《医学图像处理》课程实践性教学研究与探索

王洪凯+刘惠+邱天爽

摘要：随着计算机技术和医学成像技术的发展，医学影像分析与处理已经进入了数字化、信息化时代。为了适应专业技术的发展趋势，为社会培养出符合时代需求的生物医学工程人才，大连理工大学生物医学工程系在《医学图像处理》课程的实践教学方面开展了积极的尝试，突出实践教学的比重，加强了实验环节与临床应用和科研前沿的联系，激发学生的学习兴趣，并有效利用了网络慕课教学与学生建立起了教学反馈机制，收到了良好的教学效果。

关键词：医学图像处理，生物医学工程；实践性教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）03-0132-02

医学影像技术是生物医学工程领域的重要分支，20世纪的几大医学科技突破大多围绕医学影像技术展开。进入21世纪后，医学影像技术向着数字化、信息化的方向发展，特别是近几年在计算机辅助诊断方面取得了较大的进展，推动了医疗方式和医疗体系的变革。为了适应时代发展的需求，生物医学工程专业的本科毕业生不仅应该学习基本的医学图像处理理论知识，更应该掌握医学图像处理的基本编程技巧，具有承担初级医学图像处理工程项目的能力。为了适应医学影像处理技术的快速进步，培养社会急需的生物医学工程高级专门人才，国内许多高校都开设了《医学图像处理》课程，但是在该门课程的实践教学方面都处于探索阶段[1，2]。大连理工大学生物医学工程系在《医学图像处理》的实践教学方面进行了积极的探索，通过突出实践教学比重，丰富实践教学内容，紧密联系医疗和工程应用，鼓励学生进行实践锻炼，充分利用慕课平台等一系列措施，有效提升了学生在医学图像处理方面的工程实践能力，得到了学生的欢迎，收获了良好的教学效果。这里将我系的教学经验进行总结，与读者分享。

一、理论与实践教学相结合，加强实践教学比重

为了强化《医学图像处理》课程的实践教学，我系在2012年对课程的教学培养方案做了较大的调整，将理论教学与实践教学融合在一起，共设置56个学时，其中理论部分占32学时，实践部分占24学时。实践部分在总学时中的比重达到43%。在教学时间的安排上，将理论课程与实践课程穿插进行，每讲解一章理论内容，便进行一次相关的实验教学，让同学通过亲手编程来实践应用理论课上学到的医学图像处理知识。通过这种方式，一方面锻炼了学生编写程序的能力，另一方面通过学以致用来强化理论课堂上学到的知识。

二、与临床实践相结合

与其他电子类学科相比[3]，生物医学工程专业的一个突出特点就是以医疗应用为最终目的，因此生物医学工程专业课程教学也有必要与医疗，特别是临床应用相结合。大连理工大学生物医学工程系长期与大连市各家三甲医院保持密切的科研和教学合作关系，这为《医学图像处理》课程的实践教学提供了有利的条件。在理论教学的32个学时中，我们专门留出12个学时，聘请大连医科大学附属第二医院的主任医师来进行教学。由医生承担的学时虽然是理论课程，但是其教学内容与临床实践紧密结合，起到了推动实践教学的作用。这种聘请医生参与教学的方式，在国内其他工科高等院校的《医学图像处理》课程教学中并不多见，极大地开阔了工科学生的视野，在其脑海里埋下了以临床应用为目的观念，被学生称为是一种“接地气”的教学方式。除了聘请医生走进课堂，我们还带领学生走出课堂，走进医院，参观医学影像的采集和处理过程，观察医生使用医学图像处理软件的操作流程，并将实际使用的软件功能与课堂上的理论知识相对应，让学生看到教学知识点在临床中的鲜活实例，从而进一步加深对理论知识的理解。走进医院的实践教学环节让学生了解到了临床需求，切实感受到工程技术对病人健康的影响，将“医者仁心”的思想传递了工程技术人才，有助于提高生物医学工程专业学生的思想品德修养。

三、与实际工程相结合

在实际教学过程中，我们发现不是所有同学都具有良好的编程天赋，女同学相比男同学来说，对编程具有更多的畏难情绪，而且编程解决实际问题的能力也不是与每个学生的理论课成绩成正比的。为此，我们的实践教学目的不仅仅是为了培养少数编程能力突出的同学，更是为了让绝大部分同学都掌握基本的编程技巧，能够解决实际的医学图像处理问题。为了达到这样的教学目的，我们采取了“渐进式”的锻炼方式，将实验学时再细分为两个阶段。第一阶段是与理论教学相穿插的实验环节，第二阶段是期末的大作业环节。第一阶段的编程难度较低，并且由任课教师来逐行讲解编程，做到让绝大部分学生都能掌握基本的编程语言。通过这种细致的手把手的教学方式，可以让对编程有畏难情绪的同学增强信心，增加对编程的了解，逐渐培养逻辑思考和程序设计能力。通过第一阶段的培养，大多数学生最终可以扔掉“老师”这根拐杖，能够尝试在编程的道路上独立行走，从而进入第二阶段的进阶培养。在期末大作业中，老师会从实际工程项目选择没有标准答案的小项目，让学生解决。这些项目的题目往往具有很强的应用色彩，如“对脑部核磁图像进行三维重建并进行断层间的插值”等。这些题目可以有多种解决方案，但是却在编程软件的现成函数库中找不到答案，在互联网上也搜不到相同的题目，必须自己动手、动脑来解决。同时，期末大作业中还设计了一些看似以“折磨人”为目的的编程题目，如“编写二维图像的区域生长法程序”、“编写三维图像的直方图均衡化算法”等，这些题目虽然在编程软件中有现成的函数，但是老师的要求是让学生自己编程来重新实现这些函数的功能，目的在于锻炼学生的编程能力。如果没有第一阶段的手把手培养，很多同学都不敢想象自己可以挑战这样的题目，然而结果是很多学生编写出了比商业软件功能更丰富的程序，极大地增强了学生的自信心和对编程的兴趣，有学生反映这是对他“触动极大”的教学环节。

四、结合网络慕课系统，改善实践教学效果

在《医学图像处理》课程的建设过程中，我们借助网络教学平台，完成了网上慕课的建设，将所有实验课的讲解视频发布到慕课平台，供学生们复习使用。这种方式收效良好，学生们为了完成实验程序的编写，需要随时复习老师在实验课程上的讲解，因此慕课平台中实验课程的讲解录像的点击率一直较高，这说明学生们已经自觉地在课后学习编程技巧，并将其运用到大作业的完成中。另一方面，慕课平台还设置了师生交流讨论区，由任课老师在网上及时解答学生的编程问题，这在实验环节的最后阶段对学生们完成实践题目起到了积极的帮助。慕课平台还具备作业提交和批改功能，方便学生上传电子版的实验报告，特别是保存已经编写的程序，为教学资源的积累与管理带来了方便。

通过对实验实践教学的研究和探索，大连理工大学的《医学图像处理》课程初步积累了一系列行之有效的教学经验，形成了自身的特色和优势，为社会培养出了具有实际工程能力的生物医学工程本科人才，毕业生得到了社会和用人单位的广泛认可。我们的教学实践仍然在继续，并且还将不断加强实践性教学的研究与建设，优化教学计划与结构，力争为社会输出更高质量的医学影像工程人才。

参考文献：

[1]郑旭媛，胡春红，肖振国.医学图像处理课程设计教学模式探索[J].科技创新导报，2011，（31）.

[2]李振伟，杨晓利，胡志刚，雷万军.以学生为中心的医学图像处理教学方式和考核模式探讨[J].中国医学教育技术，2012，（04）.

[3]徐燕华.项目教学法在图像处理教学中的运用研究[J].科技创新导报，2016，（09）.

Practical Teaching of "Medial Image Processing" Course，Study and Exploration

WANG Hong-kai，LIU Hui，QIU Tian-shuang

（Department of Biomedical Engineering，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning 116024，China）

Abstract：With the fast development of computer science and medical imaging technology，the analysis and processing of medical images has entered the digital and information era. To catch up with the technical trend，and to educate competent biomedical engineers for the society，the biomedical engineering department of Dalian university of technology made efforts to improve the practical teaching of the"Medical Image Processing" course. We increased the proportion of practical teaching，reinforced the connection between clinical application and the course teaching，and used the web MOOC system to communicate with the students，All these efforts evoked the students' learning interests and obtained good teaching effects.

Key words："Medical Image Processing"；biomedical engineering；practical teaching