唐智賢 李 偉 姚旭峰

（上海健康醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，上海 201318）

醫(yī)學(xué)圖像處理是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的主要課程之一，其教學(xué)內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)科學(xué)、醫(yī)學(xué)、物理學(xué)等多學(xué)科綜合知識(shí)。課程要求學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)圖像的相關(guān)概念與圖像處理中的圖像讀取、變換、增強(qiáng)、分割、配準(zhǔn)、三維重建、特征提取和輔助診斷等基本理論，在此基礎(chǔ)上掌握醫(yī)學(xué)圖像處理的整體結(jié)構(gòu)框架，逐漸形成觀察、思考、分析和解決有關(guān)理論和實(shí)踐問題的能力，并通過圖像處理算法的編程來提高實(shí)踐操作能力。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀分析

醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)應(yīng)用廣泛，使得它受到高校和科研機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)關(guān)注，很多高校都開設(shè)了相關(guān)課程。應(yīng)用合理的教學(xué)方法來提高教學(xué)效率是各大高校共同努力的方向。海南醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)信息學(xué)院利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)結(jié)合微課的方式進(jìn)行教學(xué)[1]，牡丹江醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)院使用行動(dòng)導(dǎo)向教學(xué)法提高醫(yī)學(xué)圖像處理方面的教學(xué)質(zhì)量[2]，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)計(jì)算機(jī)信息學(xué)院采用問題式教學(xué)（PBL）結(jié)合微課教學(xué)[3]，濱州醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生與管理學(xué)院選擇與生活密切相關(guān)的醫(yī)學(xué)研究問題開展程序設(shè)計(jì)課程[4]。上海健康醫(yī)學(xué)院屬于醫(yī)學(xué)院校，醫(yī)學(xué)背景雖具備一定優(yōu)勢(shì)，但工科背景較為薄弱。當(dāng)前上海健康醫(yī)學(xué)院的醫(yī)學(xué)圖像處理課程存在以下問題：（1）理論課程公式較多，內(nèi)容難懂，學(xué)生接受度較低；（2）實(shí)踐教學(xué)手段單一，通常采用PPT 講解、公式推導(dǎo)、課后習(xí)題等形式進(jìn)行；（3）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊枯燥，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容多為包括醫(yī)學(xué)圖像顯示、變換、增強(qiáng)、復(fù)原、重建等基本算法的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，與其他工科背景院校的差距較大。

為發(fā)揮上海健康醫(yī)學(xué)院特長(zhǎng)，課題組根據(jù)學(xué)院背景引入PBL 項(xiàng)目式教學(xué)法。該教學(xué)法最早起源于美國(guó)西余大學(xué)醫(yī)學(xué)院，是一項(xiàng)典型的教學(xué)方法，主要由教師在平衡教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)的情況下，提出特定的實(shí)際案例，積極引導(dǎo)學(xué)生對(duì)這個(gè)特殊案例進(jìn)行閱讀思考、分析討論，甚至給出解決方案，從而有效地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)術(shù)創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力[5]。PBL 教學(xué)法在醫(yī)學(xué)類課程教學(xué)中廣為應(yīng)用多年[6]，具有不錯(cuò)的教學(xué)效果。該教學(xué)法的應(yīng)用需關(guān)注以下3 個(gè)方面：（1）選擇的案例應(yīng)具有啟發(fā)性；（2）教學(xué)方案設(shè)計(jì)應(yīng)具備創(chuàng)新性；（3）教學(xué)方式應(yīng)理實(shí)融合。在計(jì)算機(jī)輔助診斷部分，課程組根據(jù)院校的實(shí)際情況自主開發(fā)教學(xué)案例，創(chuàng)新性地提出“中醫(yī)舌診圖像處理”，將中醫(yī)與現(xiàn)代科學(xué)手段相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)中醫(yī)影像信息化。課程組通過提出新穎的教學(xué)教案、轉(zhuǎn)變教學(xué)思維，同時(shí)采用了教與學(xué)并重的整合型教學(xué)模式[7]，以期提升教學(xué)效果，提高學(xué)生的專業(yè)能力以及培養(yǎng)學(xué)生對(duì)中醫(yī)文化的認(rèn)同感。

2 PBL教學(xué)法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)

2.1 合適的教學(xué)案例 “望聞問切”是中醫(yī)學(xué)辨證論治的精髓，而望診又居“四診”之首，通過望診就可以初步了解患者的一般狀態(tài)，在中醫(yī)診斷中具有十分重要的地位。舌診是望診的重要組成部分，通過觀察舌頭的顏色、形態(tài)的變化來輔助診斷及鑒別患者生理功能和病理變化。然而，傳統(tǒng)的舌診都是由人眼觀察，而不是通過數(shù)字儀器分析，難以實(shí)現(xiàn)舌診的標(biāo)準(zhǔn)化、客觀化和定量化，由此，計(jì)算機(jī)舌診技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算機(jī)舌診技術(shù)通常包括3 個(gè)重要步驟：（1）舌圖像數(shù)據(jù)采集；（2）舌圖像數(shù)據(jù)預(yù)處理；（3）舌象數(shù)據(jù)分析。順應(yīng)計(jì)算機(jī)輔助診斷的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，課程組根據(jù)院校的實(shí)際情況，引入上述中醫(yī)舌診圖像處理案例，旨在引導(dǎo)學(xué)生使用成熟的計(jì)算機(jī)圖像處理算法對(duì)中醫(yī)證候的舌診開展量化研究，自動(dòng)提取舌的位置、顏色、紋理、形態(tài)等多方面的綜合信息，以便發(fā)掘舌象與體質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)。

首先，舌圖像數(shù)據(jù)采集是中醫(yī)舌診客觀化中最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的部分，高質(zhì)量的舌體圖像的獲取有助于后續(xù)詳盡的舌象特征分析和高準(zhǔn)確度的病理輔助研究。近些年，市面上相繼出現(xiàn)了多種舌圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但主流舌診儀的核心部件為數(shù)字相機(jī)。由此可見，舌圖像數(shù)據(jù)方便易得，普通攝像設(shè)備即可完成舌圖像的采集，可操作性強(qiáng)。

其次，舌圖像預(yù)處理是不可或缺的一個(gè)部分，由于不同的采集系統(tǒng)，光源色溫不一，成像環(huán)境不同，成像相機(jī)型號(hào)變化，都會(huì)對(duì)采集到的舌圖像產(chǎn)生不可估量的影響，往往需要利用濾波、色彩空間變換等算法調(diào)整圖像的亮度、對(duì)比度、飽和度和尺寸等。

最后，舌圖像的特征分析。舌圖像的特征分析包括舌體分割、舌苔舌質(zhì)分離、舌體分類等。對(duì)于舌體分割而言，由于舌體的顏色通常為紅色，基于顏色空間的閾值分割法可以有效識(shí)別圖像中的舌體。對(duì)于舌苔舌質(zhì)分離而言，成熟的算法包括區(qū)域生長(zhǎng)法、邊緣檢測(cè)法等。對(duì)于舌體分類而言，近年來，深度學(xué)習(xí)理論和相關(guān)算法得到了快速發(fā)展，像卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、全連接網(wǎng)絡(luò)等都可以探索舌體和體質(zhì)之間的關(guān)系。

中醫(yī)影像信息化的案例選擇具備以下3 個(gè)特點(diǎn)：（1）案例涉及的知識(shí)點(diǎn)包括圖像運(yùn)算、圖像分割、圖像分類等，均為課程要求掌握的內(nèi)容，其對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1；（2）不同于CT、MRI、超聲等醫(yī)學(xué)圖像，舌象數(shù)據(jù)方便易得，普通攝像設(shè)備即可完成舌圖像的采集，可操作性強(qiáng)；（3）案例與中醫(yī)相關(guān)，角度新穎，緊扣前沿，能大幅提升學(xué)生的興趣度。

表1 中醫(yī)影像信息化與課程章節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 創(chuàng)新的教學(xué)方案 目前，大部分學(xué)生較為習(xí)慣填鴨式教學(xué)，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不強(qiáng)，而中醫(yī)舌診圖像處理PBL 教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和科研思維。因此一份系統(tǒng)、完整、縝密的教學(xué)方案是保證課堂效率的關(guān)鍵因素。為此，課程組針對(duì)不同的模塊，設(shè)計(jì)了創(chuàng)新的教學(xué)方案。

本文以舌圖像分割為例，其課程的微教案設(shè)計(jì)如下：

（1）教學(xué)目標(biāo)：分析舌圖像處理的基礎(chǔ)算法原理，應(yīng)用圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)舌圖像的信息化處理。（2）過程與方法目標(biāo)：能夠根據(jù)舌圖像的特點(diǎn)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)完成舌圖像的分析。（3）價(jià)值觀目標(biāo)：了解醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)對(duì)中醫(yī)文化的認(rèn)同感。（4）教學(xué)方法：板書講解、隨堂討論、機(jī)房實(shí)驗(yàn)等。（5）教學(xué)過程：在備課階段，教師需準(zhǔn)備中醫(yī)舌診圖像處理的相關(guān)知識(shí)，具體包括：案例背景、核心問題、關(guān)鍵算法理論、參考文獻(xiàn)等，授課過程分為2 個(gè)階段：第一階段讓案例為理論知識(shí)服務(wù)，通過舌圖像色彩均衡化、舌體分割、舌體分類等實(shí)際問題，引出所要學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，利用多媒體教學(xué)配合板書系統(tǒng)化地講授；第二階段讓理論知識(shí)為案例服務(wù)，在學(xué)生掌握了一定的算法原理后，在實(shí)踐課堂將關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合在一起授課，鼓舞學(xué)生自主進(jìn)行文獻(xiàn)檢索、小組討論、舌圖像采集、代碼編寫等工作，最后對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估，具體見圖1。（6）課后作業(yè)：將學(xué)生以6～8 人進(jìn)行分組，以小組合作的方式完成中醫(yī)舌圖像信息化處理，以小組的形式展示成果，并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

圖1 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2.3 理實(shí)融合的教學(xué)方式 中醫(yī)影像信息化的案例具備很強(qiáng)的前沿性和實(shí)踐性，但教學(xué)過程中不能只注重理論的講解，教學(xué)方式創(chuàng)新也是十分必要的。課程以理實(shí)融合的方式，嘗試使用多媒體課件、微視頻、線上會(huì)議、線下討論等實(shí)施教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生多渠道自主學(xué)習(xí)，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)醫(yī)學(xué)圖像處理相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的深入理解，強(qiáng)化案例化教學(xué)模式的教學(xué)效果。此外，理實(shí)融合還具備以下特點(diǎn)：（1）理論教學(xué)教師和實(shí)踐指導(dǎo)教師為一體。課程團(tuán)隊(duì)的教師不僅有豐富的醫(yī)學(xué)圖像處理知識(shí)，還有扎實(shí)的實(shí)踐教學(xué)能力。（2）專業(yè)理論和實(shí)踐操作融為一體，每開展2 課時(shí)的理論學(xué)習(xí)之后，繼而進(jìn)行2 課時(shí)的實(shí)踐課程，在實(shí)踐中加深了對(duì)理論的理解。（3）采用案例教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。在實(shí)踐課程中，課程團(tuán)隊(duì)采用“傾聽-質(zhì)疑-引導(dǎo)-討論”的流程，傾聽學(xué)生闡述解決方案，記錄學(xué)生對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用情況，引導(dǎo)學(xué)生完成中醫(yī)舌診圖像處理的仿真實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生探討計(jì)算機(jī)技術(shù)在中醫(yī)學(xué)里的應(yīng)用。在未來的授課過程中，更可以將導(dǎo)師制教學(xué)法運(yùn)用其中，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。

2.4 中醫(yī)影像信息化案例中的課程思政 不同于人文社科類課程，醫(yī)學(xué)圖像處理是一門專業(yè)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，實(shí)施“課程思政”難度較大。引入中醫(yī)影像信息化案例之后，課程組能夠很容易地挖掘出思政元素，并將其有機(jī)融入課程之中，具體表現(xiàn)為以下2 個(gè)方面。

（1）中醫(yī)學(xué)是中華民族在長(zhǎng)期的醫(yī)療實(shí)踐和生活實(shí)踐中積累而成的醫(yī)學(xué)理論體系，擁有數(shù)千年的歷史。通過中醫(yī)相關(guān)的項(xiàng)目，能夠給學(xué)生講好中醫(yī)故事、傳播中醫(yī)文化、打造鐵桿中醫(yī)，引導(dǎo)學(xué)生思索中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化蘊(yùn)涵的思想觀念、人文精神和道德規(guī)范。

（2）中醫(yī)影像信息化項(xiàng)目將當(dāng)代科技文化和中醫(yī)相結(jié)合，讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)現(xiàn)代化技術(shù)能夠豐富和發(fā)展中醫(yī)。項(xiàng)目不僅能夠引導(dǎo)學(xué)生在科研中學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，更可以讓學(xué)生理解科技發(fā)展的重要性。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以“中醫(yī)舌診圖像處理PBL 教學(xué)”為例，探討了中醫(yī)影像信息化項(xiàng)目在醫(yī)學(xué)圖像處理教學(xué)中的運(yùn)用。在PBL 教學(xué)法的實(shí)施過程中，教師需要正確選擇案例、精心設(shè)計(jì)教案、開展多元化的教學(xué)方式，以培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，也有助于提高教學(xué)效率。當(dāng)然，目前PBL 教學(xué)法在醫(yī)學(xué)圖像處理課程的實(shí)際應(yīng)用中依舊存在一些不足，例如部分學(xué)生的積極性沒有被完全調(diào)動(dòng)起來、教師未預(yù)判到部分學(xué)生遇到的難點(diǎn)。該教學(xué)方法還需進(jìn)行不斷探索和完善，以切實(shí)提升授課的規(guī)范性和有效性。