Photoshop軟件在醫(yī)學(xué)圖像處理實驗課教學(xué)中的應(yīng)用

蘇 奎,趙祥坤,董 默

牡丹江醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像系,黑龍江 牡丹江 157011

Photoshop軟件在醫(yī)學(xué)圖像處理實驗課教學(xué)中的應(yīng)用

蘇 奎,趙祥坤,董 默

牡丹江醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像系,黑龍江 牡丹江 157011

醫(yī)學(xué)圖像處理是一門理論和實踐聯(lián)系較強的課程,Photoshop是當(dāng)下最流行的圖像處理軟件,它可用于與醫(yī)學(xué)圖像處理相關(guān)的各種場合并且易于學(xué)習(xí).為達到理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)目標,將Photoshop軟件引入到醫(yī)學(xué)圖像處理實驗課教學(xué)中,同時融入了項目化教學(xué)方法和綜合考核評價體系.結(jié)果顯示,該教學(xué)環(huán)境能夠改善教學(xué)效果,提高醫(yī)學(xué)類學(xué)生在圖像處理方面的實踐應(yīng)用能力.

醫(yī)學(xué)圖像處理;Photoshop;教學(xué)應(yīng)用

醫(yī)學(xué)圖像處理課程的實踐性與理論綜合性較強[1]。該課程以影像醫(yī)學(xué)實踐為目標,培養(yǎng)學(xué)生通過計算機等電子設(shè)備掌握圖像處理基本理論方法,使學(xué)生具有解決一般醫(yī)學(xué)圖像處理問題的能力,以達到與社會需求相適應(yīng)的人才[2]。醫(yī)學(xué)圖像處理通常與數(shù)字電路、模擬電路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)、工程數(shù)學(xué)等課程密切相關(guān),同時又與解剖學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等知識相關(guān),如何運用現(xiàn)有的軟硬件資源將該課程的知識點完美詮釋是該課程實驗教學(xué)的關(guān)鍵[3]。

1 Photoshop軟件在醫(yī)學(xué)圖像處理實驗教學(xué)中應(yīng)用的優(yōu)勢

以往的醫(yī)學(xué)圖像處理實驗課程教學(xué)通常采用C語言、C＋＋語言或Matlab語言等大型編程語言授課的方式進行實驗教學(xué)[4]。學(xué)習(xí)過計算機有C語言編程經(jīng)驗的部分理工科學(xué)生采用C/C＋＋語言進行圖像處理實驗教學(xué)往往會事半功倍;掌握Matlab基本編程方法的生物醫(yī)學(xué)工程或影像技術(shù)專業(yè)學(xué)生在Matlab平臺進行醫(yī)學(xué)圖像處理實驗也并不困難;但對于沒有任何編程基礎(chǔ)的純醫(yī)學(xué)類影像診斷等專業(yè)的學(xué)生,即使給出編程代碼和說明,學(xué)生也很難理解實驗原理和利用編程進行實驗操作。如果另外單獨開一門課程讓醫(yī)學(xué)類學(xué)生學(xué)習(xí)計算機語言編程亦不是明智之舉。

Photoshop是Adobe公司在20世紀80年代開發(fā)的商業(yè)性圖像編輯軟件,并逐年完善、更新功能和應(yīng)用使其對圖像編輯更加強大[5]。它是一款集圖像掃描、圖像制作、編輯修改、圖像輸入與輸出及廣告創(chuàng)意為一體的多功能計算機軟件[6]。相比C/C＋＋和Matlab,Photoshop并不需要專業(yè)學(xué)習(xí)即可進行實際操作。由于其強大的圖像編輯功能和軟件本身易于學(xué)習(xí),目前在醫(yī)學(xué)圖像處理的實際應(yīng)用非常廣泛。張子齊等探討了Photoshop在數(shù)字化全下肢X線攝影圖像后處理中的作用,以獲得更合理、精確的全下肢X線影像[7];吳穎探討了Photoshop在脊柱側(cè)彎數(shù)字化X線攝影圖像后處理中的應(yīng)用,以獲取脊柱全景X線圖像,利于脊柱矯形手術(shù)[8]。大量的例子說明易學(xué)易用的Photoshop軟件在醫(yī)學(xué)圖像處理實驗教學(xué)中有更大的優(yōu)勢。

2 基于Photoshop軟件的實驗內(nèi)容選取與應(yīng)用

為使學(xué)生能夠充分理解消化理論課學(xué)習(xí)的知識,加深對醫(yī)學(xué)圖像處理概念和方法理解,同時又能充分發(fā)揮Photoshop軟件的優(yōu)勢,讓實驗課成為理論與應(yīng)用的橋梁,選取了醫(yī)學(xué)圖像的平滑、銳化、邊緣化、曲線處理和圖像拼接等內(nèi)容作為實驗操作的基本內(nèi)容。在實驗內(nèi)容的選取上,盡量選取和臨床應(yīng)用相關(guān)的案例。例如:由于采樣系統(tǒng)差,信號傳輸時受到干擾等原因造成醫(yī)學(xué)圖像毛糙,為了便于觀察就要對質(zhì)量較差的醫(yī)學(xué)圖像進行平滑、銳化、邊緣化等處理。Photoshop有直接進行圖像的平滑處理方法并且簡單易用[9]。

對圖像的平滑處理可用中間值方法,即用混合選區(qū)像素亮度改變圖像的雜色,濾鏡搜索像素選區(qū)的半徑范圍查找亮度相近的像素,扔掉與相鄰像素差異太大的像素并用搜索到的像素中間亮度值替換中心像素[10]。將圖1左側(cè)所示的較毛糙的圖像打開,選擇濾鏡菜單中的雜色—中間值命令,打開中間值對話框,設(shè)置半徑后觀察處理后的圖片與原始圖片,可以看到半徑值越大處理后的圖像越模糊(如圖1右所示)。

圖1 圖像毛糙的醫(yī)學(xué)圖像與經(jīng)過平滑處理后的圖像對比

Photoshop中亦有對圖像進行銳化和邊緣化的簡單方法[11]。圖像經(jīng)過轉(zhuǎn)換或傳輸后可能會導(dǎo)致圖像的質(zhì)量下降。臨床醫(yī)師為了便于對醫(yī)學(xué)圖像進行觀察,查清疾病原因,往往會對圖像進行銳化和邊緣化處理[12]。銳化可增強相鄰像素間的對比度來消除圖像的模糊,使圖像的輪廓更分明,降低模糊度,使圖像更清晰。邊緣化用相對于白色背景的黑色線條或黑色背景的白色線條勾勒出圖像的邊緣,生成圖像周邊的邊界[13]。對圖2左側(cè)所示的較為模糊的圖像,選擇【濾鏡】菜單可以看到銳化—USM銳化的命令。打開其對話框,可以調(diào)整數(shù)量值、半徑、閾值?？梢钥闯鰯?shù)量值越大,銳化的效果越顯著,半徑用來調(diào)整某圖像被銳化的范圍,閾值用來設(shè)置銳化相鄰的像素要求達到的最低差值,對比度差值低于此值的像素不會被銳化。利用濾鏡菜單中的查找邊緣或照亮邊緣命令,可以凸顯圖像的輪廓,并突出邊緣。圖2中間所示為設(shè)置數(shù)量200%,半徑為10,閾值為3的銳化效果圖。圖2右側(cè)為設(shè)置邊緣寬度為4,邊緣亮度為10,平滑度為6的邊緣化效果圖。可以看出利用Photoshop進行圖像處理不但簡捷方便,更能取得較好的觀察效果。

圖2 原醫(yī)學(xué)圖像與經(jīng)過銳化和邊緣化處理后的圖像對比

3 以案例分析為主的教學(xué)方法應(yīng)用

由于選取的實驗內(nèi)容以臨床實踐為基礎(chǔ)并可分為若干個具體實踐項目,因此以學(xué)生為主體,案例式教學(xué)為基礎(chǔ)的項目化實驗教學(xué)方法更加有利于教學(xué)的開展。項目化教學(xué)是一種以案例為基礎(chǔ),以行動為導(dǎo)向的教學(xué)組織形式,學(xué)生通過參與指定的實驗項目來進行分析與設(shè)計[14]。教師將理論講授和實驗操作融會貫通,通過讓學(xué)生融入有意義的項目完成過程中,自主地進行學(xué)習(xí)和知識的構(gòu)建來調(diào)動學(xué)生認知能力,挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能,以此提高學(xué)生解決實際問題的綜合素質(zhì)與能力[15]。

由于實驗次數(shù)與時間有限,教師首先讓學(xué)生熟悉項目的基本要求,以及實施過程的重點與難點。這是一個講授與啟迪的過程,占實驗課總時間的六分之一左右。學(xué)生在教師的啟發(fā)與實驗教材的指引下操作,掌握基本知識和內(nèi)容,占實驗課程總時間的三分之一左右,在此期間教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生快速進行。例如:第一節(jié)操作基礎(chǔ)課程中,就要求學(xué)生能夠通過練習(xí),進行圖像文件的創(chuàng)建、打開、編輯與保存方法,掌握圖像融合與剪裁的方法,應(yīng)用橡皮擦工具修改圖像。如果這部分內(nèi)容不熟練,則后面的分組討論很難進行。學(xué)生分組討論占實驗課總時間的三分之一左右,這是項目化教學(xué)的重點,在此期間學(xué)生分組參與提出問題、分析難點、團結(jié)協(xié)作、解決問題和對各問題進行評價。在此期間教師可以引導(dǎo)學(xué)生進行該實驗中涉及到的重難點問題以及實驗中可能出現(xiàn)的疑難問題進行分析和解決。比如對2幅不同的圖像進行融合,為什么有時圖1的圖像能移動到圖2中去,而反之不行,這對很多初次接觸Photoshop的學(xué)習(xí)者都是疑問。再比如邊緣化處理中的查找邊緣和照亮邊緣的區(qū)別等。教師要在學(xué)生討論中進行問題的引導(dǎo),以防止分析問題偏離中心。最后留出的時間為實驗報告和實驗心得的撰寫和整理。

4 平時考核為主的評價體系

以學(xué)生為中心的教學(xué)強調(diào)對動態(tài)的、持續(xù)的、不斷呈現(xiàn)的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)者的進步進行評價,重視學(xué)習(xí)者知識綜合運用水平等高層次學(xué)習(xí)目標的評價[16],將考核評價方式分為:對醫(yī)學(xué)圖像處理基礎(chǔ)知識的掌握程度,對實驗課的Photoshop軟件熟練運用程度,課堂上小組討論時思考和提出問題的能力,小組討論時解決問題的能力,實驗報告和實驗心得等多項內(nèi)容,并通過以考促學(xué)來提高學(xué)生分析和解決問題的能力。實踐證明,這種多重考核評價體系能夠更加激勵、促進學(xué)生自主學(xué)習(xí)和思考。

實驗課教學(xué)的根本目的在于讓學(xué)生將理論課內(nèi)容理解消化并有效應(yīng)用于實踐,而實驗課本身的特點使得實驗課的學(xué)時數(shù)極為有限。Photoshop軟件的易學(xué)易用性使得Photoshop軟件在醫(yī)學(xué)圖像處理實驗教學(xué)中擁有很大的優(yōu)勢,再將適合的教學(xué)方法與恰當(dāng)?shù)脑u價考核體系運用于醫(yī)學(xué)圖像處理的實驗教學(xué)中,可以有助于提高醫(yī)學(xué)類學(xué)生在圖像處理方面的知識理解和實踐應(yīng)用能力。

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Application of Photoshop in lab class teaching of medical image processing

Su Kui,Zhao Xiangkun,Dong Mo
Department of Medical Imageology,Mudanjiang Medical College,Mudanjiang 157011,China

Medical Image Processing is a course with close relationship between theory and practice.Photoshop,the most popular image processing software,can be used on a variety of occasions related to medical image processing and is easy to learn.In order to achieve the teaching goal of combining theory with practice,we have integrated Photoshop software,the project-based teaching method and the comprehensive assessment system into teaching of medical image processing experiments.The results show that this teaching environment can improve teaching outcomes and improve medical students＇ability of practical application in image processing.

medical image processing;Photoshop;application in teaching

G434

A

1004-5287(2017)06-0685-03

:10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201706018

黑龍江省高等教育學(xué)會“十三五”高等教育科研課題(16G456)

2017-05-26

蘇奎(1981-),男,黑龍江牡丹江人,實驗師,碩士,主要研究方向:計算機網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

董默(1986-),男,黑龍江牡丹江人,講師,碩士,主要研究方向:醫(yī)學(xué)圖像處理與生物信號處理。

電話:13766661286;E-mail:49670089＠qq.com