摘 要:由各种形态学检验、理化检验等组成的临床检验学中存在着许多具有模糊性的概念(模糊现象)。对教学中的这些模糊概念和现象都可以用模糊数学(FUZZY)理论和方法去阐明问题的实质和提出帮助学生解决实际学习中的问题的方法。本文就临床检验学实践教学中的模糊现象和模糊数学的应用进行讨论和说明。
关键词:检验医学 模糊数学 血细胞 定性试验
1.前言
大学医学检验专业中的《临床检验学》课程主要由以下几大部分构成:一是各种形态学检验(如血细胞形态学分类识别、体液中有形成分的识别等)。二是一些化学、物理学检验(主要是某些化学定性,比重测定、颜色判断等)。三是半自动或自动化临床检验仪器的应用(如现代的血液分析仪,生物传感器,生物芯片等)。具体包括了从血液、尿液、便、脑脊液、浆膜腔积液、精液、痰液等临床检验医学中应用最基础和最广泛的理论与技术。因此临床检验学实质上是一门多学科综合应用的实用性技术课程,是一个各学科知识和应用技术的“大拼盘”(即多学科交叉)。所以,要真正教好临床检验学这门课程,教师具有的多学科综合性知识非常重要。据此,本文就当前在心理学、医学、信息科学、生物科学等方面都有广泛应用的模糊数学[1]在临床检验教学中的应用作一简单的介绍。
在临床检验学中,存在着许多不甚严格的定义或者说具有模糊性的概念[2]。这里所谓的模糊性(模糊现象),主要是指客观事物的差异在中间过渡中的不分明性,如血细胞的发育状态定义为“原始,早幼、中幼、晚幼”等;血细胞某部位的染色结果描述为“着色浅、着色较深、着色深”等;体液和尿液的混浊度观察判定为“清晰、微混、混浊、严重混浊”等;某物质定性试验结果判定为“-、±、+、++ 、+++ 、++++ ”号等等。如上可见,临床检验中的这些模糊现象是边界不清楚,在质上没有确切界限的。是量上没有精确定量的事物的一种客观属性,是事物差异之间存在着中间过渡过程的结果。可是学生在临床检验实验课程中面对这些模棱两可的中间过渡态时则表现出无所适从、下不了决断,如“+”号不知往上一级判定还往下一级判定等。因此,既然是客观存在的模糊现象,临床检验学中这些模糊概念都可以用(也应该用)模糊数学(FUZZY)基本理论对学生阐明问题的模糊本质和提出帮助解决问题的方法。使学生面对课程中的模糊现象(如蛋白定性实验中+号的判断、形态接近的两类(或两种)细胞的判定等等)时,能尽快的摆脱似懂非懂或越学越不清晰的困境,使学生尽快的“聪明”起来,能很快的掌握这些检验技术的基本方法和“经验诀窍”。
2.认识理解与实践行动相结合——教学中的实例
(1)血细胞的形态辨识,我们都知道,实际上在血细胞的形态识别、分类检验中实质上是充满了模糊概念的,如“染色质粗糙”和“染色质细致”,“着色浅”和“着色深”,“粗粒状”和“细粒状”,“早幼阶段”和“中幼阶段”及“晚幼阶段”,“胞浆偏红”和“胞浆偏蓝”等等,这些都是难以精确定量划定统一界限的模糊语言。如果在这些实践教学中不自觉地按一般集合论的说法去教学,不许模棱两可,要么绝对属于,要么绝对不属于,这样的所谓精确“集合论”的教学,势必是无法处理好细胞形态识别这类问题的。如果教师不自觉地再加上“血细胞形态识别这东西很难学,难掌握是可以理解的。”这类看似“好话”,实则是在无形中给学生施加心理压力的作法,那就更不可取了。
(2)在尿糖定性、尿蛋白定性等实验项目中,试验结果都有一个打“+”号的问题,要打,打几个?存在一个“+”号程度的判断问题。在实验实习中,学生往往都是手提试管来问教师:“老师,您看这管该打几个+号?”,对判定几个“+”号,学生往往拿不定主意。因为医学生从小学到大学,一直受的都是“精确数学”的教育:“一就是一;二就是二”。所以在实际实验操作中往往都是把试验结果拿来与书本上的“+”号判断表相对照,心目中所想像的是:试验结果当然与书本上的结果判断表是百分之百吻合的,从书上上查表对照很容易就可得出实验结果。但是,实际情况却是各级+号间存在着过渡、存在着模糊,查表对照往往是与接近的各级“+”号都不能精确地吻合。这是学生不知道“+”号的判断存在模糊性而片面的追求精确,于是陷入了“+”号不好判断的困惑之中,可见对这类事物如果一定要求精确,反而更加“模糊”。
因此,在存在模糊现象的临床检验项目教学中,教师应明确指出这些检验项目中存在模糊性,更进一步的可说明:人类视觉系统本质上就是一个模糊系统[3],所以要求学生不要去片面追求精确性。而应对学生明确指出,因为存在模糊性,学好和掌握好这些检验项目的关键是要善于综合处理好模糊信息,也就是教师要帮助学生借助模糊数学中“隶属函数”[4]这个概念来提高和掌握判断技巧,这就是对所谓“精确”进行“逼近”的方法(即最接近概念)[5]。比如在尿糖定性、尿蛋白定性等这些检测中的 “+”号判断,教师首先要明确指出相邻等级 “+”号之间存在中间过渡的“不分明性”(即模糊性)。因此,强调要求学生在试验结果“+”号级数判断过程中应是自己“拿主意”,也就是利用隶属函数的概念(最接近概念),学生自己判断试验结果与书本上哪一级“+”号最接近,就判定为哪一级“+”号。譬如有85%的程度接近“++”号,而其他都达不到这个程度,那么,本次试验结果就是两个“+”号。反复多次操作训练,学生甚至很快就把那些资深临床检验人员潜意识的、用语言都难以表达和描述的 “经验”和“技巧”领会了,并且把握住了。
在血细胞识别和血细胞阶段划分中,更应该向学生强调这种“最接近”的判断思想。因为人脑本身就有很强的处理模糊信息的能力。如血细胞检验中红系统的教学中,幼稚红细胞的阶段划分,开始时学生可对照血细胞图谱或教师的示教显微镜图象进行阶段划分,但一定要强调,当某个幼稚红细胞的各种形态信息(细胞核、细胞质的各种染色及其结构情况等等)与图谱或示教显微镜中的某阶段红细胞最接近时,则把它划归为某阶段的红细胞,譬如中幼红等等。实际上检验人员血细胞识别的“经验和技术”有一部分就是“最接近”概念在实际工作中的具体应用。我们发现,学生中能灵活应用“最接近或最大归属”概念者,血细胞、脱落细胞形态学识别就学得快,就掌握得好。而那些要求“精确”识别,要求与图谱和示教显微镜图象“完全一致”的学生,则表现出学习上有较大的困难。因为血细胞涂片实际上由于种种因素(个体差异、病理或病程差异、染液的配制、玻片表面的化学物理性质差异等等)的影响造成实际上血细胞形态与图谱或教师示教显微镜图象都会有一定差异,这部分学生在实验课中是随着看的片子越多,越感觉难找到一个“统一的准确判断标准”,接着就发现很多细胞没有判别“标准”而非常容易混淆,逐渐表现出极大的困惑,甚至丧失继续学习的信心。但是,当我们在这些事物的模糊现象讲清楚(即上下、前后两者间没有明确的界限),引入模糊数学隶属函数(即最接近或最大归属)的概念,从而引导学生走出习惯性“求精确”、“求标准”、“求一样”、“求一致”、“求完美”的误区,明白了学习方法,再加上实践,这些同学的学习速度、学习成绩和实际操作能力都比仍然不明确模糊性的同学要好得多和快得多。
3.思辨——模糊数学不“模糊”
为什么引入最大归属概念后,学生会有好的学习效果?这是因为模糊性和精确性在一定条件下是可以互相转化的。精确性达到一定的程度会变得模糊,模糊在一定的阈值限定下则能变成精确。所以过分地精确反而模糊,适当的模糊反而精确。就像上面的“中幼”与“晚幼”,“+++”与“++”等等都是有区别的两个概念,但是它们的区别都是逐渐的,而不是突变的,两者之间并不存在明确的界限。柴德提出的“互克性原理”既指明了模糊性和精确性的不相容,也反映了模糊性与精确性的相互转化。即模糊数学的截断思想和边界游移思想就集中体现了模糊性向精确性的转化。可以说,模糊数学不“模糊”。
因此,我们认为,在医学检验教学中讲一点FUZZY,并在一定程度上利用“模糊”,即充分调动学生大脑思维中处理模糊信息的能力,则使同学们走进一片清晰的学习天地。所以,模糊数学在人的行为和心理分析、思维功能中的应用确是一个值得深入研究的课题[6]。◆
参考文献:
[1] 杨淑莹.模式识别与智能计算[M].北京:电子工业出版社,2008,273-297
[2] 宋新山,邓伟,张琳.MATLAB在环境科学中的应用[M].北京:化学工业出版社,2008,210-219
[3] 秦襄培.MATLAB图像处理与界面编程宝典[M].北京:电子工业出版社,2009,512-513
[4] 龚 雷,刘怡昕,郭宏伟.基于模糊数学和神经网络的目标选择模型研究[J].计算机仿真,2009,26(6):5-9
[5] 赵佩华,王勇.微机在医学检验中的应用[M].上海:上海科学技术出版社,1993,372-375
[6] 闻新,周露等.MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用.北京:科学出版社,2001,2-10