Photoshop软件在医学图像处理实验课教学中的应用

苏 奎,赵祥坤,董 默

牡丹江医学院医学影像系,黑龙江 牡丹江 157011

Photoshop软件在医学图像处理实验课教学中的应用

苏 奎,赵祥坤,董 默

牡丹江医学院医学影像系,黑龙江 牡丹江 157011

医学图像处理是一门理论和实践联系较强的课程,Photoshop是当下最流行的图像处理软件,它可用于与医学图像处理相关的各种场合并且易于学习.为达到理论与实践相结合的教学目标,将Photoshop软件引入到医学图像处理实验课教学中,同时融入了项目化教学方法和综合考核评价体系.结果显示,该教学环境能够改善教学效果,提高医学类学生在图像处理方面的实践应用能力.

医学图像处理;Photoshop;教学应用

医学图像处理课程的实践性与理论综合性较强[1]。该课程以影像医学实践为目标,培养学生通过计算机等电子设备掌握图像处理基本理论方法,使学生具有解决一般医学图像处理问题的能力,以达到与社会需求相适应的人才[2]。医学图像处理通常与数字电路、模拟电路、信号与系统、数字信号处理、医学影像物理学、工程数学等课程密切相关,同时又与解剖学、临床医学等知识相关,如何运用现有的软硬件资源将该课程的知识点完美诠释是该课程实验教学的关键[3]。

1 Photoshop软件在医学图像处理实验教学中应用的优势

以往的医学图像处理实验课程教学通常采用C语言、C＋＋语言或Matlab语言等大型编程语言授课的方式进行实验教学[4]。学习过计算机有C语言编程经验的部分理工科学生采用C/C＋＋语言进行图像处理实验教学往往会事半功倍;掌握Matlab基本编程方法的生物医学工程或影像技术专业学生在Matlab平台进行医学图像处理实验也并不困难;但对于没有任何编程基础的纯医学类影像诊断等专业的学生,即使给出编程代码和说明,学生也很难理解实验原理和利用编程进行实验操作。如果另外单独开一门课程让医学类学生学习计算机语言编程亦不是明智之举。

Photoshop是Adobe公司在20世纪80年代开发的商业性图像编辑软件,并逐年完善、更新功能和应用使其对图像编辑更加强大[5]。它是一款集图像扫描、图像制作、编辑修改、图像输入与输出及广告创意为一体的多功能计算机软件[6]。相比C/C＋＋和Matlab,Photoshop并不需要专业学习即可进行实际操作。由于其强大的图像编辑功能和软件本身易于学习,目前在医学图像处理的实际应用非常广泛。张子齐等探讨了Photoshop在数字化全下肢X线摄影图像后处理中的作用,以获得更合理、精确的全下肢X线影像[7];吴颖探讨了Photoshop在脊柱侧弯数字化X线摄影图像后处理中的应用,以获取脊柱全景X线图像,利于脊柱矫形手术[8]。大量的例子说明易学易用的Photoshop软件在医学图像处理实验教学中有更大的优势。

2 基于Photoshop软件的实验内容选取与应用

为使学生能够充分理解消化理论课学习的知识,加深对医学图像处理概念和方法理解,同时又能充分发挥Photoshop软件的优势,让实验课成为理论与应用的桥梁,选取了医学图像的平滑、锐化、边缘化、曲线处理和图像拼接等内容作为实验操作的基本内容。在实验内容的选取上,尽量选取和临床应用相关的案例。例如:由于采样系统差,信号传输时受到干扰等原因造成医学图像毛糙,为了便于观察就要对质量较差的医学图像进行平滑、锐化、边缘化等处理。Photoshop有直接进行图像的平滑处理方法并且简单易用[9]。

对图像的平滑处理可用中间值方法,即用混合选区像素亮度改变图像的杂色,滤镜搜索像素选区的半径范围查找亮度相近的像素,扔掉与相邻像素差异太大的像素并用搜索到的像素中间亮度值替换中心像素[10]。将图1左侧所示的较毛糙的图像打开,选择滤镜菜单中的杂色—中间值命令,打开中间值对话框,设置半径后观察处理后的图片与原始图片,可以看到半径值越大处理后的图像越模糊(如图1右所示)。

图1 图像毛糙的医学图像与经过平滑处理后的图像对比

Photoshop中亦有对图像进行锐化和边缘化的简单方法[11]。图像经过转换或传输后可能会导致图像的质量下降。临床医师为了便于对医学图像进行观察,查清疾病原因,往往会对图像进行锐化和边缘化处理[12]。锐化可增强相邻像素间的对比度来消除图像的模糊,使图像的轮廓更分明,降低模糊度,使图像更清晰。边缘化用相对于白色背景的黑色线条或黑色背景的白色线条勾勒出图像的边缘,生成图像周边的边界[13]。对图2左侧所示的较为模糊的图像,选择【滤镜】菜单可以看到锐化—USM锐化的命令。打开其对话框,可以调整数量值、半径、阈值。可以看出数量值越大,锐化的效果越显著,半径用来调整某图像被锐化的范围,阈值用来设置锐化相邻的像素要求达到的最低差值,对比度差值低于此值的像素不会被锐化。利用滤镜菜单中的查找边缘或照亮边缘命令,可以凸显图像的轮廓,并突出边缘。图2中间所示为设置数量200%,半径为10,阈值为3的锐化效果图。图2右侧为设置边缘宽度为4,边缘亮度为10,平滑度为6的边缘化效果图。可以看出利用Photoshop进行图像处理不但简捷方便,更能取得较好的观察效果。

图2 原医学图像与经过锐化和边缘化处理后的图像对比

3 以案例分析为主的教学方法应用

由于选取的实验内容以临床实践为基础并可分为若干个具体实践项目,因此以学生为主体,案例式教学为基础的项目化实验教学方法更加有利于教学的开展。项目化教学是一种以案例为基础,以行动为导向的教学组织形式,学生通过参与指定的实验项目来进行分析与设计[14]。教师将理论讲授和实验操作融会贯通,通过让学生融入有意义的项目完成过程中,自主地进行学习和知识的构建来调动学生认知能力,挖掘学生的创造潜能,以此提高学生解决实际问题的综合素质与能力[15]。

由于实验次数与时间有限,教师首先让学生熟悉项目的基本要求,以及实施过程的重点与难点。这是一个讲授与启迪的过程,占实验课总时间的六分之一左右。学生在教师的启发与实验教材的指引下操作,掌握基本知识和内容,占实验课程总时间的三分之一左右,在此期间教师应指导学生快速进行。例如:第一节操作基础课程中,就要求学生能够通过练习,进行图像文件的创建、打开、编辑与保存方法,掌握图像融合与剪裁的方法,应用橡皮擦工具修改图像。如果这部分内容不熟练,则后面的分组讨论很难进行。学生分组讨论占实验课总时间的三分之一左右,这是项目化教学的重点,在此期间学生分组参与提出问题、分析难点、团结协作、解决问题和对各问题进行评价。在此期间教师可以引导学生进行该实验中涉及到的重难点问题以及实验中可能出现的疑难问题进行分析和解决。比如对2幅不同的图像进行融合,为什么有时图1的图像能移动到图2中去,而反之不行,这对很多初次接触Photoshop的学习者都是疑问。再比如边缘化处理中的查找边缘和照亮边缘的区别等。教师要在学生讨论中进行问题的引导,以防止分析问题偏离中心。最后留出的时间为实验报告和实验心得的撰写和整理。

4 平时考核为主的评价体系

以学生为中心的教学强调对动态的、持续的、不断呈现的学习过程和学习者的进步进行评价,重视学习者知识综合运用水平等高层次学习目标的评价[16],将考核评价方式分为:对医学图像处理基础知识的掌握程度,对实验课的Photoshop软件熟练运用程度,课堂上小组讨论时思考和提出问题的能力,小组讨论时解决问题的能力,实验报告和实验心得等多项内容,并通过以考促学来提高学生分析和解决问题的能力。实践证明,这种多重考核评价体系能够更加激励、促进学生自主学习和思考。

实验课教学的根本目的在于让学生将理论课内容理解消化并有效应用于实践,而实验课本身的特点使得实验课的学时数极为有限。Photoshop软件的易学易用性使得Photoshop软件在医学图像处理实验教学中拥有很大的优势,再将适合的教学方法与恰当的评价考核体系运用于医学图像处理的实验教学中,可以有助于提高医学类学生在图像处理方面的知识理解和实践应用能力。

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Application of Photoshop in lab class teaching of medical image processing

Su Kui,Zhao Xiangkun,Dong Mo
Department of Medical Imageology,Mudanjiang Medical College,Mudanjiang 157011,China

Medical Image Processing is a course with close relationship between theory and practice.Photoshop,the most popular image processing software,can be used on a variety of occasions related to medical image processing and is easy to learn.In order to achieve the teaching goal of combining theory with practice,we have integrated Photoshop software,the project-based teaching method and the comprehensive assessment system into teaching of medical image processing experiments.The results show that this teaching environment can improve teaching outcomes and improve medical students＇ability of practical application in image processing.

medical image processing;Photoshop;application in teaching

G434

A

1004-5287(2017)06-0685-03

:10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201706018

黑龙江省高等教育学会“十三五”高等教育科研课题(16G456)

2017-05-26

苏奎(1981-),男,黑龙江牡丹江人,实验师,硕士,主要研究方向:计算机网络与网络虚拟化。

董默(1986-),男,黑龙江牡丹江人,讲师,硕士,主要研究方向:医学图像处理与生物信号处理。

电话:13766661286;E-mail:49670089＠qq.com