医学图像处理课程设计教学模式探索

医学图像处理课程设计教学模式探索

谭辉 1,2，樊秋菊 1,2*

1陕西中医药大学，陕西 咸阳 712000

²陕西中医药大学附属医院，陕西 咸阳 712000

摘要：生物医学工程的核心课程为医学图像处理。本文根据独立大学生的特点，现在状态及应用型的人才培养定位，参考生物医学工程人员培养的需求，以教学方法拓展、课程设计、教学内容设置等多方面进行探索和实践医学图像处理课程。

关键词：探索、课程、教学内容设置

在生命科学基础研究、临床治疗等方面，医学图像处理发挥着重要作用。本课程重点再与培养学生熟练账务医学图像处理的重要常规算法和基本原理，在此基础上能够熟练掌握医学图处理的发展趋势和特殊性，让学生能具有图像处理、获取和解释的能力。 截至目前医学图像处理教学普遍采用“三大中心”方法，即以以教师为中心、教材为中心、以课堂为中心，但是这种传统的教学模式已经不能完全适应与独立医学院的学生。本文根据生物医学工程人才培养需求，结合独立院校学生的现状、特点以及应用人才培养的方向，改变传统的教学模式，改为“以学生为中心”的教学方法，并且尝试扩展教学方法、创新课程设计等方面进行医学图像处理课程的深入探索及实践。

1. 教学现状分析

“医学图像处理”是一门通过如何使用计算机分析和处理医学图像的课程。该课程的理论比较抽象，涉及多学科知识领域，例如：计算机应用技术、信号处理、应用数学、医学成像等。由于较多的学科的交叉学习和整合，使得学生很难掌握相关的技术与知识。特别是针对独立的大学生，虽然在过往的课程中学习过MATLAB及其应用等课程，但是数学基础还是比较薄弱，所以理解卷机运算符、差分运算符、频域增强、边缘检测算法尤为困难。现阶段我校医学图像处理课程仍然基于传统的教学方法，学生学习比较被动，教师告诉学生应该怎么听，学生自主性和参与能力不强，而且互联网与智能手机普及造成学生逻辑思维比较“分散”，需要观察学生在雪中过程的能力，适时改变教学方法和进程，重点培养学生分析和解决问题能力。

二、医学图像处理课程教学设计

2.1仿真软件课堂化

基于应用型人才的培养定位，所以我们以仿真软件课堂为导向，因为Matlab工具具有交互式编程环境和可视化，而且具有图像处理的工具箱。我们选择Matlab仿真软件为课堂演示所用软件，每次老师在进行一种图像处理算法讲述时都会用到Matlab软件来完成实现，这样不但能加强学生对抽象算法应用的理解能力每页可以让学生更加客观、直接地看到运用算法是怎么杨来解决实际遇到的医疗问题。并且我们讨论图像增强技术之后还会以实例向学生演示，让学能更好地理解和掌握。

2.2四段式教学设计

孙中山医学教授王廷怀首先提出了“激动人心的四阶段”教学法，主要包括教师强化教学、个人自学、小组讨论和成果分享四个阶段。一般我们都选择医学图像处理过程中相对难度适中或可以有很大扩展空间的内容进行第四极端教学。本就在阐述“第四阶段教学”的过程中就是以第五章“医学图像分类”进行的举例教学。

（1）教师的密集的演讲。本章中的知识点是单频谱图像分类的原则，包括基于灰度和纹理参数的组织分类、基于松弛迭代方法的分类和多模式图像分类的原则。以核磁共振中的PD、T1、T2加权图像为例，说明了多模图像分类方法。

多谱MＲ图像

(2）个体学习。现代信息技术的发展和丰富的图书馆资源为学生的自主学习提供了便利。学生可以通过中学，为了加深对理论知识的理解和延伸，在国智网，中国大学MOOC，网易公开课及相关书籍上进行自学。同时，学生需要完成本阶段教师布置的任务：①什么是神经网络？神经网络的分类有哪些？②BP神经网络的算法原理是什么？各层节点数如何选择？

(3）小组讨论。在这一阶段，全班将每组4-7名学生分成几组，然后分组完成一个10题的小测验（根据个人自学的内容），随机给出一系列已知的输入和输出数据，让小组学生使用三层BP神经网络，在MATLAB软件上编写程序，完成非线性函数逼近的任务。

(4）成果分享。在小组中，每个小组的成员分享自主学习和BP神经网络程序的任务。每个小组可以互相交流.对展览的内容进行评价，质疑，辩论和讨论。每组展示结束后，教师对测验结果和小组展示内容进行总结和点评，用设计的评分表客观评价学习效果。

2.3 研究论文案例式教学设计

在相关章节的教学过程中，选择一篇或几篇高度相关的科学研究论文进行阅读和讨论，学生也可以以文献报告的方式进行解释。通过深入阅读科研论文，学生一方面，可以加深对教科书理论知识的解释；另一方面，学生可以利用学习内容再现科研论文成果，得出合理的结论，提高学生处理实际医学图像的能力。同时，我们也鼓励那些有空闲时间的学生撰写和发表科研论文。例如，当我们谈到图像注册这章时，一些学生不仅加深了他们对书中传统注册方法的理解，而且通过比较确定了他们未来的毕业项目。

2.4 课程设计环节

为了能更好的评估学生学习效果，一般我们都通过“课程设计”这一方法来进行检验。其中数据都是来源于中山大学肿瘤防治中心。我们会在课程结束以后，给学生两周的时间用来设计课程，让学生使用在课堂上学到的算法来处理实际遇到的医学图像问题。其中涉及到的问题不仅包过了传统的生物医学图像，比如超声、CT图像和MRI图像，其中还包含了新的成像技术，例如扩散张量成像（DTT）。最终课程设计的惩戒也会计入到最终成绩的一部分。对于技能娴熟的学生，可以鼓励其参加相关专业的比赛，从而开阔学生眼界，增加学生的学习与交流的机会。

三、教学效果评价

3.1 学生给出的教学评价

我们进行了两年的医学图像处理课程改革。通过学生的教学评价和反馈，模拟软件课堂教学，四阶段教学，研究论文案例教学和课程设计评估在学生中非常受欢迎。

在第四极端的教学中，要充分激发学生的自主学习能力，使其能适应团队合作，并且从团队合作中使学生互教互学。从而实现学生的个体超越；研究理论案例教学开阔了视野，提高了阅读英语文献的能力，增加了科研兴趣；课程设计考核充分激发了学生分析和解决实际问题的能力，感到非常脚踏实地。近两年医学图像处理课程教学评价达到94%以上，比传统教学提高2%。

3.2 学生的实验考试成绩

在近三年医学图像处理课程的教学中，教学团队采用了同样的实验测试问题：使用MATLAB编程基于相互信息实现图像配准，采用改进的鲍威尔搜索策略算法，采用给定图像四个方向的金分割方法。当参考图像与要被注册的图像之间的相互信息达到最大值时，这两个图像的配准效果最佳。在时间上，必须规定学生在120分钟内完成图像的变换洗漱，进行换件变换最终得到图像的融合图。学生在提交到系统时，无法保存和复制实验问题和结果。通过这两年课程的改革实验，已经大大提升了学生处理实践能力，更加符合了对应用人才的培养和教学去求，这就证明我们的课程改革已经取得了成效。

四、结语

只要针对独立高校应用人才的培养目标和生物医学工程专业医学图像处理课程中存在的问题，提出了仿真软件课堂、四阶段教学设计、研究论文案例教学和课程设计评估相结合的教学方法。通过近两年来的教学实践，学生的成绩和评价反馈表明，这些改革措施是有效的，提高了学生独立学习、分析和解决问题的能力。此外，医学图像处理也是一门与临床医学知识密切相关的课程。我们希望在以后的教学过程中加强与医院的合作，并引入以临床问题为指导的PBL教学方法，以实现更好的教学效果。

参考文献

[1]王静，杨鑫，李惠娟.医学图像处理课程应用型教学的探索与实践[J].科技风，2021(04):80-81.

[2]韩贵来，李海霞.人工智能大背景下的医学图像处理教学改革探讨[J].计算机时代，2020(11):117-119+123.

[3]黄自谦，上官王佐，袁颖，汪旭升.医学影像技术专业高等数学课程教学改革的探索与实践[J].科技风，2020(17):28-30.

[4]周嘉琪.《医学图像处理》课程改革探索研究[J].新教育，2020(17):59.

[5]张爱桃，安东兴，单春燕，周旭.以学生为中心的医学图像处理课程设计实践教学研究[J].中国教育技术装备，2020(04):132-133+136.