1虚拟实验室简介虚拟实验是依托虚拟现实技术产生和发展的一种实验模式，利用计算机及仿真软件来模拟实验环境及过程，学生通过计算机操作来做实验，以代替或加强传统的实物实验。
虚拟实验一般通过虚拟实验室进行。
虚拟实验室是由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统，包括虚拟实验室环境、相关实验仪器设备、实验对象以及实验信息资源等，是一个基于网络的实验教学、技术交流、共同研究、协同工作的平台。
虚拟实验室最早由美国弗吉尼亚大学的威廉?沃尔夫教授于1989年提出，被称为无墙的研究中心。
虚拟实验室具有传统实验室无法比拟的特点，如资源共享性、互动操作性、用户自主性、安全性等，并且可以有效地减少实验设备购置经费和实验学时。
随着虚拟实验技术的成熟，虚拟实验室在教育领域得到了越来越广泛的应用［8］。
2机械设计虚拟实验室以实体设计和－软件系统为依托，利用6．0和++开发了机械设计虚拟实验室见图1，包括三维虚拟实验环境和二维虚拟实验环境，可进行机构运动简图测绘、齿廓范成原理、减速器拆装等11个机械设计虚拟实验。
学员可利用虚拟实验室进行实验，完成并提交实验报告，教师可利用该平台查阅批改实验报告。
机械设计虚拟实验室由服务器端核心处理模块、客户端实时运算模块、用户管理模块、机构库模块、零件库模块等七大模块组成。
其中，机构库包含40多个常用机构，零件库包含80多个常用零件，标准符号库由100多个常用标准符号组成，在线帮助信息库有近5万字的在线帮助信息［9－10］。
目前机械设计虚拟实验室已在全军院校推广使用。
近几年的教学应用表明，机械设计虚拟实验可部分取代实物实验，某些传统实验如简图测绘、齿廓范成等可利用虚拟实验室独立完成;同时，虚拟实验室大大扩展了原有实验内容，增加了机构改进设计、轴的设计、连杆机构的设计等综合性和设计性实验，并且实验室为开放性环境，实验内容还可根据需要继续扩充;另外，虚拟实验室是实物实验和课堂教学的有力补充，连杆机构的基本形式和演化等实验内容对进一步理解和巩固课堂知识具有重要作用，通过虚拟实验还可进行一些实物实验很难实现的实验，如齿廓范成原理实验，传统的范成仪只能加工两种参数的齿轮，而利用虚拟实验室可以任意设置加工参数。
又如轴的设计实验，可实时设计、实时修改，并及时观测设计结果。
虚拟实验室有效拓展了课内实验的时间和空间，在提高课程教学效果和实验教学质量及培养学生工程实践能力方面，起到了非常重要的作用。
3虚拟实验室在课程教学中的作用机械设计虚拟实验室具备强大的模拟实验和相关辅助功能，对课程教学和能力培养具有非常重要的作用。
3．1有效拓展课程实验内容，集实验和辅助学习功能为一体机械设计虚拟实验室不仅可完成机构运动简图测绘、齿廓范成原理、减速器拆装等传统实验内容，还增加了机构组成原理、连杆机构的应用和设计、凸轮设计、周转轮系的应用、轴的设计、齿轮传动等新的实验，拓展了实验内容。
所开发的11个实验既有传统的基础性、验证性实验，如机构运动简图测绘、减速器拆装等，又有设计性实验，如齿轮范成原理、轴的设计、凸轮设计等。
学员不仅可以通过虚拟环境完成实验操作和设计，提高机械设计能力，还可利用实验项目复习巩固课堂所学知识，加深对知识的理解。
例如连杆机构的型式和演化实验，学员可通过实验环境设置机构的杆长参数和机架，根据课堂知识判断该机构的型式，再利用虚拟实验室验证自己的判断，使知识得以巩固和加深。
机械设计虚拟实验室将数值分析算法应用到实验开发中，形象地描述了在传统实验中很难实现的实验，实现了实验内容的创新。
例如齿廓范成实验，传统实验使用齿廓范成仪进行，一般每种范成仪只能范成同一参数模数、压力角等、两种齿数的齿轮，而在机械设计虚拟实验室中学员可任意设置齿轮的齿数和模数等参数见图2，观察各种参数的渐开线齿廓的形成过程和齿廓特点，扩展了设计性实验的内容。
图3为利用机械设计虚拟实验室进行渐开线齿廓的范成加工。
3．2构建三维虚拟实验环境，实现三维动态仿真和创新设计功能机械设计虚拟实验室构建了机构模型库和零件库，包含多个常用机构和通用零件，常用机构具有仿真动画效果，通用零件具有三维渲染效果，学员在进行实验时可随时调用，也可随时运行观察其运动以进行组成和运动分析。
如图4所示即为机构库中的飞机起落架机构模型，学员可在三维实验环境中观察其组成和运动情况，或对其进行运动尺寸测绘，在二维环境中绘制其机构运动简图，这是机械设计基础课程的一个传统实验。
机械虚拟实验室的零件库包含轴、齿轮、轴承等80多种常用零件，学员在进行设计性实验时可随时调用，同时还可在原模型的基础上进行实时修改，以用于所设计的机构。
如图5所示为对设计的阶梯轴进行结构修改。
这样使学员既有很强的感性认识，又锻炼了其设计能力，为基于想象的开放性创意设计提供了虚拟实现的平台，拓展了学员的创造空间。
3．3实验操作方便，相关功能完善机械设计虚拟实验室具有可视化的实验界面，交互功能强大，实验操作简单，实验结果直观。
每个实验都有详细的实验指导，进行基础性、验证性实验时在实验界面上及时提示后续的操作步骤，操作不正确时系统会给出提示。
如减速器拆装实验，要求能按正确的顺序将减速器进行拆卸和安装，在拆装过程中，如果顺序不正确，系统会出现警告，并提示正确的操作。
机械设计虚拟实验室具有在线帮助功能，学员在实验操作中可随时查阅实验目的、内容和实验步骤等。
另外，在每个实验完成后可在虚拟实验室中方便地撰写、修改实验报告，并进行提交，如图6所示。
教师可在虚拟实验室中检查、批改学生的实验报告，并将实验评价反馈给学员。
4结束语与实物实验相比，虚拟实验室具有虚拟性、实践性、灵活性、多样性等特征，它可以避免因实验设备、实验场地、教学经费投入不够等原因导致实验无法开设，使学生有机会完成更多的实验，获得与实物实验一样的体会和锻炼，从而丰富感性认识，加深对教学内容的理解。
虚拟实验室可以发布在校园网上，学员可以在任一终端访问、登录，进行相应的实验，并撰写实验报告，大大拓展了实验的时间和空间，节省了课上实验时间，增加了学员的实验内容。
实践证明，虚拟实验室不仅有助于学员加深对课堂教学内容的理解、扩展课内实验的内容，拓展实验的时间和空间，并且为学员的创造性思维提供了实现的平台，与实物实验相结合，使学员受到良好的工程实践锻炼，对于提高其实践能力和创新设计能力，培养综合素质，起到了很好的作用。
随着相关技术的日益发展，虚拟实验室将在课程教学和实验教学中起到越来越重要的作用。
作者李志尊王克印刘红宁孟秋红工作单位石家庄军械工程学院车辆与电气工程系
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篇一：重症肺炎的诊断标准及治疗
重症 肺 炎
【概述】肺炎是严重危害人类健康的一种疾病，占感染性疾病中死亡率之首，在人类总死亡率中排第5~6位。重症肺炎除具有肺炎常见呼吸系统症状外, 尚有呼吸衰竭和其他系统明显受累的表现, 既可发生于社区获得性肺炎(community -acquired pneumonia, CAP),亦可发生于医院获得性肺炎(hospital acquired pneumonia, HAP)。在HAP中以重症监护病房(intensive care unit ,ICU)内获得的肺炎、呼吸机相关肺炎(ventilator associated pneumonia ,VAP)和健康护理( 医疗) 相关性肺炎(health care–associated pneumonia ,HCAP)更为常见。免疫抑制宿主发生的肺炎亦常包括其中。重症肺炎死亡率高，在过去的几十年中已成为一个独立的临床综合征，在流行病学、风险因素和结局方面有其独特的特征，需要一个独特的临床处理路径和初始的抗生素治疗。重症肺炎患者可从ICU综合治疗中获益。临床各科都可能会遇到重症肺炎患者。在急诊科门诊最常遇到的是社区获得性重症肺炎。本章重点介绍重症社区获得性肺炎。对重症院内获得性肺炎只做简要介绍。
【诊断】首先需明确肺炎的诊断。CAP 是指在医院外罹患的感染性肺实质(含肺泡壁即广义上的肺间质) 炎症,包括具有明确潜伏期的病原体感染而在入院后平均潜伏期内发病的肺炎。简单地讲,是住院48 小时以内及住院前出现的肺部炎症。CAP 临床诊断依据包括: ①新近出现的咳嗽、咳痰,或原有呼吸道疾病症状加重,并出现脓性痰; 伴或不伴胸痛。②发热。③肺实变体征和(或) 湿性啰音。④WBC > 10
99×10 / L 或
重症肺炎通常被认为是需要收入ICU的肺炎。关于重症肺炎尚未有公认的定义。在中华医学会呼吸病学分会公布的CAP 诊断和治疗指南中将下列症征列为重症肺炎的表现: ①意识障碍; ②呼吸频率>30次/min ③PaO25d、机械通气>4d) 和存在高危因素者, 即使不完全符合重症肺炎规定标准, 亦视为重症。
美国胸科学会(ATS) 2001年对重症肺炎的诊断标准：主要诊断标准 ①需要机械通气; ②入院48h 内肺部病变扩大≥50%; ③少尿( 每日177μmol/L( 2mg/dl) 。次要标准: ①呼吸频率>30 次/min;②
PaO2/FiO2
2007年ATS 和美国感染病学会( IDSA) 制订了新的《社区获得性肺炎治疗指南》，对重症社区获得性肺炎的诊断标准进行了新的修正。主要标准：① 需要创伤性机械通气 ② 需要应用升压药物的脓毒性血症休克。
次要标准包括：①呼吸频
率>30 次/min; ② 氧合指数( PaO2/FiO2) 20 mg/dL）⑥白细胞减少症（WBC计数＜4×109 /L）⑦血小板减少症（血小板计数＜100×109 /L）⑧体温降低（中心体温＜36℃）⑨低血压需要液体复苏。符合1条主要标准，或至少3项次要标准可诊断。
重症医院获得性肺炎（SHAP）的定义与SCAP相近。2005 年ATS 和美国感染病学会( IDSA) 制订了《成人HAP, VAP, HCAP 处理指南》。指南中界定了HCAP 的病人范围: 在90d 内因急性感染曾住院≥2d; 居住在医疗护理机构; 最近接受过静脉抗生素治疗、化疗或者30d 内有感染伤口治疗; 住过一家医院或进行过透析治疗。因为HCAP患者往往需要应用针对多重耐药(MDR)病原菌的抗菌药物治疗，故将其列入HAP 和VAP 的范畴内。
【临床表现】重症肺炎可急性起病，部分病人除了发热、咳嗽、咳痰、呼吸困难等呼吸系统症状外，可在短时间内出现意识障碍、休克、肾功能不全、肝功能不全等其他系统表现。少部分病人甚至可没有典型的呼吸系统症状，容易引起误诊。也可起病时较轻，病情逐步恶化，最终达到重症肺炎的标准。在急诊门诊遇到的主要是重症CAP患者，部分是HCAP患者。重症CAP的最常见的致病病原体有：肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、军团菌、革兰氏阴性杆菌、流感嗜血杆菌等，其临床表现简述如下：
⑴肺炎链球菌为重症CAP最常见的病原体，占30%~70%。呼吸系统防御功能损伤（酒精中毒、抽搐和昏迷）可是咽喉部大量含有肺炎链球菌的分泌物吸入到下呼吸道。病毒感染和吸烟可造成纤毛运动受损，导致局部防御功能下降。充血性心衰也为细菌性肺炎的先兆因素。脾切除或脾功能亢进的病人可发生暴发性的肺炎链球菌肺炎。多发性骨髓瘤、低丙种球蛋白血症或慢性淋巴细胞白血病等疾病均为肺炎链球菌感染的重要危险因素。典型的肺炎链球菌肺炎表现为肺实变、寒战，体温大于39.4℃，多汗和胸膜痛疼，多见于原先健康的年轻人。而老年人中肺炎链球菌的临床表现隐匿，常缺乏典型的临床症状和体征。典型的肺炎链球菌肺炎的胸部Ⅹ线表现为肺叶、肺段的实变。肺叶、肺段的实变的病人易合并菌血症。肺炎链球菌合并菌血症的死亡率为30%~70%，比无菌血症者高9倍。
⑵金葡菌肺炎 为重症CAP的一个重要病原体。在流行性感冒时期，CAP中金葡菌的发生率可高达25%，约50%的病例有某种基础疾病的存在。呼吸困难和低氧血症较普遍，死亡率为64%。胸部Ⅹ线检查常见密度增高的实变影。常出现空腔，可见肺气囊，病变变化较快，常伴发肺脓肿和脓胸。MRSA（耐甲氧西林金葡菌）为CAP中较少见的病原菌，但一旦明确诊断，则应选用万古霉素治疗。
⑶革兰氏阴性菌CAP 重症CAP中革兰氏阴性菌感染约占20%,病原菌包括肺炎克雷白杆菌、不动感菌属、变形杆菌和沙雷菌属等。肺炎克雷白杆菌所致的CAP约占1%~5%，但其临床过程较为危重。易发生于酗酒者、慢性呼吸系统疾病病人和衰弱者，表现为明显的中毒症状。胸部X线的典型表现为右上叶的浓密浸润阴影、边缘清楚，早期可有脓肿的形成。死亡率高达40%~50%。
⑷非典型病原体 在CAP中非典型病原体所致者占3%~40%。大多数研究显示肺炎支原体在非典型病原体所致CAP中占首位，在成人中占2%~30%，肺炎衣原体占
6%~22%，嗜肺军团菌占2%~15%。但是肺炎衣原体感染所致的CAP，其临床表现相对较轻，死亡率较低。肺炎衣原体可表现为咽痛、声嘶、头痛等重要的非肺部症状，其
他可有鼻窦炎、气道反应性疾病及脓胸。肺炎衣原体可与其他病原菌发生共同感染，特别是肺炎链球菌。老年人肺炎衣原体肺炎的症状较重，有时可为致死性的。肺炎衣原体培养、DNA检测、PCR、血清学（微荧光免疫抗体检测）可提示肺炎衣原体感染的存在。军团菌肺炎 占重症CAP病例的12%~23%，仅次于肺炎链球菌，多见于男性、年迈、体衰和抽烟者，原患有心肺疾病、糖尿病和肾功能衰竭者患军团菌肺炎的危险性增加。军团菌肺炎的潜伏期为2~10天。病人有短暂的不适、发热、寒战和间断的干咳。肌痛常很明显，胸痛的发生率为33%,呼吸困难为60%。胃肠道症状表现显著，恶心和腹痛多见，33%的病人有腹泻。不少病人还有肺外症状，急性的精神神志变化、急性肾功能衰竭和黄疸等。偶有横纹肌炎、心肌炎、心包炎、肾小球肾炎、血栓性血小板减少性紫癜。50%的病例有低钠血症，此项检查有助于军团菌肺炎的诊断和鉴别诊断。军团菌肺炎的胸部Ⅹ线表现特征为肺泡型、斑片状、肺叶或肺段状分布或弥漫性肺浸润。有时难以与ARDS区别。胸腔积液相对较多。此外，20%~40%的病人可发生进行性呼吸衰竭，约15%以上的病例需机械通气。
⑸流感嗜血杆菌肺炎 约占CAP病例的8%~20%，老年人和COPD病人常为高危人群。流感嗜血杆菌肺炎发病前多有上呼吸道感染的病史，起病可急可慢，急性发病者有发热、咳嗽、咳痰。COPD病人起病较为缓慢，表现为原有的咳嗽症状加重。婴幼儿肺炎多较急重，临床上有高热、惊厥、呼吸急促和紫绀，有时发生呼吸衰竭。听诊可闻及散在的或局限的干、湿性罗音，但大片实变体征者少见。胸部X线表现为支气管肺炎，约1/4呈肺叶或肺段实变影，很少有肺脓肿或脓胸形成。
[6]卡氏孢子虫肺炎（PCP） PCP仅发生于细胞免疫缺陷的病人，但PCP仍是一种重要的肺炎，特别是HIV感染的病人。PCP常常是诊断AIDS的依据。PCP的临床特征性表现有干咳、发热和在几周内逐渐进展的呼吸困难。病人肺部症状出现的平均时间为4周，PCP相对进展缓慢可区别于普通细菌性肺炎。PCP的试验室检查异常包括：淋巴细胞减少，CD4淋巴细胞减少，低氧血症，胸部X线片显示双侧间质浸润，有高度特征的“毛玻璃”样表现。但30%的胸片可无明显异常。PCP为唯一有假阴性胸片表现的肺炎 。
【辅助检查】
1.病原学：
⑴诊断方法 包括血培养、痰革兰氏染色和培养、血清学检查、胸水培养、支气管吸出物培养、或肺炎链球菌和军团菌抗原的快速诊断技术。此外，可以考虑侵入性检查，包括经皮肺穿刺活检、经过防污染毛刷（PSB）经过支气管镜检查或支气管肺泡灌洗（BAL）。
①血培养 一般在发热初期采集，如已用抗菌药物治疗，则在下次用药前采集。采样以无菌法静脉穿刺，防止污染。成人每次10~20ml，婴儿和儿童0.5~5ml。血液置于无菌培养瓶中送检。24小时内采血标本3次，并在不同部位采集可提高血培养的阳性率。
在大规模的非选择性的因CAP住院的病人中，抗生素治疗前的血细菌培养阳性率为5%-14%，最常见的结果为肺炎球菌。假阳性的结果 ，常为凝固酶阴性的葡萄球菌。
抗生素治疗后血培养的阳性率减半，所以血标本应在抗生素应用前采集。但如果有菌血症高危因素存在时，初始抗生素治疗后血培养的阳性率仍高达15%。因重症肺炎有菌血症高危因素存在，病原菌极可能是金葡菌、铜绿假单胞菌和其他革兰氏
阴性杆菌，这几种细菌培养的阳性率高，重症肺炎时每一位病人都应行血培养，这对指导抗生素的应用有很高的价值。另外，细菌清除能力低的病人（如脾切除的病人）、慢性肝病的病人、白细胞减少的病人也易于有菌血症，也应积极行血培养。
②痰液细菌培养 嘱病人先行漱口，并指导或辅助病人深咳嗽，留取脓性痰送检。约40%病人无痰，可经气管吸引术或支气管镜吸引获得标本。标本收集在无菌容器中。痰量的要求，普通细菌＞1ml,真菌和寄生虫3~5ml, 分支杆菌5~10ml。标本要尽快送检，不得超过2小时。延迟将减少葡萄球菌、肺炎链球菌以及革兰氏阴性杆菌的检出率。在培养前必须先挑出脓性部分涂片作革兰氏染色，低倍镜下观察，判断标本是否合格。镜检鳞状上皮＞10个/低倍视野就判断为不合格痰，即标本很可能来自口咽部而非下呼吸道。多核细胞数量对判断痰液标本是否合格意义不大，但是纤毛柱状上皮和肺泡巨噬细胞的出现提示来自下呼吸道的可能性大。
痰液细菌培养的阳性率各异，受各种因素的影响很大。痰液培养阳性时需排除污染和细菌定植。与痰涂片细菌是否一致、定量培养和多次培养有一定价值。在气管插管后立即采取的标本不考虑细菌定植。痰液培养结果阴性也并不意味着无意义：合格的痰标本分离不出金葡菌或革兰氏阴性杆菌就是排除这些病原菌感染的强有力的证据。革兰氏染色阴性和培养阴性应停止针对金葡菌感染的治疗。
③ 痰涂片染色痰液涂片革兰氏染色可有助于初始的经验性抗生素治疗，其最大优点是可以在短时间内得到结果并根据染色的结果选用针对革兰氏阳性或阴性细菌的抗生素；涂片细菌阳性时常常预示着痰培养阳性；涂片细菌与培养出的细菌一致时，可证实随后的痰培养出的细菌为致病菌。结核感染时抗酸染色阳性。真菌感染时痰涂片可多次查到霉菌或菌丝。痰液涂片在油镜检查时见到典型的肺炎链球菌或流感嗜血杆菌有诊断价值。
④其他 在军团菌的流行地区或有近期2周旅行的病人，除了常规的培养外，需要用缓冲碳酵母浸膏作军团菌的培养。尿抗原检查可用肺炎球菌和军团菌的检测。对于成人肺炎球菌肺炎的研究表明敏感性50%-80%，特异性90%，不受抗生素使用的影响。对军团菌的检测，在发病的第一天就可阳性，并持续数周，但血清型1以外的血清型引起的感染常被漏诊。快速流感病毒抗原检测阳性可考虑抗病毒治疗。肺活检组织细菌培养、病理及特殊染色是诊断肺炎的金标准。
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