《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程實(shí)踐性教學(xué)研究與探索

王洪凱+劉惠+邱天爽

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像分析與處理已經(jīng)進(jìn)入了數(shù)字化、信息化時(shí)代。為了適應(yīng)專業(yè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，為社會(huì)培養(yǎng)出符合時(shí)代需求的生物醫(yī)學(xué)工程人才，大連理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系在《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的實(shí)踐教學(xué)方面開展了積極的嘗試，突出實(shí)踐教學(xué)的比重，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與臨床應(yīng)用和科研前沿的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并有效利用了網(wǎng)絡(luò)慕課教學(xué)與學(xué)生建立起了教學(xué)反饋機(jī)制，收到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)圖像處理，生物醫(yī)學(xué)工程；實(shí)踐性教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）03-0132-02

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)是生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的重要分支，20世紀(jì)的幾大醫(yī)學(xué)科技突破大多圍繞醫(yī)學(xué)影像技術(shù)展開。進(jìn)入21世紀(jì)后，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)向著數(shù)字化、信息化的方向發(fā)展，特別是近幾年在計(jì)算機(jī)輔助診斷方面取得了較大的進(jìn)展，推動(dòng)了醫(yī)療方式和醫(yī)療體系的變革。為了適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的本科畢業(yè)生不僅應(yīng)該學(xué)習(xí)基本的醫(yī)學(xué)圖像處理理論知識(shí)，更應(yīng)該掌握醫(yī)學(xué)圖像處理的基本編程技巧，具有承擔(dān)初級(jí)醫(yī)學(xué)圖像處理工程項(xiàng)目的能力。為了適應(yīng)醫(yī)學(xué)影像處理技術(shù)的快速進(jìn)步，培養(yǎng)社會(huì)急需的生物醫(yī)學(xué)工程高級(jí)專門人才，國內(nèi)許多高校都開設(shè)了《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程，但是在該門課程的實(shí)踐教學(xué)方面都處于探索階段[1，2]。大連理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系在《醫(yī)學(xué)圖像處理》的實(shí)踐教學(xué)方面進(jìn)行了積極的探索，通過突出實(shí)踐教學(xué)比重，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，緊密聯(lián)系醫(yī)療和工程應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐鍛煉，充分利用慕課平臺(tái)等一系列措施，有效提升了學(xué)生在醫(yī)學(xué)圖像處理方面的工程實(shí)踐能力，得到了學(xué)生的歡迎，收獲了良好的教學(xué)效果。這里將我系的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，與讀者分享。

一、理論與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)比重

為了強(qiáng)化《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的實(shí)踐教學(xué)，我系在2012年對(duì)課程的教學(xué)培養(yǎng)方案做了較大的調(diào)整，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)融合在一起，共設(shè)置56個(gè)學(xué)時(shí)，其中理論部分占32學(xué)時(shí)，實(shí)踐部分占24學(xué)時(shí)。實(shí)踐部分在總學(xué)時(shí)中的比重達(dá)到43%。在教學(xué)時(shí)間的安排上，將理論課程與實(shí)踐課程穿插進(jìn)行，每講解一章理論內(nèi)容，便進(jìn)行一次相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓同學(xué)通過親手編程來實(shí)踐應(yīng)用理論課上學(xué)到的醫(yī)學(xué)圖像處理知識(shí)。通過這種方式，一方面鍛煉了學(xué)生編寫程序的能力，另一方面通過學(xué)以致用來強(qiáng)化理論課堂上學(xué)到的知識(shí)。

二、與臨床實(shí)踐相結(jié)合

與其他電子類學(xué)科相比[3]，生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的一個(gè)突出特點(diǎn)就是以醫(yī)療應(yīng)用為最終目的，因此生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)課程教學(xué)也有必要與醫(yī)療，特別是臨床應(yīng)用相結(jié)合。大連理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系長(zhǎng)期與大連市各家三甲醫(yī)院保持密切的科研和教學(xué)合作關(guān)系，這為《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的實(shí)踐教學(xué)提供了有利的條件。在理論教學(xué)的32個(gè)學(xué)時(shí)中，我們專門留出12個(gè)學(xué)時(shí)，聘請(qǐng)大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院的主任醫(yī)師來進(jìn)行教學(xué)。由醫(yī)生承擔(dān)的學(xué)時(shí)雖然是理論課程，但是其教學(xué)內(nèi)容與臨床實(shí)踐緊密結(jié)合，起到了推動(dòng)實(shí)踐教學(xué)的作用。這種聘請(qǐng)醫(yī)生參與教學(xué)的方式，在國內(nèi)其他工科高等院校的《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程教學(xué)中并不多見，極大地開闊了工科學(xué)生的視野，在其腦海里埋下了以臨床應(yīng)用為目的觀念，被學(xué)生稱為是一種“接地氣”的教學(xué)方式。除了聘請(qǐng)醫(yī)生走進(jìn)課堂，我們還帶領(lǐng)學(xué)生走出課堂，走進(jìn)醫(yī)院，參觀醫(yī)學(xué)影像的采集和處理過程，觀察醫(yī)生使用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件的操作流程，并將實(shí)際使用的軟件功能與課堂上的理論知識(shí)相對(duì)應(yīng)，讓學(xué)生看到教學(xué)知識(shí)點(diǎn)在臨床中的鮮活實(shí)例，從而進(jìn)一步加深對(duì)理論知識(shí)的理解。走進(jìn)醫(yī)院的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)讓學(xué)生了解到了臨床需求，切實(shí)感受到工程技術(shù)對(duì)病人健康的影響，將“醫(yī)者仁心”的思想傳遞了工程技術(shù)人才，有助于提高生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生的思想品德修養(yǎng)。

三、與實(shí)際工程相結(jié)合

在實(shí)際教學(xué)過程中，我們發(fā)現(xiàn)不是所有同學(xué)都具有良好的編程天賦，女同學(xué)相比男同學(xué)來說，對(duì)編程具有更多的畏難情緒，而且編程解決實(shí)際問題的能力也不是與每個(gè)學(xué)生的理論課成績(jī)成正比的。為此，我們的實(shí)踐教學(xué)目的不僅僅是為了培養(yǎng)少數(shù)編程能力突出的同學(xué)，更是為了讓絕大部分同學(xué)都掌握基本的編程技巧，能夠解決實(shí)際的醫(yī)學(xué)圖像處理問題。為了達(dá)到這樣的教學(xué)目的，我們采取了“漸進(jìn)式”的鍛煉方式，將實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)再細(xì)分為兩個(gè)階段。第一階段是與理論教學(xué)相穿插的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，第二階段是期末的大作業(yè)環(huán)節(jié)。第一階段的編程難度較低，并且由任課教師來逐行講解編程，做到讓絕大部分學(xué)生都能掌握基本的編程語言。通過這種細(xì)致的手把手的教學(xué)方式，可以讓對(duì)編程有畏難情緒的同學(xué)增強(qiáng)信心，增加對(duì)編程的了解，逐漸培養(yǎng)邏輯思考和程序設(shè)計(jì)能力。通過第一階段的培養(yǎng)，大多數(shù)學(xué)生最終可以扔掉“老師”這根拐杖，能夠嘗試在編程的道路上獨(dú)立行走，從而進(jìn)入第二階段的進(jìn)階培養(yǎng)。在期末大作業(yè)中，老師會(huì)從實(shí)際工程項(xiàng)目選擇沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的小項(xiàng)目，讓學(xué)生解決。這些項(xiàng)目的題目往往具有很強(qiáng)的應(yīng)用色彩，如“對(duì)腦部核磁圖像進(jìn)行三維重建并進(jìn)行斷層間的插值”等。這些題目可以有多種解決方案，但是卻在編程軟件的現(xiàn)成函數(shù)庫中找不到答案，在互聯(lián)網(wǎng)上也搜不到相同的題目，必須自己動(dòng)手、動(dòng)腦來解決。同時(shí)，期末大作業(yè)中還設(shè)計(jì)了一些看似以“折磨人”為目的的編程題目，如“編寫二維圖像的區(qū)域生長(zhǎng)法程序”、“編寫三維圖像的直方圖均衡化算法”等，這些題目雖然在編程軟件中有現(xiàn)成的函數(shù)，但是老師的要求是讓學(xué)生自己編程來重新實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)的功能，目的在于鍛煉學(xué)生的編程能力。如果沒有第一階段的手把手培養(yǎng)，很多同學(xué)都不敢想象自己可以挑戰(zhàn)這樣的題目，然而結(jié)果是很多學(xué)生編寫出了比商業(yè)軟件功能更豐富的程序，極大地增強(qiáng)了學(xué)生的自信心和對(duì)編程的興趣，有學(xué)生反映這是對(duì)他“觸動(dòng)極大”的教學(xué)環(huán)節(jié)。

四、結(jié)合網(wǎng)絡(luò)慕課系統(tǒng)，改善實(shí)踐教學(xué)效果

在《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程的建設(shè)過程中，我們借助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，完成了網(wǎng)上慕課的建設(shè)，將所有實(shí)驗(yàn)課的講解視頻發(fā)布到慕課平臺(tái)，供學(xué)生們復(fù)習(xí)使用。這種方式收效良好，學(xué)生們?yōu)榱送瓿蓪?shí)驗(yàn)程序的編寫，需要隨時(shí)復(fù)習(xí)老師在實(shí)驗(yàn)課程上的講解，因此慕課平臺(tái)中實(shí)驗(yàn)課程的講解錄像的點(diǎn)擊率一直較高，這說明學(xué)生們已經(jīng)自覺地在課后學(xué)習(xí)編程技巧，并將其運(yùn)用到大作業(yè)的完成中。另一方面，慕課平臺(tái)還設(shè)置了師生交流討論區(qū)，由任課老師在網(wǎng)上及時(shí)解答學(xué)生的編程問題，這在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的最后階段對(duì)學(xué)生們完成實(shí)踐題目起到了積極的幫助。慕課平臺(tái)還具備作業(yè)提交和批改功能，方便學(xué)生上傳電子版的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，特別是保存已經(jīng)編寫的程序，為教學(xué)資源的積累與管理帶來了方便。

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)的研究和探索，大連理工大學(xué)的《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程初步積累了一系列行之有效的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，形成了自身的特色和優(yōu)勢(shì)，為社會(huì)培養(yǎng)出了具有實(shí)際工程能力的生物醫(yī)學(xué)工程本科人才，畢業(yè)生得到了社會(huì)和用人單位的廣泛認(rèn)可。我們的教學(xué)實(shí)踐仍然在繼續(xù)，并且還將不斷加強(qiáng)實(shí)踐性教學(xué)的研究與建設(shè)，優(yōu)化教學(xué)計(jì)劃與結(jié)構(gòu)，力爭(zhēng)為社會(huì)輸出更高質(zhì)量的醫(yī)學(xué)影像工程人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭旭媛，胡春紅，肖振國.醫(yī)學(xué)圖像處理課程設(shè)計(jì)教學(xué)模式探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011，（31）.

[2]李振偉，楊曉利，胡志剛，雷萬軍.以學(xué)生為中心的醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)方式和考核模式探討[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2012，（04）.

[3]徐燕華.項(xiàng)目教學(xué)法在圖像處理教學(xué)中的運(yùn)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2016，（09）.

Practical Teaching of "Medial Image Processing" Course，Study and Exploration

WANG Hong-kai，LIU Hui，QIU Tian-shuang

（Department of Biomedical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning 116024，China）

Abstract：With the fast development of computer science and medical imaging technology，the analysis and processing of medical images has entered the digital and information era. To catch up with the technical trend，and to educate competent biomedical engineers for the society，the biomedical engineering department of Dalian university of technology made efforts to improve the practical teaching of the"Medical Image Processing" course. We increased the proportion of practical teaching，reinforced the connection between clinical application and the course teaching，and used the web MOOC system to communicate with the students，All these efforts evoked the students' learning interests and obtained good teaching effects.

Key words："Medical Image Processing"；biomedical engineering；practical teaching