医学影像类课程的教学研究

医学教育探索２００６年第５卷第１　１期（Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　２００６　Ｖｏ１．５　Ｎｏ．１　１】　・教学改革－　医学影像类课程的教学研究　郭圣文．吴效明　（华南理工大学生物学院生物医学－Ｉ２程系．广东　广州　５１０６４０）　［｝商要】介绍了《医学成像技术》与《医学图像处理》课程的内容与特点，重点分析了课程所包含内ｇ－－？－Ｎ的内在联系．以及这两　门课程之间的关系．．在此基础上，进行课程内容设计与多媒体课件设计　［关键词】　医学成像技术；医学图像处理；课件　［中图分类号】Ｇ６４２，０　［文献标识码】Ａ　【文章编号】　１６７１—８５６９（２００６）ｌ　１－０９９３—０３　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｉｍａｇｅ　Ｃｏｕｒｓｅｓ　Ｔｅａｃｈｉｎｇ　ＧＵＯ　Ｓｈｅｎｇ－ｗｅｎ，ＷＵ　Ｘｉａｏ－ｍｉｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ，Ｓｏｕｔｈ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】　ｔｈｅ　ＣＯＩｌ［ｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｃａｌ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｅｏｕｒｓ￣ａ　ｉｎｔｒｏｄｕ（：ｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｃｏｕｒｓｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒｔｓ　ａｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，Ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ　ｃＩ，ｕ　Ｔ－ｓｅｗａｒｅ　ａｒｅ　ｔｈｅｎ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】Ｍｅｄｉｃａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｍｅｄｉｃａｌ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；Ｃｏｕｒｓｅｗａｒｅ　医学影像学课程主要包括《医学成像技术》与《医学Ｉ刳像处　理》两门课程，许多高校将它们作为生物　学Ｔ：程及ｌ矢学影像　学专、　的丰要课程。《医学成像技术》丰要讲授临床卜使用的医　学成像设备的原理、特点、应用及临床影像学诊断技术，《医学　罔像处　》丰要包括图像增强、罔像平滑、罔像分割、图像识别　与图像压缩等。医学图像处理技术的主要研究对象就足各种医　其血用。根据培养对象及培养目标的　『＿Ｊ，讲授内容应有所区　别，对于．Ｊ　科院校的学　重点介绍成像　备的原　及结构，　学院校的学，　重点讲授其特点及应用，尤其是临床影像学　诊断知ｌ｝１．．　学图像处理技术在　ｆ：命科学研究、　学诊断与临床治疗　等方面起着重要的作用．．随着超声、ＣＴ、核磁ｊＩ振与放射惮核医　学成像设备的出现．并广泛应用　临床诊断与治　过程．　牛　学戚像设备产生的　像，它根据临Ｊ术卜的具体问题，应用数学、　计算机、信号处理等学科知识，研究相关的图像处理方法，以利　于临床影像学诊断与冶疗。可见这两门课程既有所区别，叉紧　密联系　ｊ　大量甚至海量的　像数据，存临Ｊ术影像学诊断叶１，往往需要　对这些罔像进行处理，包括¨ｉ缩、仔储、传输、分割与｛！＿ｌ别等　Ｈ　｝ｊｉ『．众多医院纷纷建　ＰＡＣＳ系统，使得医生能更加方便、快捷　地得到各种成像设备产生的网像，从而为计。赞：机辅助影像学诊　ｌ医学影像类课程的主要内容　医学成像技术丰要包括投影ｘ射线成像、超声成像、计算　机断层成像（ｃＴ）　核磁共振成像（ＭＲＩ）、放射性核素成像及数　字减影ｍ管造影等。对每一类成像系统，重点讲解成像的物　原理、发展历史、　状及发展趋势、物理结构、特点ｌ及应用等，以　断提供了极为有利的条件　，网像处理技术是计算机辅助影像学　诊断与治疗的主要内容之一。它主曼包括医学　像增强、特征　提取、分析与以别、分割、压缩及配准等。　２医学影像类课程的特点及关系　医学成像技术重点是医学成像波备的原珲及应用。成像原　理涉及物理、电子、数学、信号处　以及计算机等学科知ｉｊｌ。尤　其是医学物　学．它是　学成像的基础。包括光学、电磁学、核　物　、声学等多种学科。在进行讲解时。要求适当介绍这些学科　的相关知识，结合成像设备，深入透彻地　叫其原理与结构。医　学成像技术的应用与基础　学、临床诊断学密切相关。　使学牛掌握日　床应用的丰要医学成像设备的成像机理及　ｆ摹金项Ｈ　１华南ｔＳＪｉ大学教学研究项目，华南　‘ｒ大学重点诛程建没　项ＦＩ编号：Ｙｌ０６００７０　ｆ收稿日期１２００６—０９—０９　Ｉ作者简介】郭吊文，男，博｛：，阱师，主研方向：医学图像处理与医学成像　技术。　由此町见．医学成像技术具有多学科交义特征。它的　生、　维普资讯 http://www.cqvip.com

９９４－－——　医学教育探索２００６年第５卷第１　１期（Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　２００６．Ｖｏ１．５　Ｎｏ．１　１】　应用及发展与医学、工程技术紧密联系在一起　首先由医学提　们都需要利用重建方法与技术，即物体的某种参数的二维图　出问题与需求；再利用基础理论（主要是数学）与Ｔ程技术，实现　像是从此参数的一系列不同角度的一维投影数据中重建。超声　医学成像．研制　各种不同的医学成像设备与仪器；最后，又同　成像与ＭＲＩ成像均存在由于运动Ｉ而产生的图像失真与定位问　到基础医学与临床中进行检验、应用与完善，以提高诊断与治　题．实现三维成像都需要应用表面重建与容积重建技术。由于　疗的准确性、效率与质量。在课程内容设计与教学过程中，尽管　各种模态图象各有特点与优势，因此临床应用中常常需要综合　医学影像学涉及的学科较多。但应在宏观上把握这种源与流、　各种图像信息，即进行图像的配准与融合。　目的与手段之间的关系。将它们统一到临床影像学应用中。同　从医学图像反映的人体信息与特征的角度，医学图像可分　时，应据培养对象与目标的不同，对于以工科为主的生物医学　为结构图像与功能图像，结构图像主要用于获取人体各器官的　上程专业及以影像学诊断为重点的医学影像学或生物医学Ｔ　解剖结构图像，不需解剖检查，医生就能观察成像部位的结构，　程专业的学生，在成像原理与应用方面的内容应有所区分，各　分析有无器质性病变或异常，其中ｘ射线成像、ｃＴ与ＭＲＩ成　有侧重。　像设备应属于此类。然而，在人体器官发生早期病变，但其结构　此外，对于医学成像技术与设备，我们应善于比较与分析，　并没有发生改变时，某些生理功能，如化学成分、新陈代谢等就　进行横向比较与纵向联系。例如，ｘ射线成像基于ｘ射线在人　已出现异常。此时，从解剖图像　看是没有什么异常的，但功能　体内的衰减。不同密度的组织与器官，其衰减程度相异的原理，　图像能检测出人体的生化活动情况，这类设备有正电子发射断　但得到的图像是二维的．缺少深度信息。而ｃＴ成像也是基于ｘ　层成像（ＰＥＴ）、单光子发射断层成像（ＳＰＥＣＴ）与功能磁共振成　射线在人体内的衰减原理，但它是利用平面扫描技术得到分层　像（ｆＭＲＩ）等。结构图像与功能图像各有优势与适用场合，临床　的二维序列图像．借助三维重建技术得到三维图像。ｘ射线成　影像学诊断中常常需要多种模态图像，对信息进行综合分析，　像与ｃＴ成像的基本物理原理相同，但ｃＴ成像要复杂得多，包　它们互相补充。　括投影重建算法、扫描方法、ｘ射线源与检测器的设计等。虽然　根据医学成像设备的原理、反映信息及安全性等指标的不　磁共振成像与ｃＴ成像的物理原理不同，但在接受成像信号后，　同，对常用的医学成像设备的比较见表１　ｃ　】：　表１　常用医学成像设备比较　图像处理既有较复杂的数学理论知识．包括高等数学、线　差分或梯度的边缘检测方法．由于它对噪声很敏感．首先需要　性代数、概率与统计、随机过程与优化理论等学科，又是实践性　对噪声进行一定的抑制．然后再进行边缘检测。高斯一拉普拉斯　很强的一¨课程，各种处理方法都是通过软件或硬件来实现，　算子就是基于此推导得到的。基于灰度差分的边缘检测方法与　它涉及计算机语言编程知识与技能。因此，在教师进行授课时。　算术均值滤波均是通过算术运算模板来实现，可以通过同一函　不仪要求清晰地阐明基＿奉理论，以生动、形象的方式讲解，使学　数不同实参的调用分别实现边缘检测与平滑。图像配准有基于　生理解抽象的理论、方法。而且对一些重要的图像处理算法能　分割的方法，罔像平滑时，往往需要同时对边缘或细节部位进　介绍如何编程实现，并展示程序运行后的处理结果　．一方面，学　行保留或增强。图像分割是图像识别的基础，只有在正确的分　牛对各种处理方法的结果有很直观的认识．加深对理论知识的　割基础上，才能准确地识别。　理解与掌握，另一方面．学生会从中学会如何编程实现图像处　因此，无论是医学成像技术，还是医学图像处理，它们包含　理算法，有利于后续的课程实验及课程设计。　的内容，各部分之间存在极为密切的关系。同时，这两门课程也　医学图像处理中的各部分内容并不是彼此孤　的．它们有　存在很强的关联性，医学成像是将人体中医生所感兴趣的信息　非常紧密的联系。如对图像进行分割之前，往往需要对其进行　提取ＨＪ来，包括形态、功能及成分等信息，并以图像的形式表　预处理。其中包括增强与平滑。最能说明此问题的是基于灰度　示。图像的形式可以是二维、三维及四维信息。医学图像处理是　维普资讯 http://www.cqvip.com

医学教育探索２００６年第５卷第１　１期（Ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｉｎ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　２００６．Ｖｏ１．５　Ｎｏ　１　１】　对获得的图像进行后期处理，包括罔像分割、增强、特征提取、　分析与识别等闭。二者的目标是一致的，即辅助医生诊断、分析　与治疗。　材，采用ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ、Ａｕｔｈｏｒｗａｒｅ、Ａｄｏｂｅ　Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ、Ｆｌａｓｈ　ＭＸ、　ＧｏｌｄＷａｒｅ、ＲｅａｌＪｕｋｅＢｏｘ、Ｍａｔｌａｂ及ＨｙｐｃｒＣａｍ等多种１Ｌ殳计工具，　充分利用它们各自的特点与优势，完成Ｊ，多媒体课件的设计。　３多媒体课件的设计　４总结　基于《医学成像技术》与《医学图像处理》两门课程的主要　内容及特点，我们进行了多媒体课件的设计。设计阶段就是要　针对课件的内容、特点、关键问题进行总体规划。主要内容有教　学设计与结构设￣－ｋ　Ｅ，１．教学设计主要包括教学内容的设计与教　学内容及各环节之间的关系设计。教学设计应根据培养目标、　医学影像类课程主要包括《医学成像技术》与《医学图像处　理》，它们是生物医学工程与医学影像学专业的主干课程，它既　有复杂的理论知识与原理，又极具实践性。这两门课程是互相　联系的，每门课程的各部分之间又有着非常紧密的内在联系。　在分析课程的内容与特点及其关系的基础上，利用Ａｕｔｏｗａｒｅ、　Ｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ、ｍａｔｌａｂ、Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ等多种制作Ｊ二具，进行多媒体课　件的内容设计与结构设计。教学实践证明，这种理论与实践紧　密结合，横向比较与纵向联系的授课方法，加强了知识之间的　关联性，非常有利于学生从总体卜把握知识。同时，多媒体课件　展示原理生动、形象，阐述理论清晰，表现手法丰富，具有良盘，　的交互性，便于学生掌握理论知识，充分提高其学习积极性　教材与学生特点，安排讲授的主要内容，阐明基本理论与方法。　《医学成像技术》课程，重点是成像的基本原理、结构、特点及临　床应用。《医学罔像处理》主要介绍各种图像处理方法的理论基　础、实现方法与实验结果。由于这两门课程均是理论与实践性　很强的专业课，在介绍基础理论、方法的同时，应结合临床应用　背景．介绍临床影像学知识与图像处理　‘法的实现过程和处理　结果，从而将理论与实践紧密结合起来，使学生认识更加具体、　生动，印象深刻，加深理解、牢固掌握所学知识。　多媒体课件的结构设计是指课件内容的结构层次、顺序与　关联性表现方式，有流水式的平行结构，树状结构，包含交叉、　跳转关系链形结构，也可是这几种方式的有机结合。课件内容　参考文献：　［１】胡军武．医学数字成像技术　１．武汉：湖北科学技术出版社，　２００１．　是结构设计的主体，结构设计是课件内容的表现方式。结构设　计要围绕课件具体内容与课件不同部分的内在关系来进行。例　［２】康晓东．现代医学影像技术『Ｍ１．天津：天津科技酬译出版礼，　２０００．　如，医学成像设备既各有特点，又互相联系，如表１所示。大多　数图像处理方法是基于数学模型的，因此必须以较明晰的方　式，由浅入深地阐明基本原理，可以广泛地采用包括文本、图　形、图像、动画和声音等多种形式的素材。同时，应注意到图像　处理中的各部分之问的关系。可见，由于课程的各部分内容之　间存在极为紧密的联系，在进行内容设计时，必须考虑它们之　间的关联性，将一些方法串联起来讲解，善于进行横向比较与　纵向联系。此外．课程实验或课程设计中开设一些设计性实验，　充分考虑到这些内容与环节之间的关联性。　我们结合影像类课程的内容与特点，制作各种多媒体素　［３】朱翠玲．现代医学影像学——Ｔ稗与临床Ｉｎ］．济南：Ｉｈ尔科　学技术出版社．２０００．　［４】胡水星，俞力凡＋基于软件工程思想的多媒体课件制作研究　【ＪＪ’教育信息化，２００５，（１５）：６３—６４．　［５】罗述谦，周果宏．医学图像处理与分析［Ｍ　Ｊ．第１版．北京：科学　出版社．２００３．　［６】Ｒａｆａｅｌ　ｃ．Ｇｏｎｚａｌｅｚ，Ｒｉｃｈａｒｄ　Ｅ．Ｗｏｏｄｓ　数字图像处理（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｓｅｃｏｎｄ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）［Ｍ］．北京：电子Ｔ业出版衬：，　２００３　８．　妇啦　业　糍　妊　！　ｌ　带带带　乖乔乔芥