生物醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)研究

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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。基于問題的教學(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(yùn)用的方法，再由教師講評不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性。通過教學(xué)實(shí)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(shí)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(duì)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(qiáng)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(diǎn)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(qiáng)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(qiáng)中應(yīng)用為實(shí)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(yùn)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(yùn)用能力。比如，將圖像增強(qiáng)中的微分算子與高等數(shù)學(xué)課程的微分運(yùn)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(shí)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(shí)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(yùn)用能力的訓(xùn)練機(jī)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(diǎn)。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(shí)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(shí)踐教學(xué)設(shè)計

醫(yī)學(xué)圖像處理課程是一門理論與實(shí)踐、原理與應(yīng)用緊密結(jié)合的課程，因而實(shí)踐教學(xué)在整個課程的教學(xué)中處于重要的位置。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)包括實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研實(shí)習(xí)兩個方面，此過程加強(qiáng)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(shí)踐能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，設(shè)計了驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)和設(shè)計型實(shí)驗(yàn)三大類型的實(shí)驗(yàn)，主要以Matlab編程語言為實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺，采用以學(xué)生為主體，教師輔以指導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)是為理論教學(xué)服務(wù)的，該類型實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱思由顚W(xué)生對理論教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)的理解。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，但教師要求學(xué)生自己編程實(shí)現(xiàn)算法，然后與程序庫中的程序進(jìn)行比較，通過實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)是由驗(yàn)證理論內(nèi)容逐步過渡到以理論為工具，解決實(shí)際問題的過程。通過此類實(shí)驗(yàn)對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練。綜合型實(shí)驗(yàn)的一個案例是“增強(qiáng)人體骨骼核掃描圖像的細(xì)節(jié)”，此實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生基于醫(yī)學(xué)圖像的特點(diǎn)綜合運(yùn)用多種算法來達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。設(shè)計型實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)類型［8］。綜合型實(shí)驗(yàn)的一個案例是“肝臟CT圖像的自動分割”，此實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生查閱資料，運(yùn)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(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力和創(chuàng)新能力。在科研實(shí)習(xí)方面，為了培養(yǎng)學(xué)生的科研實(shí)踐能力，教師積極引導(dǎo)學(xué)生參加相關(guān)科研實(shí)踐，鼓勵學(xué)生參加教師的科研課題，鼓勵學(xué)生。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(qiáng)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(shí)習(xí)，特別是在醫(yī)院的影像科實(shí)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(shí)際問題結(jié)合，提高學(xué)生實(shí)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(shí)踐操作，為了使學(xué)生能將理論和實(shí)踐相結(jié)合，采取實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(shí)踐，對該課程的理論、實(shí)踐教學(xué)方法進(jìn)行了教學(xué)探討。通過實(shí)踐，學(xué)生對知識學(xué)習(xí)、理解和運(yùn)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(kuò)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。