医学虚拟仿真实验具体内容介绍

虚拟实验具体内容介绍（1）机能学基础性虚拟实验教学软件包含四个相对独立的操作实验：家兔的基本实验虚拟操作、蟾蜍的基本实验虚拟操作、大鼠的基本实验虚拟操作、小鼠的基本实验虚拟操作。

所有内容全部采用人机互动的虚拟仿真操作来完成，同时配合动画演示，相关仪器设备的使用和操作知识。

我们以大小鼠和蟾蜍的基本实验虚拟操作举例说明：《大、小鼠基本操作综合实验》介绍了大、小鼠在实验中经常用到的几种基本操作，通过虚拟操作的演示和互动，把实验中的重点、难点表示出来，使学生通过该虚拟实验，熟悉大小鼠实验的各项基本操作，掌握实验的重点。

虚拟实验操作流程及技术点描述：大小鼠的捉持主要采用动画演示的形式，生动体现了捉持的要点。

大小鼠的固定，又分为徒手固定，固定板固定，头部固定以及固定器固定。

学生可以自行选择固定方式，对大小鼠进行固定。

大小鼠的分组与编号；分组演示了如何使用Excel软件取得随机数字后分组。

编号着重介绍了背毛单色标记法。

常用给药方法的虚拟操作：灌胃法，皮下注射法，皮内注射法，肌肉注射法，腹腔注射法，静脉注射法.部分采用透视或同步放大局部让学生更直观更系统的学习以上的给药方式及注意事项。

常用麻醉方法的虚拟操作：通过虚拟实验——吸入麻醉和腹腔注射麻醉，让学生熟悉并掌握常用麻药的使用及配制方法。

大小鼠取血的虚拟操作：分为摘眼球取血法，眼眶后静脉丛穿刺取血法，心脏取血，腹主动脉采血法。

大鼠处死方法的演示，脊椎脱臼法，急性失血法，麻醉致死法，气体窒息致死法，击打法。

大鼠主要脏器摘取：学生可动手摘取虚拟大鼠的主要脏器，可掌握各主要脏器的位置和摘取后的性状。

家兔的基本实验虚拟操作内容包括：家兔麻醉方法，颈部手术包含颈部皮肤切开、分离皮下筋膜、气管插管、颈动脉插管、颈外静脉插管、颈部迷走神经、交感神经、降压神经分离等内容，家兔腹部手术包含回盲部肠系膜分离术、输尿管插管术、膀胱插管术等内容，家兔腹股沟手术主要含分离股动脉股、静脉插管或股神经，以备动脉放血、静脉输血输液、注射药物等内容。

（2）在《离体心脏灌流实验》的虚拟实验软件中，包含四个基本实验元素：离体心脏制备操作录像；8种药物对蛙心灌流影响的虚拟子实验；8种未知药物对蛙心灌流的虚拟实验；以及每个子实验完成后的知识点自测。

在已知药物对蟾蜍心脏灌流的虚拟实验中，为同学提供了心脏灌流的动画与3D心脏的虚拟环境，学生亲自动手在虚拟空间内使用8种不同的药物分别加入灌流液中，观察不同药物、不同剂量对离体心脏功能的影响，实验操作过程基本不受时间限制。

（3）在《坐骨神经-缝匠肌实验》的虚拟实验软件中，包含三个基本实验元素：坐骨神经-缝匠肌制备与实验操作录像；五种不同条件下，坐骨神经-缝匠肌虚拟实验；每个子实验完成后的知识点自测。

在坐骨神经-缝匠肌虚拟实验中，采用了3D的神经冲动与骨骼肌收缩的机制模式图，以及实验机制解释的3D原理图构建逼真的虚拟环境。

例如，在终板电位实验中，学生可以在显微镜下亲自动手操作玻璃电极进行实验，不同的子实验都有详尽实验原理解释和知识点测试题。

（4）在《多因素对呼吸系统功能的影响》的虚拟实验软件中，首先是建立了数字化虚拟3D透明家兔模型，在此基础之上完成大型、综合性呼吸功能虚拟实验。

其包含三个基本实验元素：家兔呼吸功能实验操作过程录像；虚拟实验中含、代谢性酸有9个不同的子实验，如气道延长、气道狭窄、吸入氮气、吸入CO2中毒（含纠正酸中毒）、气胸（开放性与张力性）、肺水肿等，以及每个子实验完成后的知识点自测。

学生在实验操作中，可观察到透明兔的呼吸（肺泡）运动变化、呼吸与血压曲线变化、血气与电解质变化，以及呼吸的声音变化。

（5）在《微循环灌流与血液动力学实验》的虚拟实验软件中，建立了数字化虚拟3D微循环血液灌流模型，并配合虚拟3D透明兔模型组建大型、综合性血循环虚拟实验。

在此虚拟教学软件中包含三个基本实验元素：微循环灌流与血液动力学实验操作录像；虚拟实验中含有5个不同类型的子实验，如失血10%、失血30%、失血50%、过敏性休克、心源性休克，每个子实验完成后的知识点自测。

在实验操作中，学生可以自主设计治疗方案，如失血导致休克时，源于同学选择药物、时间节点不同，虚拟实验结果也不尽相同，此时虚拟动物的呼吸运动变化、腹腔内脏血管变化、呼吸与血压变化、微循环与微血流变化，血液pH、Na+、K+、HCO3-、CO2都会发生不同的改变。

（6）《行为药理学实验》的虚拟实验教学软件是以抗老年痴呆药物石杉碱甲的药效学研究--Morris水迷宫实验为主线，涵盖三个基本实验元素：水迷宫实验的基本原理与操作录像；老年痴呆动物模型的制作与虚拟实验具体操作；以及抗老年痴呆相关领域的研究进展和知识点自测。

虚拟操作部分包括石杉碱甲对三种老年痴呆模型（东莨菪连续注射、鹅蒿蕈氨酸基底前脑注射及双侧穹窿伞切断）的药效学研究，通过虚拟操作，可产生大量实验数据，学生上机操作得到的结果非单一结果，而是随机化，不同同学不同情况的操作，产生的实验数据也不同，同时也可对实验数据进行统计分析，这充分体现了药理学实验的特点。

该软件可使操作者在短时间内掌握抗老年痴呆药物药效学研究的基本方法并获得大量的相关知识信息。

（7）在《影响尿液的生成实验》的虚拟实验教学软件中，含有三个基本实验元素：影响尿液的生成实验操作录像；虚拟实验中含有7个不同类型的子实验，如输入0.9NaCl溶液、输入20%葡萄糖、注射利尿药、注射去甲肾上腺素、刺激迷走神经、失血和尿路机械性梗阻，每个子实验完成后的知识点自测。

（8）在《肠道平滑肌受体动力学实验》的虚拟实验教学软件中，含有三个基本实验元素：肠道平滑肌受体动力学实验操作录像；虚拟实验中含有2个不同类型的子实验：如神经体液因素对消化道平滑肌收缩与慢波的影响、ICC起搏电位或电流的观察，实验完成后的知识点自测。

（9）医学行为药理学—抗抑郁药的药效学评价实验包括以下内容：强迫游泳实验：当实验动物放进一个有限的空间使之游泳，动物在该环境中拼命挣扎试图逃跑又无法逃脱，一段时间后，就变形成漂浮不动状态，仅露出鼻孔保持呼吸，四肢偶尔划动以保持身体不至于沉下去，这种状态叫做“不动状态”，一种“行为绝望”行为，这种行为绝望模型与抑郁症类似，而且对绝大多数抗抑郁药物敏感，其药效与临床药效显著相关，被广泛用于抗抑郁药物的初选。

小鼠悬尾实验：小鼠在悬尾状态下很快会出现绝望行为，表现为不再挣扎，呈现特有的安静不动状态，抗抑郁药和中枢兴奋药可以明显缩短不动状态的持续时间。

绝大多数抗抑郁药物既能缩短不动状态，又能减少或不影响小鼠的自主活动。

大鼠学习无助：当动物置于一种不可逃避的厌恶刺激环境（如足电休克）时，会产生一种绝望行为，表现为对刺激不再逃避，并干扰了以后的适应性反应。

此时动物脑内儿茶酚胺水平降低，被公认为是一种抑郁状态，抗抑郁药可以对抗这种状态。

虚拟实验操作流程及技术点描述：该实验需要把实验对象（大/小鼠）进行分组（阳性对照组，用药组、空白对照组）训练，按照实验受试药物进行用药造模，然后，把每组的老鼠分别放入相应的实验装置进行单项实验（强迫游泳/静止悬尾/学习无助），然后根据老鼠的运动轨迹和运动状态（静止/运动，但是学习无助实验是统计逃逸成功的次数和质量），来统计各组老鼠实验数据上的规律，从而通过多次大量的实验后，来评价受试药物抗抑郁的实效性。

虚拟实验可以让实验者随时停止实验或查资料，也可以把数据进行归纳统计好另外储存用作分析。

整个虚拟实验开发的难点是对虚拟实验对象（大/小鼠）的动作形态上要保持真实性和科学性。

要实现这个功能必须根据大量的真实实验数据，从而分析出实验对象不同组别的运动规律，然后利用Flash中as3编程语言工具进行建立模型，此数据模型主要从3个参数指标来表现区别不同组别的运动规律：实验对象随机运动轨迹区域分布，随机运动状态时间分布和随机运动生物动作科学真实性（水平运动和垂直运动）。

比如一只空白组大鼠进行穿梭箱实验，在未放电情况下，它的运动轨迹应该以箱底边缘为主，触壁身体上探次数在3-5次，当放电之后，逃逸成功26-30次。

我们以它的参数为标准模型，然后根据用药的不同，适当的调整这个参数，这样系统就可以随机产生相应的数据值。

（10）心血管活动调节综合实验利用虚拟动物实验，模拟哺乳动物动脉血压的直接测量方法的全过程，以动脉血压为指标，观察某些因素对家兔心血管活动包括血压和心率的影响。

虚拟实验操作流程及技术点描述：主要有以下内容：夹闭右颈动脉刺激右侧降压神经刺激右侧迷走神经药物作用虚拟实验难点，我们将实验家兔透明3d化，使学生在操作的同时可以直观的看到血管神经和跳动的心脏。

学生通过选择相应工具，对家兔进行以上各种不同的刺激作用，同时血压曲线和心力环及3d家兔发生相应的变化。

（11）中枢神经系统综合实验内容：实验一反射弧的分析；实验二脊髓半离断动物的观察；实验三去小脑动物的观察；实验四大脑皮层运动功能定位与去大脑僵直；实验五豚鼠大脑皮层躯体感觉诱发电位；实验六自发脑电波及致痫时脑电波的分析。

虚拟实验操作流程及技术点描述：在中枢神经系统的参与下，机体对各种刺激发生的反应过程称为反射。

反射弧是反射发生的结构基础。

反射弧包括感受器、传入神经、反射中枢、传出神经和效应器五部分。

反射弧完整是引发反射的必要条件，一旦其中任何一个环节的解剖结构和生理完整性受到破坏，反射活动就无法实现。

硫酸对皮肤的伤害性刺激可以引起受刺激肢体的反射性屈曲，本实验以此屈曲反射来分析反射弧的组成，通过利用不同浓度的硫酸（0.5%-2%，）在正常状态下直接刺激实验对象（青蛙）的身体部位（腹部皮肤和下肢趾尖），通过实验对象的刺激反应（曲腿反射）来观察神经反射效果，然后再通过利用硫酸对剪断右侧坐骨神经后做同样的刺激实验，从而得出反射弧的完整性与反射活动的关系。

本虚拟实验开发的难点是对虚拟实验对象身体不同的刺激部位做出不同的动作反应，并且随着刺激时间的长短而反应也不同。

开发的思路是主要根据大量真实实验的录像，分析记录实验对象的动作特点，并给与对象相应的动作库，让实验对象根据实验操作者的操作而做出适当的动作反应。

（12）医学化学基础操作类综合实验包括以下内容：常压蒸馏实验操作；酸碱滴定实验操作；有机物熔点沸点的测定实验操作；重结晶的实验操作；色谱分析的实验操作；用PH计测定醋酸的电离常数的实验操作；分光光度法测定Fe3+的含量的实验操作。

虚拟实验操作流程及技术点描述：将医学化学常用的基础操作实验虚拟化，学生通观看实验演示部分，学习实验流程了解实验中的注意事项后，再到虚拟实验中进行考核，学生自己使用虚拟实验器材后，产生自动计算的实验数据，并相应实现对实验的虚拟操作，系统通过对学生的实验情况进行评分，以方便教师掌握学生的学习情况。