生物医学工程概括范文1
1临床医学工程专业课程体系的调整
1.1医学院校临床医学工程应用型人才培养目标医学院校的临床医学工程应用型人才以医疗设备的全程技术管理、信息系统的维护、影像工程科等为主。通过4年专业学习,学生对于医疗仪器有比较深入的了解,侧重于理论的应用,能够对仪器进行基本的保养、维护和一般性维修;对于仪器的医学应用比较了解,在医生和仪器提供者之间起桥梁作用,承担部分仪器的高效使用、改造等任务。同时也可以成为医学仪器生产厂家的运行、维护、安装、研发等专业技术人才。
1.2专业课程以原理为基础,兼顾应用坚持“重人品,厚基础,强能力,宽适应”的人才培养模式[5],接受先进的理论和技术。专业课程设置可分以下几大类:医学仪器与图像处理类,包括电路、数字图像处理、传感器等;微机原理以及应用类,包括单片机、计算机原理及应用、医学信息系统等;医学基础类,包括系统解剖学、生理学等;生物医学工程专业课程,包括生物力学、生物材料、医学传感器等。教学以“学为主,教为导”的方法,采取启发式、讨论式教学[6]。授课以原理为基础,不要求复杂的公式推导,但是要有定性的概念,例如超声探头高频低频的应用差别。由于设备更新换代很快,无需纠结于某个特定型号的设备并研究其具体功能,应概括性介绍医学设备的应用。开设理论教学与实地教学相结合,与医院合作,组织学生到医院参观学习,请相关业务人员介绍医疗仪器和系统的软件以及硬件设备,及其实际运行情况,使学生有更直观的认识。
1.3引入医疗器械风险管理的概念,加强学生医疗风险意识在基础专业课程教学的同时,引入医疗器械风险管理的概念。表1为制造商对某设备风险的可能性评估。表格左列为危险的可能性分类,首行为危险的严重性分类,阴影区是可用性测试工程师优先考虑的内容。风险分为R1、R2、R3、R4、R5、R6等6个等级。医疗器械的风险管理贯穿于产品的整个寿命周期,在设备的使用过程中仍可能存在,因此医疗工程人员需要具有医疗风险意识。在教学中,引入医疗器械风险管理的概念,让学生了解医疗环境下多种因素都有可能造成医疗设备的使用风险,同时让学生感到学习临床医学工程在医院工作“有用武之地”。
1.4以研带教,直观认识医疗风险在理论学习的基础上兼顾研究和应用,培养学生科研能力的同时,加深学生对医疗风险的认识程度。例如,我们对RFID标签在高磁场下应用的安全性进行测评[7-8],通过实验发现,13.56M无源RFID标签作为患者标识,在1.5T磁场下持续使用对自身安全正确使用没有影响,但是其可能影响核磁成像的信号及噪声水平,形成伪影,见图1。由此可见,通过简单的研究发现临床环境中风险因素随时可能被引入。开展创新性研究实验,在培养学生思维逻辑能力、分析解决问题的能力以及科研实践能力的同时,提升学生对临床医学工程专业的兴趣,更有利于学生今后的择业意向。
生物医学工程概括范文2
摘要
本文探讨了情景教学在核医学绪论中的应用，包括实施情景教学的目的和意义、利用多媒体开展情景教学的方法和效果等。并且重点描述了实践环节中设计的三种情景（问题情景、客观情景和任务情景），及其所收到的良好效果。
关键词
核医学 情景教学 多媒体应用
Abstract This article has discussed the scene teaching in the nuclear medicine introduction application， including the goal and the significance in implementation scene teaching， and the method and the effect by using the multimedia in scene teaching and so on. Moreover， it emphasized three kinds of scenes which designed in practice (question scene， objective scene and duty scene)， and the received good effect.
Key word Nuclear medicine scene teaching multimedia applications
情景教学方法所创设的各种情景，能把抽象的东西具体化，把一般的东西形象化，从而吸引学生的注意力，把知识具体、形象和生动地传授给学生。另一方面，在核医学教学中，教师创设的各种学习情境，会使学生感到身临其境，产生一种需要学习的愉快感觉[1]。以下是我在教学实践中对情景教学的一些尝试和体会。
一、核医学绪论实施情景教学目的和意义
核医学是应用核素及其标记化合物进行临床诊断、治疗疾病以及生物医学研究的一门学科。是研究核技术在医学中的应用及其理论的学科，在核能和平利用领域占有重要地位。核医学除医学外，它还涉及物理学、电子工程学、化学、 药物学、计算机技术、细胞杂交技术、分子生物学技术等多门学科，融入了现代生命科学研究的重要成果，是现代医学的重要组成部分[2，3]。同时它又是实践性很强的学科，医学生在短时间内掌握这门融合多个学科于一体的课程非常困难，再加上传统教学方法的刻版、单调，往往达不到预期的教学效果。核医学绪论为整个核医学的概括，其教学质量的优劣直接影响各论的教学效果。为激发医学生的学习兴趣，提高教学质量，在以往研究的基础上，我们系统开展基于多媒体技术的情景教学的研究，该研究通过创设实验情境和故事情境来构建启发式课堂，设计难点问题，提高教学质量。不仅如此，更重要的是该方法可直接应用于网络教学和远程教学。
二、充分利用多媒体进行核医学绪论实时情景教学
核医学绪论教学中所涉及的内容形形色色和丰富多彩，包括核医学定义、范围和内容、核医学的发展历程、核物理、核仪器学、核药物学、放射防护和体外分析技术等，如果只是教师用语言进行描述，难免有些枯燥乏味，学生就会失去学习兴趣。情景教学可以较好地解决这一问题，应用电影艺术手段，制作《核医学绪论》，其意义不仅可以激发学生对整体核医学的全面理解，而且是以一种全新的形式诠释这门新兴学科。 参考其他学科的多媒体制作方法[4]，课程讲授过程中增加影视情景、动画和旁白的演示，根据教材、课程进展的需要，调节图像、控制图像，使其能静止或连续滚动播放、分开或合并，前进或后退，再配上文字、色彩，进一步增强其展示效果。帮助学生更好地掌握绪论的有关内容，让学生从中发现问题和了解难点，带着问题听课，可提高学习效果，同时引导学生围绕教学内容查阅课外资料，挖掘和拓展学习的深度和广度。
三、核医学绪论情景教学设计主要包括如下几点：
（一）设计问题情景。创造问题情景，训练发散性思维。使学生在发现问题、提出问题、分析问题、解决问题和发现新问题的过程中，通过师生之间的交流来开发思维，激发创造能力。在教学中设置适当的问题情景，有利于激发学生的求知欲，可以促进学生智力水平的提高。在向学生提出问题之前，教师应注意创设问题的情景，列举现象之间的矛盾，使学生对从中产生的疑惑进入一种积极思考的状态，使其已有的经验与认识被强烈的疑问打破，此时教师顺势抓住时机对问题作扼要概括和说明，使学生知道现象之间矛盾的关键所在，这样一种积极意义的问题情景就形成了。如老师设问“核医学是如何诊断和治疗疾病的？”，接着出现以下回顾性复习的概念：核素、同位素、α衰变、β衰变和γ衰变等。引出放射性药物的概念。在整个过程中，伴随着以上内容的动画演示、核暴的场景及医学应用的历史画面，让同学置身其中。接着以提问的方式让同学回答他们理解后的各种抽象概念的定义，让同学们设想他们诊治疾病的原理。问题情景激起了学生们的求知欲望，能力得到了锻炼。此外将一些问题以作业的形式，让同学们广泛发挥，也作为一种问题情景，不但提高了学生的学习兴趣，还增强了学生的参与意识。
（二）设计客观情景。客观情景设计目的是让学生在听故事的过程中领悟其中的道理，诱发学生的兴趣，同时也在教学中融入人文教育。主要利用包括声、像、图、文、三维立体电脑动画和即时电影等技术手段，以情节故事影片、现场报导、纪录片、媒体采访等灵活的方式以展现核医学的总论教学内容，师生交互来完成核医学相关内容的理解，以旁白来扩大医学生的知识面，以电影、动画和师生交流来阐述显像原理。此外创设案例情景教学，以疾病的发生发展过程为主线，概括核医学对疾病诊治的机理，在提高医学生的综合处理能力的同时，还可以培养医患交往能力和临床思维能力。在此基础上我们将系统地通过课堂资料、实验操作资料、生产现场和室外等记录方式，丰富教学内容，激发学生的想像力。
例如：在学习放射防护这一节，在教学中演示天然本底辐射，出现天空、大地、动植物、建筑和工具等存在的放射性。演示人工辐射中的军事、工农业和医学的应用资料剪辑片段等。然后引出放射防护的概念，留给同学们去自学，并请一位同学讲给大家讲解。
（三）设计任务情景。“任务情景”的设计是将教学目标整合到一个或多个具体的活动任务当中，学生要完成一定的任务。在实际操作中教师需要分析和设计具体任务，完成任务所需要的其他前提知识和技巧等，旨在将每一个教学目标拓展为教学活动中可用的具体内容，让学生参与情景教学的具体制作。例如：讲授绪论后，对每届同学都布置参照此次教学模式，分成五组分别制作讲过部分的情景教学内容。这就要求学生必须认真听课，同时也给了学生充分发挥的空间，这样一个任务既调动了学生的听课积极性，又激发了学生的创造能力。在教学的过程中设计“激励性”情景，如角色扮演、辩论等活动，并制作成短片，对下一届的教学不仅有很大的帮助，更能从课程的开始就使同学产生浓厚的兴趣。
总之，核医学绪论应用情景教学的模式，对整体课程教学会产生事半功倍的效果。但在整个教学过程中，教师作为学生学习的促进者，用鞭策、激励、赏识等手段促进学生主动发展。通过情景教学法教学，能调动学生积极参与教学活动，与学生共建课堂，与学生一起学习，是培养学生综合能力的有效方法[5]。采用情景教学时，教师应在教学设计中作全面的考虑，根据授课的具体内容选择合适的情景来促进教学的开展，将情景教学应用到核医学的教学活动中。
参考文献
1.赵蕾.生物学教学中的情景教学.生物学教学，2004;29（5）：19－20
2.刘开元，廖建梅.核医学课堂教学的体会.现代医药卫生，2006;22(8)：1249-1250
3.王蓓蒨，王京，张益成.提高医学院校核医学教学质量的思考与尝试.中华现代医院管理杂志，2004;2(6)61-63
生物医学工程概括范文3
【关键词】网络教学综合平台；医学概论；建设
自2010年《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中明确提出“强化信息技术应用，提高教师应用信息技术水平”“鼓励学生利用信息手段主动学习、自主学习，增强运用信息技术分析解决问题能力”以来，我国众多医学院校都推进了网络基础设施建设的力度，深入开展网络教学以提高我国医学教育的水平[1-4]。我校根据招收的各个非医学专业的人才培养目标，针对这些专业学生专门开设了医学综合课程，以便这些学生能够掌握一定的医学相关知识，为他们以后能在医学院校、卫生行政机关、防疫机构、医院、司法机关等部门从事管理、教学或者研究工作等打下基础。为此，于2009年成立了医学概论教研室。教研室成立之初，承担的是《基础医学概论》课程的教学工作，而《临床医学概论》课程的内容由附属医院的临床医生来负责教授。至2013年，这两门课程合并为一门课程，即现在我们教授的《医学概论》。本教研室自成立以来，积极响应学校的大力开展网络教学综合平台建设的政策，先后在我校教务系统网站上对《基础医学概论》和《医学概论》两门课程进行了构建，并不断的优化和完善。目前，在我校教务系统网站的网络教学综合平台上既有《基础医学概论》，也有《医学概论》，现主要以《医学概论》为例讲述本教研室课程网络教学综合平台建设情况。
我校使用的THEOL网络教学综合平台具体到每门课程，主要包括了课程管理、教学资源和教学活动三大版块。
一、课程管理
该部分包括了课程介绍、教学大纲、教学日历、教师信息和课程通知几个方面。
在课程介绍一栏中，我们根据不同专业的人才培养目标，归纳总结出了较统一的主要教学目标和主要教学内容，再加上课程类型、学时和学分、教学方式以及教材和参考书目等，让学生在一接触这门课程的时候能够对《医学概论》有一个初步的大致的了解，做到心中有数。
同时，我们针对市场营销、劳动与社会保障、法学、公共事业管理、统计学、信息管理与信息系统、英语及卫生信息化等每一个非医学专业都制定了相应的符合其专业特点的教学大纲。鉴于我们医学概论课程除了有144学时的理论授课以外，还有60学时的实验课，我们又把教学大纲分为了《医学概论》教学大纲和《医学概论》实验教学大纲。通过从网站上浏览《医学概论》教学大纲，可以使同学们掌握即将要学习到的课程内容的具体到每一个章节的重点和难点，知道哪些知识点是需要记忆的，哪些是需要理解的，这些知识又可以应用到哪些方面。而《医学概论》实验教学大纲则把每一次实验课的内容和目的要求进行了明确的概括，以帮助同学们更好的进行操作实践。
另外，在教学日历一栏中，我们把整个学期的授课安排（理论课和实验课都包括）、每一章节所用学时和授课教师等一一列出，使学生轻松掌握《医学概论》课程一个学期的授课进度，并据此安排好自己的学习计划。我们每位授课教师都在教师信息一栏里认真填写了个人教学和科研情况等，方便学生有针对性地选择教师答疑或讨论科研问题。而和课程教学有关的一些通知我们都在课程通知一栏中，使学生能及时获知理论授课教室及实验室地点和时间等教学信息。
二、教学资源
《医学概论》课程是把医学相关基础课程及临床课程中的核心知识进行了融合和精简优化后，分运动系统、循环系统、内分泌系统、免疫系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统及神经系统等人体的九大系统进行讲授的，授课时也是分教师分系统的，所以在建设教学资源这部分版块时，我们是把每位授课教师负责的那部分的所有多媒体课件和教案收集在一起，按《医学概论》教材上的章节顺序一一上传至网络教学综合平台上，同学们可以很方便的浏览和下载，帮助学生预习或复习课堂讲授的内容。同时，我们还根据每章节的讲授重点和难点，有选择的录制了部分授课视频上传至教学资源版块，使学生可以在课堂授课时间之外方便的听取教师在课堂上的讲授，尤其是课堂上有没听懂的部分，借助网络可以反复的听讲，增强学生对重点难点知识的理解程度。
另外，在网络教学综合平台上还有课程共享联盟和资源中心，这些共享的网络资源开拓了学生的视野，扩大了学生的知识面，给同学们的自学带来了很大的便利。
三、教学活动
这一版块包括了答疑讨论、课程作业、试题试卷库、在线测试、课程问卷和个人资源等环节。
答疑讨论一栏是采用BBS（Bulletin Board System，电子布告栏系统）的模式，学生可以把学习《医学概论》课程中不理解的问题采用留言的形式进行提交，然后教师再就此问题进行解答。这一栏目的建设是一个长期的、而且必须是持续的过程，需要授课教师付出极大的心血，但它是解决学生学习中遇到困难、加强师生互动的一种很有效的方式，所以必须坚持。在课程作业一栏里，我们跟随着课堂授课内容精心设计了一些课后思考题，以此引导学生查找资料、相互讨论，培养学生的自主学习能力和科研思维。同时，我们不断地完善试题试卷库里的试题（与期末考试试卷题型一致，包括单项选择题、名词解释和简答题）及在线测试里面的测试题，以方便学生巩固课堂学过的知识，检验自己的学习成果。为进一步了解《医学概论》课程的教学效果，我们在课程问卷栏目中设计了调查问卷表，通过学生的回答，了解学生真实的学习需求，帮助我们提高教学水平。此外，我们在个人资源一栏中上传了与《医学概论》相关的多部电子版教材和一些网络资源，使学生能够获取《医学概论》教材以外的一些相关医学知识，提高学生的学习兴趣。
在建设网络教学综合平台的过程中，我们教师也收获颇多。一方面促进了教研室老师们相互之间的交流、沟通与协作，并且在相互交流中拓宽了视野，激发了教学灵感，提升了教学水平[5]；另一方面还促进了师生之间的互动，使授课老师能更好的了解学生的学习诉求和学习状况，并据此调整教学思路和方法，使教学效果得到了提高[6]。但在建设网络教学综合平台的过程中我们同样也认识到了一些不足之处，需要我们进一步的进行完善，从而为提高我校的医学教育水平打下坚实的基础。
参考文献
[1] 蔡建平，黄素芬.Blackboard平台应用初探[J].计算机教育.2007，（5）：59-60.
[2] 梁昌镛.利用网络平台提高生物化学教学效果的探索[J].中国科教创新导刊.2013，（23）：144，146.
[3] 邵毅平.关于“天空教室”网络教学平台的建设研究[J].科技信息.2011，（35）： 422-423.
[4] 耿学慧，丁穗娟.广西医科大学网络教学平台建设研究[J].企业科技与发展.2013，（12）：180-182.
生物医学工程概括范文4
关键词：概算编制；设计经济指标；成本控制
1工程概况
东莞市某大型综合医院新院建设工程，总用地面积129,975.5平方米，总建筑面积117,658平方米，其中地下室22,322平方米（地下室中人防面积7570平方米，战时中心医院面积6184平方米），地上部分95,336平方米。总床位数800床，日门诊量达3500人次。分别有门急诊医技楼、住院楼、后勤楼、学生宿舍、桥梁、平台、走廊及污水处理站等几幢楼。
该医院设计完成后，需编制整个项目的设计总体概算，因此此设计总体概算必须包括建安工程费、专业工程费用、建设工程其他费用、预备费等。而此设计总体概算作为设计、施工造价总控制的重要指标，亦是作为国有综合医院报地方财政局审批的重要文件之一。
2 编制大型综合医院概算，主要从以下几方面进行控制
2.1建安专业工程分项方面
综合医院的设计，多分为综合楼、科研楼、垃圾站、太平间，如较大型的综合医院还会有后勤楼、宿舍等。而为了更好地控制概算成本，可以分成二种做法：一种是按单体楼进行指标控制，另一种按专业分进行指标控制。第一种做法的好处就是，按单体楼进行指标控制，可以更好地分析成幢楼的成本造价，有效地、宏观地控制单体楼的造价，在进行固定资产移交时，不需要重新估算单体楼的成本造价。地下室如为连体的，则地下室按一个总体来计算单方的造价，如非连体的，则按每一幢楼计算单方造价。第二种方法有利之处就是，在专业上可以从设计入手，控制成本造价，合理分配各幢楼的各专业的成本指标。虽然在设计时，各专业设计人员在设计前都有设计指标进行限制，但设计人员对材料、人工了解不够深入，因此，作为设计院的造价控制人员，在设计人员做好设计后，正确计算成本造价，能更有效地控制设计指标。
本项目是按专业进行编制概算书的。分别是场地平整工程、基础工程、土建工程、外墙装饰工程、钢结构工程、人防工程、电气安装工程、给排水工程、消防工程、弱电系统、室内装修工程、甲供设备、绿化工程、桥梁工程、污水处理工程、道路标线工程、室外土建工程、室外电气、给排水及消防工程及专业工程等方面分别进行编制。在专业分项中尽可能分细点，以便更好地用概算指标进行前期经济指标控制。
大型综合医院在结构上是按照抗震设防重点设防类（乙类）进行设计，因此在编制概算时，其经济指标要比其它医院类的要高一些。
医院的智能化工程与住宅楼、商住楼又复杂很多，常见的有综合布线系统、计算机网络应用系统、有线电视系统、安保电视监控系统、停车场管理系统、排队叫号管理系统、医护对讲系统、机房系统、智能化UPS集中供电及防雷接地系统、消防通讯报警系统、行政办公自动化系统及公共广播系统等。其造价为2800多万，占建安工程费的4.5%，约240元/的造价指标。
该综合医院专业工程，在做建筑、结构设计时，此部分工程是由专业设计/施工单位进行设计的，但在概算中，此部分费用应列出。此部分专业工程分别是：手术室等洁净用房净化工程；放射、核医学装修；高压氧仓装修、医院气体系统；标示系统工程；直饮水点；物流供应及泛光系统等。 手术室等洁净用房净化工程包括手术室装修工程、重症监护室ICU、消毒供应等。放射、核医学装修分别有放射科室的装修、防护工程，其包括专业的防辐射门、窗，防护涂料等。医疗气体系统包括气体传输、中心供氧及医用其他气体管道等。此部分造价占建安工程总造价7%，约4500万元，约380元/的造价指标。此部分费用虽然占工程总造价的比例不高，但事实需要发生，因此在做概算时不能漏了此部分内容。
作为可进行甲供或甲购乙供或甲指乙供的大型材料、设备，如电梯设备、空调设备采购、太阳能设备、UPS系统、高低压配电设备、及发电机组等设备、主材，应单独列出。在选择此部分设备、主材的价格时，应根据医院的规模、地方政府对该项目的定位、财政支持等方面综合考虑。在编制概算初稿时应将此部分费用按高标准的要求进行配置，因为作为医院、学校、车站等特殊建筑物，对设备的要求是很高的，要满足使用功能的同时，还需要很高的安全性、维修率低、稳定性高等功能要求。而在该医院概算中，此部分设备的采购费用高达9200万，占建安工程造价的15%，约780元/的造价指标。
所有医院的电路要求是双电源配置的，因而在发电机组的配置上，要求更加严格。而对于医院需要安静的特殊要求，所以发电机组的环保工程要求亦相对需要高标准。在建筑、结构设计中，对发电机组的环保工程是未有设计的，因而在做概算时要把此部分费用考虑进去。
在编制设计概算时，必须将污水处理工程考虑进概算总价中。作为特殊行业，医院在运作过程中会产生大量的污水，而此部分污水不经过处理排出市政管道内，必然会污染环境。污水处理工程必须包含土建工程、装饰工程、电气工程、给排水工程、消防工程及污水处理设备安装工程等。
2.2各专业经济指标方面
根据各专业的需求，结合综合医院可行性计划、设计合同中限价设计的具体要求，在设计前合理分配各专业的造价指标。在本项目中，首先将概算汇总表各专业工程按以往的经验值，先确定单方经济指标，如地下室土建按2000元/，门诊部综合楼土建按1300元/，住院楼土建按1200元/，学生宿舍土建按800元/，后勤楼土建按1000元/，垃圾站、太平间土建800元/等经济指标给专业设计工程师进行设计。设计完成后，进行概算编制工作，实际完成时地下室土建为2029.31元/，门诊部综合楼土建为1204.05元/，住院楼土建为1199.29元/，学生宿舍土建为998.51元/，后勤楼土建为198.42元/，垃圾站、太平间土建为1009.18元，与设计前的控制指标相差甚少，满足可行性计划及设计合同的要求，有效地从设计方面进行成本控制，使整个项目的可行性计划更具目的性、可控性。
2.3建设工程其他费用方面
在此部分概算编制时，需将建设单位相关的费用详列，如白蚁防治费、设计费、测量费、勘测费、可行性研究编制费、顾问公司服务费、监理费、造价咨询费、招标费、环境评估费用、地震安全性评估费、交通评估费、第三方检测费、消防检测费、临水临电报建及工程费、场地使用费、工程保险费、防洪影响评价费、施工图审查费及竣工图编制费等一系列的费用列出，并根据经验值进行评估费用。此部分费用约5000万元，占整个概算费用的7.5%，约430元/的造价指标。此部分费用涉及建设单位相关经济费用支出，在编制概算时如此部分的费用过少，而建安费用指标亦不能压缩的情况下，会导致整个项目的造价指标超出财政预算计划。
因此，在做概算时，须充分考虑此部分的造价，在正常合理的情况下，财政预算的造价控制才是合理的、可采纳的。
生物医学工程概括范文5
Physical Biology
From Atoms to Medicine
2008, 567pp.
Hardcover
ISBN: 9781848161993
Imperial College Press
Ahmed H. Zewail编
物理生物学(Physical Biology)是一门新兴的前沿交叉学科。与生物物理学(Biophysics)侧重于研究生命物质的基本物理规律不同,物理生物学主要利用新近发展起来的物理学先进概念和技术,精确地测量和描述生物系统的结构、功能和行为,使生物学建立在定量的物理学基础之上。物理生物学常用的研究手段包括超快电子束衍射技术、微流控技术、单分子光谱技术等;研究对象涵盖了原子、小分子、生物大分子、细胞直到组织器官的各个层次的生命结构和生命过程;研究的空间尺度从厘米级到纳米级;时间尺度从秒级到飞秒级。
2007年在休斯顿举办的第51届威尔齐化学研究研讨会(51st Welch Conference on Chemical Research),编者担任了大会主席,大会汇集了生物学、物理学、化学等多个领域的包括多名诺贝尔奖得主在内的顶级学者,他们共同编写的一部科学发展过程的全景概述,以来自不同学科的用以解决物理生物学相关问题的最新概念与工具为核心内容,探讨的主题包括生物学成像、针对系统复杂性的理论与计算、大分子功能、蛋白质折叠、分子识别、以及从细胞到意识的系统整合等。
全书共20章,其中第1.18章是与会著名学者编写的概述性专题讲座,19.20章是两位2007年威尔齐化学奖(Welch Award)得主的获奖文章。1. 21世纪生物学展望(David Baltimore);2.物理和数学就构成了这个世界的全部(Alexander Varshavsky);3.物理生物学:复杂系统的四维成像(Ahmed H. Zewail);4.从原子成像到扩展结构成像的大飞跃(John Meurig Thomas);5.站在十字路口的物理生物学..关于物理生物学面临的挑战(Carlos J. Bustamante);6.生物学中拟正则结构的挑战(Roger D. Kornberg);7.生物X射线分析展望(Douglas C. Rees);8.重新诠释遗传密码:大分子设计、进化与分析(David A. Tirrell);9.设计能与蛋白质紧密结合的配基(George M. Whitesides等);10.从数学的角度研究生物学(Rob Phillips);11.Eppur si muove“但是地球的确在转动啊”..关于蛋白质构象模拟(Michele Parrinello);12.蛋白质折叠:能量形貌图和生命物质的组织结构(Peter G. Wolynes);13.蛋白质折叠与错折叠:从原子到有机体(Christopher M. Dobson);14.系统生物学给医学带来的影响将会改变医疗保健事业..关于系统生物学与P4医学(Leroy Hood);15.意识的神经生物学(Christof Koch and Florian Mormann);16.计算机辅助药物发现:从分子水平到细胞水平的物理模拟(J. Andrew McCammon);17.生物学中的精密测量(Stephen R. Quake);18.钾通道和选择性离子导电的原子基础(Roderick MacKinnon);19.电子传递系统的对称破缺、离域作用与动力学(Noel S. Hush);20.半经典理论的初值表象描述:如何在复杂分子系统的经典分子动力学模拟中加入量子效应(William H. Miller)。
本书的编者Ahmed H. Zewail因在化学动力学领域创建了飞秒化学(femtochemistry),并应用飞秒激光脉冲研究了那些稍纵即逝的极快的化学反应的过渡态,而获得了1999年诺贝尔化学奖。现任美国加州理工学院物理系教授和化学系的Linus Pauling讲座教授,担任了加州理工学院Moore基金会物理生物学中心的主任。
自从物理生物学概念提出以来,本书可以说是该领域研究成果的第一本比较全面的概述性论文汇编,包括总结与展望。适合物理学、化学、生物学和医学各个研究领域中从事分子系统的结构、功能与行为研究的人员阅读参考。
张晓鸥,
博士生
(中国科学院过程工程研究所)
生物医学工程概括范文6
关键词:生物信息学医学统计学课堂教学
生物信息学融合了生物技术、计算机技术、数学和统计学的大量方法，已逐渐成为发现生命过程中所蕴涵知识的一门重要学科。其基本问题主要包括：DNA分析、蛋白质结构分析、分子进化。医学统计学作为医科院校的基础课程之一，长期以来其理论和方法就广泛应用于临床医学、基础医学的各类研究中。随着生物新技术的诞生，在推动生物信息学发展的同时，医学研究对象也由宏观的病人、生物组织拓展到微观的基因领域，所面对的实验数据在性质和结构上也都有所不同，这对医学统计学的应用提出了新的更高的要求。
目前，医学统计学的很多原理和方法已成功地应用于这些新研究之中，并在此基础之上有了新的发展和改进。如概率分布的知识与序列相似性分析、蛋白质分类等技术密切相关；方差分析、非参数检验方法经改进和结合后在基因表达数据的前期分析中发挥了较好的作用；而聚类分析、判别分析、相关分析这些大家所熟知的统计学方法更是在基因分类和调控网络的建立中得到了广泛的应用。在进行医学统计学课堂教学时加入生物信息学方面的应用实例，不仅可以使学员了解本学科研究的前沿和医学、生物信息学研究的新发展，还可以提高学员对于医学统计学理论学习的兴趣，掌握先进的生物实验数据分析方法，提高今后从事医学科研的能力。下面，本文在回顾医学统计学授课主要内容的基础上，就医学和生物信息学中的可能应用举例如下：
一、概率分布
概率分布（probabilitydistribution）是医学统计学中多种统计分析方法的理论基础。授课内容一般包括：二项分布、Possion分布、正态分布、t分布、F分布等。
借助概率分布常常可以帮助我们了解生命指标的特征、医学现象的发生规律等等。例如，临床检验中计量实验室指标的参考值范围就是依据正态分布和t分布的原理计算得到；许多医学试验的“阳性”结果服从二项分布，因此它被广泛用于化学毒性的生物鉴定、样本中某疾病阳性率的区间估计等；而一定人群中诸如遗传缺陷、癌症等发病率很低的非传染性疾病患病数或死亡数的分布，单位面积（或容积）内细菌数的分布等都服从Poisson分布，我们就可以借助Poisson分布的原理定量地对上述现象进行研究。
在生物信息学中概率分布也有一定应用。例如，Poisson分布可以用于基因（蛋白质）序列的相似性分析。被研究者广泛使用的分析工具BLAST(BasicLocalAlignmentSearchTool)能迅速将研究者提交的蛋白质（或DNA）数据与公开数据库进行相似性序列比对。对于序列a和b，BLAST发现的高得分匹配区称为HSPs。而HSP得分超过阈值t的概率P(H(a,b)>t)可以依据Poisson分布的性质计算得到。
二、假设检验
假设检验（hypothesis）是医学统计学中统计推断部分的重要内容。假设检验根据反证法和小概率原理，首先依据资料性质和所需解决的问题，建立检验假设；在假设该检验假设成立的前提下，采用适当的检验方法，根据样本算得相应的检验统计量；最后，依据概率分布的特点和算得的检验统计量的大小来判断是否支持所建立的检验假设，进而推断总体上该假设是否成立。其基本方法包括：u检验、t检验、方差分析（ANOVA）和非参数检验方法。
假设检验为医学研究提供了一种很好的由样本推断总体的方法。例如，随机抽取某市一定年龄段中100名儿童，将其平均身高（样本均数）与该年龄段儿童应有的标准平均身高（总体均数）做u检验，其检验结果可以帮助我们推断出该市该年龄段儿童身高是否与标准身高一致，为了解该市该年龄段儿童的生长发育水平提供参考。又如，医学中常常可以采用t检验、秩和检验比较两种药物的疗效有无差别；用2检验比较不同治疗方法的有效率是否相同等等。
这些假设检验的方法在生物实验资料的分析前期应用较多，但由于研究目的和资料性质不同，一般会对某些方法进行适当调整和结合。
例如，基于基因芯片实验数据寻找差异表达基因的问题。基因芯片（genechip）是近年来实验分子生物学的技术突破之一，它允许研究者在一次实验中获得成千上万条基因在设定实验条件下的表达数据。为了从这海量的数据中寻找有意义的信息，在对基因表达数据进行分析的过程中，找到那些在若干实验组中表达水平有明显差异的基因是比较基础和前期的方法。这些基因常常被称为“差异表达基因”，或者“显著性基因”。如果将不同实验条件下某条基因表达水平的重复测量数据看作一个样本，寻找差异表达基因的问题其实就可以采用假设检验方法加以解决。
如果表达数据服从正态分布，可以采用t-检验（或者方差分析）比较两样本（或多样本）平均表达水平的差异。
但是，由于表达数据很难满足正态性假定，目前常用的方法基于非参数检验的思想，并对其进行了改进。该方法分为两步：首先，选择一个统计量对基因排秩，用秩代替表达值本身；其次，为排秩统计量选择一个判别值，在其之上的值判定为差异显著。常用的排秩统计量有：任一特定基因在重复序列中表达水平M值的均值；考虑到基因在不同序列上变异程度的统计量，其中，s是M的标准差；以及用经验Bayes方法修正后的t-统计量：，修正值a由M的方差s2的均数和标准差估计得到。
三、一些高级统计方法在基因研究中的应用
（一）聚类分析
聚类分析（clusteringanalysis）是按照“物以类聚”的原则，根据聚类对象的某些性质与特征，运用统计分析的方法，将聚类对象比较相似或相近的归并为同一类。使得各类内的差异相对较小，类与类间的差异相对较大1。聚类分析作为一种探索性的统计分析方法，其基本内容包括：相似性度量方法、系统聚类法（HierarchicalClustering）、K-means聚类法、SOM方法等。
聚类分析可以帮助我们解决医学中诸如：人的体型分类，某种疾病从发生、发展到治愈不同阶段的划分，青少年生长发育分期的确定等问题。
近年来随着基因表达谱数据的不断积累，聚类分析已成为发掘基因信息的有效工具。在基因表达研究中，一项主要的任务是从基因表达数据中识别出基因的共同表达模式，由此将基因分成不同的种类，以便更为深入地了解其生物功能及关联性。这种探索完全未知的数据特征的方法就是聚类分析，生物信息学中又称为无监督的分析（UnsupervisedAnalysis）。常用方法是利用基因表达数据对基因（样本）进行聚类，将具有相同表达模式的基因（样本）聚为一类，根据聚类结果通过已知基因（样本）的功能去认识那些未知功能的基因。对于基因表达数据而言，系统聚类法易于使用、应用广泛，其结果——系统树图能提供一个可视化的数据结构，直观具体，便于理解。而在几种相似性的计算方法中，平均联接法(AverageLinkageClustering)一般能给出较为合理的聚类结果2。
（二）判别分析
判别分析（discriminantanalysis）是根据观测到的某些指标的数据对所研究的对象建立判别函数，并进行分类的一种多元统计分析方法。它与聚类分析都是研究分类问题，所不同的是判别分析是在已知分类的前提下，判定观察对象的归属3。其基本方法包括：Fisher线性判别（FLD）、最邻近分类法（k-NearestNeighborClassifiers）、分类树算法（ClassificationTreeAlgorithm），人工神经网络（ANNs）和支持向量机（SVMs）。
判别分析常用于临床辅助鉴别诊断，计量诊断学就是以判别分析为主要基础迅速发展起来的一门科学。如临床医生根据患者的主诉、体征及检查结果作出诊断；根据各种症状的严重程度预测病人的预后或进行某些治疗方法的疗效评估；以及流行病学中某些疾病的早期预报，环境污染程度的坚定及环保措施、劳保措施的效果评估等。
在生物信息学针对基因的研究工作中，由于借助了精确的生物实验，研究者通常能得到基因（样本）的准确分类，如，基因的功能类、样本归结于疾病（正常）状态等等。当利用了这些分类信息时，就可以采用判别分析的方法对基因进行分类，生物信息学中又称为有监督的分析（SupervisedAnalysis）。例如，基因表达数据分析中，对于已经过滤的基因，前三种方法的应用较为简单。而支持向量机（SVMs）和人工神经网络（ANNs）是两种较新，但很有应用前景的方法。
（三）相关分析
相关分析（correlationanalysis）是医学统计学中研究两变量间关系的重要方法。它借助相关系数来衡量两变量之间的关系是否存在、关系的强弱，以及相互影响的方向。其基本内容包括：线性相关系数、秩相关系数、相关系数的检验、典型相关分析等。
我们常常可以借助相关分析判断研究者所感兴趣的两个医学现象之间是否存在联系。例如，采用秩相关分析我们发现某种食物中黄曲霉毒素相对含量与肝癌死亡率间存在正相关关系；采用线性相关方法发现中年女性体重与血压之间具有非常密切的正相关关系等等。
生物信息学中可以利用相关分析建立基因调控网络。如果将两个不同的基因在不同实验条件下的表达看作是两个变量，相关分析所研究的正是两者之间的调控关系。如采用线性相关系数进行两基因关系的分析时，其大小反应了基因调控关系的强弱，符号则反应了两基因是协同关系（相关系数为正），还是抑制关系（相关系数为负）。
四、意义
