生物医学工程专业医学图像处理课程教学探讨

胡彦婷，陈建军，木拉提·哈米提

(新疆医科大学医学工程技术学院，新疆乌鲁木齐 830011)

生物医学工程专业医学图像处理课程教学探讨

胡彦婷，陈建军，木拉提·哈米提

(新疆医科大学医学工程技术学院，新疆乌鲁木齐 830011)

医学图像处理课程主要讲授医学图像处理的基本概念和相关算法及其在医学中的应用，旨在让学生掌握医学图像处理的基本理论和基本技能，培养其观察、思考、分析和解决有关理论和医学实践问题的能力。该课程是生物医学工程专业的核心课程，特点是理论性和实践性强。本文围绕生物医学工程的培养目标及医学图像处理课程的教学目标，根据课程的特点并结合实际教学案例，从理论教学、实践教学和课程考核几个方面对该课程进行教学探讨。

生物医学工程;医学图像处理;理论教学;实践教学;基于问题的教学

生物医学工程是以技术和工程的手段，研究和解决生物学和医学中的有关问题，并综合了生物学、医学和工程技术学等多学科交叉渗透形成的新兴学科。它不同于经典学科，也有别于生物医学和纯粹的工程学科［1－2］。《医学图像处理》作为生物医学工程专业的核心课程，在生物医学工程人才培养中以及在生命科学研究、临床诊断与治疗等方面都发挥着十分重要的作用［3］。

医学图像处理课程以数字图像处理为基础，以医学影像应用为目标，旨在让学生掌握医学图像处理的基本理论和方法，使学生具有解决一般医学图像处理问题的能力，培养与社会需求相适应的人才。该课程的特点是综合性、理论性、实践性强，与工程数学、模拟电路、数字电路、医学影像物理学、信号与系统、数字信号处理等课程密切相关，同时又联系着解剖学、临床医学等知识，因此建设好该课程并非易事。在课程建设中，为了突出该课程实践性、理论性强的特点，则需要结合目前我国及我区生物医学工程专业教育的现状，在借鉴国内外一流大学对该课程建设经验的基础上，对教学方法和手段进行总结和改进，提高课程的教学质量和效果，增强学生解决实际问题的能力。鉴于此，本文将从医学图像处理课程的理论教学，实践教学和课程考核几个方面进行讨论。

1 医学图像处理课程的理论教学方法

1.1 注重基于问题教学模式的应用

传统教学模式是以课堂灌输为主，必然会导致教学质量和学生学习积极性下降。根据生物医学工程创新型人才培养的需要，我们采用基于问题的教学模式，通过设置问题来激发学生的好奇心和积极性。基于问题的教学模式能让学生参与教学活动，从而培养学生主动探索和高级思维的能力。例如，在讲授灰度级形态学的应用时，首先展示一幅由两个纹理区域组成的简单灰度图像，要求学生利用先前学过的形态学图像处理方法以纹理为基础找到两区域的边界。围绕此问题让学生分组进行讨论，并由各组代表来讲述所运用的方法，再由教师讲评不同方法的优缺点和适用性。通过教学实践发现，该方法不仅有助于学生对所学知识的理解和应用，而且也开拓了学生的思维;不仅可充分调动和发挥学生的主观能动性，而且也能培养学生解决实际问题的能力。在相互合作的过程中，学生不仅学到了获取知识的方法，更重要的是提高了学生的学习兴趣、交流意识和团队责任感等科研必备的素质和能力。

在基于问题模式的教学过程中，教师要以启发式教学为主，引导学生思考，主动寻找答案，获得解决问题的能力和技巧，而不是直接给学生提供答案。同时，教师要教会学生对所学内容进行归纳总结并能从整体上把握知识结构，使学生更好地做到触类旁通和融会贯通，使学生更加适应该教学模式。因而，该教学方法要求教师在教学中要善于思考，勇于创新。

1.2 注重物理概念和应用的讲解，加强该课程与相关课程的联系

从课程内容来说，该课程着重阐述了数字图像和医学图像的概念、数字图像的处理方法及其在医学图像上的应用，其中包含了大量的抽象概念、变换方法以及各种各样的算法。对于医学院校生物医学工程专业的学生来说，其基础理论知识比较薄弱，如果讲课过程偏重公式推理，会让学生感到困难而乏味，从而失去学习兴趣。针对此问题，在教学中应该采取公式具体化和物理概念化的讲授方法，重点讲解公式具体的物理意义和概念，并且结合示例或演示来讲解。例如，在讲授图像增强中的灰度平均值和标准差时，单从数学公式去讲解，学生无法很好地理解，但结合几幅在亮度和对比度上存在差异的图像来讲解，并以灰度平均值和标准差在图像局部增强中应用为实例来说明，就能使学生较快把握上述两个概念的含义，并学会如何将知识学以致用。

另一方面，由于该课程与一些基础课程联系紧密，因此，在教学的过程中，应积极引导学生回忆或者运用相关课程中已经学过的知识来掌握新知识，提高学生对知识的综合运用能力。比如，将图像增强中的微分算子与高等数学课程的微分运算的性质联系，将图像处理中的模板卷积与信号与系统课程中的一维信号卷积相联系等。联系相关课程有助于学生将新旧知识联系在一起，形成系统化的知识体系，也能培养学生解决问题的综合能力，加深对知识的全面理解。

在教学过程中，教师要多举实例并充分利用教学软件辅助教学，从而将抽象概念形象化、具体化。同时，教师也要不断丰富自己各学科的知识，才能准确地引导学生建立相互联系的知识体系。

1.3 注重医工结合的教学

医学院校生物医学工程专业的学生最大优势是具有一定的医学基础，因此在讲授该课程时，要结合相应的“医学”背景来讲解新知识，注重体现培养工程与医学交叉结合型人才的特色［4］。譬如，在讲解图像分割综合应用时，就以具有新疆地方特色的病之一——肝包虫病的CT图像为例来进行分析，引导学生将解剖学等相关的医学知识应用到图像分割中。通过教师的引导和学生的思考，有些学生提出将肝包虫病灶区的形状、边缘厚度，钙化边缘区的灰度差等特征作为分割病灶区的依据，并取得较好的效果。通过医工结合的教学方式，不但能激发学生学习的兴趣，而且也能开拓他们的思路，培养其综合应用的能力。

医工结合教学要求教师要丰富自己医学方面的知识，自觉地将医学和工程学结合。教师和学生要多与附属医院的医师进行交流，并邀请医师作相关知识讲座，从而提高教师和学生利用工程知识和医学知识解决医学问题的能力。

1.4 注重双语教学和网络教学

由于医学图像学中的新技术、新成果大多是从国外引进的，因而加大授课中英语的比重，既可以帮助学生准确地理解术语的含义，又可以促进其专业外语水平的提高，更利于他们吸收国外的成果［5］。首先，教学中要发挥多媒体课件在双语教学中的作用，采用英文课件，让学生了解更多的该领域的专业术语;其次，教师要提供给学生更多的英文文献资料，拓宽学生的专业视野，让学生了解到最新的学科发展动态。目前，有多所院校在讲授该课程时都采用双语教学［6］。通过教学实践发现，双语教学不仅能提高学生学习能力和研究能力，而且也为教师提供了一个提高自身英语综合运用能力的训练机会。

在信息化高速发展的时代，网络教学也将成为未来学习的主要方式。网络教学具有学习内容广泛、教学效率高、办学成本低的特点。不仅适于大面积集中学习，更适应分散的个体学习，是培养学生终身学习能力的有效途径。北京工业大学在生物医学工程研究服务器上率先建立了生物医学信号处理教学网站，收到了良好的教学效果［7］。新疆医科大学医学工程技术学院也在积极准备建立教学网站，实施远程辅助教学，提高教学效率。

2 医学图像处理课程的实践教学设计

医学图像处理课程是一门理论与实践、原理与应用紧密结合的课程，因而实践教学在整个课程的教学中处于重要的位置。实践教学环节包括实验教学和科研实习两个方面，此过程加强了对学生基本知识、基本理论和基本技能的训练，培养学生分析问题、解决问题的实践能力。

在实验教学中，设计了验证型实验、综合型实验和设计型实验三大类型的实验，主要以Matlab编程语言为实验教学平台，采用以学生为主体，教师辅以指导的实验教学方式，充分发挥学生的主观能动性。验证型实验是为理论教学服务的，该类型实验目的是为了加深学生对理论教学重点和难点的理解。验证型实验的一个案例是“医学图像直方图的绘制及直方图均衡化计算”，在此实验中，虽然学生可以调用Matlab软件中现有的图像处理程序来完成实验，但教师要求学生自己编程实现算法，然后与程序库中的程序进行比较，通过实验让学生能更好地掌握理论知识，锻炼学生的编程能力。综合型实验是由验证理论内容逐步过渡到以理论为工具，解决实际问题的过程。通过此类实验对学生的实验技能和实验方法进行综合训练。综合型实验的一个案例是“增强人体骨骼核扫描图像的细节”，此实验需要学生基于医学图像的特点综合运用多种算法来达到图像增强的目的。设计型实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验类型［8］。综合型实验的一个案例是“肝脏CT图像的自动分割”，此实验需要学生查阅资料，运用已有的工程和医学上的知识去发现问题、分析问题和解决问题。此实验可培养学生独立解决问题的能力和创新能力。

在科研实习方面，为了培养学生的科研实践能力，教师积极引导学生参加相关科研实践，鼓励学生参加教师的科研课题，鼓励学生发表论文。在我们的有关“医学图像检索系统的开发”的自治区课题中，已有两位学生参与了该课题。参与的两位学生均表示，通过参加课题不仅增强了他们对该课程的兴趣和重视度，而且使其理解了医学图像处理知识是怎样用于科研的。另外，由于医学院校的附属医院拥有门类齐全的现代化医疗仪器设备，因此鼓励学生利用假期在医院实习，特别是在医院的影像科实习，了解各种仪器的处理功能，从而有助于学生将理论知识与实际问题结合，提高学生实际工作的能力。

3 医学图像处理课程的考核方式

为了使得学生更加重视医学图像处理课程的实践操作，为了使学生能将理论和实践相结合，采取实验综合报告与期末理论考试相结合的考核方式，此方式能综合地考核学生对知识的掌握程度以及实际的应用能力。学生也对此考核方式给予了肯定。

4 结束语

医学图像处理是理论性和实践性结合紧密的课程，也是生物医学工程专业的主干课程，本文结合教学实践，对该课程的理论、实践教学方法进行了教学探讨。通过实践，学生对知识学习、理解和运用的能力得到提高，教学效果良好。由于医学图像处理技术发展迅速，分析方法不断更新，技术应用范围日益扩展，从而教学方法和教学内容也要不断地更新，因此对于该课程的教学改革和研究是我们的长期任务，需要不断地努力。

［1］吴 凯，吴效明.生物医学工程专业创新性人才培养的探索与实践［J］.医疗卫生装备，2007，28(9):80－81.

［2］王光利，代小红.高校生物医学工程专业若干问题的探讨［J］.医学教育探索，2010，9(4):454－456.

［3］赵 洁.“医学图像处理”实验教学探索与虚拟实验室开发［J］.西北医学教育，2008，16(3):489－490.

［4］严汉民，郑吉锋.论医学院校生物医学工程专业的教学模式［J］.西北医学教育，2004，12(4):281－289.

［5］吴水才，白燕萍，杨春兰.生物医学工程专业医学信息类课程教学内容与方法探讨［J］.中国电力教育，2010，2010(10):71－72.

［6］许永忠，董守华，陈兴新，等.生物医学工程专业“医学图像处理”双语教学探索［J］.煤炭高等教育，2005，23(4):122－122.

［7］吴水才，杨春兰，高宏建.《生物医学信号处理》课程教学改革与实践［J］.中国电力教育，2008.9，(120):100－101

［8］李韪韬，钱志余.生物医学信号处理实验与理论教学结合方法的探讨［J］.中国科教创新导刊，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

新疆医科大学资助项目(XJC201020)

胡彦婷(1980－)，女(汉族)，讲师，硕士，主要研究方向为医学信号处理及分析。