醫工融合式“醫學成像原理”課程教學改革

呂丹　郭世俊　嚴加勇　李曉歐

[摘 要] 新工科背景下，具有鮮明醫工融合特色的生物醫學工程專業具有多學科交叉融合的特點，在應用型人才培養中迫切需要綜合運用理工科的技術手段解決臨床需求。醫工融合式“醫學成像原理”課程的教學改革，以學生為中心，以臨床為背景，以工程為突破口提升學生學習思維能力，增強學生的主體意識，培養勤于觀察、精于思考的醫工應用型人才。

[關鍵詞] 新工科;醫工融合;醫學成像

[作者簡介] 呂 丹（1981—），女，山東德州人，工學碩士，上海健康醫學院醫療器械學院講師，主要從事醫學成像技術研究;郭世俊（1981—），男，湖北襄陽人，工學碩士，上海健康醫學院醫療器械學院講師，主要從事醫用光學技術研究;嚴加勇（1974—），男，江蘇鹽城人，工學博士，上海健康醫學院醫療器械學院副教授，主要從事醫學超聲成像研究。

[中圖分類號] G642.0? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2021）12-0089-04? ? [收稿日期] 2020-06-10

醫工融合是一種新型的醫學交叉研究模式，是現代醫學發展的重要方式，也是推動現代醫學發展和進步的重要方式。《中國制造2025》將生物醫藥及高性能醫療器械作為重點發展領域，說明醫工融合將成為引領醫學技術不斷創新的中堅力量，為新時期構建立體的醫學工程發展框架奠定堅實基礎[1]。

進入21世紀以來，信息技術的迅速發展使得電子信息技術與醫學、生物學的結合日漸緊密，醫工融合研究和人才培養得到世界范圍內的普遍重視[2，3]。隨著人們對生命健康的日益重視，《“健康中國2030”規劃綱要》中明確了“以促進健康為中心”的“大健康觀”和“大衛生觀”，生物醫學工程學科的發展迎來了新的時代期望[4]。“醫學成像原理”作為生物醫學工程專業本科生的主干課程，旨在助力學生掌握生物醫學成像方面的基本原理、方法和發展趨勢，借助于多種物理能量與人體相互作用，以影像方式表現人體內部組織器官結構和功能，呈現給學生最基本的成像理論和方式方法，培養學生具備該方面科學研究的基本知識和技能，建立醫學成像工程方面的知識基礎，使學生具有解決一般成像問題的能力。

一、面向新工科的醫工融合內涵指向

現代醫學和工程學的持續發展不僅催生出諸多的學科方向，更重要的是極大地推動了跨學科交叉融合不斷深化的內涵發展之路。廣義上的醫工融合是圍繞醫學實際需求，將醫學和醫學以外的理工科學科范疇進行交叉融合、協同創新[5]。簡而言之，綜合運用理工科的技術手段解決臨床需求是醫工融合最根本的目標指向。

跨學科性和跨專業性是高等教育發展的重要趨勢。加快發展新興工科專業和更新、改造傳統工科專業，培養面向當前新經濟及其未來發展需要的創新型優秀工程科技人才，以應對新一輪科技革命與產業變革、服務創新驅動發展的國家戰略的工程教育的中國模式和中國經驗業已碩果累累[6]。具有鮮明醫工融合特色的生物醫學工程專業作為多學科交叉融合的典型領域之一，其倡導的多學科交叉融合與新工科建設理念不謀而合。醫工融合與新工科背景有著天然內生的交叉與融合，從而對面向新工科的醫工融合應用型人才培養提出了更高的要求。

面向新工科的醫工融合，從根本上講應該是以“醫院+學校+生產企業”的有機結合體為基礎，以醫學臨床一線需求為根本導向確立醫工應用型人才的培養目標，以此為指導思想創建生物醫學工程新工科創新發展新格局，致力于培養醫工融合型創新人才，以滿足臨床醫學工程對實踐創新能力的要求。

二、醫工融合式“醫學成像原理”課程的教學研究

醫學成像和影像處理是生物醫學工程學科的重要分支之一。現代醫學的多次革命性突破，大多跟醫學成像技術有關。“醫學成像原理”內容較為龐雜，且由于課程內容專業性較強，國內高校生物醫學工程專業目前均對“醫學成像原理”相關課程給予極大關注，在成像理論方面予以多學時分配，重點講授生物醫學成像方面的基本原理和方法，但教學方式有局限，很難調動學生的主觀能動性，大大降低了課程的教學效果。尤其值得注意的是，實驗/實訓環節建設明顯滯后于理論傳授，大多數院校的注意力還集中在簡單易行的成像算法計算機仿真上。在尚未充分了解醫學臨床需求的前提下展開教學活動，往往造成理論教學和臨床應用的內生脫節，不能解決臨床應用需求[7]。

目前國內“醫學成像原理”新工科教材非常少見，且出版時間大多較早，內容多偏重于成像物理原理或臨床讀圖技能，對醫工結合前沿知識涉及較少，對長期臨床實踐中凸顯的現實需求更是鮮有研究。

“醫學成像原理”課程改革團隊在多年的一線教學中，深入探索融合臨床醫學需求和工學特色的可行之路，從課程教學內容設計、臨床需求+工程特色分析、醫工實踐通道搭建等多角度開展了面向新工科的醫工融合式“醫學成像原理”課程系列研究和改革。

（一）課程教學內容設計

“醫學成像原理”課程理論與技術應用并重，從成像媒質和生物組織體相互作用的基本現象入手，系統深入介紹所涉及的基本概念、基本原理和方法，通過介紹醫學成像中重要的應用實例，提供一個關于本學科知識和技術的簡明主線。通過課程學習，學生能對醫學成像的基本概念、基本原理和典型系統有較為深刻的認識，為設計生物醫學成像檢測儀器和從事醫學成像研究開發打下堅實的基礎。在教學內容的組織與安排上，嚴格遵循學生的認知規律，兼顧應用型能力培養和可持續發展的要求，以醫學成像技術發展為線索，安排組織教學，整合、優化教學內容，設計應用型和研究型學習任務，為培養學生的崗位應用能力和可持續發展能力奠定基礎。

教學內容的設計充分融合國內外優秀教材的優勢所在，輔以技術發展熱點，最終形成一套獨特、系統的醫學成像技術類教學體系，主要覆蓋范圍如表1所示。

（二）臨床需求+工程特色分析

隨著我國新醫療體制改革的全面發展，在提高醫療質量和完善醫療服務水平的診療方針的同時，臨床一線應用也迫切需要對現有方案或方法進行進一步的探索以及創新，進而達到醫學發展的全新高度。為了使得“醫學成像原理”課程真正實現與臨床需求精準接軌，且充分汲取醫學成像方法的工程經驗，課程改革團隊深入多家醫院和影像設備龍頭生產企業，將上海地區多家醫院醫學影像科室的獨特優勢與影像產業發展需求合而為一，共同呈現在課程知識點的臨床需求+工程特色分析上。徹底打破“目錄樹”式知識搜索的傳統秩序，利用臨床關鍵詞或者標簽可直達目標知識信息取而代之。將“知識信息”以全新的方式組合排列，同時也將“醫學成像關聯人”重新聚合在一起。切實考慮影像科醫務工作者與影像工程師之間的網狀關系，為學生提供豐富的臨床+工程資源和需求定制型的知識拓撲，有助于學生開闊眼界和個性化發展。

例如在學習數字X線成像技術時，由“X線臨床應用”展開知識拓撲，對于攝影（Radiography）和透視（Fluoroscopy）的臨床需求及其工程實現展開對照掌握，在此基礎上拓展臨床需求的工程解決方案，以自動曝光控制AEC（Automatic Exposure Control）技術和自動程序器官攝影APR（Automatic Programmed Regions）技術為學習框架，幫助學生切實從臨床需求出發，打牢數字X線成像技術基礎。圖1、圖2分別為PBL課堂上選課學生提交的X線攝影和透視模式的算法流程。相較傳統教學模式下較為單一的理論講解，這一方法取得了更高的教學目標達成度。與此同時，在充分考慮最小輻射劑量下的工程原則下，在X線設備資深工程人員的指導下，以攝影數據為例引導學生開展核心數據設計（如圖3所示），切實幫助學生在醫工融合框架下密切結合工學知識與醫學應用。

（三）搭建醫工實踐通道

“醫學成像原理”的高效掌握，離不開臨床影像診斷學這一基礎，因此在課程教學的整個流程中始終將成像原理緊密結合在相關影像診斷學知識點上，尤其強調引導學生通過實踐體會不同成像方式下臨床影像的特點，通過臨床病例激發學生的學習興趣，加深理論知識的理解。在實踐環節中，特別邀請一線醫師和工程人員參與課程，共同設計了8種臨床常見疾病的不同臨床圖像對照案例（表2），通過不同成像原理在同一具體病例中的不同表現，進而體會多種成像原理結合的內在必要性，把課堂知識與臨床實踐結合起來，從而真正打破學科間壁壘，注重工學知識與醫學應用的密切結合，使學生融會貫通地掌握醫工學科的知識，在知識融合中激發學生尋找更多的創新創業點。

同時在醫工實踐的全流程中，始終強調“從臨床來，到臨床去”的基本宗旨，在每一次實踐結束后組織專題討論，以學生為中心，以臨床為背景，以工程為突破口提升學生思維能力、學習能力和交流能力，增強學生的主體意識，努力成為勤于觀察、精于思考的醫工應用型人才。實踐結果表明，學生的專業認同感顯著增強。

三、結語

面向新工科的醫工融合式“醫學成像原理”課程的教學改革，具有臨床需求明確、工程定位準確的突出特點，是對新時期醫學院校生物醫學工程專業課程的創新。以學生專業素質成長和發展為中心，充分整合地區醫工資源，突破原有醫工專業壁壘，加強新工科知識體系的重構，幫助學生將臨床應用和工程技術融會貫通，為培養具有大工程觀素養的醫工融合應用型創新人才提供參考。

參考文獻

[1]王璐，馬崢，許曉陽，等.中國醫工結合發展現狀與對策研究報告（2019年版）[J].實用臨床醫藥雜志，2019（5）：1-6.

[2]李海云，景斌，于紅玉.生物醫學工程學科發展的思考[J]. 北京生物醫學工程，2015（6）：626-629.

[3]陳超敏，周凌宏，龔劍，等.新時期生物醫學工程專業人才培養模式的改革與探索[J].中國高等醫學教育，2005（1）：22-23.

[4]郭清.“健康中國2030”規劃綱要的實施路徑[J].健康研究，2016（6）：601-604.

[5]國家自然科學基金委員會生命科學部.未來十年中國學科發展戰略·生物醫學工程學[M].北京：科學出版社，2012.

[6]鐘登華.新工科建設的內涵與行動[J].高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[7]張亮，李滾，廖福元.現代醫學成像技術課程教學的現狀及改進策略[J].西部素質教育，2017（19）：181-182.

Abstract： As one of the typical fields of multidisciplinary integration and fusion， the major of biomedical engineering， with its distinctive medical-engineering characteristics， is in an urgent need to apply science and engineering technologies to meet the clinical needs under the background of “emerging engineering education”. With students as the center， clinic as the background， and engineering as a breakthrough point， the medical-engineering integrated teaching reform in the course of Medical Imaging Principles focuses on improving students learning and thinking abilities， as well as strengthening students subjective consciousness， and cultivating application-oriented medical talents who are diligent in observation and good at thinking.

Key words： “emerging engineering education”; medical-engineering integrated; medical imaging