醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)研究

王艷，王麗嘉，聶生東

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院(上海，200093)

0 引言

隨著聯(lián)影、邁瑞、魚躍三家國產(chǎn)醫(yī)療器械企業(yè)陸續(xù)推出的高端PET-CT(正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像)設(shè)備打破了中國高端醫(yī)療器械市場被進(jìn)口壟斷的現(xiàn)狀, 到2020年，我國醫(yī)療器械市場規(guī)模將超過6 000億元人民幣。醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)作為提供醫(yī)學(xué)成像設(shè)備相關(guān)行業(yè)專業(yè)人才的重要基地，如何培養(yǎng)適合當(dāng)前高新技術(shù)發(fā)展，掌握先進(jìn)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，掌握醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)，維護(hù)管理的專業(yè)人才成為普遍關(guān)心的難題。

《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)》是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)類專業(yè)的核心課程之一。內(nèi)容包括醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展歷程和分類、常規(guī)X線機(jī)、數(shù)字X線機(jī)、CT機(jī)(CT Computed Tomography X線計(jì)算機(jī)斷層成像設(shè)備)、磁共振、超聲和核醫(yī)學(xué)等成像設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)參數(shù)和臨床應(yīng)用。其中《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)課程設(shè)計(jì)》是該課程的重要實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。醫(yī)學(xué)成像設(shè)備價(jià)格昂貴，對(duì)于設(shè)備的安裝和人員防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求較高，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室尚無法滿足要求，課程設(shè)計(jì)教學(xué)無法達(dá)到良好的預(yù)期效果。本文將從以下三個(gè)方面以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐教學(xué)的方法對(duì)《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)課程設(shè)計(jì)》的教學(xué)模式進(jìn)行深入研究。

1 增加認(rèn)知實(shí)踐

認(rèn)知實(shí)踐著力于“認(rèn)知”。21世紀(jì)以來，隨著行業(yè)內(nèi)三大巨頭公司GE醫(yī)療、飛利浦醫(yī)療、西門子醫(yī)療器械有限公司，簡稱為“GPS”把研發(fā)中心或生產(chǎn)線建立在了中國。國內(nèi)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)也取得了顯著的成效。涌現(xiàn)出一大批醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的民族企業(yè)研發(fā)機(jī)構(gòu)如聯(lián)影、邁瑞、魚躍、明峰等。國內(nèi)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)行業(yè)的快速發(fā)展迫切需要高端醫(yī)學(xué)影像專業(yè)人才[1]。

《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)》主要講述醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的原理及應(yīng)用[2]。《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)課程設(shè)計(jì)》從課程出發(fā)，將理論與工程實(shí)際緊密聯(lián)系起來。與X線機(jī)實(shí)驗(yàn)[3]，X線CT實(shí)驗(yàn)，磁共振實(shí)驗(yàn)一起共同組成醫(yī)學(xué)影像專業(yè)的核心實(shí)踐教學(xué)模塊。利用醫(yī)學(xué)影像研究所現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備GE單排CT，富士公司的DR，上海醫(yī)療器械廠自主研發(fā)的移動(dòng)式X線機(jī)設(shè)備等。通過對(duì)這些進(jìn)口和國產(chǎn)設(shè)備各方面的比較和性能參數(shù)的分析，使同學(xué)們看到國內(nèi)醫(yī)療器械行業(yè)的發(fā)展[3]。學(xué)院近年來與飛利浦、西門子、聯(lián)影都簽訂了戰(zhàn)略合作實(shí)習(xí)基地備忘錄, 利用這些基地帶領(lǐng)學(xué)生們實(shí)地參觀, 也邀請(qǐng)企業(yè)或醫(yī)院的專家到學(xué)院來做專題講座為同學(xué)們講解專業(yè)知識(shí)[4-5]。

2 改進(jìn)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

課程設(shè)計(jì)課題來源于與各大公司或醫(yī)院合作的課題。比如，高頻X線機(jī)電源分配子電路設(shè)計(jì)就來源于與上海醫(yī)療器械廠合作的昆騰高頻高壓發(fā)生器研發(fā)項(xiàng)目。X線機(jī)球管測試則來源于與飛利浦暑期實(shí)習(xí)合作項(xiàng)目，具體改進(jìn)如下。

2.1 每天一個(gè)學(xué)時(shí)左右的微視頻教學(xué)環(huán)節(jié)

微視頻的引入改善了教學(xué)環(huán)境，加深了課堂教學(xué)的深度和廣度，拓寬了學(xué)生的視野。請(qǐng)同學(xué)們準(zhǔn)備一個(gè)20分鐘以內(nèi)的簡易的微視頻，可用手機(jī)很方便錄制素材，用電腦或者平板電腦就可以后期制作出來。比如X線機(jī)電源電路的設(shè)計(jì)中采用三相半波、三相六波和三相十二波電源的電路在應(yīng)用領(lǐng)域的差別。同學(xué)們經(jīng)過大量的調(diào)查研究，通過互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)校圖書館，電話聯(lián)系，實(shí)地考察取材，得到視頻素材。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)的新環(huán)境下，微視頻，微課這種形式更能激發(fā)同學(xué)們的創(chuàng)作熱情。這些微視頻可以上傳至班級(jí)群或云端共享，在宿舍，回到家里，隨時(shí)隨地都可以回放。比課本上純理論分析的設(shè)備硬件電路原理描述更能促進(jìn)大學(xué)生思考。

2.2 課程設(shè)計(jì)結(jié)合工程實(shí)際，有利于培養(yǎng)大學(xué)生工程師的基本工程素養(yǎng)

隨著企業(yè)對(duì)工科畢業(yè)生解決復(fù)雜工程問題能力的需求與日俱增，高校的人才培養(yǎng)模式需要從偏重理論教學(xué)向注重實(shí)踐教育轉(zhuǎn)變[6]。由教師主導(dǎo)改變?yōu)閷W(xué)生主導(dǎo)模式，啟發(fā)學(xué)生選讀相關(guān)工程領(lǐng)域的新科研成果和發(fā)展方向的工程應(yīng)用，更有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和解決實(shí)際問題的信心。醫(yī)學(xué)成像設(shè)備如X線設(shè)備、CT設(shè)備等都是大型設(shè)備，整機(jī)系統(tǒng)制作難度較大。對(duì)于只做過基礎(chǔ)電路實(shí)驗(yàn)的同學(xué)一周內(nèi)完成課程設(shè)計(jì)尤其難，只能通過仿真設(shè)計(jì)完成電路分析到設(shè)計(jì)的過渡。并不是所有的學(xué)生都具備電子CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))的基礎(chǔ)，針對(duì)醫(yī)學(xué)影像專業(yè)本科生的特點(diǎn)，結(jié)合往屆學(xué)生的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要推薦學(xué)習(xí)兩個(gè)難度適中的電路設(shè)計(jì)軟件和仿真軟件：PROTEL和Multisim, 適用于板級(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作[7]。通過這兩個(gè)軟件可以完成電路原理圖的繪制和印制線路板的制作，并通過仿真查找原始電路設(shè)計(jì)的問題再糾錯(cuò)。而熟悉這兩個(gè)軟件的使用對(duì)于大學(xué)生將來從事硬件開發(fā)也非常有益。

對(duì)于局部核心電路的設(shè)計(jì)要求學(xué)生做面包板輔以實(shí)驗(yàn)，來加強(qiáng)學(xué)生們對(duì)于電子元器件的認(rèn)知。比如做高頻發(fā)生器電源電路的設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，要求學(xué)生采買絕緣柵型雙極型晶體管(IGBT)，并制作電路板。市場上IGBT型號(hào)眾多，參數(shù)各異，如何采買各種類型的元器件也是大學(xué)生將來成長為工程師的第一步[8]。很多大學(xué)生正是在這一周的課程設(shè)計(jì)內(nèi)學(xué)會(huì)了看色環(huán)電阻，學(xué)會(huì)在購買二極管三極管時(shí)需要事先了解哪些參數(shù)如何采買等。

2.3 資源共享

參考工程實(shí)踐中項(xiàng)目的解決方案模式指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行本課程設(shè)計(jì)。整個(gè)課程設(shè)計(jì)以工程項(xiàng)目方式立題，以解決具體工程實(shí)踐問題為目標(biāo)，由兩三個(gè)同學(xué)組成一個(gè)小組，分工合作再做系統(tǒng)集成。每組設(shè)立一個(gè)負(fù)責(zé)人，整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程都是以學(xué)生為主體。設(shè)計(jì)題目所給出的設(shè)計(jì)參考資料有部分是英文的，需要翻譯。專業(yè)文獻(xiàn)的翻譯必須結(jié)合專業(yè)課程內(nèi)容采用專業(yè)術(shù)語才能做到準(zhǔn)確、專業(yè)。課程設(shè)計(jì)拆整為單，將設(shè)計(jì)問題分解為一個(gè)一個(gè)模塊可以降低設(shè)計(jì)難度和制作難度，最大程度上解決了課時(shí)過少問題。由于自己的獨(dú)立完成任務(wù)情況將會(huì)影響到整體問題的解決使得每個(gè)同學(xué)更負(fù)責(zé)更主動(dòng)，從而克服了大家一起做同一個(gè)模塊的惰性。讓外語翻譯能力強(qiáng)的同學(xué)做技術(shù)翻譯工作，電路設(shè)計(jì)能力強(qiáng)的同學(xué)做原理圖設(shè)計(jì)，而仿真能力強(qiáng)的同學(xué)做仿真。后期則需要大家一起共享經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，分析結(jié)果，討論課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容。這種管理模式正是目前用人單位開發(fā)項(xiàng)目采用的常規(guī)模式[9]，通過提前適應(yīng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，以解決工程實(shí)際問題為目標(biāo)的個(gè)人負(fù)責(zé)結(jié)合團(tuán)隊(duì)需要模式。使同學(xué)們更全面地了解企業(yè)醫(yī)學(xué)成像設(shè)備研發(fā)、制造、維護(hù)需要，也使同學(xué)們更了解醫(yī)院的影像設(shè)備管理規(guī)范和自身的安全防護(hù)[10]。

2.4 課程設(shè)計(jì)結(jié)果分析。

課程設(shè)計(jì)的最后一天為成果匯報(bào)日。鼓勵(lì)學(xué)生采用多媒體+實(shí)物的方式進(jìn)行匯報(bào)。匯報(bào)由項(xiàng)目的提出，整個(gè)項(xiàng)目的分解，目標(biāo)方案的制定，最終實(shí)現(xiàn)和實(shí)物或仿真展示等幾個(gè)部分組成。每組匯報(bào)完畢，由其他項(xiàng)目組提問相關(guān)技術(shù)問題。有時(shí)提問的角度也是很有創(chuàng)意甚至可以作為下一屆的設(shè)計(jì)題目。通過你問我答，同學(xué)們?cè)谳p松的氛圍內(nèi)學(xué)到了知識(shí)，提高了做項(xiàng)目講解的能力。通過互動(dòng)能觸發(fā)學(xué)生更全面的思考。2017屆醫(yī)學(xué)影像專業(yè)的一組同學(xué)就是在匯報(bào)后，完善了方案，充實(shí)了上交論文的內(nèi)容。課題的結(jié)束往往只是下一個(gè)課題的開始，課程設(shè)計(jì)的內(nèi)涵得以延續(xù)。而教師在掌控整個(gè)匯報(bào)的過程中也可以受益良多，真正實(shí)現(xiàn)了教學(xué)互長，當(dāng)然也對(duì)教師提出了更高的要求。

3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)報(bào)告，優(yōu)化成績?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

基于上述幾點(diǎn)課程設(shè)計(jì)內(nèi)容上的改進(jìn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求也進(jìn)行了改進(jìn)。課程設(shè)計(jì)不能像理論課那樣出試卷給評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定。也不能像實(shí)驗(yàn)課程那樣根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告或數(shù)據(jù)分析給分?jǐn)?shù)。課程設(shè)計(jì)都是結(jié)合工程實(shí)踐中的項(xiàng)目而設(shè)計(jì)的一個(gè)個(gè)的小課題，要求學(xué)生根據(jù)小組的既定題目寫專業(yè)論文。格式參照科技論文的格式，字?jǐn)?shù)在2 000字左右。一周的實(shí)踐中期要求上交一份中期匯報(bào)簡報(bào)，報(bào)告課程設(shè)計(jì)的進(jìn)度和設(shè)計(jì)方法等。

成績?cè)u(píng)定不單單從論文入手，還要綜合考慮一周時(shí)間內(nèi)每個(gè)同學(xué)的工作量，由平時(shí)分和報(bào)告分兩部分三比七確定。而平時(shí)分，結(jié)合課程設(shè)計(jì)中組員表現(xiàn)由各小組組內(nèi)互評(píng)給出。對(duì)于這種自己參與打分，同學(xué)們表現(xiàn)得非常認(rèn)真。付出時(shí)間較多并帶動(dòng)了整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)展的同學(xué)都被組員給了高分，極大地體現(xiàn)了平時(shí)成績的公平性。比起大多數(shù)理論課只由幾次作業(yè)成績?nèi)∑骄陀^些。杜絕了平時(shí)缺席，考試成績好就能得高分的結(jié)果評(píng)價(jià)弊端。論文的內(nèi)容準(zhǔn)確合理、格式正確、論述嚴(yán)密作為課程設(shè)計(jì)報(bào)告分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。平時(shí)分?jǐn)?shù)和報(bào)告分?jǐn)?shù)相結(jié)合得到《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)課程設(shè)計(jì)》實(shí)踐課程的最終分?jǐn)?shù)。

4 結(jié)束語

在上海市重點(diǎn)建設(shè)課程項(xiàng)目的資助下，本文《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)課程設(shè)計(jì)》對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行了探索。探索的目的，一是為了提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量，從而為培養(yǎng)能在醫(yī)療衛(wèi)生單位從事醫(yī)學(xué)成像技術(shù)的醫(yī)學(xué)高級(jí)專門人才奠定基礎(chǔ)； 二是為國內(nèi)從事《醫(yī)學(xué)成像設(shè)備學(xué)課程設(shè)計(jì)》教學(xué)的同行提供一點(diǎn)參考。微視頻形式新穎，主題突出，交互性強(qiáng)更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。結(jié)合工程項(xiàng)目的問題解決為導(dǎo)向的分組合作方式更利于發(fā)揮學(xué)生的特長，使之明白團(tuán)隊(duì)合作的必要性。但限于作者水平文中尚有不當(dāng)之處，懇請(qǐng)同行給予指正。