黃敏 周到 陳軍波

【摘 要】《醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備》是生物醫(yī)學(xué)工程相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)課。我們對CT，MRI在工程實現(xiàn)中所涉及的硬件關(guān)鍵部件、數(shù)據(jù)掃描、圖像重建等重要技術(shù)環(huán)節(jié)進行了擴展，輔以實際成像設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)制作的視頻及圖片，提高學(xué)生的工程實現(xiàn)能力，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

【關(guān)鍵詞】醫(yī)學(xué)成像技術(shù);創(chuàng)新人才;教學(xué)改革

【資助項目】中南民族大學(xué)教研項目資助：JXSHX17020

【中圖分類號】G642 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）19-000-02

我國在醫(yī)療影像領(lǐng)域的研發(fā)生產(chǎn)與國外三大巨頭“GPS”的差距很大，縮小此差距是中國在“十三五發(fā)展規(guī)劃”醫(yī)療衛(wèi)生健康領(lǐng)域的一項重要任務(wù)。

近年來，聯(lián)影等公司在此領(lǐng)域發(fā)展迅速，CT、MRI等設(shè)備已拿到醫(yī)療器械許可證，開始裝機，促使中國醫(yī)療器械從中低端產(chǎn)品向高附加值產(chǎn)品轉(zhuǎn)化[1]。

《醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備》是生物醫(yī)學(xué)工程等專業(yè)的一門專業(yè)課。結(jié)合國家在醫(yī)療影像裝備上的政策引導(dǎo)，如何把理論知識和工程應(yīng)用結(jié)合起來，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，讓學(xué)生學(xué)以致用，提高工程能力，是新時期本科教學(xué)在該課程中需要認(rèn)真考慮的問題。

1.教學(xué)內(nèi)容改革

在本科階段，《醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備》課程理論教學(xué)一般都涉及五類成像設(shè)備，包含：X線機、CT、MRI、超聲及核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備。主要講述與各種設(shè)備相關(guān)的成像原理，結(jié)構(gòu)組成，以及在臨床上的不同應(yīng)用范圍[2]。但長期以來，國內(nèi)的教材幾乎都只有理論內(nèi)容，連設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)的實物圖片都很少看見，書本內(nèi)容局限性很大。我們通過與國內(nèi)大型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備公司的調(diào)研與合作，獲得一些很有價值的工程實現(xiàn)的材料，提供給學(xué)生進行理論和實踐的結(jié)合學(xué)習(xí)。

教學(xué)內(nèi)容上，要講述的設(shè)備多達5類。由于傳統(tǒng)X線機結(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)在被DR所代替，我們對書本上占1/3篇幅的X-線機的內(nèi)容進行刪減，對膠片模式簡單帶過，而將空出來的時間分配到更關(guān)鍵的工程實現(xiàn)部分。我們主要以CT和MRI設(shè)備相關(guān)內(nèi)容作為改革試點，再后續(xù)擴展到其它設(shè)備。

2.CT教學(xué)改革

CT設(shè)備主要包含兩部分：硬件主要是X線管，前后準(zhǔn)直器，探測器，以及為X線管提供高壓支持的高壓發(fā)生器等;軟件部分則主要是對掃描數(shù)據(jù)進行圖像重建的方法以及結(jié)果顯示技術(shù)。

在CT的教學(xué)中，首先對硬件的組成增加了很多實物圖片，比如CT的全貌，準(zhǔn)直器的實物，探測器的組合等，并以視頻的方式播放設(shè)備的安裝和使用過程。學(xué)生通過觀看從病人擺位，定位，到數(shù)據(jù)掃描，圖片顯示等一套完整的過程，射線的發(fā)射模式有扇形和錐形，與探測器的結(jié)構(gòu)和排數(shù)有密切關(guān)系。

然后，授課內(nèi)容增加了CT重建算法部分，從簡單到復(fù)雜循序漸進地介紹了：直接圖像重建法，并以程序演示的方式來對比幾種方法在圖像重建質(zhì)量上的差異，并且給出了采用快速FFT的重建方法。

重建后的CT圖像反應(yīng)的是組織的衰減系數(shù)，CT值范圍很大，從-1000到+1000，顯示采用窗寬-窗位調(diào)節(jié)，才能清晰的觀察不同部位，得到正確的臨床診斷結(jié)果。以實際的胸部，腹部等CT重建圖像為例，展示了不同部位窗位的選取方法和窗寬的設(shè)置。通過肺窗，軟組織窗舉例，以及臨床病例展示，教會學(xué)生如何進行程序設(shè)置，以更好的觀察肺區(qū)，縱隔，肝臟等。

在教學(xué)中采用“理論—工程應(yīng)用”的模式，將理論知識和工程應(yīng)用密切結(jié)合起來講解，和專業(yè)實踐及以后的工作是密不可分的。學(xué)生體會到了令他們‘討厭的FFT在設(shè)備開發(fā)中是必不可少的，讓病灶“大白于天下”。這種“理論—工程應(yīng)用”的教學(xué)模式極大地調(diào)動了學(xué)生的積極性，潛移默化地培養(yǎng)了工程思維。

3.MRI教學(xué)改革

MRI設(shè)備主要包含兩部分：硬件主要是磁體，梯度線圈，射頻線圈等;軟件則主要是脈沖序列的編寫，數(shù)據(jù)采集方法以及圖像重建方法。MRI是幾大類設(shè)備中最難理解的一種，我們采用工程實現(xiàn)步驟中與脈沖序列運行時序相對應(yīng)的方式來講解。

從（N）MRI四個字母，從四個方面清晰明了地對成像過程進行說明。N就是人體組織中水里的氫核，而不是核輻射！M是人置身磁場后產(chǎn)生的磁化矢量，R是通過射頻線圈作用后的共振信號，I就是為了得到圖像要采用梯度磁場對空間每個不同位置進行磁場的改變，以進行空間定位。數(shù)據(jù)掃描過程中，硬件部件都會順序工作，從而引入脈沖序列的概念，讓學(xué)生可以想象在每個步驟中是哪個硬件開始工作，而工作的時候送入的是什么頻率及幅值的電流，以及該電流波形如何實現(xiàn)，序列的編寫要注意哪些問題。為方便學(xué)生理解MRI關(guān)鍵部件，展示了大量的實物圖片。播放重要的超導(dǎo)磁體的線圈繞制，磁體安裝，液氦的添加等視頻，體會超導(dǎo)磁體制作的難度和在MRI中的重要性。對于射頻線圈部分，我們都以實物進行講解，三個梯度線圈是MRI成像進行空間定位的關(guān)鍵部件。選層梯度決定了選層方向?qū)儆谳S位、矢狀位和冠狀位中的一種;而剩余的兩個梯度方向的波形決定了k空間數(shù)據(jù)采集的頻率域軌跡。各種快速成像方法的實質(zhì)是改變數(shù)據(jù)采集的采樣位置，以及TR的重復(fù)次數(shù)。

授課內(nèi)容增加MRI重建算法。由于MRI數(shù)據(jù)掃描要根據(jù)脈沖序列的不同形式來進行，從而圖像重建方法也要根據(jù)不同的成像技術(shù)進行改變。介紹FT圖像重建算法。由于MRI采集的數(shù)據(jù)是復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，而且是頻率域采集的k空間數(shù)據(jù)，這完全顛覆了學(xué)生平時的簡單認(rèn)識，他們以為設(shè)備采集數(shù)據(jù)都是時間域或者空間圖像域的數(shù)據(jù)！在講解的時候，將上學(xué)期的數(shù)字信號處理課程中的FFT變換與MRI結(jié)合起來講解，為什么FFT也是復(fù)數(shù)運算。

MRI成像速度慢，引入快速成像方法，介紹工程上通用的螺旋MRI，并行多線圈MRI技術(shù)，體會k空間采用不同編碼后，成像速度如何快速提高。提高速度和儀器的硬件配置密切相關(guān)，梯度的切換率是必須考慮的問題。

配以實例展示，以軟件演示方式讓學(xué)生體會這幾種技術(shù)對應(yīng)的圖像重建結(jié)果的差異。而是要知道各個知識點在實際工程實現(xiàn)中都是如何實現(xiàn)的，這樣才能調(diào)動學(xué)生的積極性。

4.結(jié)束語

我們就《醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備》課程的特殊性進行了分析，以CT和MRI授課內(nèi)容的改革和講課方式為例，使學(xué)生對在開發(fā)和生產(chǎn)該類設(shè)備中要注意的關(guān)鍵問題及實現(xiàn)方法有直觀的印象。這些改革對提高《醫(yī)學(xué)成像技術(shù)與設(shè)備》的教學(xué)質(zhì)量有很好的參考價值，有助于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為其畢業(yè)后在大型影像設(shè)備公司的就業(yè)提供更好的理論和工程基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]全球CT行業(yè)運作模式分析與十三五發(fā)展規(guī)劃建議報告2017-2022年，華研中商研究院，2017.

[2]湯樂民，包志華，李敏，醫(yī)學(xué)成像的物理原理，2017.