生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程教學(xué)改革探索與實踐

繆月紅 楊 帆 陳 晉

貴州醫(yī)科大學(xué) 貴州貴陽 550025

一、概述

生物醫(yī)學(xué)工程是運用工程學(xué)的原理和方法，從分子、細胞、組織、器官、生命系統(tǒng)各層面研究并解決生物醫(yī)學(xué)問題，加深人類對生命現(xiàn)象的認識，提高人類健康水平的綜合性學(xué)科。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是生物醫(yī)學(xué)工程的一個重要技術(shù)領(lǐng)域，它是指利用各種不同媒介作為信息載體，將人體內(nèi)部組織和器官的結(jié)構(gòu)、機能信息、生化信息等以影像的方式表現(xiàn)出來的各種設(shè)備，主要包括醫(yī)用X線機、X線計算機體層成像設(shè)備(X-CT)、磁共振成像設(shè)備(MRI)、超聲成像設(shè)備以及核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備等。由于醫(yī)學(xué)影像含有豐富的人體信息，可以幫助醫(yī)生了解人體內(nèi)部病變的類型、大小、形狀、位置等情況，從而為疾病的診斷和治療提供有效的依據(jù)。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備是衛(wèi)生資源的重要組成部分，對生命科學(xué)和醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展起著重要的推動作用，是現(xiàn)代醫(yī)院必不可少的醫(yī)療設(shè)備?！搬t(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”是一門綜合性學(xué)科，主要研究醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、性能評價、臨床應(yīng)用、安裝維護、質(zhì)量保證，是生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的核心課程。

二、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”教學(xué)現(xiàn)狀

我校面向生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)開設(shè)的“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”這門課程，其課程性質(zhì)為專業(yè)必修課，授課學(xué)期為第6學(xué)期，授課學(xué)時為54學(xué)時，其中理論課36學(xué)時，實驗課18學(xué)時。課程內(nèi)容包括八大部分：普通X線成像設(shè)備、計算機X線攝影設(shè)備(CR)、數(shù)字化X線成像設(shè)備(DR)、數(shù)字減影血管造影成像設(shè)備(DSA)、X-CT成像設(shè)備、MRI設(shè)備、超聲成像設(shè)備、核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。選用的教材是石明國、韓豐談主編，人民衛(wèi)生出版社于2016年出版的《醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)》。課程的教學(xué)目標是使該專業(yè)的學(xué)生了解醫(yī)學(xué)影像設(shè)備領(lǐng)域的概貌；掌握大型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的基本原理、基本結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)、性能評價以及應(yīng)用特點；具備研發(fā)、管理、安裝與維護醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的基本能力；培養(yǎng)學(xué)生對醫(yī)療行業(yè)的認同、對中國制造的堅信，樹立高尚的職業(yè)道德，弘揚大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)自豪感和愛國情懷。

然而，“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程在教學(xué)過程中存在著諸多問題。第一，教學(xué)內(nèi)容多，課程學(xué)時少。“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容包括八種成像設(shè)備，而理論課課程僅有36學(xué)時，這對于大型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的理論教學(xué)是遠遠不夠的。第二，知識點復(fù)雜抽象。該門課程必須全面運用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電子學(xué)、電磁學(xué)、計算機技術(shù)等多種學(xué)科知識來闡述影像設(shè)備的基本原理和基本結(jié)構(gòu)，涉及的知識點復(fù)雜深奧、抽象難懂。學(xué)生學(xué)習時不僅需要有扎實的基礎(chǔ)知識，還需要有較強的邏輯思維能力和空間想象能力，這給教師的課堂講授以及學(xué)生的學(xué)習帶來了較大的難度。第三，教材知識結(jié)構(gòu)不完善，對于成像原理的介紹較少。而成像原理是基石，只有在掌握基本成像理論的基礎(chǔ)上，才能更好地理解儀器的硬件結(jié)構(gòu)和臨床應(yīng)用等。此外，近年來人工智能、半導(dǎo)體技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展，不斷驅(qū)動著醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的升級換代，而所用教材的出版年份是2016年，且有些影像設(shè)備已被淘汰，難以滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的教學(xué)需求。第四，理論與實踐脫節(jié)。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備價格昂貴，普通院校難以將各種影像設(shè)備配備齊全，因此學(xué)生缺少動手實踐的機會。

三、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”教學(xué)改革思路

“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”課程改革秉持以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)的現(xiàn)代教育理念；不斷更新教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容組織形式；強化以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣；充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，解決教學(xué)內(nèi)容多，課程學(xué)時少的問題；引進實驗教學(xué)用儀器設(shè)備，精心設(shè)計教學(xué)方案；不斷加強校院、校企合作，促進醫(yī)學(xué)影像設(shè)備實習實訓(xùn)基地建設(shè)；進一步優(yōu)化教學(xué)評價方式，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，促進學(xué)生全面發(fā)展。

四、生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”教學(xué)改革舉措

(一)教學(xué)內(nèi)容改革

依據(jù)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)培養(yǎng)方案的要求，結(jié)合醫(yī)學(xué)影像設(shè)備行業(yè)的發(fā)展趨勢，對醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)的教學(xué)內(nèi)容進行了合理整合及優(yōu)化。

針對教材知識結(jié)構(gòu)不完善的問題，我們選取了李真林、雷子喬主編，人民衛(wèi)生出版社于2016年出版的《醫(yī)學(xué)影像成像理論》作為參考教材，對成像原理部分的內(nèi)容進行補充；引入《中國CT和MR雜志》《IEEE transaction on medical imaging》等期刊作為課外拓展閱讀材料；關(guān)注醫(yī)學(xué)影像設(shè)備領(lǐng)域的學(xué)術(shù)會議，如北美放射學(xué)年會，獲取不同公司發(fā)布的最新影像技術(shù)和設(shè)備資料，從而對醫(yī)學(xué)影像設(shè)備領(lǐng)域的知識進行更新和拓展，進一步豐富本課程的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建完整的知識體系。

針對教學(xué)內(nèi)容多、課程學(xué)時少的問題，我們舍棄CR等已被淘汰的影像設(shè)備的教學(xué)內(nèi)容，且不拘泥于某一具體型號的影像設(shè)備的結(jié)構(gòu)及電路，課堂上著重講解各類影像設(shè)備的成像原理、基本結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)及性能評價等共性的知識點。充分挖掘有關(guān)影像設(shè)備的安裝與維護方面的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，要求學(xué)生利用課后時間進行自主學(xué)習，并對自主學(xué)習內(nèi)容提出學(xué)習目標和要求。學(xué)生通過自主學(xué)習，一方面可以打破傳統(tǒng)課時少的限制，使學(xué)習的內(nèi)容更加豐富；另一方面可以將理論知識與實際問題有機結(jié)合，增強學(xué)生對課程內(nèi)容的理解。

(二)教學(xué)方法改革

課堂教學(xué)離不開“教”與“學(xué)”的互動，教學(xué)的最終目的是將理論知識運用于實際。針對課程知識點復(fù)雜抽象、教師難講、學(xué)生難學(xué)的問題，教師應(yīng)轉(zhuǎn)換教學(xué)思路，變革傳統(tǒng)的“灌輸式”課堂教學(xué)，采用現(xiàn)代化的教學(xué)方法，如以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法、思維導(dǎo)圖法等。

以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法是將學(xué)生置于問題環(huán)境當中，學(xué)生高度發(fā)揮主觀能動性，充分利用已學(xué)知識，廣泛搜集領(lǐng)域信息，尋找問題的解決方案。教師則是課堂的引導(dǎo)者，首先需要幫助學(xué)生掌握相應(yīng)的基礎(chǔ)知識，構(gòu)建認知架構(gòu)，然后在此基礎(chǔ)上合理地設(shè)計問題，指引學(xué)生解決問題，并對結(jié)果進行有效評估。以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，其關(guān)鍵在于問題的設(shè)置，應(yīng)根據(jù)學(xué)生的知識儲備情況和思維能力，細致考量問題的難易程度。如果問題過于簡單，則不利于啟發(fā)學(xué)生，難以培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力；如果問題難度較大，則會打擊學(xué)生的學(xué)習積極性，破壞學(xué)習興趣。只有難度適中的問題，才能起到引發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣和持續(xù)學(xué)習意愿的作用。例如，工頻X線機燈絲加熱電路的空間電荷補償裝置部分，教師先對空間電荷的定義、空間電荷補償目的及補償原理進行講解，然后設(shè)計問題，讓學(xué)生對變壓器式空間電荷補償電路進行分析；又如CT圖像重建算法中的傅里葉變換重建法部分，教師先對中心切片定理進行講解，然后引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用中心切片定理來重建CT圖像。學(xué)生在解決以上問題的過程中，不僅需要靈活應(yīng)用到本節(jié)課的新知識，還需要應(yīng)用到物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)等相關(guān)學(xué)科的知識，通過啟發(fā)引導(dǎo)和相關(guān)學(xué)科內(nèi)容的關(guān)聯(lián)、互補，可以激發(fā)學(xué)生的求知欲，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，強化學(xué)生對于理論知識的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和解決問題的能力。

思維導(dǎo)圖是一種表達發(fā)散性思維的工具，它利用圖形、關(guān)鍵字、顏色等要素，在各級主題之間建立鏈接，把單調(diào)乏味的文字信息變成具有高度組織性的彩色圖譜。利用思維導(dǎo)圖法對“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”知識點進行加工整理，將知識脈絡(luò)用生動的圖像表示出來，可以充分調(diào)動左腦的詞匯、數(shù)字、分析、邏輯能力和右腦的色彩、空間、想象能力，從而加深對知識點的理解和記憶。圖文并茂的思維導(dǎo)圖不僅是一種將知識可視化的思維工具，還是一種將人腦發(fā)散性思考方式具體化的思維方法，將其整合到教學(xué)過程當中，可以將單一化、模塊化的知識轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)化的知識結(jié)構(gòu)，有效加強知識點之間的內(nèi)在聯(lián)系，不僅能促進聯(lián)想，豐富知識架構(gòu)，提高學(xué)生的學(xué)習效率，還能培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維能力和創(chuàng)造性思考能力。

(三)實踐教學(xué)改革

“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”是一門實踐性、應(yīng)用性較強的學(xué)科，因此必須高度重視實踐教學(xué)。實踐教學(xué)改革首要的是為學(xué)生創(chuàng)造豐富的實踐機會，其次是不斷優(yōu)化實踐教學(xué)體系，從基礎(chǔ)驗證型、綜合型、設(shè)計型、創(chuàng)新型四個維度設(shè)計實踐教學(xué)項目，努力將知識目標、能力目標、素質(zhì)目標融為一體，培養(yǎng)兼具理論知識、實踐能力和創(chuàng)新精神的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備專業(yè)技術(shù)人才。

為保障“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”實踐教學(xué)的順利開展，提高實驗實踐教學(xué)水平，我校大力引進實驗教學(xué)儀器設(shè)備，積極搭建醫(yī)學(xué)影像設(shè)備實驗教學(xué)平臺。目前該平臺已具備影像設(shè)備學(xué)綜合試驗臺、紐邁EDU MR20型核磁共振成像技術(shù)實驗儀、紐邁核磁共振分析應(yīng)用軟件、紐邁核磁共振成像軟件、紐邁核磁共振圖像處理軟件、紐邁MRI虛擬數(shù)據(jù)采集與圖像重建軟件、深圳時邁M60系列彩色多普勒超聲診斷系統(tǒng)以及附屬醫(yī)院淘汰的X線球管一個、超聲成像設(shè)備多臺。利用該平臺已經(jīng)開設(shè)的實驗項目如下表所示。

“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”實驗項目及課時分配表

然而醫(yī)學(xué)影像設(shè)備實驗教學(xué)與實際的設(shè)備安裝、維護及臨床應(yīng)用之間還存在一定的差距，為了使實踐教學(xué)盡可能貼近實際應(yīng)用，提高實踐教學(xué)的真實性、應(yīng)用性，我校還不斷加強校院、校企合作，努力搭建醫(yī)學(xué)影像設(shè)備實習實訓(xùn)基地。醫(yī)科院校開設(shè)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)具有得天獨厚的優(yōu)勢，我校生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的學(xué)生在前六學(xué)期完成所有科目的課堂學(xué)習之后，將會在第七學(xué)期被安排到我校附屬醫(yī)院的影像科、超聲科、設(shè)備科等科室實習，部分優(yōu)秀的學(xué)生還有機會到上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司、貴陽惠翼醫(yī)學(xué)影像科技有限公司等影像設(shè)備公司實習。實習過程中，學(xué)生可以親身接觸到各種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，了解它們的使用與操作流程，深入體會設(shè)備的工作原理、基本構(gòu)成以及臨床應(yīng)用。特別是進入公司實習的學(xué)生，可以進入工廠了解影像設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還可以參與到影像設(shè)備的安裝、維修甚至研發(fā)等過程。通過這些寶貴的實習機會，不僅可以加深學(xué)生對于醫(yī)學(xué)影像設(shè)備知識的理解和掌握，并且能夠促使學(xué)生應(yīng)用理論知識來解決實際問題，為以后的就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。

(四)教學(xué)評價改革

為了適應(yīng)課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實踐教學(xué)方面的改革，不斷提高學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習積極性，提升教學(xué)質(zhì)量，需要摒棄傳統(tǒng)的教學(xué)評價方式，不斷加大對學(xué)生學(xué)習過程的考核力度，豐富評價指標。具體做法是將課堂表現(xiàn)成績、自主學(xué)習成績、實驗成績和期末考試成績按照20%、20%、20%、40%的比例計入總評成績。其中，課堂表現(xiàn)主要利用雨課堂進行考核，主要包括考勤、回答問題、課堂討論等方面；自主學(xué)習成績主要從網(wǎng)絡(luò)資源的學(xué)習情況、文獻閱讀情況、課后測試等方面進行評定；實驗成績主要從實驗課表現(xiàn)、實驗報告、實驗結(jié)果等方面進行考查。

結(jié)語

“醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)”是一門具有較強的理論性和實踐性綜合性學(xué)科。在新工科建設(shè)教育背景下，為了進一步提高課程教學(xué)質(zhì)量，我校教學(xué)團隊深刻剖析教學(xué)過程中遇到的知識點復(fù)雜抽象、教師難講、學(xué)生難學(xué)、教材不完善、課程學(xué)時少、理論與實踐脫節(jié)等一系列問題，努力從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實踐教學(xué)、教學(xué)評價等方面進行教學(xué)改革的探索與實踐。具體做法是充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、學(xué)術(shù)會議、科研文獻等豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容組織形式；采用先進的教學(xué)方法，如以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法、思維導(dǎo)圖法等；搭建實驗教學(xué)平臺，促進醫(yī)學(xué)影像設(shè)備實習實訓(xùn)基地建設(shè)；進一步優(yōu)化教學(xué)評價方式，促進學(xué)生全面發(fā)展，從而為國家培養(yǎng)更多高素質(zhì)的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)技術(shù)人才。