生物醫(yī)學工程專業(yè)醫(yī)學圖像處理課程教學探討

胡彥婷，陳建軍，木拉提·哈米提

(新疆醫(yī)科大學醫(yī)學工程技術(shù)學院，新疆烏魯木齊 830011)

生物醫(yī)學工程專業(yè)醫(yī)學圖像處理課程教學探討

胡彥婷，陳建軍，木拉提·哈米提

(新疆醫(yī)科大學醫(yī)學工程技術(shù)學院，新疆烏魯木齊 830011)

醫(yī)學圖像處理課程主要講授醫(yī)學圖像處理的基本概念和相關算法及其在醫(yī)學中的應用，旨在讓學生掌握醫(yī)學圖像處理的基本理論和基本技能，培養(yǎng)其觀察、思考、分析和解決有關理論和醫(yī)學實踐問題的能力。該課程是生物醫(yī)學工程專業(yè)的核心課程，特點是理論性和實踐性強。本文圍繞生物醫(yī)學工程的培養(yǎng)目標及醫(yī)學圖像處理課程的教學目標，根據(jù)課程的特點并結(jié)合實際教學案例，從理論教學、實踐教學和課程考核幾個方面對該課程進行教學探討。

生物醫(yī)學工程;醫(yī)學圖像處理;理論教學;實踐教學;基于問題的教學

生物醫(yī)學工程是以技術(shù)和工程的手段，研究和解決生物學和醫(yī)學中的有關問題，并綜合了生物學、醫(yī)學和工程技術(shù)學等多學科交叉滲透形成的新興學科。它不同于經(jīng)典學科，也有別于生物醫(yī)學和純粹的工程學科［1－2］。《醫(yī)學圖像處理》作為生物醫(yī)學工程專業(yè)的核心課程，在生物醫(yī)學工程人才培養(yǎng)中以及在生命科學研究、臨床診斷與治療等方面都發(fā)揮著十分重要的作用［3］。

醫(yī)學圖像處理課程以數(shù)字圖像處理為基礎，以醫(yī)學影像應用為目標，旨在讓學生掌握醫(yī)學圖像處理的基本理論和方法，使學生具有解決一般醫(yī)學圖像處理問題的能力，培養(yǎng)與社會需求相適應的人才。該課程的特點是綜合性、理論性、實踐性強，與工程數(shù)學、模擬電路、數(shù)字電路、醫(yī)學影像物理學、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等課程密切相關，同時又聯(lián)系著解剖學、臨床醫(yī)學等知識，因此建設好該課程并非易事。在課程建設中，為了突出該課程實踐性、理論性強的特點，則需要結(jié)合目前我國及我區(qū)生物醫(yī)學工程專業(yè)教育的現(xiàn)狀，在借鑒國內(nèi)外一流大學對該課程建設經(jīng)驗的基礎上，對教學方法和手段進行總結(jié)和改進，提高課程的教學質(zhì)量和效果，增強學生解決實際問題的能力。鑒于此，本文將從醫(yī)學圖像處理課程的理論教學，實踐教學和課程考核幾個方面進行討論。

1 醫(yī)學圖像處理課程的理論教學方法

1.1 注重基于問題教學模式的應用

傳統(tǒng)教學模式是以課堂灌輸為主，必然會導致教學質(zhì)量和學生學習積極性下降。根據(jù)生物醫(yī)學工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要，我們采用基于問題的教學模式，通過設置問題來激發(fā)學生的好奇心和積極性。基于問題的教學模式能讓學生參與教學活動，從而培養(yǎng)學生主動探索和高級思維的能力。例如，在講授灰度級形態(tài)學的應用時，首先展示一幅由兩個紋理區(qū)域組成的簡單灰度圖像，要求學生利用先前學過的形態(tài)學圖像處理方法以紋理為基礎找到兩區(qū)域的邊界。圍繞此問題讓學生分組進行討論，并由各組代表來講述所運用的方法，再由教師講評不同方法的優(yōu)缺點和適用性。通過教學實踐發(fā)現(xiàn)，該方法不僅有助于學生對所學知識的理解和應用，而且也開拓了學生的思維;不僅可充分調(diào)動和發(fā)揮學生的主觀能動性，而且也能培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。在相互合作的過程中，學生不僅學到了獲取知識的方法，更重要的是提高了學生的學習興趣、交流意識和團隊責任感等科研必備的素質(zhì)和能力。

在基于問題模式的教學過程中，教師要以啟發(fā)式教學為主，引導學生思考，主動尋找答案，獲得解決問題的能力和技巧，而不是直接給學生提供答案。同時，教師要教會學生對所學內(nèi)容進行歸納總結(jié)并能從整體上把握知識結(jié)構(gòu)，使學生更好地做到觸類旁通和融會貫通，使學生更加適應該教學模式。因而，該教學方法要求教師在教學中要善于思考，勇于創(chuàng)新。

1.2 注重物理概念和應用的講解，加強該課程與相關課程的聯(lián)系

從課程內(nèi)容來說，該課程著重闡述了數(shù)字圖像和醫(yī)學圖像的概念、數(shù)字圖像的處理方法及其在醫(yī)學圖像上的應用，其中包含了大量的抽象概念、變換方法以及各種各樣的算法。對于醫(yī)學院校生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生來說，其基礎理論知識比較薄弱，如果講課過程偏重公式推理，會讓學生感到困難而乏味，從而失去學習興趣。針對此問題，在教學中應該采取公式具體化和物理概念化的講授方法，重點講解公式具體的物理意義和概念，并且結(jié)合示例或演示來講解。例如，在講授圖像增強中的灰度平均值和標準差時，單從數(shù)學公式去講解，學生無法很好地理解，但結(jié)合幾幅在亮度和對比度上存在差異的圖像來講解，并以灰度平均值和標準差在圖像局部增強中應用為實例來說明，就能使學生較快把握上述兩個概念的含義，并學會如何將知識學以致用。

另一方面，由于該課程與一些基礎課程聯(lián)系緊密，因此，在教學的過程中，應積極引導學生回憶或者運用相關課程中已經(jīng)學過的知識來掌握新知識，提高學生對知識的綜合運用能力。比如，將圖像增強中的微分算子與高等數(shù)學課程的微分運算的性質(zhì)聯(lián)系，將圖像處理中的模板卷積與信號與系統(tǒng)課程中的一維信號卷積相聯(lián)系等。聯(lián)系相關課程有助于學生將新舊知識聯(lián)系在一起，形成系統(tǒng)化的知識體系，也能培養(yǎng)學生解決問題的綜合能力，加深對知識的全面理解。

在教學過程中，教師要多舉實例并充分利用教學軟件輔助教學，從而將抽象概念形象化、具體化。同時，教師也要不斷豐富自己各學科的知識，才能準確地引導學生建立相互聯(lián)系的知識體系。

1.3 注重醫(yī)工結(jié)合的教學

醫(yī)學院校生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生最大優(yōu)勢是具有一定的醫(yī)學基礎，因此在講授該課程時，要結(jié)合相應的“醫(yī)學”背景來講解新知識，注重體現(xiàn)培養(yǎng)工程與醫(yī)學交叉結(jié)合型人才的特色［4］。譬如，在講解圖像分割綜合應用時，就以具有新疆地方特色的病之一——肝包蟲病的CT圖像為例來進行分析，引導學生將解剖學等相關的醫(yī)學知識應用到圖像分割中。通過教師的引導和學生的思考，有些學生提出將肝包蟲病灶區(qū)的形狀、邊緣厚度，鈣化邊緣區(qū)的灰度差等特征作為分割病灶區(qū)的依據(jù)，并取得較好的效果。通過醫(yī)工結(jié)合的教學方式，不但能激發(fā)學生學習的興趣，而且也能開拓他們的思路，培養(yǎng)其綜合應用的能力。

醫(yī)工結(jié)合教學要求教師要豐富自己醫(yī)學方面的知識，自覺地將醫(yī)學和工程學結(jié)合。教師和學生要多與附屬醫(yī)院的醫(yī)師進行交流，并邀請醫(yī)師作相關知識講座，從而提高教師和學生利用工程知識和醫(yī)學知識解決醫(yī)學問題的能力。

1.4 注重雙語教學和網(wǎng)絡教學

由于醫(yī)學圖像學中的新技術(shù)、新成果大多是從國外引進的，因而加大授課中英語的比重，既可以幫助學生準確地理解術(shù)語的含義，又可以促進其專業(yè)外語水平的提高，更利于他們吸收國外的成果［5］。首先，教學中要發(fā)揮多媒體課件在雙語教學中的作用，采用英文課件，讓學生了解更多的該領域的專業(yè)術(shù)語;其次，教師要提供給學生更多的英文文獻資料，拓寬學生的專業(yè)視野，讓學生了解到最新的學科發(fā)展動態(tài)。目前，有多所院校在講授該課程時都采用雙語教學［6］。通過教學實踐發(fā)現(xiàn)，雙語教學不僅能提高學生學習能力和研究能力，而且也為教師提供了一個提高自身英語綜合運用能力的訓練機會。

在信息化高速發(fā)展的時代，網(wǎng)絡教學也將成為未來學習的主要方式。網(wǎng)絡教學具有學習內(nèi)容廣泛、教學效率高、辦學成本低的特點。不僅適于大面積集中學習，更適應分散的個體學習，是培養(yǎng)學生終身學習能力的有效途徑。北京工業(yè)大學在生物醫(yī)學工程研究服務器上率先建立了生物醫(yī)學信號處理教學網(wǎng)站，收到了良好的教學效果［7］。新疆醫(yī)科大學醫(yī)學工程技術(shù)學院也在積極準備建立教學網(wǎng)站，實施遠程輔助教學，提高教學效率。

2 醫(yī)學圖像處理課程的實踐教學設計

醫(yī)學圖像處理課程是一門理論與實踐、原理與應用緊密結(jié)合的課程，因而實踐教學在整個課程的教學中處于重要的位置。實踐教學環(huán)節(jié)包括實驗教學和科研實習兩個方面，此過程加強了對學生基本知識、基本理論和基本技能的訓練，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的實踐能力。

在實驗教學中，設計了驗證型實驗、綜合型實驗和設計型實驗三大類型的實驗，主要以Matlab編程語言為實驗教學平臺，采用以學生為主體，教師輔以指導的實驗教學方式，充分發(fā)揮學生的主觀能動性。驗證型實驗是為理論教學服務的，該類型實驗目的是為了加深學生對理論教學重點和難點的理解。驗證型實驗的一個案例是“醫(yī)學圖像直方圖的繪制及直方圖均衡化計算”，在此實驗中，雖然學生可以調(diào)用Matlab軟件中現(xiàn)有的圖像處理程序來完成實驗，但教師要求學生自己編程實現(xiàn)算法，然后與程序庫中的程序進行比較，通過實驗讓學生能更好地掌握理論知識，鍛煉學生的編程能力。綜合型實驗是由驗證理論內(nèi)容逐步過渡到以理論為工具，解決實際問題的過程。通過此類實驗對學生的實驗技能和實驗方法進行綜合訓練。綜合型實驗的一個案例是“增強人體骨骼核掃描圖像的細節(jié)”，此實驗需要學生基于醫(yī)學圖像的特點綜合運用多種算法來達到圖像增強的目的。設計型實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現(xiàn)的實驗類型［8］。綜合型實驗的一個案例是“肝臟CT圖像的自動分割”，此實驗需要學生查閱資料，運用已有的工程和醫(yī)學上的知識去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題。此實驗可培養(yǎng)學生獨立解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

在科研實習方面，為了培養(yǎng)學生的科研實踐能力，教師積極引導學生參加相關科研實踐，鼓勵學生參加教師的科研課題，鼓勵學生發(fā)表論文。在我們的有關“醫(yī)學圖像檢索系統(tǒng)的開發(fā)”的自治區(qū)課題中，已有兩位學生參與了該課題。參與的兩位學生均表示，通過參加課題不僅增強了他們對該課程的興趣和重視度，而且使其理解了醫(yī)學圖像處理知識是怎樣用于科研的。另外，由于醫(yī)學院校的附屬醫(yī)院擁有門類齊全的現(xiàn)代化醫(yī)療儀器設備，因此鼓勵學生利用假期在醫(yī)院實習，特別是在醫(yī)院的影像科實習，了解各種儀器的處理功能，從而有助于學生將理論知識與實際問題結(jié)合，提高學生實際工作的能力。

3 醫(yī)學圖像處理課程的考核方式

為了使得學生更加重視醫(yī)學圖像處理課程的實踐操作，為了使學生能將理論和實踐相結(jié)合，采取實驗綜合報告與期末理論考試相結(jié)合的考核方式，此方式能綜合地考核學生對知識的掌握程度以及實際的應用能力。學生也對此考核方式給予了肯定。

4 結(jié)束語

醫(yī)學圖像處理是理論性和實踐性結(jié)合緊密的課程，也是生物醫(yī)學工程專業(yè)的主干課程，本文結(jié)合教學實踐，對該課程的理論、實踐教學方法進行了教學探討。通過實踐，學生對知識學習、理解和運用的能力得到提高，教學效果良好。由于醫(yī)學圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，分析方法不斷更新，技術(shù)應用范圍日益擴展，從而教學方法和教學內(nèi)容也要不斷地更新，因此對于該課程的教學改革和研究是我們的長期任務，需要不斷地努力。

［1］吳 凱，吳效明.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［J］.醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2007，28(9):80－81.

［2］王光利，代小紅.高校生物醫(yī)學工程專業(yè)若干問題的探討［J］.醫(yī)學教育探索，2010，9(4):454－456.

［3］趙 潔.“醫(yī)學圖像處理”實驗教學探索與虛擬實驗室開發(fā)［J］.西北醫(yī)學教育，2008，16(3):489－490.

［4］嚴漢民，鄭吉鋒.論醫(yī)學院校生物醫(yī)學工程專業(yè)的教學模式［J］.西北醫(yī)學教育，2004，12(4):281－289.

［5］吳水才，白燕萍，楊春蘭.生物醫(yī)學工程專業(yè)醫(yī)學信息類課程教學內(nèi)容與方法探討［J］.中國電力教育，2010，2010(10):71－72.

［6］許永忠，董守華，陳興新，等.生物醫(yī)學工程專業(yè)“醫(yī)學圖像處理”雙語教學探索［J］.煤炭高等教育，2005，23(4):122－122.

［7］吳水才，楊春蘭，高宏建.《生物醫(yī)學信號處理》課程教學改革與實踐［J］.中國電力教育，2008.9，(120):100－101

［8］李韙韜，錢志余.生物醫(yī)學信號處理實驗與理論教學結(jié)合方法的探討［J］.中國科教創(chuàng)新導刊，2009，2009(23):135－137.

Teaching of Medical Image Processing Course for Biomedical Engineering Specialty

HU Yan-ting，CHEN Jian-jun，MURAT·Hamit
(School of Medical Technology and Engineering，Xinjiang Medical University，Urumqi 830011，China)

The course Medical Image Processing mainly teaches the basic concepts and related algorithms of medical image processing and its applications in medicine，aiming to make students grasp basic theories and skills and train their abilities to observe，think，analyze and solve problems in practice.This course，characterized by strong practicality and technicality，is a core course for biomedical engineering students.Based on cultivation and teaching objectives and characteristics of the course as well as relating teaching cases，the paper discusses the teaching of this course in terms of theory teaching，practice teaching，and assessment.

biomedical engineering;medical image processing;theory teaching;practice teaching;problembased teaching

G642.0

A

1006－2769(2012)03－0534－04

2012－01－10

新疆醫(yī)科大學資助項目(XJC201020)

胡彥婷(1980－)，女(漢族)，講師，碩士，主要研究方向為醫(yī)學信號處理及分析。