胡彥婷，陳建軍，木拉提·哈米提

(新疆醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830011)

生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)探討

胡彥婷，陳建軍，木拉提·哈米提

(新疆醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830011)

醫(yī)學(xué)圖像處理課程主要講授醫(yī)學(xué)圖像處理的基本概念和相關(guān)算法及其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，旨在讓學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)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(guān)理論和醫(yī)學(xué)實踐問題的能力。該課程是生物醫(yī)學(xué)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(xué)工程的培養(yǎng)目標(biāo)及醫(yī)學(xué)圖像處理課程的教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)課程的特點并結(jié)合實際教學(xué)案例，從理論教學(xué)、實踐教學(xué)和課程考核幾個方面對該課程進(jìn)行教學(xué)探討。

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

生物醫(yī)學(xué)工程是以技術(shù)和工程的手段，研究和解決生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的有關(guān)問題，并綜合了生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程技術(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉滲透形成的新興學(xué)科。它不同于經(jīng)典學(xué)科，也有別于生物醫(yī)學(xué)和純粹的工程學(xué)科［1－2］?！夺t(yī)學(xué)圖像處理》作為生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的核心課程，在生物醫(yī)學(xué)工程人才培養(yǎng)中以及在生命科學(xué)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(xué)圖像處理課程以數(shù)字圖像處理為基礎(chǔ)，以醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用為目標(biāo)，旨在讓學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)圖像處理的基本理論和方法，使學(xué)生具有解決一般醫(yī)學(xué)圖像處理問題的能力，培養(yǎng)與社會需求相適應(yīng)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(xué)、模擬電路、數(shù)字電路、醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等課程密切相關(guān)，同時又聯(lián)系著解剖學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等知識，因此建設(shè)好該課程并非易事。在課程建設(shè)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(xué)工程專業(yè)教育的現(xiàn)狀，在借鑒國內(nèi)外一流大學(xué)對該課程建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對教學(xué)方法和手段進(jìn)行總結(jié)和改進(jìn)，提高課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，增強學(xué)生解決實際問題的能力。鑒于此，本文將從醫(yī)學(xué)圖像處理課程的理論教學(xué)，實踐教學(xué)和課程考核幾個方面進(jìn)行討論。

1 醫(yī)學(xué)圖像處理課程的理論教學(xué)方法

1.1 注重基于問題教學(xué)模式的應(yīng)用

傳統(tǒng)教學(xué)模式是以課堂灌輸為主，必然會導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生學(xué)習(xí)積極性下降。根據(jù)生物醫(yī)學(xué)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(xué)模式，通過設(shè)置問題來激發(fā)學(xué)生的好奇心和積極性?；趩栴}的教學(xué)模式能讓學(xué)生參與教學(xué)活動，從而培養(yǎng)學(xué)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(xué)的應(yīng)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(xué)生利用先前學(xué)過的形態(tài)學(xué)圖像處理方法以紋理為基礎(chǔ)找到兩區(qū)域的邊界。圍繞此問題讓學(xué)生分組進(jìn)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(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，該方法不僅有助于學(xué)生對所學(xué)知識的理解和應(yīng)用，而且也開拓了學(xué)生的思維;不僅可充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，而且也能培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。在相互合作的過程中，學(xué)生不僅學(xué)到了獲取知識的方法，更重要的是提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、交流意識和團(tuán)隊責(zé)任感等科研必備的素質(zhì)和能力。

在基于問題模式的教學(xué)過程中，教師要以啟發(fā)式教學(xué)為主，引導(dǎo)學(xué)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(xué)生提供答案。同時，教師要教會學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)并能從整體上把握知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生更好地做到觸類旁通和融會貫通，使學(xué)生更加適應(yīng)該教學(xué)模式。因而，該教學(xué)方法要求教師在教學(xué)中要善于思考，勇于創(chuàng)新。

1.2 注重物理概念和應(yīng)用的講解，加強該課程與相關(guān)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(xué)圖像的概念、數(shù)字圖像的處理方法及其在醫(yī)學(xué)圖像上的應(yīng)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(xué)院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生來說，其基礎(chǔ)理論知識比較薄弱，如果講課過程偏重公式推理，會讓學(xué)生感到困難而乏味，從而失去學(xué)習(xí)興趣。針對此問題，在教學(xué)中應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)差時，單從數(shù)學(xué)公式去講解，學(xué)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(biāo)準(zhǔn)差在圖像局部增強中應(yīng)用為實例來說明，就能使學(xué)生較快把握上述兩個概念的含義，并學(xué)會如何將知識學(xué)以致用。

另一方面，由于該課程與一些基礎(chǔ)課程聯(lián)系緊密，因此，在教學(xué)的過程中，應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生回憶或者運用相關(guān)課程中已經(jīng)學(xué)過的知識來掌握新知識，提高學(xué)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(xué)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(guān)課程有助于學(xué)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(xué)生解決問題的綜合能力，加深對知識的全面理解。

在教學(xué)過程中，教師要多舉實例并充分利用教學(xué)軟件輔助教學(xué)，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(xué)科的知識，才能準(zhǔn)確地引導(dǎo)學(xué)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(xué)

醫(yī)學(xué)院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生最大優(yōu)勢是具有一定的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)，因此在講授該課程時，要結(jié)合相應(yīng)的“醫(yī)學(xué)”背景來講解新知識，注重體現(xiàn)培養(yǎng)工程與醫(yī)學(xué)交叉結(jié)合型人才的特色［4］。譬如，在講解圖像分割綜合應(yīng)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(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生將解剖學(xué)等相關(guān)的醫(yī)學(xué)知識應(yīng)用到圖像分割中。通過教師的引導(dǎo)和學(xué)生的思考，有些學(xué)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(xué)方式，不但能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且也能開拓他們的思路，培養(yǎng)其綜合應(yīng)用的能力。

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

1.4 注重雙語教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

由于醫(yī)學(xué)圖像學(xué)中的新技術(shù)、新成果大多是從國外引進(jìn)的，因而加大授課中英語的比重，既可以幫助學(xué)生準(zhǔn)確地理解術(shù)語的含義，又可以促進(jìn)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(xué)中要發(fā)揮多媒體課件在雙語教學(xué)中的作用，采用英文課件，讓學(xué)生了解更多的該領(lǐng)域的專業(yè)術(shù)語;其次，教師要提供給學(xué)生更多的英文文獻(xiàn)資料，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，讓學(xué)生了解到最新的學(xué)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(xué)［6］。通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，雙語教學(xué)不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)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(xùn)練機會。

在信息化高速發(fā)展的時代，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)也將成為未來學(xué)習(xí)的主要方式。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有學(xué)習(xí)內(nèi)容廣泛、教學(xué)效率高、辦學(xué)成本低的特點。不僅適于大面積集中學(xué)習(xí)，更適應(yīng)分散的個體學(xué)習(xí)，是培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的有效途徑。北京工業(yè)大學(xué)在生物醫(yī)學(xué)工程研究服務(wù)器上率先建立了生物醫(yī)學(xué)信號處理教學(xué)網(wǎng)站，收到了良好的教學(xué)效果［7］。新疆醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)工程技術(shù)學(xué)院也在積極準(zhǔn)備建立教學(xué)網(wǎng)站，實施遠(yuǎn)程輔助教學(xué)，提高教學(xué)效率。

2 醫(yī)學(xué)圖像處理課程的實踐教學(xué)設(shè)計

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

在實驗教學(xué)中，設(shè)計了驗證型實驗、綜合型實驗和設(shè)計型實驗三大類型的實驗，主要以Matlab編程語言為實驗教學(xué)平臺，采用以學(xué)生為主體，教師輔以指導(dǎo)的實驗教學(xué)方式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。驗證型實驗是為理論教學(xué)服務(wù)的，該類型實驗?zāi)康氖菫榱思由顚W(xué)生對理論教學(xué)重點和難點的理解。驗證型實驗的一個案例是“醫(yī)學(xué)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(xué)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(xué)生自己編程實現(xiàn)算法，然后與程序庫中的程序進(jìn)行比較，通過實驗讓學(xué)生能更好地掌握理論知識，鍛煉學(xué)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(xué)生的實驗技能和實驗方法進(jìn)行綜合訓(xùn)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(xì)節(jié)”，此實驗需要學(xué)生基于醫(yī)學(xué)圖像的特點綜合運用多種算法來達(dá)到圖像增強的目的。設(shè)計型實驗是指給定實驗?zāi)康?、要求和實驗條件，由學(xué)生自行設(shè)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(xué)生查閱資料，運用已有的工程和醫(yī)學(xué)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(xué)生獨立解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

在科研實習(xí)方面，為了培養(yǎng)學(xué)生的科研實踐能力，教師積極引導(dǎo)學(xué)生參加相關(guān)科研實踐，鼓勵學(xué)生參加教師的科研課題，鼓勵學(xué)生發(fā)表論文。在我們的有關(guān)“醫(yī)學(xué)圖像檢索系統(tǒng)的開發(fā)”的自治區(qū)課題中，已有兩位學(xué)生參與了該課題。參與的兩位學(xué)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(xué)圖像處理知識是怎樣用于科研的。另外，由于醫(yī)學(xué)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(shè)備，因此鼓勵學(xué)生利用假期在醫(yī)院實習(xí)，特別是在醫(yī)院的影像科實習(xí)，了解各種儀器的處理功能，從而有助于學(xué)生將理論知識與實際問題結(jié)合，提高學(xué)生實際工作的能力。

3 醫(yī)學(xué)圖像處理課程的考核方式

為了使得學(xué)生更加重視醫(yī)學(xué)圖像處理課程的實踐操作，為了使學(xué)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(xué)生對知識的掌握程度以及實際的應(yīng)用能力。學(xué)生也對此考核方式給予了肯定。

4 結(jié)束語

醫(yī)學(xué)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(xué)工程專業(yè)的主干課程，本文結(jié)合教學(xué)實踐，對該課程的理論、實踐教學(xué)方法進(jìn)行了教學(xué)探討。通過實踐，學(xué)生對知識學(xué)習(xí)、理解和運用的能力得到提高，教學(xué)效果良好。由于醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)發(fā)展迅速，分析方法不斷更新，技術(shù)應(yīng)用范圍日益擴展，從而教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容也要不斷地更新，因此對于該課程的教學(xué)改革和研究是我們的長期任務(wù)，需要不斷地努力。

［1］吳 凱，吳效明.生物醫(yī)學(xué)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(xué)工程專業(yè)若干問題的探討［J］.醫(yī)學(xué)教育探索，2010，9(4):454－456.

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

［4］嚴(yán)漢民，鄭吉鋒.論醫(yī)學(xué)院校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的教學(xué)模式［J］.西北醫(yī)學(xué)教育，2004，12(4):281－289.

［5］吳水才，白燕萍，楊春蘭.生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)醫(yī)學(xué)信息類課程教學(xué)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(xué)工程專業(yè)“醫(yī)學(xué)圖像處理”雙語教學(xué)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(xué)信號處理》課程教學(xué)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(xué)信號處理實驗與理論教學(xué)結(jié)合方法的探討［J］.中國科教創(chuàng)新導(dǎo)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(xué)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(xué)信號處理及分析。