiàng)目提供支持,讓學(xué)生有機(jī)會(huì)較早地參與科學(xué)研究,使其既具備較好的實(shí)踐能力,又具備初步的科研能力,培養(yǎng)了科研思維與創(chuàng)新精神。目前,由實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心教師指導(dǎo)的項(xiàng)目有多項(xiàng)為國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目,他們完成的學(xué)術(shù)論文獲多項(xiàng)“挑戰(zhàn)杯”河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽獎(jiǎng)。

4 小結(jié)與展望

總之,通過(guò)引進(jìn)PowerLab生物信號(hào)采集系統(tǒng),使醫(yī)學(xué)機(jī)能實(shí)驗(yàn)學(xué)更大程度地發(fā)揮了實(shí)踐教學(xué)的優(yōu)勢(shì),提高了學(xué)生的實(shí)踐能力,拓寬了他們的視野,培養(yǎng)了他們的科研思維,提高了其科學(xué)研究能力,對(duì)于培養(yǎng)具有實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維的高素質(zhì)醫(yī)學(xué)人才發(fā)揮了積極作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在應(yīng)用型醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)中的重要性日益突顯,今后,要充分依托實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,發(fā)揮其先進(jìn)儀器設(shè)備的優(yōu)勢(shì),為學(xué)生搭建平臺(tái),由學(xué)生自主選擇,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性,引導(dǎo)學(xué)生向深層次醫(yī)學(xué)領(lǐng)域探索,不斷擴(kuò)大學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的范疇和種類(lèi),既滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求,又能發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,不斷提高學(xué)生的綜合能力。同時(shí),隨著信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)教育的高度融合［6］,我們要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)Power-Lab生物信號(hào)采集系統(tǒng)的功能,開(kāi)設(shè)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)與虛擬仿真的緊密結(jié)合,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè),提高醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量。