醫(yī)學圖像處理課程教學模式探索

摘要：在分析了醫(yī)學圖像處理課程特點的基礎上，結(jié)合醫(yī)學院校學生的實際情況，對課程教學模式開展了探索與實踐。通過串燒式的課堂講解和討論、課程實驗、教學環(huán)節(jié)的實施，設計開發(fā)基于matlab的醫(yī)學圖像處理教學平臺系統(tǒng)，把教學與學生興趣、能力很好地結(jié)合起來，新穎的考核方式得到學生肯定。

關鍵詞：醫(yī)學圖像處理；理論教學；串燒；教學平臺

中圖分類號：TP391.41-4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 21-0000-03

我校在開設《數(shù)字圖像處理》課程的基礎上，結(jié)合醫(yī)學院校圖像處理的對象——醫(yī)學圖像（片）的特點開設了《醫(yī)學圖像處理》，是計算機各專業(yè)及影像學專業(yè)重要的專業(yè)基礎課程。如何在學習圖像處理技術的同時體現(xiàn)各專業(yè)特色，提高學生的圖像處理技術的應用能力，是醫(yī)學圖像處理課程建設、課程改革的重要內(nèi)容?，F(xiàn)就接合經(jīng)過兩輪的課程教學活動，并融合學生的反饋信息，對該課程進行了教學模式的探索，希望有助于教學效果和教學水平的提高。

1 理論教學

1.1 專業(yè)素養(yǎng)的培育[1]

建立在數(shù)學及信號處理技術基礎上的醫(yī)學圖像處理，以計算機算法為工具，并充分考慮解剖學的知識、臨床醫(yī)學的知識，對醫(yī)學圖像的采集、傳輸中產(chǎn)生的如噪聲、失真、退化等現(xiàn)象分析處理，以提高醫(yī)學圖像的質(zhì)量，并為后續(xù)的圖像感興趣區(qū)域的選取，病灶區(qū)域的分割等臨床應用提供依據(jù)。但《醫(yī)學圖像處理》課程涉及的內(nèi)容多、廣，其中的算法更是以數(shù)學公式的推導為基礎。而醫(yī)學院校的學生普遍缺乏理工科知識，造成學生對理解抽象概念的困難，很易造成畏難情緒。與此同時，學生對通過本課程的學習對知識結(jié)構(gòu)的構(gòu)建及就業(yè)的幫助心存疑慮。緣于此，授課之初，需要進行專業(yè)素養(yǎng)教育。

1.1.1 按專業(yè)，分內(nèi)容克服學生的畏難心理

因計算機專業(yè)與影像學專業(yè)的培養(yǎng)方向，教學內(nèi)容和側(cè)重點不同，計算機專業(yè)專注于各種圖像處理算法和編程實現(xiàn)。而影像專業(yè)應從繁瑣的數(shù)學公式的推導中解脫出來，而更注重實際應用，并進一步了深化對圖像處理的理解、分析。

1.1.2 課程設置對就業(yè)的影響[2]

圖像處理是計算機視覺、模式識別，圖像理解、分析的基礎。熟練掌握各種算法可以為將來從事如指紋、條碼、人臉、虹膜識別、車輛和其他與醫(yī)學圖像相關工作提升競爭力。因具有醫(yī)學知識背景，也可去醫(yī)療器械公司或醫(yī)療軟件開發(fā)公司，當然因具備醫(yī)學知識背景的同時，掌握圖像處理的各種算法及實現(xiàn)為應聘到醫(yī)院的醫(yī)療技術部門提供了保障，我校已有此專業(yè)學生成功應聘三甲醫(yī)院的事例。通過這些學生身邊鮮活的事例提高學生的自信心，拓寬學生的思路和視野，引導學生找到自己的發(fā)展方向和目標，因此可以更有效地利用時間。

1.2 打破了傳統(tǒng)的章節(jié)式教學方法，探索“串燒”式教學

傳統(tǒng)的灌輸式教學中，重點內(nèi)容并突出，講解中存在片面性，局限性，沒有深挖跨學科知識的內(nèi)在關系。醫(yī)學圖像處理是一個注重實際應用的課程，應根據(jù)設置的專業(yè)特點設置知識點，并融合基于案例的教學內(nèi)容，根據(jù)其內(nèi)部邏輯關系“串燒”涉及的相關的知識。

1.2.1 內(nèi)容選擇上的“串燒”

醫(yī)學圖像處理教學的要求是了解醫(yī)學圖像的特點和圖像處理的基本概念，掌握醫(yī)學圖像（片）處理的基本原理、技巧，能夠利用計算機來完成對各種醫(yī)學圖像的處理，現(xiàn)以我校兩專業(yè)的兩本不同教材為基礎，在充分涉列大量的醫(yī)學圖像處理技術、文獻的基礎上，根據(jù)各類知識點間的相關性以及課時要求將課程分為：醫(yī)學圖像的描述表達、圖像的運算、圖像的增強、圖像的變換、形態(tài)學處理、圖像分割及特征提取等專題。

“串燒”的醫(yī)學圖像處理的內(nèi)容是完成后，接下來考慮如何在傳授知識的過程“串燒”，如在講授醫(yī)學影像的運算操作時，如基本的“加”，“減”，“乘”，“除”時，把醫(yī)學圖像中的減景技術及數(shù)字減影在血管造影中的應用“串”到講授內(nèi)容中；在圖像的采集表示時，可以“串”進各種成像設備及其成像原理，可以把數(shù)學運算中的差分運算內(nèi)容串入醫(yī)學圖像的邊緣檢測算法中。

1.2.2 教學形式上的“串燒”

教學形式上采用了傳統(tǒng)教學方式與“串燒”式教學相結(jié)合的形式，講授基本知識時，以傳統(tǒng)按授課方式為主，讓學生了解對醫(yī)學圖像處理的整個過程。授課內(nèi)容中選取了學生感興趣的內(nèi)容，讓學生們圖書館自己查資料，尋根問源，調(diào)動學生學習的積極性，下次課時選一二名學生在課堂上對內(nèi)容進行闡述，教師對學生闡述的內(nèi)容進行補充[3]。選擇了圖像表示和圖像分割兩個知識點讓學生在教學過程中的“客串”講授，通過本環(huán)節(jié)的實施，充分調(diào)動了學生的積極性，激發(fā)了學習熱情，迸發(fā)出許多有趣的想法，可以方便地了解學生對知識的掌握程度與存在的問題，與此同時，結(jié)合本課程的特點及影像學專業(yè)學生人數(shù)較少（08級71人，09級90人）的特點，把課堂教學過程移至計算機機房，可以邊講授邊演示準備好的在臨床中采集到的X 光、MRI等醫(yī)學圖片， 讓學生直接觀察對這些圖片進行處理和改善的效果，課堂氣氛非?；钴S，授課效果較好。

1.2.3 充分利用多媒體教學技術，搭建醫(yī)學圖像處理平臺[4]。

通過“串燒”方式的實施，使學生通過在課堂上的醫(yī)學圖像處理的演示，了解、掌握了各種醫(yī)學圖像處理方法和其在醫(yī)學臨床中的應用，但眾多算法都需要計算機仿編程仿真實現(xiàn)，為緩解由此給學生帶來的壓力，提高學習效率，搭建了以淋球菌感染圖為例的濟寧醫(yī)學院醫(yī)學圖像處理演示平臺，學生通過平臺的實用，加深了對所學的醫(yī)學圖像處理知識的理解，提高了學生的實際應用能力。

1.2.4 教師的醫(yī)學知識積累

我校的信息工程學院的教師承擔著醫(yī)學圖像處理課程的授課任務，授課教師雖有較高的計算機編程能力，但缺乏醫(yī)學知識，使在為強調(diào)應用的影像專業(yè)學生上課時，在如何淡化數(shù)學推理，著重臨床醫(yī)學圖像處理應用中遇到了很大的壓力。特別是在第一輪次的講授醫(yī)學圖像分割時，面對一個陌生的醫(yī)學圖像，不知道如何選擇圖像的特征點，縱有豐富的編程思想?yún)s無從下手。緣于此，醫(yī)學圖像處的授課教師需自覺地將醫(yī)學和工程學結(jié)合，通過廣泛的與醫(yī)護人員的交流，并積極參加醫(yī)學相關的知識講座豐富自己醫(yī)學方面的知識，我校信息工程學院組織的院內(nèi)專家、學者的信息大講堂是一有益的嘗試。

2 實踐教學[5]

實驗教學是教學課程的重要組成部分，通過本環(huán)節(jié)的實施，不僅加深了對理論的理解，同時也培養(yǎng)了學生的獨立思考、創(chuàng)新能力，雖然很多關于圖像處理實驗指導書，但他們中的大多數(shù)并不適用于醫(yī)學院校的學生，接合醫(yī)學院校學生的實際對相關的實驗內(nèi)容的選取及驗收進行了相應的改革。

2.1 實驗方案的實施

2.1.1 實驗的準備

根據(jù)醫(yī)學圖像處理的要求，選用了工具箱使用方便，計算能力強的MATLAB軟件作為實驗教學軟件，并準備好醫(yī)學圖像（片）的采集。

2.1.2 實驗內(nèi)容的選擇

實驗內(nèi)容的選擇上，考慮到不同的專業(yè)的特點和醫(yī)學圖像處理的內(nèi)容，選擇了醫(yī)學影像的表達，圖像運算，圖像增強，圖像變換，形態(tài)學處理，圖像分割，特征提取等內(nèi)容。根據(jù)難易程度分為基本實驗、開放型實驗和演示實驗。讓學生不僅學習圖像處理的基本知識，并能獨立進行實驗設計，使學生快樂的獲取知識，在實踐中提升應用能力。

2.1.3 醫(yī)工結(jié)合，分工協(xié)作

依托我校的教學醫(yī)院中的眾多的醫(yī)療影像設備，鼓勵計算機和影像專業(yè)的學生假期期間多去醫(yī)院參觀實習，了解各種醫(yī)療設備儀器的功能，工作原理。為開放型實驗的實施做好充分準備。

醫(yī)學院校醫(yī)學生最大優(yōu)勢是具有一定的醫(yī)學基礎，因此在為學生開設開放型實驗時，充分考慮使醫(yī)工學生相結(jié)合，每個開放型實驗安排2名影像專業(yè)的學生，負責對相關醫(yī)學圖片的認識、理解和提煉。4名計算機專業(yè)的學生進行相應的編程實現(xiàn)。

2.1.4 實驗的擴展-科學素養(yǎng)的提高

經(jīng)過《醫(yī)學圖像處理》理論的講授和實驗教學活動的實施，學生具備了運用圖像處理的基本理論知識處理具體醫(yī)學圖像的能力，為學生提供機會參與任課教師的研究活動，提高實踐能力和創(chuàng)新能力。為學有余力且有興趣的學生開設了基于任課教師的科研項目的課程設計，主要涉及到了涉及醫(yī)學圖像處理課程建設、動態(tài)醫(yī)學圖像處理算法展示又包括下一步醫(yī)學圖像處理的實驗平臺的搭建。通過學生的積極參與，一方面，加深了對所學專業(yè)知識的理解，同時培養(yǎng)學生主動學習的良好習慣，另一方面通過在理論教學、實踐教學的“串燒”方式的實施，學生的團隊意識得到明顯提升。

3 驗收考查環(huán)節(jié)

根據(jù)專業(yè)設置的特點和課時的安排，為準確反映出學生學習差異性，對傳統(tǒng)的考核方式進行適當?shù)恼{(diào)整，加強實施“一加一減一強化”[6]的系統(tǒng)的評估方法?！耙粶p”：根據(jù)學科特點和各業(yè)課程設置對學生的要求，在不同專業(yè)不同試卷的前提下，改傳統(tǒng)閉卷考試為開卷考試，在心理上減輕學生對數(shù)學公式推導和恐懼，也減少了記憶量，使學生可以更專注于醫(yī)學圖像處理應用、理解，“一加”，以加強學生的積極思維，勇于表達自己的想法的意識。“一強化”，主要指強化了實踐環(huán)節(jié)驗收的多樣性，根據(jù)醫(yī)工各專業(yè)特點，驗收的側(cè)重點體現(xiàn)出差異性。具體做法是，對醫(yī)科生實驗結(jié)果的驗收，強調(diào)理解、臨床應用、效果分析，而對工科生的實驗結(jié)果的驗收，主要側(cè)重算法的編程實現(xiàn)。如對上圖的淋球菌感染圖進行分割實驗時，以醫(yī)科生的圖像的特征選取的有效性、可行性，實驗報告的撰寫為主要對像，而工科生則側(cè)重編程實現(xiàn)的效率，當然在后繼的課程建設及課題中，工科學生做的課程網(wǎng)頁，各種算法的flash動態(tài)展示也可成為驗收結(jié)果，實踐結(jié)果驗證了學生對此考查驗收方式給予的肯定。

4 結(jié)語

結(jié)合我校計算機、影像各專業(yè)對圖像處理的要求和數(shù)字圖像處理本身的特點，充分考慮醫(yī)工學生的差異，對課程教學環(huán)節(jié)的實施過程進行了探討，把教學、科研及學生能力結(jié)合起來，經(jīng)過三個年級的教學節(jié)實施，學生的綜合能力得以提高。與此同時，如何依托醫(yī)科院校的醫(yī)學優(yōu)勢，實現(xiàn)醫(yī)工間“無縫連接”，培養(yǎng)具有醫(yī)學特色的創(chuàng)新人才，必將需長期的探索研究。

參考文獻：

[1]羅敏敏.醫(yī)學圖像處理教學經(jīng)驗淺探.教學研究，2006（8）：89-93.

[2]張俊蘭.VTK在醫(yī)學圖像處理實驗教學中的應用.智能計算機與應用，vol.2.no.2 apr.2012.47-50.

[3]武杰.開放式醫(yī)學圖處理與設計實驗平臺建設 中國醫(yī)學物理學雜志，vol.28.no.3 may，2011.94-98.

[4]胡彥婷.生物醫(yī)學工程專業(yè)醫(yī)學圖像處理課程教學探討.西北醫(yī)學教育，vol 20.no.3.2012.6.87-92.

[5]吳凱.生物醫(yī)學工程專業(yè)創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的探索與實踐.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28（9）.35-38.

[6]蔣世忠.醫(yī)學圖像處理虛擬實驗室的研究與構(gòu)建.微計算機信息，vol.25.no（5-2），2012.67-70.

[作者簡介]

劉二林（1975.9-），男，濟寧醫(yī)學院，講師，控制理論與控制工程專業(yè)，主要研究方向：圖像處理、機器視覺、信息處理。