医学成像设备学课程设计的教学研究

王艳，王丽嘉，聂生东

上海理工大学医疗器械与食品学院(上海，200093)

0 引言

随着联影、迈瑞、鱼跃三家国产医疗器械企业陆续推出的高端PET-CT(正电子发射型计算机断层显像)设备打破了中国高端医疗器械市场被进口垄断的现状, 到2020年，我国医疗器械市场规模将超过6 000亿元人民币。医学影像技术专业作为提供医学成像设备相关行业专业人才的重要基地，如何培养适合当前高新技术发展，掌握先进医学影像技术，掌握医学影像设备的设计研发，维护管理的专业人才成为普遍关心的难题。

《医学成像设备学》是医学影像技术类专业的核心课程之一。内容包括医学影像设备的发展历程和分类、常规X线机、数字X线机、CT机(CT Computed Tomography X线计算机断层成像设备)、磁共振、超声和核医学等成像设备的基本结构、功能、技术参数和临床应用。其中《医学成像设备学课程设计》是该课程的重要实践教学环节。医学成像设备价格昂贵，对于设备的安装和人员防护标准要求较高，大学实验室尚无法满足要求，课程设计教学无法达到良好的预期效果。本文将从以下三个方面以项目驱动实践教学的方法对《医学成像设备学课程设计》的教学模式进行深入研究。

1 增加认知实践

认知实践着力于“认知”。21世纪以来，随着行业内三大巨头公司GE医疗、飞利浦医疗、西门子医疗器械有限公司，简称为“GPS”把研发中心或生产线建立在了中国。国内医学影像设备的研发和生产也取得了显著的成效。涌现出一大批医学影像设备的民族企业研发机构如联影、迈瑞、鱼跃、明峰等。国内医学影像技术行业的快速发展迫切需要高端医学影像专业人才[1]。

《医学成像设备学》主要讲述医学成像设备的原理及应用[2]。《医学成像设备学课程设计》从课程出发，将理论与工程实际紧密联系起来。与X线机实验[3]，X线CT实验，磁共振实验一起共同组成医学影像专业的核心实践教学模块。利用医学影像研究所现有实验设备GE单排CT，富士公司的DR，上海医疗器械厂自主研发的移动式X线机设备等。通过对这些进口和国产设备各方面的比较和性能参数的分析，使同学们看到国内医疗器械行业的发展[3]。学院近年来与飞利浦、西门子、联影都签订了战略合作实习基地备忘录, 利用这些基地带领学生们实地参观, 也邀请企业或医院的专家到学院来做专题讲座为同学们讲解专业知识[4-5]。

2 改进课程设计内容

课程设计课题来源于与各大公司或医院合作的课题。比如，高频X线机电源分配子电路设计就来源于与上海医疗器械厂合作的昆腾高频高压发生器研发项目。X线机球管测试则来源于与飞利浦暑期实习合作项目，具体改进如下。

2.1 每天一个学时左右的微视频教学环节

微视频的引入改善了教学环境，加深了课堂教学的深度和广度，拓宽了学生的视野。请同学们准备一个20分钟以内的简易的微视频，可用手机很方便录制素材，用电脑或者平板电脑就可以后期制作出来。比如X线机电源电路的设计中采用三相半波、三相六波和三相十二波电源的电路在应用领域的差别。同学们经过大量的调查研究，通过互联网，学校图书馆，电话联系，实地考察取材，得到视频素材。在移动互联网，物联网的新环境下，微视频，微课这种形式更能激发同学们的创作热情。这些微视频可以上传至班级群或云端共享，在宿舍，回到家里，随时随地都可以回放。比课本上纯理论分析的设备硬件电路原理描述更能促进大学生思考。

2.2 课程设计结合工程实际，有利于培养大学生工程师的基本工程素养

随着企业对工科毕业生解决复杂工程问题能力的需求与日俱增，高校的人才培养模式需要从偏重理论教学向注重实践教育转变[6]。由教师主导改变为学生主导模式，启发学生选读相关工程领域的新科研成果和发展方向的工程应用，更有利于提高学生学习兴趣和解决实际问题的信心。医学成像设备如X线设备、CT设备等都是大型设备，整机系统制作难度较大。对于只做过基础电路实验的同学一周内完成课程设计尤其难，只能通过仿真设计完成电路分析到设计的过渡。并不是所有的学生都具备电子CAD(计算机辅助设计)的基础，针对医学影像专业本科生的特点，结合往届学生的教学经验，主要推荐学习两个难度适中的电路设计软件和仿真软件：PROTEL和Multisim, 适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作[7]。通过这两个软件可以完成电路原理图的绘制和印制线路板的制作，并通过仿真查找原始电路设计的问题再纠错。而熟悉这两个软件的使用对于大学生将来从事硬件开发也非常有益。

对于局部核心电路的设计要求学生做面包板辅以实验，来加强学生们对于电子元器件的认知。比如做高频发生器电源电路的设计内容时，要求学生采买绝缘栅型双极型晶体管(IGBT)，并制作电路板。市场上IGBT型号众多，参数各异，如何采买各种类型的元器件也是大学生将来成长为工程师的第一步[8]。很多大学生正是在这一周的课程设计内学会了看色环电阻，学会在购买二极管三极管时需要事先了解哪些参数如何采买等。

2.3 资源共享

参考工程实践中项目的解决方案模式指导学生进行本课程设计。整个课程设计以工程项目方式立题，以解决具体工程实践问题为目标，由两三个同学组成一个小组，分工合作再做系统集成。每组设立一个负责人，整个课程设计过程都是以学生为主体。设计题目所给出的设计参考资料有部分是英文的，需要翻译。专业文献的翻译必须结合专业课程内容采用专业术语才能做到准确、专业。课程设计拆整为单，将设计问题分解为一个一个模块可以降低设计难度和制作难度，最大程度上解决了课时过少问题。由于自己的独立完成任务情况将会影响到整体问题的解决使得每个同学更负责更主动，从而克服了大家一起做同一个模块的惰性。让外语翻译能力强的同学做技术翻译工作，电路设计能力强的同学做原理图设计，而仿真能力强的同学做仿真。后期则需要大家一起共享经验与教训，分析结果，讨论课程设计报告内容。这种管理模式正是目前用人单位开发项目采用的常规模式[9]，通过提前适应团队协作，以解决工程实际问题为目标的个人负责结合团队需要模式。使同学们更全面地了解企业医学成像设备研发、制造、维护需要，也使同学们更了解医院的影像设备管理规范和自身的安全防护[10]。

2.4 课程设计结果分析。

课程设计的最后一天为成果汇报日。鼓励学生采用多媒体+实物的方式进行汇报。汇报由项目的提出，整个项目的分解，目标方案的制定，最终实现和实物或仿真展示等几个部分组成。每组汇报完毕，由其他项目组提问相关技术问题。有时提问的角度也是很有创意甚至可以作为下一届的设计题目。通过你问我答，同学们在轻松的氛围内学到了知识，提高了做项目讲解的能力。通过互动能触发学生更全面的思考。2017届医学影像专业的一组同学就是在汇报后，完善了方案，充实了上交论文的内容。课题的结束往往只是下一个课题的开始，课程设计的内涵得以延续。而教师在掌控整个汇报的过程中也可以受益良多，真正实现了教学互长，当然也对教师提出了更高的要求。

3 创新实验报告，优化成绩评定标准

基于上述几点课程设计内容上的改进，对于实验报告的要求也进行了改进。课程设计不能像理论课那样出试卷给评分标准进行评定。也不能像实验课程那样根据实验报告或数据分析给分数。课程设计都是结合工程实践中的项目而设计的一个个的小课题，要求学生根据小组的既定题目写专业论文。格式参照科技论文的格式，字数在2 000字左右。一周的实践中期要求上交一份中期汇报简报，报告课程设计的进度和设计方法等。

成绩评定不单单从论文入手，还要综合考虑一周时间内每个同学的工作量，由平时分和报告分两部分三比七确定。而平时分，结合课程设计中组员表现由各小组组内互评给出。对于这种自己参与打分，同学们表现得非常认真。付出时间较多并带动了整个项目进展的同学都被组员给了高分，极大地体现了平时成绩的公平性。比起大多数理论课只由几次作业成绩取平均要客观些。杜绝了平时缺席，考试成绩好就能得高分的结果评价弊端。论文的内容准确合理、格式正确、论述严密作为课程设计报告分数评价标准。平时分数和报告分数相结合得到《医学成像设备学课程设计》实践课程的最终分数。

4 结束语

在上海市重点建设课程项目的资助下，本文《医学成像设备学课程设计》对该课程教学进行了探索。探索的目的，一是为了提高实践教学质量，从而为培养能在医疗卫生单位从事医学成像技术的医学高级专门人才奠定基础； 二是为国内从事《医学成像设备学课程设计》教学的同行提供一点参考。微视频形式新颖，主题突出，交互性强更能激发学生学习兴趣。结合工程项目的问题解决为导向的分组合作方式更利于发挥学生的特长，使之明白团队合作的必要性。但限于作者水平文中尚有不当之处，恳请同行给予指正。