談項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)改革
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摘要：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)也應(yīng)順應(yīng)時(shí)代潮流。在醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)中融入人工智能等新技術(shù)，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的形式進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)改革，在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力的同時(shí)，讓學(xué)生緊跟時(shí)代潮流。實(shí)踐表明，該實(shí)踐教學(xué)模式能夠充分調(diào)動(dòng)起學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，達(dá)到學(xué)有所用、學(xué)以致用的目的。
關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)圖像處理；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；教學(xué)改革
近年來，人工智能、計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域的圖像識(shí)別技術(shù)突飛猛進(jìn)，成為近期研究和實(shí)際應(yīng)用的熱門話題。圖像識(shí)別就是圖像處理的高級(jí)階段，而對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像的識(shí)別就要用到各種醫(yī)學(xué)圖像處理算法。醫(yī)學(xué)圖像處理課程就是以數(shù)字圖像處理為基礎(chǔ)，是一門講述如何用計(jì)算機(jī)對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行分析和處理的課程。由于醫(yī)學(xué)圖像處理課程中的處理對(duì)象主要是各種醫(yī)學(xué)影像，因而這門課程的側(cè)重點(diǎn)相較于數(shù)字圖像處理又有所不同。醫(yī)學(xué)圖像處理涉及醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等多門學(xué)科，是一門交叉性學(xué)科，也是培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才的一門重要學(xué)科，在生命科學(xué)研究、臨床診斷與治療等方面都發(fā)揮著重要作用。越來越多的醫(yī)學(xué)院校開始為醫(yī)學(xué)影像、生物醫(yī)學(xué)工程、信息管理與信息系統(tǒng)等專業(yè)的學(xué)生開設(shè)該課程。但在實(shí)際實(shí)施過程中還存在許多不足，典型的問題是理論與實(shí)踐脫節(jié)，尤其是與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)，實(shí)際教學(xué)效果并不理想。因此，在教學(xué)過程中引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的醫(yī)學(xué)圖像教學(xué)改革，不僅可以將理論與實(shí)踐相結(jié)合，避免專業(yè)課程教學(xué)中的所謂“孤島效應(yīng)”，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和項(xiàng)目開發(fā)能力，讓學(xué)生“在做中學(xué)、在學(xué)中做”，達(dá)到學(xué)以致用的目的。
1當(dāng)前醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)現(xiàn)狀
醫(yī)學(xué)圖像處理是海南醫(yī)學(xué)院信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)高年級(jí)學(xué)生的一門專業(yè)課，共48學(xué)時(shí)，包括30學(xué)時(shí)的理論課和18學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課。醫(yī)學(xué)圖像處理要求學(xué)生掌握有關(guān)醫(yī)學(xué)圖像處理的基本理論和算法，并能利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)諸如醫(yī)學(xué)圖像增強(qiáng)、醫(yī)學(xué)圖像分割、醫(yī)學(xué)圖像變換、醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)圖像處理等常規(guī)的醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)，為以后的學(xué)習(xí)及工作打下基礎(chǔ)。該課程涉及醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科，是培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才的一門重要學(xué)科[1]。目前，越來越多的醫(yī)學(xué)院校開設(shè)了醫(yī)學(xué)圖像處理這門課程。但由于該課程的理論性、實(shí)踐性和應(yīng)用性都很強(qiáng),因此在實(shí)際實(shí)施過程中還存在許多不足，典型的問題是理論與實(shí)踐相脫節(jié)，尤其是與實(shí)際應(yīng)用相脫節(jié)，多數(shù)教師還是采用傳統(tǒng)講授式的教學(xué)方法，忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力及創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)[2]，實(shí)際教學(xué)效果并不理想。俗話說，興趣是最好的老師?？朔W(xué)生學(xué)習(xí)惰性、提高教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)有效方法就是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。近年來，圖像識(shí)別技術(shù)在人工智能、計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域中的應(yīng)用日新月異，成為當(dāng)下最熱門的研究方向，因此在醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)過程中，應(yīng)該不斷地更新與完善醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)內(nèi)容，將新的圖像識(shí)別技術(shù)融入傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)圖像處理理論教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并以項(xiàng)目開發(fā)的形式讓學(xué)生真正做到學(xué)有所用、學(xué)以致用，讓學(xué)生意識(shí)到學(xué)好醫(yī)學(xué)圖像處理課程，不僅可以提高自身在就業(yè)市場上的競爭力，也可以為考研積累資本、贏得優(yōu)勢，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性[3-4]。
2項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)改革方法
結(jié)合教師的科研及指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，海南醫(yī)學(xué)院在進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)改革時(shí)，是以肺結(jié)節(jié)的CT圖像計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)為例進(jìn)行講解。該系統(tǒng)登記了軟件著作權(quán)，并在2017年“泛珠三角大學(xué)生計(jì)算機(jī)作品賽”上獲得海南省一等獎(jiǎng)和香港總決賽三等獎(jiǎng)。為了更好地與醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)課程內(nèi)容相吻合，我們在給學(xué)生講解肺結(jié)節(jié)計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)時(shí)，采用的是支持向量機(jī)技術(shù)，而不是最新的深度學(xué)習(xí)技術(shù)。為了能夠順利地實(shí)施項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)改革，我們對(duì)醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了重構(gòu)，以項(xiàng)目開發(fā)的形式將肺結(jié)節(jié)計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)中涉及的主要知識(shí)點(diǎn)與醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)內(nèi)容一一對(duì)應(yīng)起來，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度依次學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)圖像處理課程中的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)[5-6]。根據(jù)實(shí)際情況，將肺結(jié)節(jié)的計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)項(xiàng)目分解成CT圖像獲取、圖像降噪、肺實(shí)質(zhì)分割、ROI分割、特征提取和分類識(shí)別等幾個(gè)模塊。在項(xiàng)目中的CT圖像獲取模塊，可以對(duì)應(yīng)醫(yī)學(xué)圖像處理中的數(shù)字化圖像的概念、圖像的表示、圖像的讀取、DICOM格式醫(yī)學(xué)圖像的讀取以及圖像的幾何變換等內(nèi)容。在圖像降噪模塊中可以對(duì)應(yīng)醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)內(nèi)容中的主要知識(shí)點(diǎn)———圖像增強(qiáng)，包括線性變換、指數(shù)變換、對(duì)數(shù)變換、直方圖均衡化、中值濾波、均值濾波和頻域?yàn)V波等。在肺實(shí)質(zhì)分割和ROI分割部分會(huì)涉及醫(yī)學(xué)圖像處理內(nèi)容中的另一個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)——圖像分割，包括閾值分割、區(qū)域生長、邊緣檢測、聚類分割及形態(tài)學(xué)方法等。在特征提取部分涉及圖像的表示與描述，包括提取目標(biāo)區(qū)域的面積、周長、圓形度、傅里葉描述子等。在分類識(shí)別部分可以采用支持向量機(jī)或深度學(xué)習(xí)的方法[7]。支持向量機(jī)的方法雖然在識(shí)別精度上沒有深度學(xué)習(xí)方法高，但能比較好地融入醫(yī)學(xué)圖像處理中的各個(gè)主要知識(shí)點(diǎn)，比較適合醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)，并且支持向量機(jī)技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求不高，大多數(shù)學(xué)生的電腦或?qū)W校機(jī)房的電腦都能運(yùn)行。在運(yùn)用支持向量機(jī)技術(shù)進(jìn)行分類建模時(shí)，則只教授學(xué)生怎么運(yùn)用現(xiàn)成的支持向量機(jī)技術(shù)進(jìn)行建模，而不要求學(xué)生掌握支持向量機(jī)的基本原理，盡量降低學(xué)生學(xué)習(xí)開發(fā)的難度。肺結(jié)節(jié)的計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)的過程基本涵蓋了醫(yī)學(xué)圖像處理的主要教學(xué)內(nèi)容。項(xiàng)目實(shí)踐過程以小組的形式進(jìn)行，5～6人一組。考慮到醫(yī)學(xué)院校信息管理與信息系統(tǒng)專業(yè)絕大多數(shù)學(xué)生開發(fā)能力不強(qiáng)的特點(diǎn)，開發(fā)語言也采用難度較低的Matlab實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。整個(gè)項(xiàng)目開發(fā)流程中，在不給學(xué)生增加難度的情況下，形成了一個(gè)完整的醫(yī)學(xué)圖像處理知識(shí)鏈，不僅有效地避免了學(xué)生“只見樹木，不見森林”式地對(duì)各個(gè)孤立知識(shí)點(diǎn)的理解，而且使學(xué)生學(xué)會(huì)了項(xiàng)目開發(fā)和團(tuán)隊(duì)合作，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
3結(jié)語
通過對(duì)傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，以項(xiàng)目開發(fā)的形式將醫(yī)學(xué)圖像處理中涉及的主要知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，改變了以理論知識(shí)傳授為主的傳統(tǒng)教學(xué)觀念，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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作者：韓貴來 李海霞 單位：海南醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息學(xué)院
