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【关键词】超声医学 教学改革
【基金项目】本研究得到河南省科技厅科技攻关项目(项目编号152102210339)、河南省教育厅基础前沿研究(15A180056)的资助。
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)35-0253-01
一、目前超声医学教学中存在的问题
超声医学是影像技术专业的必修课程,是影像医学的重要组成部分、生物医学工程、医疗器械等专业也有超声医学的相关内容,它是临床医学中必不可少的影像诊断技术。随着现代医学的迅猛发展,超声诊断已成为常规诊断手段,但根据我们对一些医学高校相关课程的调查了解,发现超声医学在教学中存在不少问题,有必要进行改革,这些问题表现在以下几个方面 :
1.教材内容滞后,介绍新知识的教材比如三维重建、介入治疗超声等新技术的较少。
2.超声医学相关课程学时较少,有的院校影像技术专业超声医学课时比例仅占总专业课10%左右,一本四百多页超声医学课本仅有48学时,很难保证教学效果。同时课程设置也较少,目前广泛开展的课程仅有医学影像设备学、超声诊断学等。
3.教学方法与手段比较单一,大都是满堂灌,考核重知识轻能力,动手能力不足训练方面缺乏,学生操作技能还有待提高。
二、超医学教学改革措施
以上现状一定程度上制约了学生综合能力的提高,我们学校和附属医院相关专业教师从积极转变学生培养模式 ,充分利用先进的信息系统和设备开展教学,狠抓实践教学等方面积极进行改革,丰富教学方法及教学手段,取得了显著成效:
1.完善课程设置
完善的课程设置是超声教学的关键所在。在基础课教学的基础上,应加强医学影像物理学、医学电子技术等与现代医学影像学关系密切的教学,以上知识若欠缺,对超声医学专业课学习影响较大,超声中常见同病异征,单纯依靠超声知识在很难提高疾病的诊断率,必须附加实验室检查结果加以鉴别。将来超声仪器可能会向微型、智能化方向发展,因此,所以加强学生的医学物理学、电子学学习非常重要。
2.利用先进超声设备开展教学
在超声医学教学过程中,应充分利用超声典型图像信息系统进行教学 。把在日常工作中发现的典型病例图像进行保存 ,积累各系统有价值的超声影像资料,充分利用学生在医院进行见习时机,让他们通过工作站调阅并查获感兴趣的病例,并进行系统学习,促进学生把超声检查知识与临 床 知识有机地结合起来,培养学生的临床思维能力。建立影像教学网络教室,利用网络教室的服务器直接调取影像数据,可直接在网络教室开展案例教学。通过利用先进的信息系统,提高了教学效果。引进实时三维/四维B超,在教学过程中安排实时超声检查的体验课,系统讲解实时超声的技术原理、功能、可以开展的项目等等,选取较为典型的案例,利用实时三维/四维彩超的动态录制功能,把检查的整个过程录下来,让学生近距离观摩到老师操作的手法。邀请部分积极有兴趣的学生参与一些科研项目,进一步加深对相关专业超声医学知识的理解。
3.侧重能力培养,实习实行导师制度
为了突出能力培养,可以成立超声技能培训中心,并指派老师负责超声检查操作技能培训,使学生可以进行见习操作和得到带教老师的解惑,从而使理论教学与实践教学实现无缝衔接。导师制是保证实习质量的关键。既往由于没有专人管理,出现了人人都管,最后人人都不管的混乱局面。导师制是指由大影像各科具有高级职称的医师组成导师组,导师组共同制定实习生的大影像轮转计划,最后指定1名负责管理和考核实习生,实习中加强学生德育,培养良好医德。
4.采用PBL教学法[1]
超声医学教学方法仍然处于传统的填鸭式教学模式,几乎不涉及以问题为基础的(PBL,Problem-based Learning)教学法,传统的教学方法己经滞后于高等教育,严重影响教学效果和质量,所以我们提倡采用PBL教学方法。
三、总结
我们从以上四个方面对超声医学教学进行了初步探索,随着大数据时代的到来将促使未来的超声医学向多学科相融合的方向不断发展,超声教学也必须不断加大改革创新力度,提高教学质量和效果,以适应社会发展,为国家培养出更多更有用的超声医学检验诊断技术人才。
参考文献:
[1]徐贵平,金晨望,强永乾.医学影像学教学改革策略与趋势的探讨[J].西北医学教育,2013(40):818-819.
关键词:医学影像物理学;医学影像技术;大数据;大数据时代;教学研究
国务院2015年8月31日印发了《促进大数据发展行动纲要》的通知(国发[2015]50号),指出:“大数据成为推动经济转型发展的新动力,大数据成为重塑国家竞争优势的新机遇,大数据成为提升政府治理能力的新途径。以数据流引领技术流、物质流、资金流、人才流,将深刻影响社会分工协作的组织模式,促进生产组织方式的集约和创新。探索发挥大数据对变革教育方式、促进教育公平、提升教育质量的支撑作用”。大数据已纳入我国国家发展战略,我国高等教育改革势必要提出新的发展趋势。
大数据具有以下特点:1)容量大;也就是说数据的容量很大。近来,网络技术日新月异的发展,人们对个人电脑、手机、平板电脑等工具的使用越来越频繁,这就产生了大量的数据资料。2)种类多;大数据的种类非常多,它不仅包括文本资料,还包括网络日志、音频、视频、图片、地理位置等种类繁多的资料。3)价值高;研究人员通过对大量的数据进行分析,可以获得有巨大价值的产品或服务。4)高速性。由于数据不断地产生,若不及时捕捉,有价值信息稍纵即逝,这就要求研究人员能迅速有效地从大量数据中捕捉到有价值信息,大数据的高速性,是大数据于传统数据相区别的最显著特点。
大数据的研究已经在科学界崭露头角,高等教学也要依赖大数据开展工作,大数据不仅是一种工具,而且是一种战略、世界观和文化,将带来一场社会变革,教师应当以开放的心态、协同的精神来迎接这场变革。那么在大数据时代的医学影像物理学课堂教学将如何发展呢?
众所周知,医学影像物理学作为医学影像专业学生的一门专业基础课,主要内容涵盖了物理、工程数学、计算机、微电子学、有线电视技术和医学等多学科的知识和先进的技术用;近年来,随着医学影像技术的迅猛发展,医学成像已不再是单一放射学的范畴,而是形成了完善的大影像学的平台,并向更为全面的医学信息学方向发展。现代医学影像技术汇集了多门学科涉及的基础知识非常广泛,并且内容抽象复杂、图像更加精细和动态、诊断技术呈现数字化和快速化。目前,我校对医学影像专业学生开设医学影像物理学课程,而该专业学生物理、数学、电子等学科基础相对薄弱,医学影像物理学中许多的知识从未接触过;并且影像物理学各部分知识比较抽象难以理解,学生普遍觉得医学影像物理学难懂难学。那么,在现有的条件下,笔者认为大数据时代的医学影像物理学课堂教学更需要从多层面、多角度探讨应对大数据背景下教育变革的策略。
1.在大数据时代,医学影像物理学课堂教学要做好观念的转变
传统的医学影像物理学教学过程是以教师为课堂的中心,处于主体地位;学生是知识的接受者,处于被动地位,学生遇到实际问题时不会理论联系实际去解决问题,失去学习的内在动力和热情。那么,在大数据时代,我们的授课教师要改变以往旧的观念,从自身出发紧跟时代的要求,在医学影像物理学教学中利用好大数据的理论、技术,使得医学影像物理学的教学能更上一个台阶,使学生更好的学习医学影像物理学,培养出更多优秀的专业人才。
大数据是一个不可阻挡的大趋势,在大数据时代,教学过程中出现的问题的如何解决,各位教师不能仅仅依靠以往的教学经验,而是从大数据中找解决方法,也就是说教师要认真研究大数据中出现的大量的教学问题以及教学问题解决方案,找到合适的解决方案。作为授课教师不能仅仅依靠感觉和直觉,而是要从学生的需要出发,重视学习过程、学习体验和师生交流。比如:授课老师可以通过网络向向学生提供免费的、可检索的医学影像物理学教学讲义、教学大纲、参考书目、专业课表等内容;也可以提供医学影像物理学音频以及视频文件供学生参考学习;还可以提供医学影像物理学课后复习参考题目供学生配套练习并且可以开辟医学影像物理学学习交流论坛供学生学习交流。这既促进学生回顾和理解课堂上讲授的学习内容,还可以使学生更有成就感,激发其进一步学习的动力,提高学习效率。授课教师对学生的医学影像物理学课程资源使用行为的数据跟踪不仅是单纯的点击量统计和登陆时间统计,而且还包括了对学生点击观看频率、发帖主题内容、出错几率等更加个性化和精细化的测量与记录;虽然教师教授的是一样的教学内容,但是每个学生的对知识的接受理解程度都不尽相同,教师要根据每个学生的学习过程中出现的问题考虑,给出最适合该学生的学习方式。例如:在练习医学影像物理学课后复习参考题时,如果学生能正确完成几道同类型题目时,此类题目就不需要再多加练习,而是继续练习下一类型的题目;如果学生对同类型题目反复出错,就要给出错题分析,让学生知道错的何处,如何纠错。这样就提高了学生的学习效率,而且学生的积极性也大大提高。同时教师通过微信,QQ等平台能及时掌握学生日常学习过程中的表现、所取得的成绩,并及时给予指导,鼓励和表扬。
2.在大数据时代,医学影像物理学课堂教学要整合教师资源、推进团队建设
大数据时代彻底改变了以往孤军奋战的局面,必然走向团队合作。那么,教师的教学活动不再仅仅是教师的一个人的活动,教师的教学活动进而变成了各位教师组成一教学团队,教学团队之间的各位教师共同合作完成教学活动。也就是说要建立一个教学团队,依靠大数据信息技术支持,共同打造一个完备的医学影像物理学课堂教学体系。
由于医学影像物理学含有物理、工程数学、计算机、微电子学、有线电视技术和医学等多方面的知识,并且随着医学影像技术的发展也不断地发展。要适应大数据时代的医学影像物理学教学,教师就要提高自身的专业能力、课程自主设计和实施的能力以及使用数据的能力。教师应通过收集和研究分析和解释学生的各种信息包括行为、学生历时信息以及学生共时信息等数据,通过研究分析学生的信息来确定具体的教学步骤,自主设计适合所教授学生的教案,合理地教授学生知识。另外,教师不仅仅只掌握所要教授的医学影像物理学专业知识,还要掌握“跨界的知识”,如Excel、谷歌的Spreadsheets和Fusion Tables等统计工具,使用Blogger、Wordpress、JavaScript等工具生成数据和数据分析工具。教师者首先要了解如何通过阅读图标来追踪学生的进步;如何通过分析概率预测,给学生提供有针对性的学习建议。其次,教师要协同工作并有效地使用数据,为避免教师的重复性劳动,同一学科内部之间以及交叉学科单位之间的科学数据,在不侵犯知识产权的情况下,要努力做到资源的共享。比如:在讲解x射线摄影技术的教学过程中,教师就可以借用一例确诊为肺癌的临床病例,通过该病例影像,然后讨论影像展示的内容、x射线的特性、x射线摄影技术对于病例的诊断作用以及该技术存在什么缺陷或不足,如何改进等等。在教学过程中,教师通过实际的案例分析,将理论知识与实际紧密结合在一起,通过实际的案例来讲解晦涩难懂的理论知识,学生就比较容易理解并接受所学知识,师生互动,教学效果良好。
3.大数据时代的医学影像物理学课堂教学要实现以学生为主体的理念
在大数据时代,教师仍然可以规划和实施医学影像物理学课堂教学,但是授课方式不再是以教师为中心的授课方式,而是教师与学生相互结伴来共同完成的教学活动;教师要真正的了解学生并且要与学生形成互动,教学活动不再枯燥无味,学生真正的参与到教学活动当中;只有这样,医学影像物理学教学活动的才能顺利进行,才能实现以学生为主体的理念。
关键词:移动医疗;数字图像处理;医学影像
中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)30-0238-03
随着科学技g的快速发展和生活质量的提高,健康问题已成为大家关注的焦点。然而生活环境的污染、饮食结构的不健康和长期处于现代职场高压环境之下,很多人的身体出现亚健康状态:头痛、胸闷、失眠等健康问题困扰着现代职场白领,长期以往,身体不堪重负,疾病随之而来。面对这种情况,早期发现、早期治疗既可以减轻患者病痛,提高预后水平,又可以减少患者的经济支出。因此,对疾病问题的早期诊断就成为国内外医学界关注的焦点。
然而由于医患交流以及过去医学影像不清晰、保管难等问题,始终制约了精准医疗的发展。目前随着科学技术的进步和互联网技术的突飞猛进,影像学被越来越多的应用到各种疾病的检查中去,医生读片诊病,影像成了医生重要的诊断辅助工具,难以被低估,不能被替代。随之影像学科也成了当今迅速发展起来的一门综合学科,多门课程如通讯、计算机、医疗交叉,为医务工作者提供尽可能准确的辅助诊疗方法,这将是今后影像学科持续发展的重要方面。
日常生活中我们在对体内和体外的血液细胞、器官组织进行无损害性检查时,通常会选择诸如:数字线摄影、核磁共振、超声波三维诊断等治疗方法,这些拍片式的诊断方法可见即可得,不仅生动补充了书本上的人体正常组织以及病灶组织的解剖学知识,同时对影像引导下的教学、检查、穿刺、手术等有着不可低估的作用。但是医疗图像A生成往往会因自然界信号的干扰、信号传输过程中的衰减、医疗设备的成像原理、光线和显示屏等原因的影响,所显示出来的影像像质往往不够清晰、感兴趣内容不突出,或者不适合人眼观察或者机器理解分析,同时医学影像本身也有图像分辨率不高导致图像模糊不清或者无明显边缘、噪声偏大、结构信息缺乏的问题, 最终生成的影像不能准确定位病变部位以及病变性质,临床诊断面临各种困难。如果有一种方法能对生成的医学影像进行数据处理提高影像的清晰度,增强医学影像的可读性可分辨性,临床医生可以结合解剖学和生理学对病变组织有针对性的观察并诊断,这将大大提高临床诊断的准确率。因此,医学影像的数字化处理对医疗卫生、信息技术、生物科学等学科来说无论在理论研究还是临床应用方面都起着关键作用,这是人类认识疾病并对之精确诊断的重要环节,这将是一门具有较强应用性和长远发展性的课题。
1医学影像的发展及意义
1.1国内外医学影像的背景及对其图像处理的意义
1895年德国物理学家W.K.伦琴在实验室拍摄出其夫人手指和的影像,自此 “X射线”被发现,并被影像学逐步引进到医学领域。经过30多年的研究与应用,医学影像起着翻天覆地的变化,随着计算机技术的引进和广泛应用,影像学科更是呈现出跨度大、知识交叉密集的特点,如今基于计算机算法的图像处理技术也已经成为医学影像学中发展迅速的领域之一。
1971年,英国科学家汉斯・基于计算机技术原理设计出第一台X-CT诊病机,这一发明在医学界引起巨大的轰动。从此,对医学影像的数字成像技术的研究开始发展壮大,各种医疗设备也被开发出来,它包括计算机 X线摄影( Computed Radiography, CR)、数字 X线摄影( Digital Radiography, DR)、 X射线计算机断层成像( X- Computed Tomography,X- CT)、磁共振成像超声( Magnetic Resonance, MR),超声( Ultrasound)成像、光纤内窥镜图像、磁共振血管造影术( Magnetic Resonance Angiography,MRA)、数字减影血管造影术( Digital Subtraction Angiography, DSA)、单光子发射断层成像( Single Photon Emission Computed Tomography,SPECT)、正电子发射断层成像( Positron Emission Tomography, PET), EEG脑电图、 MEG脑磁图、光学内源成像等。
本文着重论述的 X- CT( Computed Tomogaphy)意为 X线计算机断层扫描技术,是用 X线束对器官组织进行断层扫描,应用物理原理来测量X射线在人体组织中的衰减系数或吸收系数,再经计算机进行数学计算来对图像进行三维重建。按照测量的衰减系数的数值排列成一个二维分布矩阵,计算出人体被扫描组织断面上的图像灰度分布,从而生成断面图像。X-CT以它高速、高分辨率、高灵敏度的探测器螺旋式旋转来获取器官组织的多方位、多层次的断面或立体影像,经临床实际应用,它能发挥有别于传统X线检查的巨大作用。它能综合反映人体组织在解剖学方面的功能、性质,还能提供人体被拍摄部位的完整三维信息,器官和组织结构清楚显影,提示病变,已与核磁共振、超声波等诊断方法一样成了医生获取信息的重要来源。并且具有其他医学设备不可比拟的优点,X- CT成像简单方便、对人体损伤小、组织结构密度分辨率高,这在病理学和解剖学研究中尤为重要。特别是临床在对肿瘤的诊断中X-CT的分辨率要远远高于其他医学设备成像,研究显示在对于1~2厘米的小肿块的检测上,X-CT显示率高达88%,而B超、MRI等仅为48%。在针对肝脏疾病实验的拍片中, X-CT可以较清晰的显示出多种器官病变和功能性状,如肝癌、肝血管瘤、脂肪肝等,其对肝癌的诊断准确率高达93%,最小分辨率可显示为1.5厘米,
可以直接观察到肝静脉、门静脉与肿瘤大小、位置之间的关系,并能诊断出肝静脉、门静脉有无癌栓,为医生的精确诊疗提供了重要依据。
由于器官病变的位置、病灶大小、病程长短等自身因素,加上设备电子元器件、嘈杂的环境以及人为操作等因素的影响, X- CT在对病灶做定位影像、定性精确诊断时常常会有所限制,即它能反映出器官的异样变化,但却不能反应目前器官的生理功能。现实工作中采集到的数字化影像或多或少的存在一些问题:伪影、雪花、边缘不清、病灶不清、对比度不强……凭借肉眼无法从整张影像中清晰分辨出病灶部位或者确性病理改变的程度,要想精确诊断,还需做进一步的检查。
目前,对 X- CT图像处理进行处理大部分的研究还集中在预处理阶段,即研究通过调试设备、提高影像像素、提高出图效率、减少外界干扰等方式增强医学影像的可读性和敏感性。而对于医学影像成像后的处理则相对冷门,其中对部分内容的研究也比较单一,如仅仅单独研究医学影像的降噪或增强。同时应用降噪、增强、分割技术来处理影像的研究较少,理论研究也停留在可行性阶段,针对单一疾病的医学影像处理研究还不常见。
1.2医学影像常用的诊断方法
目前我们常用超声波、核磁共振、X-CT等设备生成的医学影像作为辅助诊断方法。其中:超声波是使用声波来探测病理并生成平面图像的一种诊断方法,由于其具有方向性好,穿透力强,声能集中,操作简便,能反映出人体组织的灰度形态和结构等优点,被影像科广泛采用。其中 B型超声波采用超声平面成像,在超声屏上显示出病变部位周围有明显的强弱不等的回声区,表现为亮度不等的光点、结合解剖学和生理学知识,可判断这些高光区和暗区的病变性质。且价格低廉,诊断快速,但缺点是对于1~2厘米的小肿块诊断准确率不到达48%。
核磁共振是诊断组织病理变化的一种新的方法,通过层片选择,频率编码,相位编码,实现对接收到的电磁信号在人体内部的准确定位,根据接收到的电磁信号的频率、相位的差别成像,完成对器官组织的检测。例如:核磁共振检查原发性肝癌时通常表现为信号改变,T1W1驰豫时间加权图呈低信号,T2W2加权图呈高信号。其特征性影像为病灶内出现粗大引流或供血血管的流空信号,该信号提示肝癌结节内有动静脉短路形成。但缺点在于检查价格昂贵,且核磁共振设备在我国普及率较低,对于1~2厘米的小肿块诊断准确率较低。
X- CT是用 X线束对器官组织进行断层扫描,再经计算机由于分辨率高图像清晰,能够扫描到早期刚发展起来的较小的肿瘤,这对病人早诊断早治疗不至延误病情具有重要意义。比如:X- CT肝癌表现与大体病理形态一致,平扫多为低密度,少数为等密度或混杂密度,外形不规则呈球形或结节形,边界模糊。增强扫描表现为低密度区略缩小,境界变得较为清楚。肿块中心部位常因肿瘤组织坏死囊变形成极低密度区。研究显示在对于1~2厘米的小肿块的检测上,X-CT显示率高达88%。目前X-CT已成为各种疑难杂症中最重要的诊断方法。
1.3对医学影像进行数字图像处理的可行性及意义
在实际图像信号的生成和传输过程中,由于受到医疗器械自身、人为操作控制和自然界噪声等干扰的影响,多多少少会出现细节模糊、对比度差、噪声较大或存在伪影等问题,影响到影像质量。且成像是用亮度不等的灰度表示,加上病灶发展早期其空间形态变化通常比较小,拍出的片子肉眼很难观察,误诊和漏诊的情况也时有发生,致使病情诊断准确率下降,医务工作者的效率也难以体现。因此,有必要运用适当的技术和方法来处理和分析医学影像,提高影像质量,这将有助于减少误诊和漏诊率,提高诊断准确率。因此,研究医学影像的计算机辅助诊断技术和数字图像处理技术具有重要的意义和实用价值。
在医学影像领域的数字成像技术有个共性:基于计算机将图像采集、显示、存储和传递分解成各个独立的部分,将每一部分图像信息分别数字化,这种共性为我们以后对各功能模块进行单独优化提供了便利,对其实施图像数字信息的后续处理提供了可行性。
以X-CT成像为例,对影像进行预处理可以过滤掉影像上的不利影响,处理掉无用的信息,保留或恢复有价值的信息。通过过滤掉不利因素,加强病灶信息的可读性,突出感兴趣部位,清除各种干扰的同时能保留所摄影像的形态和边缘,有效的改善图像视觉效果,为医生诊病提供了依据和便利,这就达到了图像处理的目的。
2数字图像处理在医学影像中的具体应用
图像处理(image processing),在医学上也被称作影像处理,是指将图像信号转换成数字信号后使用计算机对医学影像处理和分析,提高并改善影像的质量供医生有效诊断的专业技术。将将人设为对象,图像设为目标,输入低质量的图像,输入改善后高质量的图像,当图像达到满足人的视觉效果为最终目标。图像处理方法通常有图像增强、复原、编码、压缩等等。本文将重点讨论图像去噪、增强、分割在医学影像中的应用技术。
2.1图像去噪
影像的生成和传输常常受到自然界各种声音的干扰导致影像质量下降,就像我们在日常生活中交谈时被其他声音打扰一样,在语言中表现为听不清对方说话, 表现到影像上,则是原本很清楚的图像,因为机械本身、电子元件、外界杂音等干扰原因产生各种各样的斑点或条纹,图像变得模糊不清,此即为图像噪声。噪声的存在势必影响后续对影像的分割和理解分析,所以图像去噪是预处理的重要步骤之一。去噪的方法有很多,结合影像特点、噪声的统计特征及频谱分布规律,目前常用均值滤波、中值滤波、低通滤波等算法来对图像进行平滑处理。
2.2 图像增强
图像增强(image enhancement)是数字图像处理领域中的一个重要分支。影像学上的图像增强和复原的目的是为了提高医学影像的质量,清除干扰、降低噪声,通过增强清晰度、对比度、边缘锐化、伪彩色等来提高影像的质量,或者转换为更适合人观察或机器识别的模式。不同于图像噪声,在图像增强中通常不考虑影像降质的原因,它不需要反应真实的原始图像,只需突出图像中感兴趣的内容。但要对降质的原因有所了解,依据降质的原因建立“降质模型”,然后各种滤波方法和变换手段增强图像中的背景与感兴趣部位的对比度,比如:增加图像高频分量,被照人体组织轮廓变得清晰,细节特征明显;增加低频分量,能有效降低噪声干扰,最终达到增强图像清晰度的目的。
图像增强根据空间不同可划分为基于空间域的增强方法和基于频率域的增强方法。基于空间域的增强方法是对图像中的各个像素的灰度值直接处理,算法有直方图均衡化、直方图规定化等;基于频率域的增强方法不直接处理,而是用傅里叶变换将空间域转换成频率域,在频率域对频谱进行处理,再使用反傅里叶变回到空间域,算法有低通滤波、高通滤波、同态滤波等。
2.3图像分割
图像分割是数字图像处理领域的关键技术之一,目的是将图像中有意义、感兴趣的内容从背景里剥离,划分为各个互不交叉的区域。有意义、感兴趣的内容通常是指图像区域、图像边缘等。分割是后续图像理解分析和识别工作的前提和依据。目前已经开发出很多边缘检测和区域分割的算法,但是还没有一个算法对各种图像处理都有效。因此对图像分割的研究还将继续深入,在以后很长一段时间将始终是热门话题。
图像分割方法基于灰度值主要划分为基于区域内部灰度相似性的分割和基于区域之间灰度不连续的分割。
(1) 基于区域内部灰度相似性的分割
基于区域内部灰度相似性的分割是确定每个像素的归属区域(同一区域内部像素是相似的),从而形成一个区域图集,来对图像进行分割,常用算法有阈值分割法、形态学分割、区域生长法、分裂合并法等。
(2) 基于区域之间灰度不连续的分割
基于区域之间灰度不连续的分割是指先提取区域边界,再确定边界限定的区域。因为图像中的边缘部分往往是灰度级发生跃变的区域,根据像素灰度级的不连续性,找出点、线、边,最后确定边缘。常用的算法有边缘检测分割法、Hough变换等。
关键词 医学影像技术后处理实验室 实验教学 医学影像 技术专业
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2016.09.024
Research on the Application of the Laboratory of Medical Imaging
Technology in the Experimental Teaching of Image Technology
LIU Nian[1], HUANG Xiaohua[2], LEI Lixing[2]
([1] Medical Imaging Department, North Sichuan Medical College, Nanchong, Sichuan 637007;
[2] Medical Imaging Department, Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College, Nanchong, Sichuan 637007)
Abstract Objective: To explore the teaching value of the laboratory of Medical imaging technology in the experimental course of Medical imaging technology. Methods: Under the premise of the reform of teaching idea, we research and develop the experiment software of Medical imaging technology and use computer simulation technology to execute resource optimization on the existing experimental teaching. Creating a distinctive, digital and multi-functional laboratory, on the basis of the experimental teaching of Medical imaging technology ,we will reform the experimental model .Results: The professional teaching quality of Medical imaging technology was improved, and the experimental teaching method was reformed to promote the training of students' practical ability. Conclusion: We should reform the experimental teaching mode and build innovation laboratory, improve experimental curriculum system, in order to arouse the students' subjective initiative and strengthen students' practical ability. This is not only the need of medical imaging technology curriculum construction and talent training, but also medical image diagnosis and postgraduate education need.
Key words laboratory of medical imaging technology; experimental teaching; medical imaging technology
随着循证医学的发展和精准医学的提出,医学影像学在临床医学的作用越来越重要,它为临床提供了更加精准的诊断信息,指导临床医生的诊断和治疗。而医学影像技术学在其中发挥着非常重要的作用,它不仅决定着不同疾病的不同影像学检查方法,更是临床诊疗获取优质图像的保障。①医学影像检查技术学是一门将多个影像设备综合应用,且具有扎实的专业理论和丰富的实践经验的交叉应用学科。随着医学影像技术日新月异的发展,为了适应影像技术新理论和新方法的不断更新,避免与临床脱节,学校应该注重学生理论知识和实践技能的培养和更新。因此,加强学生医学影像技术实验课程的实践技能尤为重要。改革医学影像技术实验教学理念和教学模式,创建提升学生自主学习能力和实践能力的实验平台,是全面提高医学影像技术学课程教学质量的主要趋势。②本研究通过建设医学影像技术后处理实验室,改革既往的影像技术实验教学思维和手段,以计算机网络为实验环境,将普通X线、CT、磁共振、核医学、超声等检查的图像及后处理信息导入计算机网络系统,从而实现医学影像信息资源共享。本平台是构建“以临床能力为导向的多学科、阶段性、模块化、综合式的临床实践教学课程体系”的医学影像专业教学平台。学生或师生可以通过实验室网络平台进行互动交流,激发学生自主学习的兴趣,提高医学影像技术设备操作实验的效率、质量,节约教学资源,创造个性化学习的环境。
1 医学影像后处理实验室平台建设
医学影像技术后处理实验室是以计算机为硬件基础,Windows 操作系统为平台,联合开发的仿真实验操作系统为应用软件的实验室。本实验室的主要功能有:(1)该软件操作完全模拟医院普通X线、CT、MRI操作流程,让学生身临其境地实践医学影像图像后处理技术,有助于激发学生学习的兴趣和积极性;(2)该实验室共配置24台学生电脑和1台教师电脑,可让每个学生单独上机完成操作,有利于对学生的学习情况进行有效的评价;(3)仿真软件的数据均来源于我院附属医院,有真实可靠的图像,与临床病例无缝连接;(4)该后处理软件不仅包含基本教材上的常规后处理技术,还包含最新、最近的科研软件,根据医学影像检查技术的进展,即时对软件进行升级,为教师和学生开展科研提供有效的应用工具,有利于提高师生的科研创新能力;(5)该实验室对学生全天开放,学生可自行安排时间随时进行实验操作、复习、做科研;(6)避免了大量学生同时到医院见习出现的安全隐患,提高了学习效率和工作效率。
2 应用结果
(1)实验教学方式的改变。通过医学影像技术实验课程在医学影像技术后处理实验室中的应用,原来的教学手段有了明显改变,已由人工教学变成网络化计算机教学,简化并优化了教学流程;过去用胶片展示教学,其图像较小、图像质量参差不齐,数量有限,管理困难,无法满足大量的学生教学和个性化学习。此外,实验教学方式由原来的临床医、技人员现场教学转变成网络化仿真模拟教学,避免了学生只能看不能动手的情况;学生在带教老师的指导下可以对医学影像技术学的相关知识进行网络化搜索、阅读、自学及复习,数字化仿真模拟教学几乎改变了以往了学习模式。第三,原来以教师讲解为主的实验教学方法转变成了以学生自学为主的模式,每个学生可以通过计算机模拟操作,完成实验要求,同时提高学生的自学能力。通过医学影像技术后处理实验室的使用大大增加了课堂与课外的教学信息量。
(2)实验教学内容的完善和丰富。目前医学影像技术后处理实验室的完整资料数据库中已有10 000余份,本实验室根据临床信息的发展会不断更新资料,其中包含普通X线、CT、MRI、超声、核医学、DSA等方向的图像资料,完全能满足实验教学的需要,其丰富的图像信息资料不仅能紧密地结合教科书上的知识框架,还能在实验中丰富学生的课余知识。
(3)学习效率的提高。医学影像技术后处理实验室的开放,不仅提高了学生的学习效率,学生的自主学习空间得到充分利用,明显增强了学生学习的兴趣和积极性;而且还能更好地利用该实验软件进行科研分析,取得科研成果。学生可以随时到实验室学习,有利于学生的复习和个性化培养,极大地提高了学生的实践动手能力,使学生有充分的自由学习空间和内容。
(4)教学管理的优化。在校内实验室进行实验教学,不仅提高了教学效率和教学管理水平,还为学校节省了大量的人力、物力及财力。仿真模拟实验教学明显改变了过去复杂繁琐的管理模式,避免了学生在临床实验教学中损坏精密昂贵的设备,减小了学生到医院见习的安全隐患。
(5)教学效果的反馈。学生在实验课堂教学中,能及时将问题和难点提出,教师可及时解答;通过学生在实验教学中的网络留言和讨论发现教学问题,并能及时反馈信息及解答学生的问题,检验实验教学效果。
3 讨论
医学影像技术专业的快速发展,适应了医疗设备迅速更新的发展,满足社会和广大医疗机构的人才需求。医学影像检查技术学是培养医学影像技术专业人才的主干课程之一,是连接理论与实践的重要桥梁,是一门不可或缺的且实践性非常强的课程。③④学生不仅要扎实掌握专业理论知识,更注重实践动手能力的培养。针对医学影像技术学的实验教学模式,通过对医学影像技术后处理实验室的建设和使用,系统地将丰富的教学内容、创新的教学方法和学生的实践培养相结合,让学生通过对实验情景、实验界面和实验程序的模拟操作,加强了学生对实验原理、方法和完整操作流程的理解。⑤⑥
医学影像技术后处理实验室的使用,优化了实验教学资源配置,转变了实验教学模式,提高了实验教学效率,实现了将理论教学内容与实验教学相适应的结合。实验项目覆盖了基础性、创新性和综合性实验,丰富了实验教学内容,实验教学手段的多样化,不仅使实验教学内涵更加深厚,而且使学生在学校能熟练掌握医学影像常规检查技术,具备图像后处理能力,以便在医院实习阶段能更快适应岗位要求。同时学生还可在教师的指导下开展实验室科研项目,进行个性化实验操作,这对启迪学生科学思维和培养创新的科研意识有重要的意义,在培养学生实践能力和创新思维的同时,充分发挥了学生以学习主体的功能,也促进了学生对理论知识的掌握和应用。
综上所述,通过医学影像技术实验课程在医学影像技术后处理实验室的教学,改革了实验教学模式,建设了创新性实验室,完善了实验课程体系,调动了学生的主观能动性,加强了学生的实际动手能力,适应了现代医学的影像技术学的发展,满足了医学教育事业和临床医技岗位的发展要求。这不仅是医学影像技术专业课程建设和人才培养的需要,也是医学影像学专业和研究生培养的需要,对培养高素质医学影像技术专业人才具有非常重要的意义。
*通讯作者:黄小华
基金项目:本文为川北医学院校级科研项目“基于虚拟现实技术开发医学影像技术模拟仿真教学平台”的研究成果之一,项目编号2015-12-13
注释
① 黄小华,游金辉,马雪华.医学影像技术专业发展的几点思考[J].川北医学院学报,2008.23(1):103-105.
② 汪百真,俞曼华,张俊祥,等.CT、MRI仿真操作系统的研发及在实验教学中的应用[J].蚌埠医学院学报,2012.38(2):219-220.
③ 梁明辉,王晓东,夏力丁.数字化仿真实验系统在医学影像学教学中的应用研究[J].中国医药导报,2011.8(11):122-124.
④ 汪百真,俞曼华,张俊祥,等.医学影像检查技术学实验课程的改革与创新[J].蚌埠医学院学报,2013.38(7):919-921.
分析医学影像专业人才社会需求,探讨医学影像专业应用型人才培养模式,从培养方案、课程设置、教学内容、教学方法、教学手段、实践教学6个方面进行教学改革。
关键词:
医学影像学;人才需求;教学方法;培养模式
提高人才培养质量是加强医学教育工作的核心,《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2012)》特别强调高等教育的重点应放在提高教育质量上来,人才培养模式改革是提高医学教育质量的关键[1]。医学影像学专业是在放射诊断学的基础上伴随现代科学飞速发展应运而生的新兴专业[2-3]。随着医学影像学科及新项目、新技术的迅速发展,CT、MRI、DSA、ECT以及彩色超声(多普勒)等设备在国内不断普及、更新,影像诊断水平明显提高。我院自1999年开办甘肃中医药大学(甘肃中医学院)本科医学影像专业二段式教学工作以来取得了一定成果,毕业生深受用人单位欢迎。2015年7月,我院的二段式教学工作被甘肃中医药大学批准为临床实践教学基地重点建设项目,根据学校的办学定位和培养目标,医学影像学专业人才培养坚持知识、能力、素质协调发展和综合提高的原则和方法,以学科建设为基础,以专业建设为重点,以能力培养为主线,通过调整培养方案、课程体系的优化、教学方法的改革、教学手段的更新、实践教学改革等[4],努力培养临床实践能力强、适应社会主义市场经济要求的医学影像专业应用型人才。
1医学影像专业社会需求分析
1.1医学整合性更趋明显
随着经济发展和社会进步,我国的疾病谱发生了很大变化。20世纪70年代末,我国死因前三位的是呼吸系统疾病、寄生虫病和传染病、意外伤害,到2012年,已经变为恶性肿瘤、脑血管疾病、心脏病。慢性非传染性疾病的发生率、患病率迅速上升,成为人民健康的主要威胁。由于社会经济结构和生活行为方式的改变,健康的范畴也随之改变,不仅局限于没有疾病,而是身体、心理都能适应社会和环境的一种完好状态。在我国,引起疾病的心理、社会、行为因素约占60%,已大大超过单纯的生物因素致病的比例,与发达国家一致。医学模式已从单一的生物医学模式转变为生物-心理-社会-环境医学模式。医学的整合性基本特征表现为:医学内部各学科之间合理耦合,学科研究领域相互交叉、融合。
1.2医学强调高度的人文关怀
医学的使命是救死扶伤,面对的对象是人,而人具有整体性、社会性等特点,因此,医学作为一门自然科学,“它有着深刻而明显的人学标记”[1]。医学不像其他自然科学,它的研究内容首先应该是对人的关怀,我国历代医家也都奉行“医乃仁术”的思想,它强调“人学”。医学的理想模式应该是科学技术和人文精神的完美结合,这是医学的核心理念即人文精神所决定的。
2医学影像专业培养模式探讨
现代医学影像学的发展为广大影像医学工作者提供了广阔的舞台和无限契机,但不可否认的是我国影像学整体上与国际先进水平仍有较大差距,以教师、教材和课程为中心的传统的影像学教学方法已不适应现代医学影像学的发展。因此,要建立“大影像学”概念,组建包括介入、超声和核医学在内的现代医学影像学学科。影像学的发展趋势要求各个学科协同合作、优势互补,将各分支学科融会贯通。
2.1优化人才培养方案,构建应用型人才培养的教学体系
2.1.1构建“四个教育平台”,提高学生的综合素质及临床综合能力
以公共基础课为基础构建大学通识教育基础平台;以基础医学课程、基础医学实验教学中心为基础构建基础医学教育平台;以临床医学课程及标准化病人模拟实训室、临床技能实验教学中心等为基础构建临床医学教育平台;以医学影像专业课程、医学影像数字化仿真实验教学中心、PACS实验室、电子阅片室和附属医院影像科室为基础构建医学影像学专业教育平台。通过上述“四个教育平台”,不断提高学生的综合能力。
2.1.2拓宽专业基础,强调临床与影像并重
优化课程结构,专业课教学形成以影像诊断学为核心的多门专业课程体系;加强形态学基础课程教学,使系统解剖学、组织胚胎学、病理学等形态学课程教学时数与临床医学专业课程教学时数相同;将断层解剖与影像解剖学合并为一门课程,增加图像处理、放射防护学等选修课程,拓宽培养口径。
2.1.3采用“2.5+1.0+1.5”培养模式,加强学生的综合分析能力
第一阶段:两年半基础学习(学习公共基础、医学基础、临床医学等课程);第二阶段:一年临床科室轮转实习(进行内科、外科、妇科、儿科实习);第三阶段:一年半影像专业学习(其中半年学习专业核心课程,半年在医院影像科室实习,半年在数字化仿真实验教学中心进行综合阅片能力培养及科研能力训练),学习内科、外科、妇科、儿科等临床医学课程后,即到医院进行为期一个学期的临床实习,实习后再学习影像诊断学等专业课程,然后再进行一个学期的影像专业实习。这样就使得学生在学习影像诊断专业课程时,能够结合临床医学的理论与病例等问题听讲,有利于学生综合能力的提高。
2.2形成以学生为中心的教学理念,实施学习、实践、探索相结合的应用型人才培养教学模式
2.2.1改革教学内容,促进课程知识体系的更新及相关知识的交叉和融合
医学影像学与基础医学中的解剖学、病理学、内科学、外科学等多门学科均有密切联系,是联系基础医学与临床医学之间重要的桥梁学科之一[4]。因此,在专业教学过程中加大教学改革力度,通过PACS系统调阅所有影像、临床病历、病理图像等资料,将影像诊断理论知识与实践融会贯通,培养学生灵活运用理论知识去认识、观察、分析问题和解决问题的能力,提高学生的临床适应能力和职业素质。注重传授专业理论基础,讲授新技术、新进展,突出对学生基本技能、临床思维能力、科研能力的培养。
2.2.2改革教学方法,提高学生的阅片能力及影像学诊断与鉴别能力
灵活运用启发式、以系统疾病问题为中心及病例讨论等多种教学方法,因材施教,培养学生的独立阅片能力,使学生掌握人体各系统的影像学解剖及常见病的影像诊断与鉴别诊断。
2.2.3改革教学手段,提供丰富的教学资源
建成数字化影像仿真实验中心网站,包括实践操作指南、教案与课件、影像试题、影像诊断学仿真课件、视听教具(如人体断层标本、病理标本、手术录像、各种影像检查录像和电影)等资源,更新医学影像学电子教学片库和试题库,构建网络化、多媒体化新型影像学见习及实习教学模式,形成网络化的医学影像教学和管理平台,使学生可以通过医学影像学电子教学片库和试题库及医学影像学电子阅片室进行专业技能训练和考核。
2.3加强实践教学改革,构建集知识、能力、素质培养于一体的实践教学体系
2.3.1加强专业实验室建设
建成PACS实验室,与附属医院进行无缝对接,能够实时、安全、有效地将附属医院CT、MR、DR、DSA等设备所产生的数字化图像信息同步传输到PACS实验室,使学生能实时调阅典型病例的影像和检查报告,形成了一个开放、仿真和资源共享的教学环境,有效提高了学生的影像诊断能力。更新和丰富医学影像资源库和试题库,建立涵盖医学影像原理及全身各大系统、病种齐全、内容表达形式多样、功能强大的医学影像网络资源库[5],便于学生随时在网上学习。
2.3.2加强校内外实践基地建设
加大实验室开放力度,做到时间、空间、内容的全面开放,建立师生互动平台。让学生在医疗实践中学习,将临床问题渗透到基础教学中,营造实训氛围,开辟学生的实习基地。
2.3.3加大实践技能训练和考核比重
教学中所有专业课程理论授课与课间见习课时分配为1∶1,理论授课与见习全部由富有经验的临床副高以上教师讲授并带教,毕业考试实行理论考试加实践技能考核的全方位考核模式,毕业专业课考试实行理论成绩与读片成绩分值分配为1∶1的考核模式。
参考文献:
[1]张岩波,段志光,程牛亮,等.结合专业认证开展内部评估助推人才培养模式改革与实践[J].中国高等医学教育,2011(11):3-4.
[2]袁小平,任俊杰,谢榜昆,等.培养高质量的医学影像学本科专业人才——医学影像学本科生的实习教学研究[J].影像诊断与介入放射学,2000(4):253-254.
[3]赵云.培养医学影像专业应用型人才的探索[J].山西医科大学学报:基础医学教育版,2007,9(5):560-562.
[4]杨小庆,杨明,刘斌.参照本科医学教育标准构建医学影像学高素质人才培养模式[J].西北医学教育,2008,16(6):1236-1239.