生物醫(yī)學圖像處理教學研究

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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(yīng)用

傳統(tǒng)教學模式是以課堂灌輸為主，必然會導(dǎo)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(shè)置問題來激發(fā)學生的好奇心和積極性?；趩栴}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(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，要求學生利用先前學過的形態(tài)學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(yīng)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(dǎo)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(yīng)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(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(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)學院校生物醫(yī)學工程專業(yè)的學生來說，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(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(yīng)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(chǔ)課程聯(lián)系緊密，因此，在教學的過程中，應(yīng)積極引導(dǎo)學生回憶或者運用相關(guān)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(guān)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(dǎo)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(chǔ)，因此在講授該課程時，要結(jié)合相應(yīng)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(yīng)用時，就以具有新疆地方特色的病之一———肝包蟲病的CT圖像為例來進行分析，引導(dǎo)學生將解剖學等相關(guān)的醫(yī)學知識應(yīng)用到圖像分割中。通過教師的引導(dǎo)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(yīng)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(guān)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(luò)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(lǐng)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(luò)教學也將成為未來學習的主要方式。網(wǎng)絡(luò)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(yīng)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(wù)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(shè)計

醫(yī)學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(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平臺，采用以學生為主體，教師輔以指導(dǎo)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(wù)的，該類型實驗?zāi)康氖菫榱思由顚W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(shè)計型實驗是指給定實驗?zāi)康?、要求和實驗條件，由學生自行設(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(dǎo)學生參加相關(guān)科研實踐，鼓勵學生參加教師的科研課題，鼓勵學生。在我們的有關(guān)“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(shè)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(yīng)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(yīng)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(wù)，需要不斷地努力。