核成像實踐教學與課堂教學的聯(lián)合開展探究*1

尹永智　李公平　徐大鵬　潘小東　姚澤恩　史克亮吳王鎖　胡碧濤　張　宇　陳熙萌

(蘭州大學　核科學與技術(shù)學院，甘肅　蘭州　730000)

核成像實踐教學與課堂教學的聯(lián)合開展探究*1

尹永智李公平徐大鵬潘小東姚澤恩史克亮吳王鎖胡碧濤張宇陳熙萌

(蘭州大學核科學與技術(shù)學院，甘肅蘭州730000)

摘要文章闡述了我國核成像類人才的巨大需求以及當前核成像技術(shù)的發(fā)展情況和面臨的困境。在總結(jié)蘭州大學核科學與技術(shù)學院開展核醫(yī)學技術(shù)學科建設與人才培養(yǎng)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出了該專業(yè)方向的課程教學體系設置，主要包括腫瘤放射治療、核醫(yī)學影像、放射性藥物、放射生物學4個方面。針對高校該專業(yè)人才培養(yǎng)中重課堂而輕實踐的問題，探討了實踐教學與課堂理論教學的聯(lián)合開展，指出該方法是核成像專業(yè)人才培養(yǎng)的良好途徑。

關(guān)鍵詞核成像；學科建設；實踐教學；理論教學

一、引言

核醫(yī)學技術(shù)類專業(yè)人才的培養(yǎng)已經(jīng)嚴重滯后于國家和社會的快速發(fā)展和需求，特別是近年來，國際核醫(yī)學技術(shù)領(lǐng)域的設備制造和學術(shù)研究中心正在向中國轉(zhuǎn)移，世界主要的正電子發(fā)射X 射線計算機斷層掃描系統(tǒng)(PET/CT，Positron Emission Tomography / Computed Tomography)、正電子發(fā)射磁共振成像系統(tǒng)(PET/MR，Positron Emission Tomography / Magnetic Resonance Imaging)、單光子發(fā)射X 射線計算機斷層掃描(SPECT/CT，Single Photon Emission Computed Tomography / Computed Tomography)制造企業(yè)都開始在中國設立分公司，重離子質(zhì)子等癌癥治療中心也相繼在國內(nèi)成立，我國醫(yī)院中子照射器I型機已完成設計與建造。以基礎(chǔ)研究的科學前沿問題與我國重大工程技術(shù)領(lǐng)域中的科學問題為會議主題的香山科學會議，在近幾年連續(xù)召開了“混合醫(yī)學成像：理論、技術(shù)及應用”(2014年)“放射醫(yī)學及相關(guān)學科：現(xiàn)狀與對策”(2013年)“進化、腫瘤和個體化醫(yī)療”(2012年)“分子影像關(guān)鍵科學技術(shù)及其應用”(2008年)等學術(shù)討論會，足以說明核醫(yī)學技術(shù)研究和人才培養(yǎng)的重要性和緊迫性[1]。但臨床精確診斷和治療方面最高端的設備，如PET/MR、PET/CT等核醫(yī)學影像系統(tǒng)、圖像引導的腫瘤放射治療裝置等仍然依靠進口。由于專利保護和外企壟斷等原因，高端核醫(yī)學儀器的售價和維修費用非常高昂，嚴重制約著我國醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展和人民健康質(zhì)量的提升。2014年5月24日，習近平同志考察上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司時，指出：“醫(yī)療設備是現(xiàn)代醫(yī)療業(yè)發(fā)展的必備手段，現(xiàn)在一些高端醫(yī)療設備基層買不起、老百姓用不起，要加快高端醫(yī)療設備國產(chǎn)化進程，降低成本，推動民族品牌企業(yè)不斷發(fā)展。你們的事業(yè)大有可為?！睘橥七M國產(chǎn)醫(yī)療設備發(fā)展應用，受國家計生委規(guī)劃與信息司委托，中國醫(yī)學裝備協(xié)會開展了優(yōu)秀國產(chǎn)醫(yī)療設備產(chǎn)品遴選工作。此舉是為了打破目前國外公司對中國高端醫(yī)療設備的壟斷，其中西門子、通用、飛利浦三大公司壟斷國內(nèi)醫(yī)療設備超過70%。

2016年是我國核醫(yī)學設立60周年，核醫(yī)學診斷和治療已經(jīng)有了飛躍式的發(fā)展，核醫(yī)學已經(jīng)成為醫(yī)學現(xiàn)代化的重要標志之一[2]。根據(jù)中華醫(yī)學會核醫(yī)學分會的統(tǒng)計，截止2013年底，我國從事核醫(yī)學相關(guān)工作的科室838個，共有8 678人從事核醫(yī)學工作，擁有PET(PET/CT) 198臺，醫(yī)用回旋加速器87臺。到2015年，衛(wèi)生部規(guī)劃全國PET/CT的配置數(shù)量將達到270臺。未來，我國的PET/CT的合理裝機總量應在800～1 000臺。在分子核醫(yī)學方面，截止2013年底，全國小動物PET(/CT)共13臺，核醫(yī)學領(lǐng)域的科學研究明顯滯后于臨床應用。核醫(yī)學分會指出，核醫(yī)學臨床醫(yī)師、技師、物理師、化學師的培養(yǎng)和隊伍建設已經(jīng)成為當務之急。

根據(jù)中國PET/MR 發(fā)展戰(zhàn)略高端研討會會議紀要，到2015年2月全國已經(jīng)規(guī)劃配置PET/MR 14臺。自從2013年P(guān)ET/MR用于臨床以來，我國已成為世界上臨床裝備PET/MR最快的國家，而且裝備速度持續(xù)加快。伴隨著PET/MR在臨床開展應用，PET/MR技術(shù)雖然總體上成熟，但仍存在技術(shù)難點和挑戰(zhàn)。PET/MR在臨床和科研應用領(lǐng)域需要加強學科建設和規(guī)劃。

二、人才培養(yǎng)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

我國核醫(yī)學技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的人才和技術(shù)儲備如何？1980年中華醫(yī)學會、中國核學會核醫(yī)學分會成立，到目前已經(jīng)走過30余年的歷程，核醫(yī)學分會舉辦了各種培訓班和講習班[3]，但是人才培養(yǎng)和技術(shù)儲備遠遠跟不上國內(nèi)市場的需求。核醫(yī)學影像設備如PET/CT、PET/MR、SPECT/CT等依賴于進口；放射性藥物主要由國外率先批準，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)；分子影像探針等基礎(chǔ)研究落后于國際先進水平，嚴重影響著核醫(yī)學事業(yè)的發(fā)展。因此，有必要對核醫(yī)學技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的人才培養(yǎng)進行研究，提出相應措施，加快和提高人才儲備的數(shù)量和質(zhì)量。

傳統(tǒng)醫(yī)學院的影像醫(yī)學與核醫(yī)學專業(yè)是臨床醫(yī)學的二級學科，主要以培養(yǎng)從事臨床診斷和治療的醫(yī)師為主。對于從事核醫(yī)學和醫(yī)學影像類的技術(shù)人才的培養(yǎng)尚沒有形成規(guī)范化。長期以來，主要是核物理、放射化學、物理學專業(yè)的畢業(yè)生在從事核醫(yī)學相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的工作。歷史上，已經(jīng)具有核科學技術(shù)人才培養(yǎng)的高校院系開辦了核醫(yī)學和醫(yī)學影像技術(shù)類專業(yè)，進行研究生的培養(yǎng)[4]753-758。比如，清華大學在“核科學技術(shù)”一級學科內(nèi)自主設立了醫(yī)學物理和工程二級學科。北京大學在 “核技術(shù)及應用”學科中設立了醫(yī)學物理研究方向。中國醫(yī)學科學院北京協(xié)和醫(yī)學院開設了醫(yī)學放射物理學。近年來，武漢大學、浙江大學、華中科技大學、中國科學技術(shù)大學、四川大學、重慶大學、蘇州大學、中山大學、天津醫(yī)科大學等眾多高校都在紛紛設立或申請設立醫(yī)學物理、核醫(yī)學類學科。

2011年，教育部和國務院學位辦確認設置醫(yī)學物理學專業(yè)，高?？梢陨贽k學士、碩士、博士學位授予和招生[5]。醫(yī)學物理師的培養(yǎng)進入了規(guī)范化。目前國內(nèi)的醫(yī)學物理專業(yè)培養(yǎng)方式主要借鑒美國模式，該專業(yè)主要有4個方向：醫(yī)學影像物理、放射治療物理、核醫(yī)學物理和防護保健物理，這4個方向基本上涵蓋了當前醫(yī)院臨床最主要的醫(yī)學物理人才的需求。

核醫(yī)學技術(shù)類人才的培養(yǎng)，需要兼顧核醫(yī)學儀器和放射性藥物兩方面基礎(chǔ)知識的掌握，這兩個方面是核醫(yī)學發(fā)展最重要的基礎(chǔ)[6-7]。核醫(yī)學技術(shù)類研究生的培養(yǎng)和學科的建設，不僅要包括醫(yī)學物理所涉及的4個方面，還應該融入放射性藥物和放射生物學。核醫(yī)學技術(shù)類人才的培養(yǎng)是各學科的交叉融合，這是核醫(yī)學學科的基本特點，有必要在從事核技術(shù)和放射化學兩個方向人才培養(yǎng)和科學研究的高等院校，率先開展核醫(yī)學技術(shù)類人才的培養(yǎng)。

核醫(yī)學技術(shù)類人才的培養(yǎng)應該以理學基礎(chǔ)和實驗技能為主，目標是培養(yǎng)能夠從事臨床技術(shù)類工作(醫(yī)學物理師、化學師)和科研工作的人才。理學基礎(chǔ)包括核技術(shù)、放射性藥物、輻射防護等，實驗技能包括實驗操作和醫(yī)學臨床實踐。核醫(yī)學技術(shù)類人才的培養(yǎng)應與醫(yī)院的臨床需求結(jié)合起來，安排一定課時量的醫(yī)院實習。核醫(yī)學技術(shù)類專業(yè)的特點決定了該方向人才培養(yǎng)的復雜性。課程方面既包括了物理類、化學類、生物類等理學知識，又包括了醫(yī)學臨床實踐。對學生的學習提出了挑戰(zhàn)，對教師的專業(yè)背景需求也是綜合性的。

三、課程教學體系設置

由于核科學技術(shù)自身發(fā)展的歷史和特點，目前全國高校中同時擁有核物理核技術(shù)和放射化學專業(yè)的學校，主要有北京大學、清華大學、蘭州大學、蘇州大學等。蘭州大學核科學與技術(shù)學院是國內(nèi)少數(shù)幾個沒有中斷過核專業(yè)人才培養(yǎng)和同時擁有核物理和放射化學專業(yè)的高校，其核科學技術(shù)是傳統(tǒng)優(yōu)勢學科，在國內(nèi)外有著良好聲譽[4]753-758。在理論教學方面，核學院在核物理和放射化學專業(yè)有50多年的教學經(jīng)驗，體系完整[8-9]。在實驗教學方面，核學院擁有甘肅省核科學與技術(shù)實驗教學中心，具備國內(nèi)一流的實驗教學設施。已經(jīng)開展了核技術(shù)方面的實驗，包括核探測實驗、核電子學實驗、輻射防護實驗等以及放射化學實驗等相關(guān)專業(yè)實驗教學工作。

在核學院的核醫(yī)學技術(shù)學科建設中，蘭州大學對腫瘤放射治療、核醫(yī)學影像、放射性藥物、放射生物學等方向進行了融合。緊緊圍繞核醫(yī)學技術(shù)類學科交叉的特點，將各個主要方向密切聯(lián)系起來，建設完整的教學培養(yǎng)和科研訓練體系。核醫(yī)學影像在核醫(yī)學技術(shù)類學科設置中應該起到橋梁的作用，該方向也是核醫(yī)學技術(shù)中發(fā)展最為迅速的方向。精確腫瘤放射治療中需要圖像引導，比如利用PET/CT進行定位、勾畫靶區(qū)、劑量驗證、療效評價等；放射性藥物的研制中需要圖像的驗證，比如利用小動物進行分子核醫(yī)學成像、藥代動力學研究、放射性核素示蹤等[10]。因此，核醫(yī)學成像的課程教學體系不能脫離腫瘤放射治療和放射性藥物，應當是一個適合核醫(yī)學整體學科方向需求的兼容性體系，是一個系統(tǒng)性工程。

核醫(yī)學技術(shù)課程將集中講授核醫(yī)學原理與方法、醫(yī)學成像原理和應用、放射治療物理等方面的知識。其中，4個主要方面各占25%，即放射治療物理、核醫(yī)學原理與方法、醫(yī)學成像原理、放射性藥物和放射生物學。課程專題包括：放射性核素顯像，如正電子發(fā)射斷層顯像PET、單光子發(fā)射斷層顯像SPECT；放射性核素治療；放射治療儀器、方法、治療計劃、治療技術(shù)等；醫(yī)學影像中的CT、磁共振、超聲等成像技術(shù)；加速器產(chǎn)生的同步輻射、中子、重離子等成像、治療技術(shù)以及圖像重建算法與實現(xiàn)、放射性藥物與成像對比劑、放射生物學等。

教學過程是教與學的整體配合，包括了課堂講授、學生自學、作業(yè)完成、實踐參與、報告撰寫、討論會、考試等所有階段。每一個環(huán)節(jié)都必須有相應的質(zhì)量控制。課堂講授由從事專業(yè)研究的教師擔任，做到課件講義齊全，課堂氣氛活躍。學生自主安排自學進度，并配合撰寫相應的報告，計入平時成績。實驗參與和現(xiàn)場參觀是課程教學的組成部分，以簽到和實驗報告作為考核方式。專題調(diào)研和討論是考試的必備部分，占總分的一定比例?？荚囈怨P試、討論、調(diào)研報告相結(jié)合。學生最終成績包括平時成績(20%)、實踐成績(30%)、口頭報告(30%)、期末論文(20%)。

四、實踐教學與理論教學聯(lián)合開展

核醫(yī)學技術(shù)是一門實踐性非常強的學科，參與實驗操作、進行臨床和科研的現(xiàn)場參觀，與課堂教學有同等重要的作用。缺乏實踐教學的培養(yǎng)，學生在動手能力方面無法保證，很難真正理解核醫(yī)學技術(shù)的本質(zhì)，成為無本之木。沒有臨床方面的實踐指導，在影像系統(tǒng)和放療系統(tǒng)的開發(fā)和應用工作中更是無從著手，難以切中應用實際。實踐教學的重要性需要提到與理論教學同等重要的高度。課堂教學與實踐教學相結(jié)合的方法，與目前的研究生學習和住院實習制度緊密結(jié)合起來，是本專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的良好途徑。

傳統(tǒng)的核醫(yī)學影像類專業(yè)人才的培養(yǎng)中，核醫(yī)學成像的實踐教學在實際開展中存在極大的困難，實驗課程主要依靠：(1)醫(yī)學影像存儲與傳輸系統(tǒng)(PACS，Picture Archiving and Communication System)與醫(yī)院影像片庫相連進行教學；(2)進行仿真成像實驗教學；(3)醫(yī)院科室參觀影像設備。這些實驗教學方法，在手動性操作和體會方面存在嚴重不足[11]，很難讓學生真正掌握醫(yī)學影像的本質(zhì)，對畢業(yè)后從事工作和研究都是很不利的。實踐教學開展的主要困難在于：核醫(yī)學影像設備價格昂貴，操作復雜；放射性藥物的輻射防護和安全性保證存在一定困難等。醫(yī)院臨床的影像中心、放射治療中心等主要以臨床治療為主，難以用于實踐教學中。

蘭州大學核學院立足于在實驗室開發(fā)低成本、多用途的核醫(yī)學成像實驗平臺，將核醫(yī)學影像的實踐教學融入科研工作中，讓高年級本科生和研究生參與課題組的科研活動和討論中，非常有利于人才培養(yǎng)。這既能使學生掌握實驗方法，也有助于了解前沿科技進展。國內(nèi)有代表性的先進醫(yī)學影像教學科研平臺包括：清華大學生物醫(yī)學影像實驗平臺，東北大學醫(yī)學影像計算教育部重點實驗室，蘇州大學醫(yī)學影像處理與分析實驗室等。這些高校的影像實驗平臺，既立足于國際科研熱點，又在學生培養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用。

使用醫(yī)學影像實驗平臺進行教學和科研工作，是核醫(yī)學技術(shù)類人才培養(yǎng)的良好途徑之一。核學院的實踐教學設備包括：已經(jīng)初步建成的核醫(yī)學成像實驗平臺和工業(yè)CT實驗室。同時，結(jié)合中國科學院近代物理研究所重離子治癌終端，蘭州大學附屬醫(yī)院核醫(yī)學科、放療科設備，開展實踐教學和現(xiàn)場參觀。實踐教學的設備整體處于先進水平，對培養(yǎng)學生的實踐能力有很好的效果。

核醫(yī)學成像實驗平臺可以進行PET實驗和SPECT實驗，包括實驗暗箱、旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)、圖像重建系統(tǒng)。實驗暗箱主要放置成像探頭和被成像的樣品。旋轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)對探頭和被測樣品作360°旋轉(zhuǎn)控制、線性控制。模擬信號數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)由核儀器插件(NIM，Nuclear Instrument Module)模塊和基于外設部件互連標準接口(PCI，Peripheral Component Interconnect)的32路數(shù)據(jù)采集卡組成。數(shù)字化數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)為64路微型電信計算架構(gòu)標準(uTCA，Micro Telecommunications Computing Architecture)系統(tǒng)，可以進行波形采集和現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)算法編程。通過自由組合PET符合伽瑪探頭和SPECT伽瑪探頭，由NIM電子學模塊產(chǎn)生觸發(fā)信號，用PCI采集卡記錄成形放大的探頭信號，或者直接利用64路數(shù)字化采集系統(tǒng)對探頭前放信號進行波形采集，用FPGA進行算法編程，給出重建數(shù)據(jù)。利用圖像重建軟件進行圖像重建。

工業(yè)CT實驗室可以對樣品進行CT斷層成像，主要包括高功率X光源、大面積平板探測器、樣品四維控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過對發(fā)射X光經(jīng)過樣品衰減后的X射線直接測量進行吸收襯度成像，或者對X光經(jīng)過樣品后的相位變化進行相位襯度成像。

放射治療方面的實踐教學以實習和參觀為主，包括中國科學院近代物理研究所的重離子治癌終端和蘭州大學附屬醫(yī)院放療科、核醫(yī)學科。近物所基于蘭州重離子研究裝置，已經(jīng)對213例腫瘤患者進行臨床試驗治療，使我國成為繼美國、德國、日本之后第四個掌握重離子治癌技術(shù)的國家。在蘭州大學附屬醫(yī)院放療科進行臨床實習和現(xiàn)場參觀，使學生能夠?qū)嶋H接觸到臨床治療中的腫瘤治療定位、治療計劃制定、放療實施、計量驗證等以及臨床診斷中的影像技術(shù)、三維重建等一系列醫(yī)療過程。

立足于實踐教學和理論教學的聯(lián)合開展，更容易使教學內(nèi)容與社會需求、科研實踐相適應，為社會培養(yǎng)用得上的創(chuàng)新型、專業(yè)型高素質(zhì)核醫(yī)學技術(shù)人才。

五、結(jié)論

本文通過研究蘭州大學核科學與技術(shù)學院核醫(yī)學技術(shù)學科建設，提出了該專業(yè)方向的課程教學體系設置，主要包括腫瘤放射治療、核醫(yī)學影像、放射性藥物、放射生物學4個方面。實踐教學體系包括核醫(yī)學成像實驗平臺PET實驗、SPECT實驗、工業(yè)CT實驗、放射化學實驗；結(jié)合中國科學院近代物理研究所的重離子治癌終端和蘭州大學附屬醫(yī)院放療科的現(xiàn)場參觀和臨床實習。通過研究，闡述了實踐教學和理論教學的聯(lián)合開展對于核醫(yī)學技術(shù)類人才培養(yǎng)的重要作用。

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(責任編輯李世萍)

*收稿日期2015-06-08

資助項目蘭州大學教學研究項目(項目編號：201405)；蘭州大學本科生實踐教學質(zhì)量提升計劃專項建設項目(項目編號：sz2012105).

作者簡介尹永智(1981-)男，山西岢嵐縣人，副教授，博士，主要從事核探測與成像技術(shù)教學與研究.

中圖分類號G642.3

文獻標識碼A

Jointly Carrying out Practical Teaching and Classroom Teaching in Nuclear Imaging

YIN Yong-zhi，LI Gong-ping，XU Da-peng，PAN Xiao-dong，YAO Ze-en，SHI Ke-liang，WUWang-suo，HUBi-tao，ZHANGYu，CHENXi-meng

(School of Nuclear Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou，730000，China)

Abstract：The paper illustrates the great demand of talents in nuclear imaging，the development and the dilemma of nuclear imaging. Based on concluding the disciplinary construction and talent training experience of nuclear medical technology in school of nuclear science and technology，Lanzhou University，the paper proposes the curriculum teaching system in the professional direction，which includes four aspects： tumor radiotherapy，nuclear medicine imaging，radiopharmaceutical，and radiobiology.In universities and colleges，it pays attention to classroom while looks down upon the practice in professional talent cultivation.Aimed at the above problem，the paper explores the jointly implementation of practical teaching and classroom theoretical teaching，and proposes that it is a good way to cultivate talent in nuclear imaging.

Keywords：nuclear imaging；disciplinary construction；practical teaching；theoretical teaching