生物医学成像技术范文
时间：2023-11-09 17:53:16
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篇1
生物医学工程专业是一门现代医学和医学工程技术相互结合的学科，主要在理工科院校开展，作为一所以医学教育为主的高校，在生物医学工程专业培养中，注意与医学临床实践紧密结合，侧重医疗器械实践培养。该校生物工程专业前身为医学影像学（工程方向），自1999年开办至今，根据实际情况，不断修正培养培养，重视理论与实践相结合，不断提高学生的实践能力，以“工程素质高、实践能力强”的应用型专业人才培养，为培养目标。
1该校发展历程
牡丹江医学院自1958年创立以来，目前已经拥有近60年的教学历史，1997年6月,学院通过了原国家教委本科教学评价,成为全国首批本科教学评价合格院校。从最初的名不见经传到现如今的发展壮大，牡丹江医学院在学科建设、师资力量及科研投入上均下足了功夫。尤其重视实践教学环节，在教学、科研、实习和就业方面均走在了同级别院校的前列。
2生物工程及影像技术的发展背景
生物医学工程（BiomedicalEngineering，BME）是结合物理、化学、数学和计算机与工程学原理，从事生物学、医学、行为学或卫生学的研究；提出基本概念，产生从分子水平到器官水平的知识，开发创新的生物学制品、材料、加工方法、植入物、器械和信息学方法，用于疾病预防、诊断和治疗，患者康复，改善卫生状况等目的[1]。近几年来，我国的医疗体制变革正处在快速时期，理工类科学技术在医学领域，尤其是生物医学中的应用范围也越来越广，因此对于具有较高专业素养和应用能力的人才需求就更加急迫。“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是国家教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010-2020年）》的重点大力项目[2]，同时也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的一项重要措施，该政策旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导。医学影像技术是医学专业其中一门[3]。我国在2006年时出台了改革政策，将医学影像学专业区分为两种学制不同的专业进行教育，此教育模式早在上世纪西方某些发达国家就已经出现，并取得了较好的教育结果。4年制医学影像技术是专门从事影像技术与操作方面的工作的一类高精尖技术人才，在仪器操作及治疗剂量控制方面的能力水平要明显优于五年制的医学影像学专业学生[4]。
3该校学科建设情况
该校拥有较高规格的影像实践基地，该基地初建于2003年，现拥有6个实验区，47间实验室，建筑面积达3000㎡；配备X线机（常规X线机、程控X线机、高频X线机）、CT（螺旋CT、往复式CT）、MRI（超导MRI、小型MRI教学仪）、ECT、DSA、超声（彩超、黑白超、数字超声教学仪）、直线加速器、模拟定位机、麻醉剂、体外碎石机、血液透析机、激光相机、洗片机、高压注射器等50余台设备，总价值达1000余万元。可满足生物医学工程、医学影像技术专业的专业课的实验课、实验室开放等教学活动，可以为学生提供大量的实践动手机会。亦可带领学生参与医院大型设备的拆卸、搬运、安装、维修等工作，让学生得到“实战”的机会。该校于2013年在医学影像学院增设4年制生物医学工程专业、医学影像技术专业，培养方案与原医学影像学专业（工程方向）（5年制）不同，《医学影像设备学》作为重要的专业课之一，教学大纲亦作调整。根据医学生物工程专业、医学影像技术专业的特点，进行教学改革。理论课删减部分陈旧设备相关知识，如压缩常规X射线机结构、功能、工作原理及电路分析的讲解，由学生课余时间自行学习讨论。在实验课改革方面，删减部分陈旧实验项目，让学生多多地参与实验课教学互动中，增加学生实践动手机会，锻炼学生独立分析问题、解决问题的能力。同时针对医学生物工程专业、医学影像技术专业每学期均进行实验室开放，由老师指导学生进行DSA设备的安装，X射线机设备的局部改进设计等。积极组织指导生物医学工程专业、医学影像技术专业学生进行大学生科研立项，近几年该教研室共指导黑龙江省大学生创新创业训练计划项目、牡丹江医学院大学生科研项目共6项，例如：“常规X线机灯丝加热电路改进”。该校积极开展校企合作联合培养学生，2016年1月，医学影像学院经实地考察，与北京威格瑞技术服务有限公司等8家医疗器械公司达成合作。2016年7月，首届2013级医学生物工程专业、医学影像技术专业学生进入公司进行生产实习。2017年7月，经调查反馈，一年来各家医疗器械公司均能按学校要求培养学生，实习效果非常理想，多位学生实习表现优秀，被实习公司正式录用。校企合作模式将继续开展。医学影像学院于2013—2014年编写的高等学校改革创新教材、医学影像专业特色系列教材中，影像设备教研室针对生物医学工程专业、医学影像技术专业编写了《医学影像设备学实验指导》《医用常规检验仪器》《医用传感器》《临床设备学》4本理论及实验教材，并已投入使用。该校现已将生物医学工程专业、医学影像技术专业培养方案的修订已提上日程。
4未来学科发展模式
4.1加强实践教学环节
以教学改革为中心，以培养学生的创新实践能力为只要目的，在不断提升实践教学设施基础的同时，坚持理论教学为基础的主要宗旨[5]，让学生在扎实掌握理论基础后，运用先进的实践教学来不断地提升、完善自己的综合技能[6]。使学生在此教学模式下，可以将专业发展为：拥有扎实的理论基础、培养良好的专业素养、形成独特的专业特色的优秀学科[7]。
4.2确立学生在实践教学中的主体地位
无论在学科建设中进行怎样的改革，其宗旨都是培养优秀的毕业生能被社会所用[8]。因此学生在实践教学中的主体地位就显得尤为重要[9]。因此让学生提早进入医院及工厂进行实习，不仅可以开阔学生的视野，而且可以使其在即将进入工作岗位前掌握一定的基本操作技能，在今后的工作中更早上手，从容地应对工作中的一系列问题。在教学中主动聆听学生的意见，根据学生的不同呼声对于教学方案进行及时的调整，尽最大可能地覆盖尽量多学生的特点，提高教学效果[10]。
4.3加强师资队伍建设
学校通过多种途径提高青年教师的学历及教学水平，并在教学实践中不断地提高，逐步培养一支结构合理、理论基础扎实、实践能力过硬、教学效果明显的优秀教师队伍[11]。
4.4建立教学评估及监控体系
完善的一套教学评价及质量监控系统是保证人才培养质量的一项重要措施[12]。建立一套过硬的实践教学基础、完善的实践教学过程、科学的实践教学效果评价、严格的教学质量监控体系，对于加强对整个实践教学工作的宏观调控、保障实践教学体系的落实、高素质应用型创新人才的培养都起到了十分重要的作用[13]。
[参考文献]
[1]李树祥,刘晓勤.医学影像工程专业实验课程改革的探索与实践[J].西北医学教育,2014,8(1):5-7.
[2]王能河,但汉久,张志德.生物医学工程专业(医学影像工程)本科课程体系比较研究[J].现代仪器与医疗,2013,19(2):70-74.
[3]宁旭,金贵,许佳,等.生物医学工程专业电子信息类课程实践教学体系的探索[J].现代医药卫生,2012,27(22):3512-3513.
[4]陈月明,孟雪.基于工程性和实践性的课程设置模式探索与实践—以安徽医科大学生物医学工程专业为例[J].安徽广播电视大学学报,2017(1):87-91.
[5]吴凯,吴效明.生物医学工程专业创新性人才培养的探索与实践[J].医疗卫生装备,2016,28(9):80-81.
[6]王岫鑫,庞宇,冉鹏,等.“三位一体化”创新型数字医疗人才培养模式研究—以生物医学工程专业为例[J].教育教学论坛,2016(15):134-135.
[7]钟娟,郑旋.基于创新型应用人才背景的生物医学工程专业人才培养模式的探析[J].科学与财富,2014(10):151.
[8]张岁霞,杜守洪.生物医学工程(临床工程方向)专业应用型人才培养模式研究[J].新疆医科大学学报,2017(9):147-150.
[9]王洪凯,刘惠,邱天爽.《医学图像处理》课程实践性教学研究与探索[J].教育教学论坛,2017(3):132-133.
[10]陈瑛,龚著琳,苏懿,等.以能力培养为导向的“医学图像处理与分析”研究生课程教学改革初探[J].中国高等医学教育,2010(6):79-80.
[11]李鑫,王爱英,闫洁.以培养学生创新思维能力为导向的实践课程教学改革研究初探[J].教育现代化,2016(26):357-359.
[12]王境生,袁力,袁聿德,等.国内影像医学(技术)教育现状及对策[J].实用放射学杂志,2015,21(9):987-990.
篇2
关键词：生物医学；测试技术；传感器
中图分类号：O6-33；G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）49-0131-02
一、引言
面向生物医学工程专业开设《测试技术与传感器》是一门以研究自动检测系统中的信息提取、信息转换和信息处理的理论和技术为主要内容，集光、机、电于一体，综合物理、化学、生物、材料、电子、电气、计算机、机械等学科技术的实践性非常强的专业基础课。杭州电子科技大学生仪学院目前开设的《测试技术与传感器》课程的课程目的为系统论述测试系统及其基本特性；介绍测试系统中传感器的结构、基本原理和典型应用，以及传感器的发展趋势、选用原则等，它是实现测试与自动控制的重要环节，仪器专业的重要专业基础课，也是自控原理、智能仪器课程设计、虚拟仪器课程设计的基础。
二、存在问题
目前该课程的教学状况及存在的问题：（1）测试技术与传感器技术属于多学科交叉渗透课程，涉及电学、磁学、光学、化学等学科，对先修课要求较高，现有的教学内容，以教师课堂讲授为主，侧重于原理的介绍及公式的推导，学生看不见，摸不着，缺乏感性认识，容易出现枯燥、难以学好的感觉，加上很大一部分学生的学习主动性差，学习态度上不太重视，没有投入必要的精力和时间，直接影响教学效果。（2）现行传感器教材比较繁多，有的以传感器原理为主线，有的以过程参数测量为主线，但是很多教材都没有涉及新型传感器的理论知识及其应用，不利于学生拓宽知识面，不符合宽口径人才培养模式。（3）目前传感器课程的实验环节以验证性实验为主，主要使学生掌握常用传感器的使用和标定方法，以及相应传感器的测量转换电路设计。（4）课程考核方式一般是以考试为主，辅以作业、实验、考勤评价，这种考核方法很难激发学生的学习积极性和主动性，不能真实反映学生的学习能力、对知识的掌握程度及其专业应用能力。
传感课程教学方法研究大多是自动化、精密仪器专业中对该课程的教学方法研究。结合本专业优势，本文提出通过使用启发式教学、结合临床实际教学、结合多媒体等手段丰富教学方法，提高生物医学传感教学效果。这些方法对提高生物医学专业的传感教学提供了重要改进措施，对提高教学质量具有重要意义。改革和完善《测试技术与传感器》课程的教学模式，通过研究型教学，训练学生的高级思维能力和解决实际问题的操作能力，培养学生主动学习、独立学习与终身学习的能力，使学生具备一流大学本科生的素养，提高核心竞争力。
三、改革目标
1.本文拟从课堂教学模式、课程教材多样性模式、实验课教学模式等方面研究并探索出具有杭州电子科技大学生物医学特色的“测试技术与传感器”研究型教学模式，培养学生的高级思维能力、解决实际问题的操作能力、交流沟通能力，在大学学习结束后，离开校园和教师，具有继续自主学习的能力。
2.在以基本传感测试单元为框架的知识体系的基础上，收集整理基于生理学与工程应用或医学临床现象结合的传感学科交叉内容，为编写生物医学工程等工科专业适用的生物传感教材、论文等提供教学资料并制定教材理论体系框架。
四、具体措施
（一）课堂教学模式探索
1.教师课堂讲授重点为最核心的知识点，对具有迁移价值的学科基本原理进行阐述。讲授内容少而精，对重点、难点讲深讲透，引导学生多角度、深层次地理解基本原理，而对事实性知识点，则少讲或不讲；讲授内容宽而新，以学科的发展为大背景，了解课程基本原理在大学科中的定位，以及与学科最新发展的联系。
教学内容较多，面面俱到的教学难以完成教学任务，教学效果并不佳。根据传感检测特点和生物医学工程等相关专业的培养需要，设计该课程的课程体系以各传感器基本功能为主，尤其是电感、电容、电压、应变片、磁电式传感等章节作为教学重点和难点，其中的各个章节的应用与心电、脑电、肌电内容相关联，引入生物医学工程重要的研究领域――脑机交互，作为重点讲解；而光敏、气敏、热敏等章节内容相对简单，容易理解，不做重点讲解。因此，可据此分配授课时间，突出教学重点。
2.教师根据核心知识点，提出知识点总结分析归纳问题、实际应用相关问题等，由学生课程小组分别选择问题，课后参阅书本、资料，提出解决方案，并由课程小组代表发言，课堂展示并交流。
此外，在各个传感系统中识记结构部分内容琐碎难记，而生物医学工程专业对这部分内容的要求并不高，不要求掌握详细结构，在理解传感结构及工作原理的基础上，日后工作或科研中用到这部分内容时能够通过查阅参考书获得信息即可，课堂讲解突出章节纲要，对其中涉及的工程应用现象补充材料介绍。
3.课堂教学中，教师讲述研究课题开题报告基本格式及其具体实例，由学生自我提出学科感兴趣的实际问题，参阅相关资料和解决方法，模拟写作研究课题开题报告。为更好地服务于生物医学工程专业的学科交叉特点，在生物医学传感的教学过程中注意整理、添加与工程应用和医疗仪器的内容。比如，在讲解压电传感基础上增加相关的医疗应用讲解，如人工瓣膜、血压监测计等器件的工作原理内容；在讲解电感基础上，增加当前无创呼吸电感检测的原理等介绍，这些内容对激发学生兴趣、启发学生的创新思维具有重要作用。然而，这部分内容还比较零散，没有形成良好的体系，此外，目前还没有专门适用于生物医学工程等工科专业的生物传感生理学教材。在讲解医疗方向的应用时，要注意资料的收集、整理和系统化，不仅可以很好地服务于生物医学工程等专业的培养要求，还将对编写工科专业专用的生物医学传感教材提供课程资料和理论框架。
4.课程教材模式探索。课程教材采用开放性体系，教师围绕教学目标研读现行的先进教材的基础之上，为学生推荐至少2本以上国内外先进教材，包括英文原版教材，对应于不同核心知识点，引导学生学会知识点的寻找、分析、归纳、比较，并利用各种国内外文献网络进行最新相关进展的补充和学习。引导学生尽可能或完全避免学一门课程只读一本书的现象。
在课堂教学中，除了使用多媒体和板书进行理论教学之外，还有意识地利用网络公开课等引导学生的自主学习。在我校图书馆的视频资源中有国内外著名大学的视频公开课，利用这些强大的网络资源可以弥补课时少、课程任务重的矛盾。比如，在该课程教学中，原理介绍部分占课时较少，在对重点器件结构和系统课堂讲解的前提下，其中一些具体的设计内容布置给学生自学。除了缓解课时不足的矛盾，网络课程资源还可补充教学内容，加深学生对知识的理解。
教师发展学习平台中的相关传感课程讲述，由经验丰富的名师授课，通过网络观看可加深对理论学习的印象，还可激发学生的学习兴趣。不仅丰富了学生的学习资源，更重要的是，在这种教学过程中，向学生示范了资料收集和获取信息的方法，提高了学生自主学习的能力。
（二）实验课教学模式探索
1.基础性实验：围绕测试技术与传感器的核心知识点，掌握传感器的基本原理及信号检测，这类实验主要属于验证性实验。
2.综合性实验：模拟生产或生活实际中的某一具体项目开展，学生可根据被测对象的不同选择各自合适的传感器，实验室配备电压表、电流表、指示灯、蜂鸣器、计数器等设备，用于学生自行完成线路的连接，也可根据学生的具体情况拓展知识点，综合性实验可在做的过程中让学生将学到的理论知识贯穿起来，整个项目采用3～4人为一小组的团队形式，以学生为主体，教师可适时地进行引导，循序渐进地实施项目，完成知识、技能和相关能力的学习。
3.提高性实验：对于提高阶段，我们将尝试结合虚拟仪器实验平台，虚拟仪器技术是仪器智能化发展的一个重要方向。我们增设实验内容要求学生采用软件LABVIEW或VB、VC等作为开发工具，设计直观友好的用户交互界面。如有可能还可根据检测分析的结果产生相应的输出控制信号。
4.除了实验教学，在与医疗仪器相关的脑机交互研究方面还可成立大学生科研活动小组，开展多种课外科技活动。其中申请者是该科研活动小组的指导教师之一。结合该课程的教学改革，拟吸收对生物医学方向感兴趣的同学加入，主要以观摩实验和学习实验方法为主，在活动参与中激发学生专业兴趣、促进专业学习。
五、总结
本文针对面向生物医学工程专业开设的《测试技术与传感器》课程当前存在的问题，结合生物医学专业学科交叉特色，提出了相应的改革目标和措施，使学生能自主使用各种通用传感和专用医疗仪器平台，灵活选择信号分析方法，加强对仪器平台分析的能力和对结果的理性认识，发挥该课程的实践性优势。通过施行开放式的《测试技术与传感器》课程教学模式改革，注重实验知识的延伸，完善考核制度等改革措施，最大程度地增强学生的自主性与参与性，培养社会需要的创新型、应用型、复合型、外向型的“医工结合”型储备人才。
参考文献：
[1]杭州电子科技大学教务处.生物医学工程专业及医学信息工程专业培养计划[Z].杭州电子科技大学本科专业培养计划，2011.
篇3
近10年来，在医疗成像、生理建模、传感系统及计算和网络技术、可视化和虚拟现实、人机交互和自动化等方面的巨大进步，使得生物医学工程有了快速、显著的发展。生物医学工程涉及了医药和生物科学的工程应用准则，包括生物医药、医疗成像、生理建模、实时系统、自动化控制、信号处理、图像重建、模式识别及生物力学等领域。目前，生物医学工程已经拥有了复杂的医疗诊断及治疗手段，越来越多的研究成果已经应用于临床，帮助我们开发新的植入物或假肢及创造新的医学成像技术和完善的工具集技术以用于疾病的检测、预防和治疗。
全书由两部分组成，共9章。第1部分先进的计算方法，包含第1-5章：1.生物医学图像分割中的图形算法技术。用于分割三维医学图像结构的图形方法，即图割法和多物体、多表面的分层优化图形图像分割法；2.医学图像处理中的信息论聚类。回顾了最近信息论框架下的集群方法，介绍了其能够在一幅表示不同组织特性的医学图像中寻找聚类的合适数量，提出了一种对于优化给定聚类配置质量的目标函数的聚类方法；3.多目标差分进化算法――基于模糊聚类的脑部MR图像分割算法。介绍了应用于同步优化多集群的基于多目标差分进化模糊聚类技术，详细地论述了用于底层优化的差分进化算法技术原理，阐述了在差分进化中聚类中心向量编码技术；4.丘脑皮层神经质量模型振荡动力学的功率谱及非线性分析。首先提出了在阿尔茨海默式症中的异常脑震荡研究中的多模态分析技术，接着介绍了一种结合了丘脑皮层神经质量模型功率谱分析与非线性行为分析；5.蛋白质功能预测元学习方法。介绍了多尺度蛋白质生物功能预测算法，讨论了在蛋白质功能分析中使用元学习方法的优势，尤其是在蛋白质序列分析、三维结构比较、生物功能解释与分子间相互作用分析中，给出了对选定的生物系统进行整体行为预测的不同的计算方法及元学习预测系统。
第2部分生物医学应用，包括第6-9章：6.三维超声图像颈动脉分割。本章介绍了一种精确可靠的从三维超声图像中进行颈动脉分割方法，阐速了颈动脉血管分割算法，并证明了三维超声是一种对于在经动脉粥样硬化中前期后期的定量分析中的可行算法；7.结构神经元可塑性定量图像分析的一些当代问题。介绍了在微观层面脑结构研究过程，阐释了神经元可塑性过程，以解释大量神经退化性疾病原因，使用荧光共聚焦显微镜对脑组织图像进行定量分析；8.软骨和软骨下骨中的骨关节炎的先进核磁共振成像。概述了用以检测软骨及软过下骨组织、软骨生物组织的非植入性病理检测的核磁共振成像技术，介绍了在该领域的最新发现，及骨关节炎的检测和治疗方法；9.计算机断层扫描图像中基于下颌骨骨折的发际线检测的计算机视觉。本章介绍了可以从CT图像中检测下颌骨骨折的发际问题，阐述了解决该问题的方法，即首先在二维CT图像切片中确定颌骨的骨折发际线，接着使用最大流最小割算法检测的骨裂结构。
本书适合计算机科学、生物医学工程、电气工程与系统科学等专业硕士研究生阅读和学习，亦可作为对图像处理、三维重建、信息技术及生物医学研究感兴趣的其他专业学生参考书。对于在计算和分子生物学、生物工程以及图像处理的研究人员或从业人员，本书也会提供很有用的帮助。作者： 张进兴，本文来自《中国医学工程》杂志
篇4
【关键词】影像信息学 教学模式 教学改革
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2014）35-0086-02
永州职业技术学院影像信息学课程针对医学影像技术专业学生开设，主要目的是为了完善影像专业学生的专业体系，培养学生解决问题的能力，提高学生的信息素养，为学生以后解决实际问题打下基础。通过教学实践，对教材的编排、教学内容的调整与组织、课程教学方式及师资等方面进行改革，探索提高本课程教学质量的方法。
一 课程的特点及存在的问题
1.课程的特点
信息科学在深入医学影像的过程中，逐步形成了一门涉及医学影像、计算机网络以及图像处理技术等多个学科领域的交叉学科――影像信息学。该学科将医学成像、PACS系统以及图像处理等加以集成，但它不是简单的叠加，而是使各个环节都得以优化。由于该学科发展迅速，内容覆盖广，重点和难点比较多，学生在学习过程中又缺乏主动性和创造性，开展这门课程的教学难度较大。
2.课程教与学中存在的问题
第一，教学过程中存在的问题：（1）教学方法比较落后。在大学的整个教育中，大部分课程长期以来都采用“讲课+考试”的教学模式。在以前影像信息学的教学过程中，沿袭了传统以教师讲课为主的方式，师生互动、交流缺失，学生在学习该课程的过程中缺乏主观能动性和解决问题的积极性，限制了学生运用知识的能力及实践能力。（2）师资队伍业务能力比较薄弱。在整个教学过程中，教师是教学的设计者和实施者，教师的素质在很大程度上影响着教学的效果，教师过硬的专业知识能有效地提高教学质量。而目前影像信息学这门课程本院基本上都由计算机专业教师任教，但计算机专业教师缺乏医学成像、PACS系统等方面的知识，这样就阻碍了课堂教学的开展，影响了整个教学效果。
第二，学生学习过程中存在的问题：（1）意识比较薄弱。医学影像技术专业的学生没有意识到影像信息学课程的重要性，没有意识到要充分掌握医学影像技术，首先必须要将医学成像、PACS系统以及计算机图像处理等方面知识结合起来，实现知识的连贯和综合。（2）目标不够明确。医学影像技术专业的大部分学生认为该门课程只是一门辅助课程，不是自己的专业课，所以可学可不学，这样就导致了学生对该门课程的重视度比较低，学习的目标也不明确。（3）网络基础知识匮乏。由于该课程本专业开设了22节理论课及14节实践课，开设的课程不多，学生网络基础知识的匮乏导致学生难以理解这门课程，学习兴趣缺失，这样学生就缺乏独立思考的能力。（4）实践能力基础比较差。由于实践课程安排得比较少，学生本身的实践能力也比较差，这样也不利于提高学生的主观能动性，使学生解决实际问题的能力比较差。
二 改革的对策与建议
1.编写案例化的教材
目前，专业的医学影像信息学的教材出版得非常少，已出版的医学影像信息学的教材基本上采用陈述的方式介绍本课程的内容不实用。该课程最终为医学影像实践服务，建议在进行医学影像信息学改革时，可以将教材的编写实现案例化，将医院的一些成功实践案例包括医院信息系统的建设、PACS的建设、网络的建设、图像的处理等都纳入到课堂中，这样不仅有利于提高学生灵活运用医学影像信息的能力，更有助于提高学生的学习兴趣。
2.调整教学内容，强调理论与实践相结合
由于这门课程开设的课时不多，因此课堂的教学内容不可能面面俱到，只能从实用的角度出发，对该课程的教学内容进行适当的调整和取舍。在调整的过程中，要着重强调学生的基础知识，着重强调关系到日后与实践操作密切相关的知识点，同时更要着重强调知识的融会与贯通，只有这样才能真正提高学生的实践能力、灵活运用知识的能力以及解决一些实际问题的能力。
3.开展PBL教学模式
传统的讲授式教学法LBL（Lecture-based Learning，简称LBL）是以教师为主体的教学模式，是一种灌输式的教学方法，该模式不利于调动学生的学习积极性，也不利于培养学生独立思考能力和运用知识的能力。基于此，本课程提出PBL（Problem-based Learning，简称PBL）的教学模式对该课程进行教学方式的改革，PBL是以学生为主体、以问题为基础，通过问题来开展教学活动的一种教学模式。影像信息学涵盖的范围比较广，学生在学习这门课之前也有一定的医学影像技术知识和计算机网络等知识的基础，采用基于问题的教学模式，教师首先通过仔细研究确定每个项目的实际问题，并向学生提出该问题；其次学生进行分组讨论，学生通过各种方法找到解决问题的办法；最后总结，学生小组对自己的解决方法进行总结后，教师再针对学生的解决方法、存在的问题以及有待完善的地方进行阐述和说明。学生通过问题有目的地进行学习，既可以提高学生自主学习和解决问题的能力，也可以提高学生团结协作的能力。
4.提高教师的专业综合素养
影像信息学是一门交叉学科，它包含传统的医学成像、PACS系统以及图像解释等方面的内容，这就要求教这门课程的教师不仅要有良好的计算机技术相关知识，而且要掌握一部分医学成像原理的内容。因此要想上好这门课，教师应尽量掌握PACS系统、掌握图像的成像、获取、通信、存档、处理、分析以及显示等各方面的理论知识，同时还要有计算机网络等相关知识的基础。只有提高了教师的专业综合素养，才能真正提高教学质量，才能深化影像信息学这门课程的教学改革。
三 结束语
影像信息学作为医学知识领域中一门新兴的交叉学科，其教学改革有待探讨。本文在此所提出的改革方案也是教学与实践的总结，日后这门课程的改革还需进一步完善和深化。希望通过改革，能提高该课程的教学质量，促进医学影像技术专业的教育改革，培养出高质量、高素质的医学影像人才。
参考文献
篇5
关键词：衍射光栅;变形光栅;变焦透镜
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）45-0076-02
伴随光学显微镜技术的飞速发展，显微技术也在相应的不断进步。经过有关光学系统及信息处理能够使显微镜的分辨率大幅提高，用于生物样品三维信息的获取、记录、处理和显示的显微镜成像系统也得到了很大发展。在显微镜成像过程中，其所获取的每一幅图像都包含了焦平面和焦平面外的光信息，焦平面外的信息对所成图像造成了很大的模糊干扰，因而使得图像清晰度降低甚至无法识别。为了去除这些离焦光信息，人们尝试了许多解决办法。激光扫描共焦技术在荧光显微成像的基础上克服了离焦平面信息的干扰，从而得到了清晰地聚焦平面的图像。但是其缺点也是很显然的：其价格昂贵不利于技术的普及;不能得到样品完整、真彩的图像;由于需作二维逐点扫描，其成像速度受到限制，不能对样品实施快速动态成像。宽场显微镜是一套传统的显微镜，其价格便宜，可广泛用于各种行业实现对样品的快速观测，为了实现对样品的三维观察，首先需要对样品进行光学切片，在基于宽场显微技术的基础上经过对显微镜的改进，可采用各种方法实现宽场显微镜的光学切片成像。随着对微观世界更深入的研究，人们希望进一步提高光切片质量和切片的速度等。本文将介绍几种基于宽场显微技术的快速三维成像技术。
一、非干测量的宽场光切片技术
细胞膜的活动在细胞的力学中扮演着重要的角色，因此观测细胞膜的三维结构是非常重要的。一般我们使用相衬和荧光显微镜技术去观察它的活动，然而这种光学观察只能提供细胞边界的信息，很难去了解细胞表面的拓扑结构。为了清楚实时地观察到生物样品的三维结构，这种仪器应该满足分辨率高、成像速度快、视野大等多种要求。在基于宽场显微光切片的技术基础上，可以采用一种新的光学技术――非干涉测量的宽场显微镜光学轮廓测量技术来实现这一要求。这一技术不需后期的扫描机制即可得到三维图像，系统中探针是浸入水的物镜，它的工作距离在毫米范围内。图1显示的是实验装置，该装置采用传统的光学显微镜作为主要的设备，使用一个功率固定的钨卤素灯作为光源，它的功率波动范围为小于1%，带通滤波片的波长范围为350～610纳米。这套系统使用栅格图案在空间相位0，2π/3，4π/3获得三幅图像，然后使用零查探测原理去删除这个栅格图案获得光学剖面图像，通过对图像的后期处理即可呈现样品的3D结构。
二、基于Z轴自动控制宽场光切片技术
在对细胞或者微小的样品进行观察时，显微镜是必不可少的工具，但是一般的显微镜包括宽场显微镜只能观察他们的二维图像，为了得到三维的图像，需要在显微镜的z轴方向上进行光学切片，得到不同焦平面的图像，然后利用计算机技术实现三维重构。为了在宽场显微镜中得到Z轴上不同的焦平面信息，需要对轴进行微调，Z轴方向每上升或者下降一定的距离获取一副图像。传统的方法是用手动的方式去调节Z轴的旋钮，达到Z轴上升或下降的目的。这种方式使得得到的断层扫描图像难以获得足够的精度和足够薄的切层厚度，而且各个断层图像的层厚变得不均匀，这样将在很大程度上影响图像的三维重构效果，同时在进行断层扫面时图像的拍摄时通过手动的方式控制拍摄，这样拍摄一副断层图像需时过长，在荧光样品拍摄前往往已经暴露在激发光的强光之下，这样大大增加了样品被强光漂白导致损伤的危险。因此，一种采用全自动宽场显微光切片的技术将具有重要意义。
这种技术能通过计算机控制显微镜物镜Z轴作精确的微动，来对样品进行逐层扫描成像，其精度可达到纳米级，同时它还能控制摄像系统对每层断层图像进行自动的摄取与存储，不需人工干预。因此，在光路中加装一套激发光快门开合系统，通过计算机同步控制快门开合系统和自动数码成像（或视频图像）拍摄系统，这些装置的增加对宽场显微光切片技术有着非常重要的意义。这样的一套系统可广泛应用于各种医学和生物研究领域，特别是需要观察三维断层的相关领域如生物医学成像与生物医学材料的领域，具有非常重要的实用价值。
三、变形光栅光切片技术
要想得到物体不同层的图像，传统的方法是移动透镜或者相机，但是在一些应用中物体或者成像条件是快速变化的，需要设备能在相同条件下同时捕获多个层的图像。其中一种方法是采用分束器，将一束光分成几束，然后使用多个相机来获得图像，通过移动相机来达到获取不同焦平面图像的目的。但是这种方法会导致复杂的光学系统并且需要多个同步相机。一种使用特别设计的变形光栅能被当作分束器使用，在单图像平面同时记录多个物体不同焦平面的信息，这将只需要一个简单的光学系统便可实现同时获取不同层面的图像，大大降低了成本。使用变形光栅同时得到多个物层面图像的方法原理在于，变形光栅是一个二元位相光栅。其暗区域能增加光学厚度，它在非零衍射序列具有聚焦的功能。特别设计的光栅在每一个变形序列上具有不同焦长的透镜的作用，在图像视野产生假的三维图像。光栅焦长和图像面的分离是通过设计光栅结合物体放大倍数实现的。该技术的基础是变形的衍射光栅，它的光栅线由一个半径为二次方程的光栅线构成。它产生的光栅线是圆弧并且它的中心是偏离透镜轴中心的，如图2所示，变形光栅扮演一套透镜的功能，它能修改每一个衍射序列（+1，0，-1）的焦长，这导致三个物面在同一个探测器面上呈现。当光束进入系统时，零序列衍射产生一幅激光束焦斑图像，+1和-1序列提供光束焦平面后和焦平面前两个层面的图像。因此，利用这种技术可在不需要任何扫描特别是纵向扫描，可实现对样品多层面同时一次成像。但是缺点是一次只能进行三层成像，需要更多层数成像需要加装Z轴扫描装置。
四、基于变焦透镜的宽场显微光切片技术
这种技术原理类似于前面介绍的基于Z轴自动控制宽场光切片技术，将Z轴的机械控制装置用可变焦的透镜来代替。通过改造宽场显微镜可实现这一功能，如图4所示。在该设备中，需要自制一模块，该模块包含一些透镜和可电控的变焦透镜放置在靠近物镜的地方和成像端口想连接，同时为了在目镜中能观察到清晰的图像许在目镜端口加装一相同变焦透镜。这一装置进行光学切片的原理相对比较简单，通过计算机或者其他装置控制变焦透镜的驱动装置，改变电流，透镜的焦距会随着电流大小发生变化，焦距变化后可得到样品不同层的光学信息，完成光学切片的功能。通过实现计算机控制，可实现快速自动宽场显微镜光学切片技术。另外为了让显微镜的改造变得更加简单，可以在显微镜的成像接口处加装一套带有变焦透镜的中继成像装置。这一技术在原理上并不复杂，结构简单，不需要加装机械扫描装置，减少了使用机械装置进行扫描时带来的震动，同时通过精密电流控制可使得描层厚均匀，但是扫描需要时间比较长，为实现实时快速的扫描带来了挑战。
五、小结
上面介绍的快速宽场显微镜光切片技术各有优缺点，他们大多数需要对Z轴进行扫描，不仅影响了扫描速度，而且使用高精密的控制设备成本也比较高，扫描层厚也不均匀，针对这些缺点，我们可以在宽场显微镜的基本框架结构上，结合多种宽场光切片技术实现实时观察样品，另外发展一套新的快速实时宽场显微光切片技术。例如在显微镜的成像接口处加装一套变形光栅系统和变焦透镜，可以在改变一次变焦的同时获得三层切片图像，可大大缩短切片的时间，降低样品长时间暴露在强光下导致的光损伤，它能快速的进行实时光学切片。这样的一个系统预期可广泛应用于各种需要进行实时三维断层观测的领域如生物医学，生物材料等领域，具有非常重要的实用价值。
参考文献：
[1]M.A.A. Neil，R. Juskaitis，T. Wilson. Real time 3D fluorescence microscopy by two beam interference illumination[J]. Optics Communications，1998，153（8）：1C4.
篇6
1.1研究对象的选择
我国现有127所高等学校开展生物医学工程专业本专科人才培养工作，其中96所为综合性或单科性理工类院校，31所为单科性医科院校。所有院校的专业课程体系结构中都开设了人文社科类、医学类基础类、理工类基础课程、工程类核心课程及其相关选修课程，不同院校的课程体系结构不同，在学分、学时及其实施等多方面有不同程度的偏颇。一般来说，多数综合性或理工类高校偏向于电子类、计算机类等理工方向，多数医科类高校侧重于生物材料与生物力学、影像工程、医学物理、医学仪器等领域。我们从10所国家特色专业建设点高校中选择了“单科性院校———南方医科大学”和“综合性院校———湖北科技学院”的生物医学工程专业（医学物理方向）的课程体系进行比较分析研究。
1.2研究资料的主要来源
南方医科大学的研究资料来源于该校生物医学工程学院提供的专业培养方案的电子版和该校特色专业建设点主页；湖北科技学院的研究资料主要来源于原咸宁学院教务处编印的本科人才培养方案（2010年版）、学院主页及其他查询调研。
1.3主要研究方法
基本研究方法参照笔者前期生物医学工程专业课程体系研究的思路[2]，文献材料的收集研究采用系统研究法、比较法、统计法对院校专业、课程设置等多维要素进行多方面的比较分析，找出特点、规律，发现存在的问题，以求得启示。
2南方医科大学生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程体系
2.1生物医学工程专业本科简况
南方医科大学（以下简称南医大）生物医学工程专业本科及其相关专业有医学影像工程、医学信息工程、医学仪器检测、医学物理、电子信息工程和计算机科学与技术等专业办学方向，还有“卓越工程师培养计划”。2007年成为教育部高等学校第一类特色专业建设点，并建设有国家级精品课程1门、省级精品课程和研究生示范课程多门，出版了国家级教材多部，多次获广东省教学成果奖。
2.2生物医学工程专业（医学物理方向）核心课程群
南医大生物医学工程专业的主干核心课程有高等数学、大学物理、模拟电子技术、数字电子技术、C语言程序设计、微机原理与接口技术、人体解剖学、生理学、医用X线机系统原理、现代医学成像技术、数字图像处理、大型医疗设备质量保证、医学电子仪器原理与设计、放射物理与防护、放射治疗学、肿瘤放射物理学、医学影像学、核医学等。
2.3生物医学院工程专业（医学物理方向）课程结构
南医大生物医学工程专业的课程体系结构分为政治理论与人文素质课程、公共基础课、学科基础课、专业课四段式课程构架模式。课程总学分/总学时为150学分/2668学时，其中理论课与实验实践的学时比例为2199∶469（1∶0.21），必修课与专选课的学分比例为102.5∶47.5（1∶0.46），学时比例为1804∶864（1∶0.48）。
2.4集中实践训练环节
南医大的集中实践训练折合为32周、1280学时。其中，模电课程设计1周、40学时；数电课程设计1周、40学时；信息技术、放射治疗计划、软件工程等课程设计各2周，均为80学时；生产实习4周、160学时；毕业设计（论文）14周、560学时；军训与劳动2周、80学时；创新课程4学分、160学时。
2.5本科毕业生基本就业方向
课程体系中的主要课程及其相应目标决定毕业生未来的就业岗位和就业方向。南医大生物医学工程专业（医学物理方向）本科毕业生就业方向主要是在医疗卫生机构从事医学物理师的工作，也可在医学科研机构、高等院校、企事业单位从事医学物理方面的研究、教学、开发和管理工作，还可攻读本学科或相关学科硕士学位。
3湖北科技学院生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程体系
3.1生物医学工程专业本科简况
湖北科技学院（以下简称湖科院）生物医学工程专业本科及其相关专业有医学仪器、医学影像工程、医学物理、医学信息工程、听力学、眼视光学（注：医学信息工程、眼视光学、听力学方向没有正式纳入人才培养计划实施中）6个培养方向。2007年生物医学工程专业获省级品牌专业，2009年成为教育部财政部高等学校第一类特色专业建设点，并建设有3门校级精品课程，出版了医用传感器、医学影像设备、医学物理学、医疗器械营销实务等多部国家级教材，多次获得湖北省教育厅、市级教学成果奖。
3.2生物医学工程专业（医学物理方向）核心课程群
湖科院生物医学工程专业的主干核心课程有高等数学、普通物理学、模拟电子技术、数字电子技术、微机原理与接口技术、数字信号处理、医学图像处理、医学成像系统、基础医学概论、放射肿瘤学、生物物理学、放射物理与防护、医学影像学、核医学、医用传感器、放疗与核医学仪器、放疗物理与放疗技术等。
3.3生物医学院工程专业课程结构
湖科院生物医学工程专业的课程体系分为通识教育课（通识教育必修课、通识教育选修课）、学科基础必修课、专业课（专业必修课、专业选修课）三段式五层次课程构架模式。课程中的总学分/总学时为158学分/2810学时，其中理论课与实验实践的学时比例为2260∶550（1∶0.24）；必修课与专选课的学分比例是121∶37（1∶0.31），学时比例是2180∶630（1∶0.29）。
3.4集中实践训练环节
湖科院的集中实践训练共47周，其中专业实习26周、毕业设计（论文）10周、就业实践8周、军训3周；而劳动教育、社会实践、课程实习分散安排，放疗技术、医学仪器设备、模电、数电等课程设计教学团队分散实施，没有记入训练周。
3.5本科毕业生基本就业方向
湖科院生物医学工程专业（医学物理方向）本科毕业生就业方向主要是在二级以上医院配合放疗医师制定放射治疗方案，实施治疗方案；在其他医疗卫生保健机构从事医疗仪器、设备使用维护与维修；也可攻读本学科或相关学科硕士学位。
4生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程体系的比较分析
4.1专业课程体系架构的比较分析
南医大生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程结构由政治理论与人文素质课程、公共基础课程、学科基础课程、专业课程四段式课程构成。公共基础课程只开设必修课，其他每段课程均开设必修课、选修课，段内必修课与选修课交织在一起。而湖科院生物医学工程专业（医学物理方向）本科课程结构由通识教育课程、学科基础课程和专业课程三段式五层次课程结构组成。学科基础课程没开设选修课，通识教育课程、专业课程均开设必修课、选修课二层次。南医大是为数不多的没有开设医用化学课，却把C语言程序设计课程纳入核心课程的院校，未开设医用化学课程表明专业远离生物或高分子材料类的发展方向。南医大将高等数学、大学物理学列入公共基础课程可能是因为该校属于单科性医科院校，故将其列入所有专业的公共课。南医大公共基础课程没有选修课，湖科院则是学科基础课程中未设选修课。这意味着在公共基础课、学科基础课段建立大一统的具有相对稳定性的课程教育平台有利于实现大基础、宽口径、后分流的人才培养模式的选择与创新，适合于拓展专业培养方向，而南医大更能体现出平台宽口径。从医疗市场及其个性化课程来看，湖科院没有开设临床医学概论课程，而南医大开了56学时，这显示出湖科院面向市场的个性化课程存在缺陷，没有很好地研究未来就业岗位需要的人才。两所院校的共同缺点是均没有开设放射治疗剂量学课程。
4.2课程体系教学任务备配的比较分析
4.2.1专业课程总学分、总学时、理论课与实验学时比例的比较分析经过比较可以看出，湖科院的学分、学时、理论课与实验学时比例分别高出南医大8学分/142学时，比例高出1∶0.03，但差异相差无几。上海交通大学的生物医学工程专业课程总学时为1831学时，实验课学时为243，占总学时的13.3％[3]。与上海交大相比，两所院校的比例均高于上海交大，这显示了211工程大学人才培养重理论教学与实践研发、重自主学习之源。4.2.2必修课与专选课的比较分析选修课是课程结构中必要的组成部分，是对必修课的优化性的适时、适宜性补充，可弥补教学计划中课程内容的不足，调和、衔接课程内容的顺序性，也可适应市场与社会发展的需要。南医大的必修课与选修课学分、学时比例分别是1∶0.46、1∶0.48，而湖科院则是1∶0.31、1∶0.29。这表明南医大的选修课学分、学时比例高于湖科院，且选修课偏重于学科基础课程和专业课，容易造成学科、课程与教材建设方向性不明，专业建设稳定性差。笔者建议，开设选修课学时数以不超过必修课的10％为宜，有些课程还可以专题讲座的形式进行[4]。学科基础课程不开选修课最适合建立宽口径的专业培养平台，以保持课程稳定，在这方面湖科院做得较好。4.2.3学科基础课程学分、学时、理论与实践学时比例的比较分析学科基础课程学分、学时分配数据从表1和表2中可看出，湖科院的学科基础课为67学分，高于南医大的54.5学分，高出12.5学分；湖科院的学时为1161，高于南医大的950，高出211学时；南医大的理论∶实践的学时比例是808∶142（1∶0.18），而湖科院的理论∶实践的学时比例是896∶265（1∶0.30），高出1∶0.12。如果从学科基础课的学分、学时占总学分、学时的比例看，湖科院为40.7%、41.3%，南医大是36.4%、35.6%，两所院校差异相差无几，但是理论∶实践的学时比例高出1∶0.12，有非常显著性的差异，显示出湖科院在学科基础课教学中重实践教学，着重培养学生的基本技能。这种差异性反映出湖科院是综合性院校，涵盖医学、理学、工学等十大学科门类，组建了18个教学院部，给实践教学创建了良好的条件和丰富的共享资源。4.2.4医学课程学时的比较分析南医大开设的医学课程是人体解剖学、生理学、病理学、放射生物学、放射治疗学、医学影像学、核医学、临床医学概论，总学时为336学时。湖科院开设的医学课程是基础医学概论（解剖、生理、生化）、细胞生物学、放射生物学、病理解剖学、病理生理学、核医学、放射诊断学，总学时是37时。从学时比较来看，湖科院的医学课程学时高出南医大43学时，两所院校开设的医学课程门数与学时数相差不大。两所院校的比较分析与赵娜等人报道的“医学院校开设的医学基础课程比例高于理工院校，能够为该专业的学生提供较为系统的医学类课程教育，完善学生的临床知识体系，有助于该专业教学和科研水平的提高”论点不符[5]。从邓军民等人的报道资料看，首都医科大学的生物医学工程学院开设的医学课程有6门，共472学时[6]，远高于同质同类院校的南医大的260学时，也高于综合类院校的湖科院的175学时。
4.3专业课程与就业方向的比较分析
从整体上讲，主要课程的设置要面向社会、面向市场，在很大程度上决定、支撑着就业方向、就业岗位。两所院校对就业方向的总体整合表述主要是在医疗卫生机构从事放疗方案的研制与放疗技术工作，也可攻读本学科或相关学科硕士学位。南医大的就业方向偏重在医疗卫生机构从事医学物理师的工作，也可在科研机构、高等院校、企事业单位、医疗科研机构从事科研、教学、开发和管理工作。而湖科院则偏重于在二级以上医院配合放疗医师制定放射治疗方案，实施治疗方案；也可以在医疗卫生保健机构从事医疗仪器、设备的使用维护与维修。这些都是对各高校的办学特色的理性表述。
4.4集中实践教学环节的比较分析
实践教学环节是集中培养学生动手能力的主要措施。南医大的集中实践训练为32周，与湖科院的47周相比，从表面上看少了15周，但由于各校的集中实践教学环节方式、方法与途径各异，比较的实际意义不大。两所院校的集中实践教学环节虽各有长短，但都没有达到高等学校理工类人才培养的基本要求和标准。但与泰山医学院应用物理学专业（医学物理学方向）的实践教学环节为59个训练周相比，两所院校的实践教学环节训练周太少。湖科院的微机在医学仪器中的应用、放疗仪器设备的设计、放疗与核医学仪器、放射物理与防护、放疗物理技术等课程设计在操作层面上分别由医学仪器、医学物理教学团队分散安排，这也是一个值得探讨的问题。
5创新专业人才培养方案，优化课程体系目标的几点建议
通过专业课程体系的比较分析，依据生物医学工程专业人才培养的社会需要，借助生物医学工程教育专业本科国家标准建设的向导，配合专业评估与专业认证的实施为载体的课程体系，现提出以下几点建议。
5.1坚持办学理念创新，探究专业培养创新的前沿，明确专业培养目标
理念创新与目标要求可参照东北大学生物医学工程专业的培养目标，综合利用中外优秀的办学资源，发挥国内外企业、集团公司的科研、教学和市场优势，实现“产、学、研”合作与合作教育，培养适应生物医学工程学科前沿的科技领域的发展需要，精通专业基础理论、专业知识与技能，具有创新意识、创造能力的高级专业人才。
5.2深化课程体系改革，优化、纯化课程知识结构
（1）当代课程体系改革宜突破传统三段式的课程结构，建议建立新三段式九层次课程结构，每段课程均开设必修课和选修课。以西安交通大学的生物医学工程专业课程体系为例，通识教育课程分为思想政治教育、国防教育、大学英语、计算机等不断教育课程和公共基础通识教育课程；学科教育课程分为基础科学教育课程、专业主干课程、专业课程；集中实践教学分为毕业设计、课程设计、放疗技术实践、课外实践（社会实践、科技与竞技活动）。（2）必设临床医学概论、放射治疗剂量课程，且其课程教学时数不低于180学时，有利于提高放疗计划方案制定的参与性、科学性和临床放疗的合理性，提高放疗质量与效益。（3）学习清华大学，结合本校特点探索夏季小学期制，满足学生的个性化课程选修，拓展实践的时间、空间，采用多元教学及实践活动设计，全面提高人才培养质量。
5.3明确课程体系改革思想，规范课程主导原则
课程体系设置可参照浙江大学的生物医学工程专业，主要课程设置有计算机与网络技术、电子电路设计、传感器与仪器设计、信息与图像处理、生命科学类五大模块。要求在课程体系的结构、内容之间，其知识容量应该有合理的比例，淡化学科自身的重要性，打破学科界限，避免结构与知识出现较大的偏颇局面，也应避免面向市场、就业岗位的选修课冲淡学科基础或主干课程，对开设的选修课一定要突出个性化。另外，鼓励将学科前沿的新知识、新技术、新成果快速引入主要课程内容中，拓宽学生的知识视野。
5.4谋划课程体系策略，控制课程教学时数比例
根据国家级特色专业建设质量工程评估体系的要求，四年制本科生物医学工程专业人才培养的实际需要，课程总学时应控制在2600~2800。课程学时分配应适度减少专业课学时，相对增加实践教学学时，适量增加选修课和学生自主学习的时间和空间，减轻学生负担。对理论与实践课学时的比例控制，原则上要求研究型高校在增加学科基础课理论学时的同时，宜将理论与实践课程的学时比例控制在1∶0.3左右，专业课控制在1∶0.4左右；而教学型高校宜适度减少学科基础课，把理论与实践课程的学时比例控制在1∶0.35左右，专业课控制在1∶0.45左右。专业课程体系中的所有课程都必须以不同程度、形式、方法开展实践教学，尤其是要注重专业课。
6结语
篇7
【关键词】超声弹性成像；甲状腺结节；价值
甲状腺结节疾病是一种常见的甲状腺疾病，其病因并不是很清楚，患者一般是通过体检发现自己患病，颈部有1cm以上的结节，一侧或双侧甲状腺有一个或多个结节，结节呈扁圆形，甲状腺结节病如果要治愈需要手术治疗。超声弹性成像通过获取有关组织的弹性进行成像，弥补了传统医学成像不能直接提供组织弹性的不足，是一种新的超声成像方法，被广泛应用与临床检查中，本文通过对超声弹性成像在甲状腺结节疾病中的应用分析，探讨超声弹性成像在诊断甲状腺结节良、恶性的价值。
1资料与方法
1.1临床资料选取我院于2012年2月至2013年2月收治的48例甲状腺结节性疾病患者，共96个结节，其中男21例，女27例，年龄30-75岁，平均年龄51.5岁。经过常规检查后确定所有结节的性质无明显差别，具有可比性（P
1.2方法采用新型彩色多普勒超声诊断仪进行常规超声和超声弹性成像的检测，具体观察结节的部位、形态等，并测量它的大小，对结节进行纵、横切面的检查，形成准确的弹性图。操作时务必施力均匀，探头与颈部皮肤贴合，在被检部位受力均匀的情况下得到弹性图。
1.3疗效标准应用超声弹性成像对结节病的硬度进行分级的方法历来不一，本文中采用五级法，根据病变区结节在超声弹性图中显示颜色的不同将其分为5级，结节为红蓝绿三色为0级，结节及其周围呈现绿色，为1级，结节多半为绿色且颜色均匀为2级，结节呈现混乱的蓝绿颜色为3级，结节大多数为蓝色4级，在0-2级中的结节为甲状腺良性结节，在3-4级中的结节为甲状腺恶性结节，一般甲状腺恶性结节的组织硬度比甲状腺良性结节高。
1.4统计学分析本次研究所有患者的临床资料均采用SAS8.02统计学软件处理，计量资料采用t表示，计数资料采用X2检验，P
2结果
2.1临床资料96个结节中有良性结节85个，恶性结节11个，48例病患中30例结节性甲状腺肿，3例甲状腺腺瘤，5例结节性甲状腺腺肿合并甲状腺状癌，10例甲状腺状癌。
2.2常规超声结节位于右叶的43个，结节位于左叶的46个，位于峡部的7个；结节最大的为7.2cm，最小的0.5cm，平均2.2±1.8cm，其中有19个良性结节>3cm；结节内伴有微钙化的13个，粗钙化的16个，同时伴有微钙化和粗钙化的2个。
3讨论
甲状腺结节性疾病发病率约为4%-7%，多发生于女性，其中5%-10%的结节可能为恶性结节，因此对于甲状腺结节的鉴别非常重要，超声弹性成像的发展具有非常大的价值与意义。超声弹性成像可以将结节组织的硬度通过颜色的不同表现出来，绿色为平均硬度，红色比平均硬度更软，蓝色比平均硬度更硬，通过红绿蓝三色的分布情况判断结节的硬度，进而分析结节的良、恶性。良性结节中会有钙化的出现，它在结节中的存在对弹性分级产生一定的影响，大比例的钙化增加了结节内蓝色的面积，这样会导致结节的弹性硬度增大，通过研究中对超声弹性成像纵横切面的比较我们可以发现，横切面的弹性分级要比纵切面的弹性分级略高，分析原因可能是纵切面时探头与皮肤紧密结合，被检组织受力相对均匀，因此得到的数据准确度更高些，而横切面因为颈部存在弧度，探头无法如纵切面那样与皮肤结合，因此数据略有出入，弹性分级也会相应降低，当然，数据显示，两者之间并无明显差别，对于最终结果影响不大。本研究中结节的纵横切面弹性图在鉴别甲状腺结节的敏感性、特异性、准确性上为100%、72.5%、77.9%和100%、73.5%、76.8%，因此超声弹性成像对鉴别甲状腺结节有很大的帮助。
综上所述，超声弹性成像对于甲状腺结节性疾病的诊断有着很大的帮助，是一种有价值的超声检查技术。
参考文献
[1]孙渭玲，严碧歌，马磊.超声弹性成像技术及其应用[J].现代生物医学进展，2007，7（9）：1410-1412.
篇8
【关键词】 超声弹性成像； 临床应用； 乳腺
近年来，医学弹性成像新技术发展迅速，其中超声弹性成像（Ultrasound Elastography，UE）是这些新技术的典型代表之一。UE这个概念最初是在1991年被Ophir等[1]提出的，它是根据人体不同组织弹性系数的不同，对组织施加一个内部（包括自身的）或外部的动态或者静态（准静态）的激励，在弹性力学、生物力学等物理规律的作用下，组织将产生一个响应，例如位移、应变、速度等的分布产生一定的改变，利用超声成像方法，结合数字信号处理或数字图像处理技术，计算出感兴趣部位组织的形变程度，借图像色彩反映组织的硬度[2]。弥补了常规超声不能反映组织硬度的不足。目前常用的UE技术包括瞬时超声弹性成像（TE）、实时组织超声弹性成像（RTE）及声脉冲辐射力成像发（ARFI）。至今UE已经发展为医学成像领域的一个研究热点，并广泛应用于临床实践中。UE在临床应用最多的是乳腺疾病的检查，近年来其应用也逐渐扩展到其他脏器，如甲状腺、前列腺、肝脏等，现综述如下。
1 UE在乳腺疾病中的应用
我国乳腺癌的发病率逐年上升，早期诊断乳腺肿瘤对手术方案的选择及预后都有重要的意义。常规超声检查不能显示组织的硬度，比较方便进行外部施加微小压缩，因此UE在乳腺检查中的应用最为常见，并且取得了较理想的结果。内不同组织的弹性系数大小顺序为：浸润性导管癌>非浸润性导管癌>乳腺纤维化>乳腺>脂肪组织，弹性系数越大代表组织的硬度越大[3]。对于大小不同的乳腺疾病UE的诊断价值是不同的。李慕蓉等[4]对490例女性患者共570个乳腺病灶行UE检查，发现在直径≤1 cm的病灶中敏感性为91.0%、特异性为99.5%、准确性为98.6%；而在直径>1 cm的病灶中敏感性、特异性和准确性分别为81.6%、96.5%和92.8%。两组在UE的敏感性、特异性和准确性上比较差异具有统计学意义（P
UE对于鉴别乳腺肿瘤的良恶性有一定的价值。目前临床上多采用5分法对乳腺肿瘤进行研究。1分：肿块整体发生变形，图像显示为绿色；2分：肿块大部分扭曲变形，小部分未变形，图像显示为以绿色和蓝色相混杂；3分：肿块边缘扭曲变形，中心部分未发生变形，图像大部分显示为蓝色，周边部分为绿色；4分：肿块整体无明显变形，图像整体显示为蓝色；5分：肿块及周边组织均无明显变形，图像显示病灶及周边组织均为蓝色。评分l～5分，代表组织的弹性系数从小到大，反映其硬度由软到硬。通常1～3分诊断为良性病变，4～5分诊断为恶性病变[7-8]。柳芳莉[9]对64例乳腺肿块患者进行研究，结果乳腺恶性病变弹性成像评分>3分的检出率明显高于良性病变（分别为96%、6%），乳腺肿块良恶性诊断的准确度、灵敏性和特异性分别为94%、96%和94%，表明UE能有效地提高乳腺良恶性病变的检出率。王志远等[10]对68例患者的87个乳腺肿块（直径均≤1 cm）行UE检查，结果敏感度、特异度和准确率分别为84.00%（21/25）、96.77%（60/62）和93.10%（81/87），表明UE对鉴别乳腺微小肿块的良恶性具有较高的临床价值。张蓓蓓等[11]对90例女性乳腺肿块患者行UE检查，结果UE定性诊断乳腺实性肿块的准确率为94%，说明UE在乳腺实性肿块定性诊断中具有较高的准确性和独特的优势。综上所述，UE对于乳腺良恶性病变的鉴别诊断具有非常重要的意义。
2 UE在其他脏器疾病中的应用
2.1 甲状腺 近年来甲状腺癌的发病率呈上升趋势，判断甲状腺结节的良恶性对于患者的治疗和预后来说都很重要。鉴于甲状腺的位置表浅，容易进行外部施加压力，所以UE鉴别甲状腺结节的良恶性在临床上应用也比较多。陈立斌等[12]对58例甲状腺癌患者的共61个病灶和40例甲状腺良性结节患者的共46个结节行UE评级。以≥3级诊断甲状腺癌，其敏感性、特异性、准确性、阳性预测值和阴性预测值分别为96.7%（59/61）、87.0%（40/46）、92.5%（99/107）、90.7%（59/65）和95.2%（59/65），表明UE评级法是一种有价值的方法。国外学者Hong等[13]对90例患者的145个甲状腺结节行UE检查，结果88%的恶性病变弹性评分为4～6分，90%的良性病变弹性评分为1～3分，甲状腺恶性病变的敏感性、特异性、阳性预测值及阴性预测值分别为88%、90%、81%和93%，说明UE对甲状腺良恶性疾病的检出率较高。张娜[14]回顾性分析了122例患者的共272个甲状腺实性结节，结果良性结节222个，恶性结节50个，其中34个是淋巴结，包括12个反应性淋巴结和22个转移性淋巴结，充分说明UE对甲状腺实性结节的定性具有一定的临床诊断价值。但是在某些情况下容易误诊和漏诊，如良性肿块发生纤维化或钙化、恶性肿瘤病灶非常小或液化坏死等。所以需要更多的临床研究来验证UE诊断甲状腺良恶性病变的准确率，同时完善其诊断标准。
2.2 前列腺 前列腺癌是老年男性常见的泌尿系统的恶性肿瘤，早期前列腺癌病灶往往体积较小，且病灶较多，所以常规超声不能准确的识别病灶，更不能针对病灶进行取材活检。且正常前列腺组织的密度小于肿瘤组织，所以UE可以用来检出硬度更大的前列腺癌，并对病灶行目标活检，从而使前列腺穿刺活检的靶向性更强。近年来，临床上经直肠实时超声弹性成像（TRTE）在前列腺活检中的应用越来越多，并取得了较好的效果。刘佳等[15]对91例疑诊为前列腺癌的患者行TRTE，结果在检出的36例共42个可疑病灶中，检出癌组织的阳性率为80.95%（34/42），目标活检阳性率为77.78%（28/36），而系统活检阳性率仅为31.87%（29/91），两种方法比较检出率的差异有统计学意义（P0.05），而与PSA检查比较则较高（P
2.3 肝脏 超声技术的发展对发现肝脏早期病变和病变性质的确定具有重要价值。虽然肝活检被认为是诊断肝脏疾病的金标准，但是由于它是一项有创检查，使得在实际操作过程中难免会有一定的风险。UE是一种无创的检测技术，它可以通过测量肝组织弹性模量的差异来评估肝脏病变的程度，所以近年来UE逐渐被用来评价肝脏疾病患者的肝纤维化程度、鉴别肝脏肿瘤的良恶性等。明进波[17]通过对58例肝穿刺活检患者和15例健康者行UE和灰阶超声，并进行比较，发现UE检出肝纤维化的概率为82.8%，明显高于灰阶超声的检出率（51.7%），说明UE可明显提高肝纤维化的检出率。裴书芳等[18]将50例慢性乙型肝炎患者的肝组织纤维化病理分期与UE评分进行对比分析，结果UE的敏感性为88.9%、特异性为95.1%，表明UE对评估肝纤维化有独特的临床应用价值。方玲等[19]对51例共67个肝实性占位性病变行UE检查，对照病理结果，发现UE诊断恶性肿瘤的敏感度、特异度、阳性预测值及阴性预测值分别为80%、95.5%、97.3%和70%；而且对于≤2 cm的恶性肿瘤的诊断准确率较高。说明UE有助于鉴别肝脏肿瘤，尤其是≤2 cm的病灶的良恶性。目前临床上评价肝纤维化程度常用TE、ARFI和RTE这三种技术，且他们各有其优缺点。至于哪种方法能更准确地评估肝纤维化，以及如何将UE更好地应用于临床仍需要更多的研究证实。
3 展望
作为一项新的成像技术，UE弥补了常规超声的不足，拓宽了超声诊断范围，为超声科医师诊断疾病提供了新的方法，被称为继A、B、D、M型之后的E型（elastography）模式。诸多研究结果已经证实UE在许多领域具有有效性和优越性。除了应用到上文提到的各脏器外，UE还被应用在颈部淋巴结良恶性的诊断、深静脉血栓成像、皮肤或肌肉的弹性模量估计甚至脑肿瘤的检测等领域，并取得了一定的结果。因此，UE独特的应用价值在临床实践中逐渐显现出来，相信随着科技的不断进步，UE技术的局限性将会被克服，UE也必将成为临床工作中的一项重要辅助技术。
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篇9
【关键词】 光电子学 光学相干层析 超连续谱光源
1 引言
OCT技术是基于光学相干特性的医学成像技术，早期的白光干涉测量法是它的理论基础，光学相干层析成像的概念于1991年被首次提出[1]。在此后十几年里，OCT得到了快速的发展，其分辨率以及性能都有很大的提高与发展，同时也开发出多种成像模式，如多普勒OCT、光谱OCT、差分吸收型OCT、偏振敏感OCT、与双光子荧光或超声结合的OCT技术。
光学相干层析技术与传统超声成像、X射线成像、CT及MRI相比，有着明显的优势：采用非侵入式光学成像技术，能够检测生物组织不同深度层面对入射弱相干光的背向反射或几次散射信号，通过扫描，可得到生物组织二维或三维结构图像；它能对活体组织进行实时、高分辨率断层成像，对活体组织内部机构的生理、病理变化过程进行精确的分析和诊断。OCT可应用在眼科临床诊断，牙齿断层扫描、皮肤病学研究，珍珠层厚度检测等领域，最具诱惑力的应用在于它对人体癌变和心血管疾病的早期准确诊断。经过20多年的发展，OCT的分辨率已经达到了微米量级。
2 光学相干层析技术的研究进展
1991年，美国麻省理工大学的D.Huang等人首次提出了光学相干层析技术的概念，并通过实验成功演示了人类视网膜和动脉粥样硬化噬菌斑的活体成像，所用光源选用830nm的超辐射发光二极管（SLD），轴向分辨率10μm[1]。此后，OCT技术得到了突飞猛进的发展，不论是其分辨率还是性能上都有了很大的提高和发展。由于超连续谱光源的特殊性能促进了OCT技术的高性能、低成本和实用化。国外利用超连续谱光源作为OCT相干光源的研究开展较早，且内容丰富。
2001年麻省理工大学I.Hartl等人首次报道了基于光子晶体光纤超连续谱光源的OCT系统。超连续谱为1.3μm附近带宽为370nm的宽带光谱，用来成像以后，在空气中得到了2.5μm的纵向分辨率，在生物组织中得到了2μm的纵向分辨率。指出了超连续谱OCT在临床医学方面的应用潜力及高分辨率[2]。
2002年，奥地利维也纳大学B.Povazay等人利用10fs钛宝石激光器泵浦光子晶体光纤，得到了550nm～950nm的超连续谱，之后用作OCT光源，得到了自由空间的轴向分辨率为0.75μm，在生物组织中约为0.5μm[3]。
前期的报道由秒激光在反常色散区泵浦光子晶体光纤，超连续谱产生过程中孤子机制非常明显，不稳定的孤子将会导致严重的光谱变化，从而影响了在OCT中的应用。所以，对超连续谱光源提出了更高的要求。2004年，美国麻省理工学院利用被动锁模掺铒光纤激光器泵浦正常色散光纤，得到了38mW的180nm带宽的超连续谱，并利用此光源实现高速实时高分辨率的OCT成像。通过对人体皮肤的OCT成像，得到了纵向约5.5μm的分辨率及99dB的敏感度[4]。
2005年，美国加利福尼亚大学贝克曼激光研究与生物工程系Y.Wang等人，利用单模光纤的自相位调制效应产生超连续谱，降低了光谱的噪声，飞秒激光的相干长度由35μm缩短至3.7μm，实现了高的成像分辨率，并且与基于光子晶体光纤的成像能力进行比较。结果表明，光子晶体光纤在高散射生物组织成像中受到限制，尽管有较高的分辨率但不适用于高速成像[5]。同时指出低噪声的光对快速、高分辨率OCT的重要性。
2007年美国凯斯西储大学生物医学工程系H.Wang等人用1059nm的飞秒激光泵浦双零色散点光子晶体光纤，得到了一种830nm和1300nm双频段超连续谱光源，通过泵浦脉宽压缩，产生的超连续谱非常平滑且为类高斯型，将其用于OCT中，对人体结肠癌组织进行体外OCT成像，在830nm处实现纵向分辨率为2.8μm，在1300nm处为4.5μm[6]。同年7月美国伊利诺伊大学生物光子学成像实验室H.Tu等人提出了一种基于正常色散非线性光纤产生超连续谱稳定性的方案，为OCT系统提供了更加稳定的超连续谱光源[7]。
2008年，瑞士量子电子学研究所物理系M.C.Stumpf等人利用被动锁模铒镱共掺飞秒光纤激光器泵浦色散管理高非线性光纤，得到了一种紧凑型的、光谱范围覆盖1150nm～2400nm的超连续谱光源。由于在多数的生物组织中，光学后向散射在长波方向大大降低，将此1.5μm附近的超连续谱光源用于OCT中，可以有更深的穿透深度。在OCT实验中得到了3.5μm的纵向分辨率[8]。
2011年美国亚利桑那大学光学科学学院K.Kieu等人利用紧凑的光纤超连续谱光源构建了一种全反射式的OCT，系统中只用了反射式的光学元件，避免了色散的影响，得到了纵向分辨率为1.5μm，在中心波长1300nm处的动态范围为87dB[9]。2012年，日本名古屋大学电子工程与计算机科学系S.Ishida定量的比较了5个不同波长范围内的超连续谱光源在OCT应用中对穿透深度的影响。比较了0.8μm、1.06μm、1.3μm、1.55μm及1.7μm处对超高分辨率OCT穿透深度的影响，指出在800nm和1700nm处的图像对比度最高[10]。
国内利用超连续谱作为OCT光源的研究较少。2009年，天津大学精密仪器与光电工程学院郭以平等人利用亚皮秒脉冲光源抽运由不同特性光纤级联而成的混合非线性光纤来产生超连续谱，得到1300nm处3dB谱宽为140.6nm的宽带光谱。用此宽带光源作为光学相干层析系统光源，可以在生物体探测窗口约1300nm处达到小于4.1μm的纵向分辨率[11]。
3 结语
分辨率是衡量OCT性能的重要指标，而光源带宽是影响OCT轴向分辨率的主要因素。超连续谱光源具有宽的光谱宽度、高的光谱功率密度、好的稳定性和结构简单紧凑等优点，将会成为当前超辐射光源和飞秒固体激光器等OCT光源的有力竞争者。尽管基于超连续谱光源的OCT技术已取得了很大进展，但因起步不久，仍有大量科学技术问题依然亟待研究解决：全光纤化且功率稳定的泵浦源的获得、低噪声超连续谱的获取和对称平坦的光谱整形，以及清晰而又快速的图像获取技术。
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篇10
【关键词】医学;计算机;应用研究
1.计算机在医学临床上的广泛应用
1.1 计算机辅助诊断在医学影像领域的应用
计算机辅助诊断技术是应用各种先进的医学成像设备对疾病进行观察并作出辅助诊断，它使临床医生对病人病变内部部位更直接、更清晰的观察与分析，使得临床医生对疾病的确诊率大大地提高。利用计算机技术产生的医学三维图像可直接应用于放射学、放射肿瘤学、心脏病学等科室，现代医学关于图像上的应用是十分广泛的。我们看到的关于心脏的图片都是利用先进的计算机技术来完成的。传统心脏病诊断方法医生根据患者病史、病状、检查结果，并用所学病理知识和经验进行综合分析得出诊断结果。随着人工智能技术的发展，为避免人为和主观因素，得到更为准确和客观的心诊断结果，神经网络技术在这方面的应用体现出医学的发展离不开计算机技术的日新月异。医学图像可视化技术在重建三维图像模型的基础上进行定性定量分析，使人们更清楚地认识体数据中的复杂结构。在临床诊断和医学研究都具有十分重要的理论意义和应用价值。随着科技的发展，医学图像三维可视化系统也逐渐趋于成熟。在医学诊断、临床治疗及医学教学和手术模拟中发挥了重要的作用。上述事实证明通过计算机辅助诊断提供优势方案，使治疗更加安全可靠。
1.2 计算机技术应用于药物成分的测定
新药品得研发和上市，必须通过实验来探求药物的毒害性和致死量，评估药物对人类的影响。一般地评价药物毒性以动物为准，借此确定对人类的影响。而利用计算机进行药物的最大给药量、固定剂量、半数致死量的测定可以有效的减少实验的时间和费用，具有广阔的应用前景。
1.3 计算机在远程医疗技术的应用
远程医疗的推广，使距离较远地区的专家能对疾病进行实时沟通，有助于交流思病情，对疾病的诊断，治疗及预后评价都有着重要重用。
2.计算机技术对医学临床多个领域的促进作用
2.1 随着计算机在医院的普及，我们现在可以在网上进行挂号，并且我们可以预约一些专家看病。这都需要各部门快速协作来完成，所以离开计算机就不可能快速完成这些任务。医院的各个部门的联系及医生信息的统计都需要计算机参与。利用计算机辅助决策系统是使得医生和计算机工作者、科研单位、病人相结合，大大简化了医院行政管理的办事流程，同时解决了部分病人看病难，住院难，提高工作效率，也使得医院的各种资源能够得到最大最有效的利用。
2.2 利用计算机医学信息检索系统可以使得医生和科研人员在现有数据库中通过关键词等条件即可迅速查找出所需文献资料，并对检索效果进行评价。利用计算机技术可以方便的完成查阅医学资料和下载书籍。通过实时视频的电视电话会议就可以完成相互交流。
2.3 利用计算机辅助教学（CAI）可以使得学生能够更好地利用医学知识库和检索医学文献;教师也能够把医学中抽象的医学问题以形象化、生动化的发式展现给学生。通过计算机实时沟通学习，有助于快速掌握海量医学信息，深化医学计算机教学改革。
3.计算机在医学数据挖掘上的应用
3.1 医疗机构的服务要求在不断提高，质量效率问题也越来越被重视。医疗质量的核心是数据、标准、计划.这些都可以用不同的数据指标来衡量。通过数据挖掘技术，可以发现新的指数规律，检验其有效性，并提炼调整质量方案。通过数据库中已有数据对疾病风险模型进行评估，可以找出规律，服务于临床决策。
3.2 数据挖掘在生物医学方面应用广泛。人类24对染色体的基因测序已经全部完成，标志着人类基因研究已经进入新的发展阶段。数据挖掘可以完成异构、分布式基因数据库的语义集成，用关联规则分析同时出现的基因序列，用途经分析发现在疾病不同阶段的致病基因，这使人们对疾病的发病机制有了深入理解。
4.结语
计算机在现代医学上的设备操作、图像应用、信息管理等方面都有着不可替代的作用，医学领域学习计算机技术意义重大。相信随着计算机的不断发展，会引领医学加快脚步，迈上新的台阶。
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