以問題為導向的醫(yī)學圖像處理教學方法改革

　　摘要：本文首先分析了醫(yī)學圖像處理課程的特點，針對目前醫(yī)學圖像處理教學中所面臨的問題，提出以問題為導向的醫(yī)學圖像處理教學方法改革。簡要介紹了以問題為導向的教學方法的基本特征，闡述了以問題為導向的醫(yī)學圖像處理教學方法的課程安排、問題設計和具體組織實施方法等。實踐表明，該方法能更有效地調(diào)動學生學習的積極性和主動性，提高學生的資料查找能力和實踐能力，也能更好地培養(yǎng)學生的團隊合作意識。
　　關(guān)鍵詞：以問題為導向 醫(yī)學圖像處理 PBL
　　醫(yī)學圖像處理是一門講述如何運用數(shù)學的方法利用計算機對醫(yī)學圖像進行處理的課程，它在生命科學研究、醫(yī)學診斷與臨床治療等方面都起著重要的作用，是培養(yǎng)高素質(zhì)復合型人才的一門重要學科。隨著醫(yī)學影像技術(shù)的日益成熟以及各種各樣的醫(yī)學影像設備在醫(yī)院中的廣泛使用，醫(yī)院每天都獲取大量人體內(nèi)部組織圖像。樊代明院士來我校講座曾經(jīng)半開玩笑地說過，他曾經(jīng)帶了一個醫(yī)療團隊下鄉(xiāng)，結(jié)果沒有了這些影像設備這些醫(yī)生到了鄉(xiāng)下都不會看病了。因此如何對這些醫(yī)學圖像進行有效的處理與分析，具有重大的社會效益和廣泛的應用前景。目前越來越多的醫(yī)學院校已開始開設醫(yī)學圖像處理這門課，本文將從醫(yī)學圖像處理課程的特點、目前教學所面臨的問題以及以問題為導向的醫(yī)學圖像處理教學方法等幾個方面進行探討。
　　一、醫(yī)學圖像處理課程的特點
　　醫(yī)學圖像處理是以數(shù)字圖像處理為基礎，結(jié)合醫(yī)學院校的特點和教學要求，以醫(yī)學影像為處理方向，開展的一門課程。醫(yī)學圖像處理教學的基本要求是：了解醫(yī)學圖像的基本特點和圖像處理的基本概念，掌握醫(yī)學圖像處理和分析的基本原理及方法，能夠利用計算機完成各種醫(yī)學圖像處理，包括醫(yī)學圖像的增強、分割、配準、三維重建和三維可視化。該課程具有以下特點：
　　1.多學科交叉
　　醫(yī)學圖像處理涉及醫(yī)學、計算機科學、數(shù)學、物理、數(shù)字信號處理、生物生理學等多個領域的知識。課程內(nèi)容廣泛，各學科之間的交叉、滲透，對教學和實踐均提出了較高的要求，學生較難理解相關(guān)知識和技術(shù) [1]，尤其是醫(yī)學院校學生數(shù)學基礎薄弱，對醫(yī)學圖像處理中各種算法的理解更加困難。
　　2.理論和實踐并重
　　醫(yī)學圖像處理的實現(xiàn)過程是建立在堅實的理論基礎之上的，每一實現(xiàn)方法都有嚴格抽象的理論基礎。醫(yī)學圖像處理的實現(xiàn)又是建立計算機編程實踐的基礎上的，醫(yī)學圖像處理的算法最終要在計算機上編程實現(xiàn)。只有通過計算機編程才能使相關(guān)醫(yī)學圖像處理理論得以驗證，進而得到應用。因此，理論和實踐相結(jié)合是醫(yī)學圖像處理研究與教學的關(guān)鍵，既要注重基礎知識的教學，同時又要加強學生實踐能力的培養(yǎng)。計算機編程恰恰是醫(yī)學院校學生普遍的弱項，多數(shù)學生都沒有系統(tǒng)學過編程語言。但是該課程的理論性和實踐性都比較強， 尤其強調(diào)編程實踐，因此該課程起點高、難度大，對任課老師和學生都提出了比較高的要求[2]。
　　二、目前教學所面臨的問題
　　我校目前有醫(yī)學影像和信息管理與信息系統(tǒng)兩個專業(yè)開設了醫(yī)學圖像處理這門課。醫(yī)學影像專業(yè)的學生對各種醫(yī)學圖像的特點比較清楚，但是醫(yī)學影像專業(yè)的學生在先導課程中只學過大學計算機基礎和Visual Foxpro兩門計算機課程，他們普遍編程基礎弱，面對各種醫(yī)學圖像處理算法就像讀天書一樣。而信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的學生系統(tǒng)學習過數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、c++、java等計算機課程，在數(shù)學實驗課上也接觸過Matlab編程，編程對他們來說問題不是很大，對醫(yī)學圖像處理各種算法的接受能力也比醫(yī)學影像專業(yè)學生強，但是信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的學生在先導課程中沒有學過醫(yī)學影像學等課程，他們對各種醫(yī)學圖像的特點不夠清楚。為了能順利開展醫(yī)學圖像處理這門課程，結(jié)合學生的特點，對于醫(yī)學影像專業(yè)的學生，我們通常在醫(yī)學圖像處理課程的前幾節(jié)課給學生補習一些Matlab編程的內(nèi)容，而對于信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的學生則給他們補習幾種常見的醫(yī)學成像比如X射線、CT、MRI、超聲、PET等，讓學生熟悉它們各自成像的特點。根據(jù)多年的醫(yī)學圖像處理教學經(jīng)驗，即便如此，學生往往在醫(yī)學圖像處理前半部分課程還聽的比較認真，但到后面面對鋪天蓋地的各種醫(yī)學圖像處理算法，大多數(shù)學生都招架不住了，僅有極少數(shù)學生能跟上老師的節(jié)奏。 盡管老師在講臺上講的很辛苦，但是學生收獲不多。究其原因，并不是學生不想學，學生前面聽課也挺認真的；也并不是老師講的不好，老師講的滿頭大汗、口干舌燥。只是面對大量醫(yī)學圖像處理算法的填鴨式灌輸，學生逐漸變麻木了，以至于越落越遠。因此醫(yī)學圖像處理教學方法必須改，化被動為主動，充分調(diào)動學生學習的積極性和主動性，開展以問題為導向的醫(yī)學圖像處理教學方法改革。
　　三、以問題為導向的醫(yī)學圖像處理教學方法
　　以問題為導向（Problem-Based Learning，PBL）是以學生為中心的教學方式，其特點在于在教師的指導下，將學生放在主體地位，通過小組討論的方式，以某一具體案例或問題為中心的展開討論，在具體的案例討論過程中不斷“發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題” [3]。為了解決問題，學生需要分工合作積極主動地去查找各種資料，包括課本中的各種醫(yī)學圖像處理算法。通過交流討論，不僅可以促使一些懶惰的學生也要主動去查資料，而且通過學生間分享學習成果，也使一些學習差的學生不知覺中得到幫助。以問題為導向的教學方法，強調(diào)以問題解決為中心、多種學習途徑相結(jié)合，強調(diào)小組成員間交流合作。為了解決問題促使學生主動地去學習各種醫(yī)學圖像處理算法，積極地開展小組討論，從而達到學生主動學習的目的。
　　1.課程安排及問題設計
　　為了更好地開展以問題為導向的醫(yī)學圖像處理教學，我們初步將醫(yī)學圖像處理內(nèi)容分為三部分[4]：一是醫(yī)學圖像處理基礎部分，包括醫(yī)學圖像處理的發(fā)展歷史、課程特點、研究內(nèi)容以及臨床中實際應用例子，這部分主要有老師來講解，目的是把學生領進門，讓學生了解圖像處理的特點，明白數(shù)字圖像是可以處理的，并通過一些真實的應用例子調(diào)動學生的學習興趣。對于影像專業(yè)的學生還要給學生補充一些Matlab編程方面的知識。醫(yī)學影像的各種成像技術(shù)對于醫(yī)學影像專業(yè)的學生來說更是他們的長處，應該讓學生在講臺上充分展現(xiàn)出來，以增強他們的自信心；而信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)的學生對于醫(yī)學成像技術(shù)則比較陌生，則可以引導學生分組去查資料，通過分組展示和老師補充來完成這部分的學習。二是醫(yī)學圖像處理主要內(nèi)容部分，包括圖像變換、圖像增強、圖像分割等。這部分需要老師根據(jù)教學內(nèi)容結(jié)合自己的科研設計合適的問題，引導學生分組去查資料，通過團隊合作去解決這些問題。第三部分為醫(yī)學圖像處理的高級內(nèi)容，包括醫(yī)學圖像配準融合和醫(yī)學圖像三維重建部分。這部分讓學生去實現(xiàn)會有些難度，但可以讓每組學生針對某一問題查資料以課程論文的形式提交他們的成果，如果能實現(xiàn)出來或者課程論文寫的比較好，則可以在平時成績等方面給與他們適當鼓勵，也可充分調(diào)動學生的學習積極性。

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