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BME的重要目標之一是發展非侵入式的診斷技術用于治療和診斷疾病。生物醫學影像是一種非常有效的對結構與功能進行診斷的非侵入式技術。現在,生物醫學影像學已成為現代化醫院的主要標志之一,它是臨床研究的一種主要工具,也是醫院開展新技術、新業務的重要基礎。生物醫學影像學是如此的重要,美國國立衛生研究院(NationalInstitutesofHealth,NIH)在20世紀初就改變了它們傳統的疾病和器官的機構模式,建立了國立生物醫學影像學與生物工程學研究院(NationalInstituteofBiomedicalImagingandBioengineering,NIBIB)。而在我國國家基金的醫學科學三處,影像醫學不再是BME中的一個分支,而是被放到與BME同等的地位。美國最近開展的一項被認為可與人類基因組計劃相媲美的腦科學研究計劃,正是生物醫學影像學在神經科學領域的巨大應用。根據美國勞工部的統計顯示,BME專業是美國就業領域中需求增長最快的專業,從2010年到2018年預計有72%的增長,而生物醫學影像學又是BME中增長最快的領域。
生物醫學影像學隨時間在飛速地發展,被廣泛應用在臨床和基本生理和生物學的研究之中。大量的新發明出現在生物醫學影像領域,被用于創建新的影像模式;提高圖像的空間與時間分辨率與對比度;提供更為方便使用的影像數據分析和可視化;進行遠程醫療等。生物醫學影像學是一門交叉學科,它的飛速發展不僅需要優秀的生物醫學影像從業人員,也對生物醫學影像的教育提出了更高要求和全新的挑戰。如何提高生物醫學影像人才隊伍的綜合水平,已迫在眉睫。
二、生物醫學影像學教育
1.生物醫學影像學從業者的變化
現代化的大型生物醫學影像設備是集物理、材料、機械、電子、計算機、自動化、網絡等多種技術于一體的精密儀器。它的操作、維護和保養均十分復雜,對操作者的素質要求比較高。數十年前,大型生物醫學影像設備的從業者是一些受過醫學圖像培訓的物理學家。隨后,這項工作主要由本科物理專業、研究生醫學物理專業的畢業生充當。而在今天,大型生物醫學影像設備的操作者主要來自于BME專業畢業的本科生和研究生。BME的教育由于融合了物理科學、工程方法和技術以及生物醫學,使得BME專業的畢業生極為適合生物醫學影像學方面的工作。生物醫學影像學從業者的變化給人們提出了三個教育中的問題:是否所有的BME學生都需要對生物醫學成像有一些基本的了解和認識?BME專業的學生需要掌握哪些生物醫學影像學知識?如何使學生更好地了解、設計及使用成像系統?
2.生物醫學影像學的知識結構和應掌握的基本知識
生物醫學影像學的知識來自于多個學科領域,包括電氣工程學、機械工程學、生物物理學、數學、物理學、材料科學、生物學等。生物醫學影像學需要具備基本能量物理、輻射、輻射能量與物質的交互、硬件設計與實現、數據收集、分析和可視化、組織器官基于圖像的建模、數學變換、信號和圖像處理、軟件工程、信息論以及高性能計算等多方面的知識。由于生物醫學影像學在BME教育中的重要性,BME的學生即使未來不從事相關的工作,他也應該學習生物醫學成像和生物醫學圖像處理的基礎課程。他們應該理解常用圖像模式的基本成像原理和它們的優缺點,如何進行基本的圖像分析與處理,常用模態圖像的基本解釋等。而未來準備從事相關工作的BME學生,則應該選擇一到兩種影像模式,圍繞它們的具體應用進行更深入的學習與研究。
3.生物醫學影像學教育中存在的挑戰
在生物醫學影像學教育中,存在著一些挑戰阻礙著高質量的生物醫學影像學教育。這些挑戰包括有限的動手實踐、教科書中的知識老化等。生物醫學影像學是一門理論與實踐、原理與應用緊密結合的學科,實踐教育可以使學生快速有效地掌握必要的基礎理論、基本知識,節省時間,提高授課的效率。醫療機構對生物醫學影像專業大學生的實際操作能力要求越來越高,因此,必須提高醫學影像工程專業實踐教學,提升學生的就業競爭力。而在生物醫學影像學教育中,使用實際影像設備進行教育,往往由于安全問題和成本高而變得不可行。例如,小型x-射線管和在影像中使用的放射線核素在成本上是可行的,但它們所釋放的電離輻射對人體存在安全危害,不適合在高校課堂中使用。如果不考慮安全問題,會發現一臺基礎的磁共振設備就需要數十萬元,而且后期也存在著大量的維護費用,往往不是高校的教育經費可以承擔的。當前,在醫院的放射科、影像科等科室中,現代化的大型生物醫學影像設備被廣泛地采用。而在大學的實體教學中,學生卻往往沒有機會接觸這些設備,這就造成了教學與實踐環節的脫節。另外,生物醫學影像學是一個高速發展的領域,每隔五到十年都會有較重大的突破。而在教學中教材的建設是一個較長期的過程,一本教材往往需要數年才能成形,這就導致了有時教科書和其他教育資源還沒出版就有些過時了。
4.生物醫學影像學教育中的資源
在生物醫學影像學教育中,網絡可以為學生與教師提供了一個開放、共享與實時的資源平臺,大量的不同影像模式和針對不同的生物醫學應用的影像被放在網絡上共享,這就使得學生們可以更好地理解圖像形成的方式和認識如何根據工程和科學的需要生成圖像,從而將抽象概念形象化、具體化。一個在線的超聲波教程被證明在幫助BME學生學習超聲波的基本知識上比常規教程更為有效。當前,在課堂中使用真正的成像設備是有一定難度的,而影像設備模擬器則是課堂學習一種非常有用的輔助手段。仿真大腦數據庫可以根據磁共振設備掃描參數的不同生成T1、T2以及PD模式的大腦磁共振圖像。美國的MedSim公司也直接提供了超聲圖像仿真儀用于實體仿真。在教學過程中,應加強實驗室、實習基地、模擬器、網絡資源等實驗實踐教學平臺建設,提供給學生一些重要的電子資源,便于學生課外自學,鞏固知識,鞏固基礎性、實用性、穩定性的實踐教學資源。根據教育技術的發展,對教學方式、內容與手段等進行改革。從過去的以教師傳授,學生被動接受知識向以學生為主體,增強對學生創新意識和動手能力的培養、應用與綜合能力的培養,教師積極引導的方式轉變,構建良好的學習與交互平臺,培養學生主動探索和高級思維的能力,廣泛而深入地參與到教學過程。
5.生物醫學影像學教育中的教學方法的改進
生物醫學影像學的教學不再是以課堂灌輸為主,傳統的教學模式必然會導致教學質量和學生學習積極性下降,它的改革勢在必行。如何高質量地完成現代醫學影像學的教學成為擺在教師面前的一項艱巨的任務。學科的迅速發展與實際應用的需求產生導致生物醫學影像學技術也不斷創新,新的理論、新的方法被應用于生物醫學影像學領域,如多模態成像系統的出現,從解剖圖像到功能圖像,從宏觀的組織結構影像到微觀的分子影像,成像技術與手段不斷更新等。隨之,也出現了一些新的生物醫學影像處理方法,包括圖像的融合、三維圖像分割、圖像動態跟蹤、分子影像分析等。教師的科研方向及課題都具有一定的前瞻性,采用的理論與方法較新。教師可結合具體的項目,實施“產學研”結合,根據所在領域的國內外研究動態,以專題討論或穿插于課堂教學的方式,及時跟蹤學科發展動態,將最新的知識與先進技術介紹給學生,使其掌握本學科最前沿的學術思想與專業知識。此外,宜結合國內外醫學影像乃至生物醫學工程產業的現狀與發展,分析國內相關技術水平與差距,使學生能從宏觀上把握學科知識與相關產業發展情況。
三、小結
生物醫學工程(BiomedicalEngineering,BME)是一門由理、工、醫等多學科交叉結合形成的,側重于技術運用的邊緣學科,它綜合應用了生命科學和工程科學的原理和方法,從工程學角度研究用于防病、治病、人體功能輔助及衛生保健的人工材料、制品、裝置和系統技術[1]。我校生物醫學工程專業自2004年開始招生以來,一直致力于培養高素質、創新型應用人才。根據專業培養方案,該專業畢業學生應了解醫學影像成像理論和設備原理、結構、性能及發展趨勢,并能夠對常見醫學影像儀器進行安裝、調試、檢測、維護、保養及使用。因此,該專業開設了電路原理、模擬電子技術、數字電路、計算機接口技術、醫學影像物理、醫學影像設備學、醫學圖像處理、醫學影像檢查技術學等涉及學科前沿和綜合運用領域的相關課程。
一、校企合作在生物醫學工程專業教學中的必要性分析
1.開展校企合作是生物醫學工程專業學生就業的要求。目前,我校生物醫學工程專業學生的主要就業去向是醫療衛生部門和醫療公司。這兩者在人才需求上均要求學生具有較高綜合素質和實踐動手能力,其中醫療衛生部門要求學生具有較好的醫學和工程學的綜合能力,除要求學生應具有基本的醫療設備的使用和維修能力外,還能向管理、研制、開發等方向拓展,參加醫院各相關科室的科研課題;要求學生既要參加儀器設備管理,又要參加醫院各種軟件(門診、檢驗、放射)網絡等全面管理、培訓和技術支持。而在醫療公司,則更多的要求學生能夠具有生物醫學工程、醫療儀器等領域及相關的電子技術、計算機技術、信息產業等部門從事研究、開發及管理的能力。單純依靠學校教育要想達到這些要求是不現實的,采用校企合作方式,則可以通過建立就業實踐基地等方式,根據用人單位的不同要求進行有針對性的培訓和指導,從而提高學生的就業競爭能力。
2.開展校企合作是生物醫學工程專業課程設置的要求。由于生物醫學工程專業課程涵蓋眾多領域,其知識體系跨度較大,涉及從物理化學基礎到工程學、醫學、生物學等。在四年內進行如此龐雜的知識學習,學生可能出現基礎知識欠缺而專業知識與綜合運用能力不強等問題。校企合作則可以通過綜合分析市場和社會需求,重點培養學生的全面素質和綜合運用能力。通過校企合作,可以由學校根據市場和社會需求將課程設置和教學重點放在對學生基礎知識和專業知識教育上,由企業根據學科知識應用前沿來重點培養學生的綜合運用能力,并進一步提高學生的就業競爭力。
3.開展校企合作是生物醫學工程專業辦出特色和水平的要求。由于生物醫學工程技術的迅速發展,該學科領域內呈現出了知識與技術更新快、設備更新淘汰快等趨勢。由于生物醫學工程專業對學生實踐能力要求較高,為保障教學質量,學校需要建立穩固而先進的實踐基地和專業實驗室。盡管國家和社會對教育的資金投入不斷加大,但由于生物醫學工程專業實驗、實踐所需設備價值較高,僅僅依靠學校單方面的投入仍顯資金不足。同時,由于學校教師在專業結構、學歷結構等方面存在基礎知識較強而運用能力較弱、學歷層次高而管理經驗欠缺等問題,學生在畢業時的設計已經開始出現脫離應用實際、畢業設計命題重復、一個教師因需要指導多名學生而造成學生畢業設計質量下降等問題。通過校企合作,以校企共建實踐實訓基地的形式,可以解決一部分實驗、實踐經費;通過“訂單式培養”、“頂崗實習”等方式,學生可以了解生物醫學工程的應用實際和現實情況,增加畢業命題選擇范圍;通過建立“雙師制”等教師培養體制,可以改善學校現有師資隊伍結構,提高師資水平,同時增加學生指導教師數量,提高學生畢業設計質量和教學整體質量水平。
二、生物醫學工程專業建設中應用校企合作存在的問題
我校生物醫學工程專業自開辦以來,就通過不斷加強與醫療衛生部門和醫療公司的合作,在專業建設和教學質量等方面均取得了一定成績。但綜合來看,仍存在以下問題:1.由于課程設置和課程資源的缺乏,許多應用型課程的實踐必須放在學生畢業實習階段進行,影響了學生實習的創新性能力培養;2.由于企業在學生培養過程中,片面追求學生的動手技能,忽視了對學生綜合運用基礎知識能力的培養,造成學生職業發展的局限;3.由于制度建設和保障力度不夠,造成專業課程設置相對滯后、學生培養目標單一等問題。
三、校企合作在生物醫學工程專業建設中應用的具體措施探討
從我校生物醫學工程專業校企合作的經驗來看,要想實現高素質、應用型技能專門人才培養的目標,仍需在以下幾個環節加強建設,把控質量:
1.完善合作機制。良好的合作機制是推動校企合作良性發展的關鍵環節和重要標志[2]。通過建立“雙師制”、“頂崗實習”等合作模式,既可以提高企業參與教學的積極性,也可以保障學校在教學、教研、科研上的自主性和主體地位。但在現階段的合作中,依靠的是學校和企業的人情關系或短期協議,雙方共同的利益訴求是學生就業與用工需求。這種合作機制是不完善和不穩固的,要想建立一個真正穩固的校企合作機制,必須依靠政府主管部門、學校和企業按照市場規律和教育規律建立長期合作,真正找到校企合作的有效切入點,讓企業嘗到校企合作的甜頭[3],同時讓學校認識到校企合作對教育發展的重要性。
生物醫學工程學是融合理工科學和生物醫學的 理論和方法逐步成長起來的邊緣性學科,其基本任 務是運用理工科原理和工程技術方法,研究和解決 醫學和生物學中的相關問題。作為一門獨立學科發 展的歷史尚不足50年,隨著現代科學技術的進步, 生物醫學工程學科得到了長足的發展。它在保障人 類健康和推進疾病的預防、診斷、治療、康復等技術 進步所起的作用日益增強,已經成為當前醫療衛生 健康發展的重要基礎和有力技術支撐。
20世紀60年代,美國一些著名大學先后開啟了生物醫學工程學科的建設,相繼啟動了生物醫學 工程專業人才的培養。美國的生物醫學工程教育特 點是在技術產業化需求驅動建立起來的具有其自身 特性,且反映了生物醫學工程學科建設與發展的前 沿特征。各個學校的本科教育課程雖然具有自己的 特色,但在課程設置上大致可以分為科學基礎課程、 專業核心課程、關注領域課程、設計課程、人文與社 會科學課程、專業選修課程及其他選修課程等六 類Q_2。不同學校本科課程的主要差異體現在專業 選修課程及其他選修課程的設置上,各個學校根據 自身的生物醫學工程領域的研究方向和研究水平特 點開設一些相應的選修課程,并培養學生在相應方 向上的研究探索實踐能力。這是美國生物醫學工程 本科教育的基本特點。
我國生物醫學工程專業教育起步于20世紀80 年代,主要發源于著名工科院校的信息技術類專業 和力學專業,進而逐漸形成的生物醫學工程專業教 育,后來,_些醫學院校在醫學物理和醫用計算機技 術的基礎上相繼開展了生物醫學工程專業教育,于 是在我國基本上形成了這樣兩種類型的生物醫學工 程學科[4_3。上述兩類院校的生物醫學工程學科建 設發展模式各具側重,遵循了共同的學科基礎,在培 養生物醫學工程專業人才的應用層面上有顯著特 點。相對來說,工科院校的生物醫學工程培養模式 注重工程技術的開發和功能拓展,醫科院校則注重 醫學與工程結合、工程技術在醫學中的綜合應用。
1 中國生物醫學工程學科發展思路
生物醫學工程是一種交叉學科,交叉的學科基 礎及其融合的緊密程度決定了生物醫學工程學科的 發展水平,交叉的學科發展推動著生物醫學工程學 科的發展,并且使得生物醫學工程學科研究領域變 得十分廣泛,而且處在不斷發展之中。
1.1學科發展軌跡在中國,基于電子信息工程發展而來的生物醫 學工程學科,主要包括生物醫學儀器、生物醫學信號 檢測與處理、生物醫學信息計算分析、生物醫學成像 及圖像處理分析、生物醫學系統建模與仿真、臨床治 療與康復的工程優化方法、手術規劃圖像仿真以及 圖像導引手術及放療優化等;有基于力學發展而來 的生物醫學工程學科,主要包括生物流體力學、生物 固體力學、運動生物力學、計算生物力學和微觀尺度 的細胞生物力學等;基于化學材料工程發展而來的 生物醫學工程學科,主要包括生物材料學、組織工程 與人工器官、物理因子的生物化學效應等。
1.2學科發展特點作為交叉學科的生物醫學工程學科,其發展的 關鍵在于交叉學科間的交叉融合。構建一種良好的 交叉結構,對推動交叉學科的發展具有至關重要的 作用。約翰霍普金斯大學對于生物醫學工程這樣的 交叉學科的描述有一個形象的說法:交叉學科如同 在不同學科之間建立起連接橋梁,如果在河兩岸沒 有堅實的基礎,橋是無法建立好的,對于生物醫學工 程這樣一座建立在兩個不同學科之間的橋來說,它的 發展要求具有堅實的交叉學科基礎和交叉學科緊密 融合深度。那么在生物醫學工程學科構建良好的交 叉結構,需要選取具有理論支撐和技術支撐的主干學科進行交叉,凝練學科方向,不能大而全,過于寬泛。
目前,醫學儀器和醫學成像技術具有良好的應 用和發展前景,應該成為生物醫學工程學科的重點 發展方向。醫學儀器和醫學成像設備能有力推動醫 療產業的發展。醫療儀器和醫學成像設備是現代醫 療器械產業中的主流產品,在產業發展中起著主導 和引領作用。其發展水平已成為一個國家綜合經濟 技術實力與水平的重要標志之一。產業化驅動也是 學科發展的一種動力,也為學生未來職業發展奠定 良好的基礎?;卺t療衛生健康事業的需求和生命 科學發展的大趨勢,生物醫學工程學科應大力促進 醫學儀器和醫學成像方法的學科建設,從而提升整 個學科的發展水平。
生物醫學工程學科的建設離不開一流的學術研 究和學術成果的應用。一流的學術研究不但能提升 學科的發展水平,而且能開拓學科縱深發展,產生良 好的經濟效益和社會效益,進而增強學科服務社會 發展的能力。學術研究的前瞻性和創新性將確保學 科建設的發展動力和趨勢以及學科發展的活力。
交叉學科往往具有不同程度的可替代性??商?代性程度越高,交叉學科存在的必要性就越小。如 何減小生物醫學工程學科可替代性的程度是需要深 入思考的,是需要提升學科的特異性的。生物醫學 工程學的學術研究主要包括應用理論研究和理論應 用研究,應用理論研究主要涉及生物醫學工程領域 所需要解決的科學問題,開展新理論、新方法的研 究。 理論應用研究主要涉及生物醫學工程領域所需 要解決的科學和技術問題,借助理工科的相關理論 和方法開展應用基礎研究和應用研究。應用理論研 究是理論驅動型的學術研究,理論應用研究是應用 驅動型的學術研究。 理論驅動型和應用驅動型是生 物醫學工程學科學術研究的兩種主要模式。 理工科 大學具有良好的理論創新基礎和強大的交叉的學科 背景,開展理論驅動型研究具有自身優勢。醫學院 校具有豐富的醫學資源,面臨著大量需要應用理工 知識解決的醫學問題,開展應用驅動型研究,將很好 地實現與醫學的應用融合,具有較好的臨床應用價 值,有力推進醫學的進步與發展。各自的學術優勢 將有利于生物醫學工程學科特色發展,從而增強其 不可替代的程度,實現學科可持續創新發展。
1.3學科體系作為一級學科的生物醫學工程,包含學科的理 論體系和技術體系,且該體系離不開所交叉的學科 的理論體系和技術體系的支撐,此外生物醫學工程 學科理論體系和技術體系既要有學科自身的特色, 又要具有可持續發展和一定程度上的不可替代性, 這樣學科才會有旺盛的生命力。要面向醫療衛生、 生物科學所涉及的重大、重要技術理論問題及基礎 應用開展學術研究。實現良好的學術研究定位,形 成自己的理論體系和技術體系。
2 大數據時代的生物醫學工程學科發展
守正創新是生物醫學工程學科發展的必由之 路,人類已進入大數據時代,所謂大數據(big data), 或稱海量數據,是指由于數據容量太龐大和數據來 源過于復雜,無法在一定時間內用常規工具軟件對 其內容進行獲取、管理、存儲、檢索、共享、傳輸、挖掘 和分析處理的數據集。大數據具有“4V ”特征:①數 據容量(volume)大;②數據種類(variety)多,常常具 有不同的數據類型和數據來源;③動態變化 (velocity)快,如各種動態數據,非平穩數據,時效性 要求高;④科學價值(value)大,盡管目前利用率低, 卻常常蘊藏著新知識和重要特征價值或具有重要預 測價值。大數據是需要新的分析處理模式才能挖掘 分析出其蘊藏的重要特征信息[<3。
人體生老病死的生命過程就是一個不斷涌現的 生物醫學大數據發生源,這種源源不斷的生物醫學 大數據的檢測、處理與分析,將給生物醫學工程學科 的建設與發展帶來新的機遇和挑戰。模式識別、人 工智能、數據挖掘和機器學習的發展將帶動大數據 處理技術的進步。生物醫學大數據廣泛涉及人類醫 療衛生健康相關的各個領域:臨床醫療、基礎醫學、 公共衛生、醫藥研發、臨床工程、心里、行為與情緒、 人類遺傳學與組學、基因和蛋白質組學、遠程醫療、 健康網絡信息等,可謂包羅萬象,紛繁復雜。生物醫 學大數據中蘊藏了種種有科學價值的信息,研究有 效的大數據挖掘的新理論、新技術和新方法,對生物 醫學大數據進行關聯和融合計算分析,充分挖掘生 物醫學大數據中的信息關聯和特征關聯和數據空間 映射關聯,既能為疾病的預防、發生發展、診斷和治 療康復提供系統化的全新的認識,有利于深入疾病 機理研究分析,開展個性化診療。還可以通過整合 系統生物學與臨床數據,更準確地預測個體患病風 險和預后,有針對性地實施預防和治療。
生物醫學工程學科所面臨的生物醫學大數據主 要包括多模態醫學影像數據、多種類醫學信號數據 以及基因和蛋白質組學的生物信息數據。生物醫學 大數據在生物醫學工程學科領域內有著廣泛深遠的 應用前景,從三個方面應用將推動生物醫學工程學 科的發展。
(1) 開展多模態影像大數據計算分析。醫學影 像學科的發展從早期看得到,到看得清,目前的看得 準,未來的趨勢是看得早。只有看得準和看得早才 有利于臨床早期干預,提高治療預期。醫學影像大 數據計算分析在影像診斷、手術計劃、圖像導引、遠 程醫療和病程跟蹤將發揮越來越大的作用。
建立新的醫學影像大數據計算分析模型和數值 計算方法,挖掘多模態影像數據的特征數據和特征 關聯,將會提供強有力的影像診斷分析手段,極大地 推動影像技術的發展,具有重要的臨床應用價值和 科學價值。
(2) 開展多種類醫學信號大數據計算分析。醫 學信號大多直接產生于生理和病理過程中的信號, 能在不同層面上表達生理和病理相關機制特征。融 合多種醫學信號的大數據計算分析,能對生理病理 過程進行更好更全面的闡釋,不僅能深入了解生理 病理的狀態特征和過程特征,而且能實現個體健康 監測和管理??梢院芎玫亻_展回顧性研究和前瞻性 研究,推進系統化的醫學應用研究。實現強大的多 種醫學信號數據的特征挖掘及特征關聯計算分析。 大數據挖掘能夠增加準確度和發現弱關聯的能力, 能更好地認識生理病理現象和本質。
(3) 開展基因和蛋白質組學的生物信息大數據 計算分析。基因組學、蛋白質組學、系統生物學和比 較基因組學的不斷發展涌現了海量的需要計算分析 的生物信息數據,已進入計算系統生物學的時代。 開展生物信息大數據計算分析,可以拓展組學研究 及不同組學間的關聯研究。從環境交互、個體生活 方式、心里行為等暴露組學,至細胞分子水平上的基 因組學、表觀組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組 學、基因蛋白質調控網絡,再到人類健康和疾病狀態 的表型組學等不同層面不同方向上實現大規模的關 聯計算分析,可以全面闡述生命過程機制,挖掘生命 過程特征及關聯特征。
關鍵詞:醫學圖像重建 實驗教學 基礎仿真實驗 應用實踐實驗
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2014.17.027
1 引言
醫學圖像重建課程主要講解醫學成像與分析系統中的現代圖像重建技術,內容包括圖像重建解析算法和迭代算法以及這些算法在XCT(X-Ray Computed Tomography)、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)及MRI(Magnetic Resonance Imaging)等醫學影像中的應用,是生物醫學工程專業的一門十分重要的專業基礎課。掌握現有的醫學圖像重建技術,并基于此研究速度快精度高的新型醫學圖像重建技術將大大促進醫學影像技術的發展與進步。醫學圖像重建課程要求學生具有基礎物理、數學、線性系統、電子電路方面的基礎知識,旨在培養學生掌握現代醫學成像的物理原理、成像理論以及應用等,是一門理論與實踐緊密結合、涉及多個領域的學科。對于本科生來講,通過這門課程的學習不僅僅需要獲得堅實的理論知識,還需要從實驗實踐中更好的理解知識,掌握更加先進有用的科研技術。醫學圖像重建課程專業性強,綜合性高,并且理論和實踐緊密結合。目前大多院校主要開設醫學圖像處理課程,教學重點在于利用圖像處理方法對醫學圖像進行處理與分析;而醫學圖像重建屬于醫學成像技術,課程教學重點在于如何利用算法處理醫學影像設備采集的原始數據從而得到醫學圖像,針對本科生開設該課程的院校不多。而開展該課程教學工作的院校主要限于理論教學,并且由于基礎實驗設備缺乏,實驗條件不成熟等因素影響,極少涉及實驗教學,學生對該課程內容的掌握情況并不十分理想。目前,公開文獻主要針對醫學影像成像課程的教學研究及教學改革,尚沒有針對醫學圖像重建課程的實驗教學研究論文公開。筆者結合本校該課程的教學情況,展開一些該課程基礎仿真實驗與應用實驗教學環節的設計研究,以全面培養學生的學習技能,激發學習興趣,改善教學效果。
2 基礎仿真實驗設計
為了讓學生掌握本課程設計的成像理論以及成像算法,基礎仿真實驗分為三大部分,分別為XCT圖像重建仿真實驗,SPECT圖像重建仿真實驗和MRI圖像重建仿真實驗,重點為XCT圖像重建仿真實驗。基礎仿真實驗要求學生利用計算機仿真實驗采集數據,并選取合適的重建算法對實驗數據進行重建。以XCT圖像重建仿真實驗為例,學生2人1組,首先利用Matlab軟件產生平行束XCT的360度投影數據;再編寫解析重建算法――濾波反投影算法和迭代重建算法――代數迭代重建算法函數程序代碼;并將仿真的投影數據作為編寫號的函數的輸入參數,進行重建,輸出重建后的斷層圖像;最后將重建后的斷層圖像與理論圖像相比較,分析重建算法的性能。對于學習能力較強的學生,可自主選擇課本上的其他算法進行圖像重建與結果分析。通過基礎仿真實驗,學生可以深入了解醫學成像系統的成像原理與成像過程,掌握圖像重建算法,并學會分析比較不同算法的重建性能,真正掌握課程中的醫學圖像重建理論。
3 應用實踐實驗設計
醫學圖像重建是一門理論與實踐密切結合的綜合性課程,在掌握各種重建方法的同時并將其應用于醫學圖像重建是學習本課程的最終目標。在課程理論教學以及基礎仿真實驗基礎上,有必要進一步進行應用實踐實驗的設計,讓學生用學到的知識解決實際問題。筆者所在學校的生命科學技術學院定位為研究型學院,搭建了適用于小動物成像的微型XCT硬件系統,并開發了與之配套的圖像采集與圖像重建軟件平臺。該微型XCT硬件系統中的X光管和X探測器固定,將成像對象固定在轉臺上,通過電動控制旋轉轉臺,進行多角度投影數據采集。筆者基于課題組的科研背景以及學院軟硬件條件,設計了小鼠XCT成像以及基于XCT圖像的小鼠主要器官分割應用實踐實驗。實驗時,學生4人1組,首先準備好實驗材料,即麻醉小鼠并尾靜脈注射CT造影劑,熟悉微型XCT硬件系統的構成以及性能指標并開啟成像軟件和硬件系統;采用由8個鋼珠構成的仿體對微型XCT系統進行幾何校正,消除轉臺的轉動誤差以保證成像精度;幾何校正完成后,將小鼠固定在轉臺上,以1度為間隔,旋轉360度,采集360幅投影圖像;利用軟件平臺在服務器上對投影圖像進行重建,得到小鼠的斷層圖像和三維結構;基于小鼠的斷層圖像,利用Amira軟件,采用人機交互方法進行小鼠主要器官分割。通過應用實踐實驗,學生親自操作微型XCT成像系統,并對采集的投影數據進行重建。經過該實驗訓練,學生能夠熟練掌握微型XCT系統的結構、系統的工作過程以及數據處理流程,對微型XCT成像及其應用有了系統深入的認識,鍛煉了動手操作能力。
4 結論
本文結合筆者教學與科研經驗,基于學院科研條件,以提高醫學圖像重建課程教學質量為目標,針對該課程的實驗教學環節提出一些改革措施。本課程以有代表性的重建理論和有典型性的應用實踐作為實驗內容,結合“課堂理論指導、計算機仿真鞏固以及真實實驗提高”三個層次的教學手段,鞏固學生的圖像重建理論基礎,鍛煉學生的實驗操作技能,提升學生的綜合知識水平,為以后從事相關領域工作奠定堅實基礎。
參考文獻:
[1]曾更生.醫學圖像重建[M].高等教育出版社,2010.
[2]黃文亮,吳淑芬,周山.對醫學影像技術專業醫學影像成像理論與醫學影像檢查技術課程整合的思考[J].衛生職業教育,2013,(7).
某一系統疾病的臨床診斷過程以泌尿系統疾病為例,在臨床上,泌尿系統疾病涉及腎上腺、腎臟、前列腺、輸尿管、膀胱、尿道等部位,泌尿外科醫生的臨床診斷思維在形成過程中除了應具備大量的醫學專業知識之外,還要具備認識客觀事物的正確思維方法。疾病是一個客觀事物,人們對客觀事物的認識,即對疾病的認識,都要通過感性認識上升到理性認識。臨床診斷要經歷初步診斷、會診、確診等幾個階段,這個過程是泌尿外科醫生對所獲得的泌尿系統疾病信息進行臨床思維,并進行分析、判斷、推理,最終將信息形成疾病診斷的過程。正確處理醫學影像高新技術與臨床診斷思維的關系醫學影像高新技術使外科醫生的視野擴大了,并克服了過去臟器診斷的模糊性。隨著醫學技術的發展,CT、核磁共振等已成為腎臟等腹膜后器官檢查的重要工具,而醫學影像高新技術在各科中的廣泛應用,極大地提高了診斷水平。醫學影像高新技術的進步,不但使醫生得到了對疾病的深層次認識,也使其對臨床思維方式提出新的要求。例如,CT、MRI在成像手段上具有很高的創造性,它集計算機、物理學、生物工程學等于一身,形成了影像數字化。其高分辨及薄層技術可以對局部較微細的結構進行分析,從而對臨床產生深刻的影響。事實上,診斷手段越先進,越要發揮人的能動性和創造性,越要求影像專業的各科醫生具有更高的綜合判斷能力。所以,面對大量的影像高技術參數,臨床理論思維方法要求更完善、更全面,就越要求各科醫生具有更高的綜合判斷能力和臨床水平。
在疾病診斷過程中,處理好醫學影像傳統技術與醫學影像高新技術的關系
醫學影像傳統技術和高新技術對于疾病的診斷都具有重要的作用。因此,探討兩者的辯證關系,對醫學影像技術在臨床各科的合理應用具有現實意義。3.1醫學影像傳統技術醫學影像傳統技術是各項高新技術的基礎,它已有百余年的發展歷史,具有以下特點。醫學影像傳統技術具有“簡”、“便”、“廉”的特征例如,腹部平片(KUB)就是最基本最典型的醫學傳統技術,它簡單方便,易于實施,且費用低廉,因而成為最基本的技術技能。我校第二附屬醫院2007年門診總人數為21062人,雖只有922人檢查了腹部平片,但確診為結石的患者有645人,其陽性率為70%,便能充分說明醫學影像傳統技術具有“簡”、“便”、“廉”的特征。醫學影像傳統技術在適用范圍上具有廣泛性例如,腎絞痛患者的KUB傳統技術,適用于所有的醫療衛生機構。靜脈腎盂造影(IVP)可以作為泌尿外科大部分疾病的常規檢查,我校第二附屬醫院2007年IVP檢查人數為806人,陽性率為65%,這足以說明IVP等影像傳統技術具有很高的臨床價值。影像傳統技術是發揮影像高新技術的基礎例如,X-CT檢查是一種目前已成為臨床較為普遍開展的醫學影像技術,它的產生和發展也是建立在普通X線基礎之上的。醫學影像高新技術醫學影像高新技術是隨著傳統影像的突破及工程技術的發展而產生的,具有以下特點。醫學影像高新技術具有新穎性、尖端性特點例如,應用MRI波譜技術檢查前列腺中化學成分的變化來發現早期癌性結節的存在是很先進的影像檢查手段。醫學影像高新技術是一種綜合性技術例如,CT技術就包含了X光技術、計算機技術、微電子技術和生物醫學工程技術等,它是多種新技術綜合應用的產物。因此,醫學影像學和臨床各科醫生都需要了解和掌握相關專業的知識和技術。醫學影像高新技術可實現臨床診治的定量化和定位化例如,CT檢查能夠準確測定腎臟等占位性病灶的各種主要成分的密度,MRI三維圖像能夠準確判定腹膜后病灶的位置、大小及毗鄰關系等。這些醫學影像學高新技術均提高了臨床診斷定量化和定位化的準確度,從而為診斷疾病提供了可靠的依據。醫學影像高新技術在臨床診斷上的無創性CT及MRI對泌尿系統疾病的檢查基本上是無創的,完全取代了以往有創的腹膜后空氣造影,而且這種方法能獲得更準確的診斷信息。醫學影像傳統技術與醫學影像高新技術運用于臨床診斷疾病的相互關系在臨床外科領域,醫學影像傳統技術與醫學影像高新技術并駕齊驅,給當代臨床外科提供了一個新的內容。醫學影像傳統技術與醫學影像高新技術是相互聯系、相互依賴的雖然X光片能夠確診泌尿系統的結石等疾病,但其準確性要比CT遜色得多,而MRI對腹膜后結構的觀察更精細、更清楚。相反,CT技術盡管能定性、定量分析患者疾病的種類和部位,但在治療時仍需參考泌尿專科影像傳統技術。例如,輸尿管結石即使經CT明確了診斷,但手術時仍需要檢查腹部平片進行術前定位。泌尿系各項影像檢查均有優缺點,兩者之間可以互補。我校第二附屬醫院2007年泌尿系CT檢查數占CT總人數的5.2%,泌尿系疾病進行MRI檢查的患者數占總數的0.96%,傳統X線檢查占3.3%,說明對泌尿系統疾病的檢查既運用了高新技術又把傳統影像技術作為適宜技術予以保留。醫學影像高新技術的發展和運用,并不排斥醫學影像傳統技術例如,泌尿系MRI水成像技術(MRU)能無創地顯示腎盂、輸尿管和膀胱,但因為受尿液產生、排泄及輸尿管蠕動的影響,有時難以達到滿意的效果,而膽道MRI水成像(MRCP)檢查,影響因素較小,效果好于MRU。我校第二附屬醫院2007年MRU檢查人數只占核磁共振總檢查人數的0.25%,MRC檢查人數占總人數的5.75%,所以,逆行腎盂造影仍被廣泛使用,它雖是有創的傳統技術,但它對泌尿系統狹窄和梗阻病因的診斷具有很高的價值。醫學影像高新技術向常規技術轉化[2]隨著現代影像技術的發展,醫學影像高新技術遲早要轉變為影像常規技術,這不僅是一種趨勢,而且是一種必然。例如,CT引導下腎囊腫等的硬化治療在治療技術成熟后,它將成為較常規的治療方法。
關鍵詞:醫學影像技術;人才培養模式;醫工融合
20世紀以來,隨著國內外生物醫學工程、計算機、微電子技術及信息科學技術的進步,計算機斷層掃描、磁共振成像、數字減影血管造影、數字X線攝影、正電子發射斷層掃描、單光子發射計算機斷層掃描以及超聲等先進醫學影像設備廣泛應用于臨床,醫學影像技術學科內涵建設取得了長足的進展,進入了一個全新的發展時期。隨著醫學影像設備不斷更新,軟硬件不斷升級,諸多新業務、新技術被廣泛應用于臨床,推動著醫學影像技術專業乃至整個醫療行業發生重大結構性變化。現代醫學影像技術向多元化方向發展,決定了合格的影像技術人才必須具備操作各種影像設備的能力,掌握醫學圖像的后處理技術(如各種圖像重建技術、手術引導技術等)、信息技術(如PACS、遠程放射學等)、綜合圖像技術(如功能圖像與解剖圖像、CT與MRI、超聲與X線影像的融合)等;學生必須具有臨床醫學、醫學影像學及生物醫學工程等多學科綜合背景知識;具有掌握本學科國內外學術發展動態和獨立科學思維能力;具有在本學科探索與創新,獨立從事科研、教學或擔任專業技術工作的能力。同時,還要具有良好的心理素質和溝通技巧,善于處理與患者及家屬與臨床其他學科人員關系;具有不斷自我學習、更新知識結構、適應新技術要求的能力。結合學校特色及地方衛生事業需求,部分院校在醫學影像技術專業辦學理念、人才培養模式及人才培養體系的建設方面都有了一定的研究與實踐,起到了一定的示范作用,如徐州醫科大學提出了“走理工醫結合之路,培養復合型醫學影像技術人才”的辦學理念[1],泰山醫學院推行了“三型”人才培養體系[2],吉林醫藥學院強調對課程體系的改革和實踐能力的培養[3],天津醫科大學構建了“三全”人才培養實施體系[4]。
1醫學影像技術專業人才培養問題
2012年教育部頒布的普通高等學校本科目錄中,在醫學技術類下增設醫學影像技術專業(代碼:101003)。截至2018年,全國開設醫學影像技術專業的本科院校已達109所。醫學影像技術專業的飛速發展同樣帶來很多問題,主要體現在4個方面:醫工交叉融合度不夠、課程體系特色性不夠彰顯、教學形式單一、實驗條件不足。
1.1醫工交叉融合度不夠
醫學影像技術專業是基于現代醫學對高端醫學影像設備應用、管理及維護人才上的需求而迅速發展起來的新興醫學分支學科。在“精準醫療”“大數據”“影像導航”等逐步取代傳統醫學影像概念的今天,專業要培養的是“懂原理、精應用、有發展”的復合型應用人才。而我國大部分醫學院校忽視了醫學影像技術專業理學學位的現狀,臨床醫學與理學學時配比不合理,醫工結合教育出現漏洞,醫學與理工之間的內在聯系沒有充分協調[5]。
1.2課程體系特色性不夠彰顯
課程教育是培養應用型人才知識、能力和素質的基本途徑。為建立健全教育質量保障體系,2018年教育部高等教育司組織高等學校教學指導委員會研究制定了《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》,對專業基本要求、辦學標準、辦學條件有了明確的規定。由于許多院校創辦醫學影像技術專業時間較短,文化積淀不夠深厚,人才培養方案和課程體系的建設或基于原有醫學影像學專業基礎、或基于國家專業標準,應用型、特色性不夠明顯。
1.3教學形式單一
在醫學影像技術專業教學中,大部分院校仍采用傳統的教學理念和單一的教學模式。從臨床醫學、解剖學、斷層解剖,到醫學影像技術和設備課程,以教師講授為主,學生被動接受的形式導致教學效率降低。1.4實驗條件不足醫學影像技術實踐載體是價格昂貴的大型影像設備,這些給普通院校的實踐教學條件配置帶來很大的困難。全國開辦醫學影像技術專業的院校,通常先集中理論教學、校內仿真模擬,最后借助附屬醫院開展實踐教學,理實分離、校內實踐學時少往往是大部分院校的辦學現象。
2醫學影像技術專業人才培養模式改革
面對高端醫學影像技術應用型人才培養的迫切需求,為培養“懂原理、精應用、有發展”的影像技術專業人才,解決“醫工融合、理實融合、校企醫融合”等難題,探索以實踐能力培養為主線、人文素養并舉的“三位一體、四早引領、五方貫通”人才培養模式,完善醫工結合校企醫合作運行機制,促進學生素質、知識和能力的全面協調發展。“三位一體”指校、企、醫三方融合,共同設計具有時代前沿和地方特色的人才培養方案、共同參與人才培養全過程、共同打造實踐平臺、共同建設課程體系和實踐體系。“四早引領”指醫學影像技術職業生涯早規劃、角色早體驗、能力早實踐、素養早培育,將職業理想浸潤到整個教學實踐過程。“五方貫通”指:理實融合貫通、解剖與影像貫通、學業與行業標準貫通、醫工融合貫通、人文與專業技術貫通。通過構建虛實結合的實踐教學條件,完成理實貫通及解剖與影像的貫通融合;通過重構教學內容,完成學業與行業標準貫通及醫工融合貫通;通過改革教學模式,實現能力遞進及人文與專業技術融合貫通,全面提升學生的綜合能力與解決問題的實際水平。
3人才培養模式探索與實踐
3.1構建醫工融合課程體系
教育部高教司司長吳巖指出:“課程是人才培養的核心要素,是教育的微觀問題,解決的卻是戰略大問題”。課程體系建設是學生綜合素質與專業技能水平培養的重要保障。圍繞人才培養模式改革思路,以“實踐與人文”并重為課程體系的主要價值取向,以“行業需求”為課程設計的基本準則,以提升學生“綜合素養”為目標,重構“醫工融合”課程體系。隨著影像設備在醫學活動的作用和地位的提高、設備的智能化水平不斷上升,像質量控制管理的研究已引起世界范圍內的相關從業人員的高度關注[6]。但目前醫學影像技術專業針對設備質控能力的培養的重視度還不夠,影像設備技術人員對高端影像設備的應用能力亟待加強。在課程體系設置中,對接專業質量國家標準,設置傳統公共課程、基礎課程外,為打造專業特色,結合高端影像技術人才市場需求,以典型醫學影像技術設備(CT、MRI、超聲、核醫學)為載體,進行核心課程的系統化整合,從課程設置、教材、實踐等方面強調質量控制與檢測的能力培養。具體內容主要有:(1)增加電子基礎類學時,增加AI技術的醫學應用、智能醫學影像等課程的設置。(2)強調醫工知識的融合,將影像設備原理與技術應用課程“復合”,開設“醫學影像技術及設備”系列課程。(3)加大特色能力培養,建設“質量控制與檢測”課程體系,建立實踐課程資源,融入專業課程和專業拓展課程。課程的設置見表1。
3.2推進三結合教學模式
大學作為國家的核心社會機構,人才培養強調與社會實踐相結合。知識社會的深入推進改變了人才培養的方方面面,教師與學生的角色使命,以及課程與教學的形式,都發生了深刻的變化[7]。近年來教學模式和教學方法改革成為了各學校提升教學質量的熱點。以問題為基礎(Problem-basedlearning,PBL)的教學方法、以病例為基礎的(Case-basedlearn-ing,CBL)教學方法、基于團隊的學習(Team-basedlearning)和任務型教學(Task-basedlearning)的TBL教學法、翻轉課堂模式(Flippedclassroommodel,FCM)、混合式學習(Blendedlearning,BL)、微課、慕課(Massiveopenonlinecourse,MOOC)等一系列教學模式和方法推陳出新,以學生為中心的教學理念逐步被認可。順應國家教育信息化“十三五”規劃的建設目標和要求,推進信息化教學,特別是探索現代信息技術與醫學影像技術教育內容的深度融合,建立“處處能學、時時可學”的教育信息化教學環境,促進教學理念、教學內容和教學模式改革,形成“線上與線下相結合、虛擬和現實相結合、自主學習和教師教授相結合”的教學模式。構建“知識-情境-交互-體驗-反思”的深度學習空間,提高學生的自主學習意識,培養學生獨立思考的能力。“知識”以融合線上和線下教學為一體,線上構建課程平臺,線下采用混合式學習模式,進行知識的傳授;“情境”以醫學影像實訓中心模擬醫院科室場景為要點,構建設備、環境、防護要求、文化等沉浸式實訓環境,使學生感知影像技師的真實工作場景;“交互”以線上虛擬實訓中心及線下虛擬仿真實訓平臺(人體解剖虛擬平臺、斷層成像虛擬平臺、醫學影像診斷虛擬平臺、影像設備原理虛擬平臺)為載體,借助信息化技術,提供學生自主學習和實踐的空間;“體驗”以真實的醫學影像設備為對象,借助現有的醫學影像設備,著重強調學生操作規范及設備質量控制與檢測能力;“反思”以改革考核方式與評獎,將理論考核、實踐考核、技能大賽和課程設計等為驗證方式,激發學生創新精神。
3.3打造醫教產教研教賽教四結合平臺
醫學影像技術專業是一門實踐性要求極高的專業。應用型院校在教學實踐中必須把提高學生的動手能力排在首位。與傳統的“學徒式”動手能力培養不同,醫學影像技術專業人才需要能融入行業、精通標準、善于應用、熟悉研發,搭建集教學、科研、競賽為一體的實踐教學平臺尤為重要。上海健康醫學院借助上海市一流本科引領計劃項目,開展醫學影像技術專業學生實踐教學平臺的整體設計,搭建醫教、產教、研教、賽教四結合平臺。校內實訓基地的建設緊密結合醫院(企業)崗位工作情境、操作指南、職業標準,打造具有國內一流水平的醫學影像虛擬實訓中心,以信息化技術為支撐,以虛擬軟件和實體設備為載體,形成沉浸式教學環境,完成實踐技能的初步培養;建成由附屬醫院和知名三甲醫院的同質化校外實踐基地,緊密結合人才培養目標和教學標準實施,完成實踐技能的提升;全國影像技能大賽的組織與參與,與醫院、企業合作建立緊密對接行業發展現狀的“醫教聯合體”,提升專業教學的時代特征性、適用性、科學性、先進性,完成實踐技能提升成效的檢驗;借助上海市分子影像重點實驗室,科研與教研的常態化開展,完成實踐技能的創新與再現,提升實踐教學的效度與信度。
4結論
醫學影像技術專業是醫學教育領域創辦時間短、理工醫多學科交叉的專業,人才培養任重道遠,需要在專業定位、教學模式、教學資源等方面不斷探索和明確,以滿足社會的高端復合型影像技術人才的需求。
參考文獻
[1]闞仁建,劉.醫學影像技術本科專業人才培養模式探索———以徐州醫科大學醫學影像技術專業為例[J].衛生職業教育,2019,37(20):24-26.
[2]宋莉,王曉艷,車琳琳,等.醫學影像技術人才培養模式的創新途徑研究[J].中國高等醫學教育,2019(2):9-10.
[3]劉國浩,楊娜,劉虎,等.應用型院校醫學影像技術專業課程體系優化與教學方法改革的探討[J].重慶醫學,2017,46(7):992-994.
[4]潘玉梅,張雪君,于春水,等.立德樹人背景下醫技類人才培養體系的構建與研究———以天津醫科大學醫學影像技術本科生培養為例[J].醫學教育管理,2020,6(1):24-27.
[5]耿左軍,閆樂卡,秦瑞平,等.本科人才培養定位的研究與實踐———以醫學影像技術專業為例[J].教育教學論壇.2019(52):132-135.
[6]陳自謙.大型醫學影像設備質量控制與質量管理的現狀與思考[J].中國醫療設備,2018,33(10):1-6.
根據《國民經濟和社會發展第十一個五年規劃綱要》有關要求,為貫徹落實《生物產業發展“*”規劃》,促進我國生物產業持續、快速、健康發展,保障廣大人民群眾身體健康,國家發展改革委決定于20*-20*年組織實施生物醫學工程高技術產業化專項。現將有關事項通知如下:
一、專項的主要內容
生物醫學工程是指綜合應用生命科學和工程科學的原理與方法,系統研究人體的結構、功能及生命現象,研發用于防病、治病的材料、植入器械、人工器官以及生物醫學信號檢測、圖像顯示和疾病診治裝置的總稱。專項根據我國生物醫學工程產業的技術發展基礎和特點,重點支持具有我國自主知識產權和國內外重大市場前景的生物醫學工程產品產業化項目,以及產業化相關技術開發及產業化重大技術支撐條件建設。專項支持的重點領域為:
(一)新型醫用植入器械及人工器官的產業化,包括:表面生物活化改性的人工關節;表面抗凝血、抗組織增生改性的血管支架、人工機械心瓣膜及其他介入治療器件;人工腎、人工肝等體外循環人工器官等。
(二)組織工程產品產業化,包括:組織工程骨、肌腱、血管、皮膚、角膜等組織工程產品。
(三)數字化醫學影像診斷設備和系統的產業化,包括:計算機斷層掃描系統(CT)、磁共振系統(MRI)、數字化X射線機、彩色超聲影像系統等。
(四)微創診療設備和新型腫瘤治療裝置的產業化,包括:新一代多品種內窺鏡、微型攝像及介入手術裝置、腫瘤物理治療設備等。
二、專項實施目標
通過實施專項,加快生物醫學工程高技術成果的產業化,形成一批生物醫學工程新產品,扭轉高端產品依賴進口局面,滿足廣大人民群眾醫療需要。培育和壯大生物醫學工程產業,扶持自有品牌,加速產業結構調整,提高中高檔產品比例,提高產業整體水平,提升產業在國際分工中的地位。培育具有較強國際競爭力的大型企業和企業集團,促進產業集聚式發展。引導、推動產業持續、快速發展,做大產業規模,促使我國生物醫學工程產業在2010年達到1000億元以上的規模。
三、專項實施的原則
為確保專項實施能夠取得應有的效果,在專項的組織實施過程中,重點把握以下原則:
(一)以市場為導向。面向提高廣大人民群眾醫療健康水平的重大需求,推進新型生物醫學工程產品、特別是已經具備一定技術基礎產品的產業化進程。
(二)鼓勵自主創新。著重推動具有我國自主知識產權和自有品牌產品的產業化;加速發展我國具有技術基礎和優勢的產業領域。
(三)促進產學研聯合。重點支持合作關系清晰、合作實體明確、合作任務落實的產學研合作項目。
(四)培育龍頭企業,促進產業集聚。重點扶持具有潛在國際競爭力的大型企業和企業集團,促進項目向國家生物產業基地集聚。
四、具體要求和進度安排
(一)專項項目應按照我委頒布的《國家高技術產業發展項目管理暫行辦法》(國家發展改革委令第43號),開展項目組織、資金申請報告編制和申報工作。
(二)主管部門要嚴格審查項目的產業化基礎和申報單位的建設條件。申報單位(包括技術依托單位)應是行業或區域有實力、影響力的大企業,應具備較強的技術開發、經營管理、資金籌集等方面的能力。
(三)項目需要提供有關部門出具的醫療器械或相關生產許可文件。項目應是近3年取得注冊證書的新產品,并在全國具有比較優勢。
(四)項目主管部門應對資金申請報告及相關附件(如銀行貸款承諾、自有資金證明、生產許可文件等)進行認真核實,并負責對其真實性予以確認。
從社會需求和畢業生就業的角度考慮,我院BME本科教育培養方向定位于應用型人才,專業領域為醫療儀器,即培養大型醫療設備的操作、維修及管理人員。根據這個專業定位,我院BME本科教育的培養目標為:培養面向生物醫學工程技術及醫學儀器領域從事科學研究、系統設計、質量管理、維修銷售的高級工程技術人才,具備生命科學、電子技術、計算機技術及信息科學有關的基礎知識和基本技能,具有本學科及跨學科技術開發與應用的基本能力,適應社會需求的應用型人才。為了實現上述培養目標,拓寬就業渠道,我們要求本專業的學生要具備以下的知識和能力:首先,精通本專業領域的技術基礎理論知識,尤其是電子技術、醫學信號的獲取、處理的基本理論和一般方法,具有BME應用研究和產品設計、維護和管理的基本能力;其次,了解本專業所需要的醫學知識和生命科學知識;再次,了解醫療產業的基本方針、政策法規、醫療設備企業管理的基本知識;最后,熟悉文獻檢索和資料查詢的基本方法,了解BME理論前沿,具有研究與開發新系統及新技術的初步能力。
二、設置合理的課程體系
課程設置是人才培養的核心,其合理與否直接影響畢業生的質量。課程設置的知識模塊不應是封閉的“金字塔”形狀,而應該是開放的“知識樹”狀態。合理的課程體系應是以社會需求為導向的,緊密結合生產和科技發展變化的需要,并堅持技術知識本位、知識能力本位和做人本位的有機統一,及時調整課程設置,不斷更新課程內容使學生能夠盡快地接受新技術與信息。根據廣東藥學院建設高水平應用型大學的目標,針對BME專業在數字信號處理、醫學影像設備、電子學等方面的學科優勢,重視醫學課程與工程技術課程知識的相互滲透,實現醫、工的有機結合。據此,我們在深入分析BME學科性質和特點的基礎上,學習借鑒國內外同類專業的辦學經驗,經過3次修訂教學計劃,逐步建立完善了BME專業的課程體系。在課程設置上做到既重視基礎知識課程,包括專業基礎知識課程和醫學知識課程,又突出專業特色,開設了醫學電子儀器原理與設計、醫學儀器故障診斷與維修、生物醫學儀器與醫療器械、醫用X線機與CT成像技術、MRI與醫學超聲技術、核醫學與放射治療技術、醫療器械營銷、醫療器械質量體系與法規等課程。圍繞生物醫學工程專業的培養目標、專業技術重點來設置各課程在整個專業教學計劃中的比重。在突出主干課程的同時,盡可能多地開設前沿選修課,讓學生了解該領域的研究熱點。具體需做到以下幾點:第一,在專業課程設置中注意突出應用型本科課程設計要求和特點,加大實踐課的比重。以學分制為例,目前本專業開設的實踐課學分21分(含課外實踐學分),占課程總學分160分的13.13%,應當進一步加大實踐課的比重。第二,重視醫學、理工兩大學科基礎知識的加強。在構建課程體系時,重點加強生理學、人體解剖學、臨床醫學概論、電子技術、計算機基礎課程,以公共基礎課和專業基礎課作為支柱,形成寬口徑學科教育平臺。第三,重視實踐能力和創新意識的培養。教學要求強化實驗、實訓、實習等實踐教學環節,通過適當增加課程設計、綜合實驗、大學生課外科技活動及競技活動、建立創新實驗室等多途徑給學生創設動手訓練的機會,提高專業技能,使學生畢業后能迅速適應工作崗位。目前,我院實驗課、實訓課開出率達到100%,建立了生物醫學工程創新實驗室,多次組織學生參加國家級和省級等各類級別的電子設計競賽等。第四,把國內外知名的網絡教育品牌引入學院的教學中。在美國紐交所上市的安博教育集團已經與我院簽約合作培養醫藥軟件及服務外包人才,使同學們有機會接觸到最前沿的信息技術知識與技能。
三、強調實踐環節教學,加強實習基地建設
第一,加強專業實驗室建設。目前雖建有生物醫學工程專業實驗室,但僅能開展信號與系統實驗和醫用傳感器實驗,像醫學影像設備原理、醫學電子儀器原理與設計、醫學儀器故障診斷與維修、生物醫學儀器與醫療器械、醫用X線機與CT成像技術、MRI與醫學超聲技術、核醫學與放射治療技術等課程所需的實驗儀器和設備因所需資金較大,所以目前只能開展模擬實驗,效果不是很好,這是我們需要改進的地方。第二,開設第二課堂。全院所有教學實驗室和大部分科研實驗室向學生開放,接受高年級學生進行科研訓練和創新性實踐,并要求承擔了省廳級科研項目的教師積極吸收學生進實驗室,參與課題研究。同時,鼓勵學生參加各類型的科技創新競賽活動,并屢創佳績,有數十人獲得國家及省部級獎項,其中,我系學生分獲2008、2009年全國電子設計大賽廣東省二等獎、三等獎;2010年全國電子設計大賽廣東賽區二等獎;2010、2011年全國文科類大學生計算機設計大賽二等獎;2011年全國電子設計大賽廣東省二等獎、三等獎等。第三,在醫療設備生產企業和醫院之間建立長期穩定的實習基地。在企業實習過程中,要求學生下到車間參與生產過程,并對醫療設備的技術發展動向和市場狀況有明確的認知;在醫院實習過程中,要求學生輪換到各個相關科室工作,了解常用醫療儀器的使用、操作和維修方法,掌握其原理和關鍵技術,并熟悉醫療設備的管理和維護方法。如廣東藥學院第一附屬醫院、第二附屬醫院和廣東藥學院附屬中山醫院(中山市人民醫院)均可作為生物醫學工程專業的實踐教學基地,為本專業的相關課程(如醫學影像設備原理、醫用X線機與CT成像技術、MRI與醫學超聲技術、核醫學與放射治療技術、醫學電子儀器原理與設計、醫學儀器故障診斷與維修、生物醫學儀器與醫療器械等)提供見習、實驗條件。第四,學院多次舉辦學生與醫藥企事業的交流活動,請政府官員、企業老總到學校給學生做學術報告,帶領學生參觀醫療設備企業、參加各種學術研討會,舉辦模擬招聘會,給學生提供廣泛接觸企業的機會。讓學生在交流活動中展現自己的學識、能力與才華,了解醫療設備行業的發展趨勢和珠三角地區醫療設備行業的發展布局,了解自己學習的專業方向與今后就業的聯系,了解企業的經營范圍、產品開發流程、運作模式、感受企業文化。
四、建設“雙師型”教師隊伍
“雙師型”教師隊伍建設是落實人才培養模式的關鍵,是提高應用型本科教育教學質量的關鍵。我院的教育理念是“重實踐,強能力”,力爭培養“上手快、善溝通、動手能力強”的應用型醫藥衛生人才,因此要求我們建立一支敬業愛崗,教風嚴謹,既有理論又能實踐,既能從事學院教學,又能從事在職員工培訓,既肯刻苦學習專業前沿技術,又富于改革創新精神,既搞教學又搞科研的“雙師型”教師隊伍。我院生物醫學工程系現有專任教師15名,具有高級職稱的教師4名,占專任教師的26.7%;具有博士研究生以上學歷的教師6名,占專任教師的40.0%;從附屬第一醫院、安博教育集團、廣東凱通軟件開發有限公司、廣州中星網絡技術有限公司等聘請10余位兼職教師。基本形成了一支結構合理、素質高、專兼職相結合的師資隊伍。當然,我們做得還遠遠不夠,接下來將在以下方面進一步加強“雙師型”隊伍的建設:第一,組織教師深入醫藥和醫療設備企業一線了解人才需求情況,制訂培養目標。積極鼓勵教師開展經常性的下廠實踐活動,讓每一位教師都與一個或幾個與本專業相關的企業建立長期的聯系,不斷學習企業的先進技術和管理思想,并將其應用到教學與培訓中來,同時利用自己的專業知識幫助企業解決實際工作中遇到的問題。我們鼓勵教師在不影響正常教學的情況下在相關企業中兼職,為企業提供咨詢服務活動,通過這項活動,教師積累了大量來自醫藥和醫療設備企業的教學案例,使理論教學更加結合實際,受到學生的歡迎。另外,在實踐教學過程中打破了理論課教師與實踐課教師的界限,積極鼓勵理論課教師參與到實踐課教學指導中來,目前,BME專業中不但實驗課、實訓課開出率達到100%,而且實驗、實訓課的指導全部由任課教師擔任。第二,指導數學建模、電子設計大賽等。積極參加每年的全國大學生數學建模比賽與電子設計大賽,學院各級領導與多名教師參與各類競賽的組織、輔導、參賽等工作,均取得了優異的成績。從中既鍛煉了學生的理論實際應用能力,又使參賽教師的業務水平得到了提高。第三,教研室內形成良好的學習、教學氛圍。在教師隊伍建設方面,及時總結推廣教研室或教師的先進經驗,按照計劃、實施、檢查、總結這四個階段,使教研室工作計劃保證落實,固定教研活動時間,明確科研課題,教改目標到位,對教師能力、素質培養體現充分,并將常規教研活動與專題教研活動和創造發揮型教研活動有機結合,在活動中實現教師間的相互交流和共同提高,創設一種青年教師成長、中年教師進步、老年教師提高的良好氛圍,努力提高“雙師型”教師業務水平,建設成為一支穩定的“雙師型”教師隊伍。
五、結束語
關鍵詞 生物醫學工程;專業英語;教學改革
中圖分類號:H319.1 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2012)18-0077-02
生物醫學工程專業英語是高校生物醫學工程專業普遍開設的專業課程之一,課程內容包括本專業知識和英語知識,與學生在大一大二時上的大學英語課有所不同。筆者根據近年在河南科技大學醫學技術與工程學院生物醫學工程專業英語課中的教學經驗,結合大多數學生的反饋,總結生物醫學工程專業英語課程教學過程中的缺點與不足,并在教材編寫、教學方式、學習方法和技巧等方面提出改革措施。
1 教學中存在的問題
1.1 教材老化
河南科技大學醫學技術與工程學院生物醫學工程專業英語一直使用幾年前的自編教材,教材內容單調,沒有系統性。生物醫學工程領域的發展日新月異,教材無法緊跟時代,顯得有些老化,需要選擇更合適的教材。但目前生物醫學工程專業英語缺乏統一的教材,難以滿足教學要求,更達不到培養既通外語又懂專業的復合型人才的要求[1]。
1.2 教學方式落后
目前高校對專業英語的教學并沒有足夠的重視,教學方式大部分仍然是傳統的板書,而生物醫學工程專業英語的特點是醫學名詞多,合成詞多,單詞長,拼寫難,長句較多,但句子結構并不難,語法較簡單。以板書的方式教學,形式單一,實際講授內容較少,學生感覺枯燥而且難學,普遍不感興趣,因此急需改革教學方法,調動學生的積極性。
1.3 考核方式單一
專業英語期末考核往往是由任課教師從教材或其他英語文獻中摘取幾段讓學生翻譯成漢語,這種考核方式太單一,與一般的英語考試也有所區別,而且與學生聽說讀寫的英語綜合能力考核的要求相差甚遠。
2 教學改革的3個方面
針對以上教學中存在的問題,結合學院的實際,在生物醫學工程專業英語課程的教學改革中應明確:以提高學生專業英語水平為目標,重新編寫教材,改革教學方法,引入多媒體教學,提高學生的學習興趣,并改革課程考試方法,真正考察學生對課程掌握情況及英語水平的進步程度。
2.1 重新編寫教材
針對生物醫學工程專業已學完公共英語的大三學生重新編寫一本專業英語教材。生物醫學工程是運用工程技術手段解決生物學及醫學上的問題,保障人類健康,為疾病的預防、診斷、治療和康復服務的一門交叉學科,內容廣泛,因此在選材時要充分考慮專業領域最新的發展方向,系統規劃,利用各種資源開發教材,確保章節、單元內容適應專業課的教學需求。所編教材共有6個單元的內容:第一單元是生物醫學工程專業簡介,包括專業發展歷史及現狀、具體涉及的領域及生物醫學工程師的具體工作;第二單元是常用生物醫學儀器的介紹;第三單元是醫學影像學的各種方法、目前醫院及科研中常見的各種影像儀器的原理與使用等;第四單元是醫院管理,主要介紹醫院管理系統HIS及其下屬的各個小系統,以PACS為重點進行分析;第五單元是生物材料和組織工程;第六單元是康復工程和生物力學。
2.2 使用多媒體教學方式
專業英語課程使用板書的教學方式會因為書寫板書而浪費很多時間,課堂教學效果也不是很好。而采用多媒體教學,教師可以充分地利用課堂時間為學生講解課文中的生詞、長句,通過多媒體教學軟件的演示,將語言、文字、圖像等多種與課程內容相關的信息顯示在屏幕上,使原本枯燥的內容變得有聲有色,大大提高了學生學習的興趣,激發了學生學習的積極性、主動性,授課效率大有提高。比如較長的專業詞匯,學生剛學時感到很吃力,教師可以通過多媒體教學聲音與動畫結合的演示,將單詞的拼寫以動畫的形式在屏幕上演示,并在課件中加入單詞的讀音;而文中的長句則可以用不同的顏色標出句子的主干及關鍵詞,這樣加深學生對生詞和長難句的理解和記憶,教學效果很好。
2.3 課程考核方法的改進
盡管目前已有很多高校取消了英語四六級考試與畢業掛鉤的要求,但由于就業困難,許多大學生仍然十分重視四六級考試。因此,在專業英語的課程考核當中,可以考慮使用四六級考試的多樣化題型來考查專業英語的內容,而不僅僅像以前那樣簡單地出一些翻譯題型。這樣不僅考核了專業英語的學習情況,對學生來說也是一次四六級考試的實戰練習,引起學生的重視,也提高了積極性。
3 總結
通過教學改革實踐,不僅能夠提高學生對專業英語課程的學習興趣,調動學生學習的積極性,而且豐富了教學手段,優化了課堂教學效果,使學生通過學習不僅能夠學到英語知識,也鞏固了專業知識,提高知識應用能力和英語聽說讀寫能力。當然改革是一個長期的過程,需要在教學過程中不斷完善,不斷積累經驗,這樣才能真正達到培養應用型本科人才的目標。