生物医学工程专业《医学超声仪器原理》的教学体会

　　摘 要： 医学超声仪器是生物医学工程学科的重要分支及研究重点之一。本文作者针对生物医学工程专业的培养目标，结合具体的教学实践，从教学内容的优化、教学手段与方法的选择上对《医学超声仪器原理》的教学进行讨论。同时，对教学过程中存在的问题进行了分析，并提出了相应的解决思路。
　　关键词： 《医学超声仪器》原理 生物医学工程 教学内容 教学方法
　　
　　超声在医学上的应用始于20世纪20—30年代苏联科学家Sokolov的超声热疗工作。经过几十年的发展，目前已形成了一门年轻并蓬勃发展着的交叉学科——医学超声学。该学科以研究超声波在生物组织内的传播特性与规律、设计制造用于医学诊断和治疗的超声设备为目的，涉及物理学、生物学、材料学、电子技术、图像处理、计算机等多个领域，是生物医学工程学科的重要分支之一［１］。而医学超声仪器则是医学超声学发展的载体及最终成果的体现。
　　温州医学院从2009年起对生物医学工程专业医学影像设备与技术方向的本科生开设《医学超声仪器原理》，旨在使分流到该方向的学生熟悉并掌握现代医学超声仪器的基本原理、结构、技术方法和设计思路，具有初步的仪器设计理念及开发新一代产品的综合能力，为学生踏上工作岗位奠定良好的理论与实践基础。
　　1.教学内容的优化设计
　　目前，国内高校大多将医学超声作为《医学电子仪器》或者《医学影像物理学》的一部分进行授课。独立开设医学超声仪器相关课程的仅西安交通大学、南方医科大学、上海交通大学等少数几个高校。此外，上述高校由于办学优势不同，对学生的培养目标不同，对教学内容的选择没有统一标准。而且，目前国内医学超声仪器相关的本科生教材非常少见，且出版时间大多较早，内容较为陈旧，对学科前沿知识介绍较少。因此，如何根据我校的实际情况，合理安排教学内容，做到既难易适中又能体现学科前沿发展，就成了该课程开设初期碰到的一大难题。
　　1.1教材与课程教学内容
　　我校生物医学工程专业分流后，课程增多，课时减少。《医学超声仪器原理》按教学计划，理论36学时，实验3学时，课时非常有限。讲授内容需突出重点，去粗取精，点面结合。其次，生物医学工程专业的主要目标是培养医学仪器的操作人员、维护人员、销售人员、设备管理人员和研发人员，授课过程中要既重基础又结合实际。综合各方面因素考虑，我们选择西安交通大学万明习教授主编的《生物医学超声学》作为教材。该书是目前国内对医学超声学的基础理论、关键技术及超声新技术发展介绍最为全面的一本专著，但内容较多且难，并不完全适用于39学时的本科教学。因此，在教学过程中，我根据实际需要对其内容进行了相应筛选调整，并结合具体超声仪器实例进行授课，真正做到既重基础又结合应用实际。
　　具体课程内容归结为如下8个章节［１］。（1）绪论：介绍医学超声仪器的分类，发展历史、现状及趋势。（2）医学超声的物理基础：介绍描述超声波的重要物理参数，超声波的传播特性、波动方程、多普勒效应，超声波的生物特性及安全剂量。（3）医用超声换能器：介绍压电效应及压电材料特性，医用超声换能器的种类与结构、声场的形成与分布。（4）超声成像基本原理及性能指标：介绍脉冲回波法成像原理，A、B、M型超声诊断仪及其异同点，超声信号形式及其特征，超声诊断仪的基本结构及主要指标。（5）超声波束的发射、聚焦与控制：以B型超声诊断仪为基础，介绍多阵元超声换能器的组合发射方式，超声波束的聚焦、扫描方法及控制手段。（6）超声波束的接收、预处理与DSC数字扫描变换器：介绍B型超声诊断仪超声回波信号的前置放大、接收多路转换、可变孔径技术、相位调整技术、增益控制与动态滤波、对数放大、检波与勾边技术，以及DSC数字扫描变换器。（7）超声多普勒血流测量与成像：介绍多普勒血流测量的基本原理，所需提取的主要参数，血流速度大小及方向的检测方法，多种多普勒血流仪系统和各自距离选通的原理，彩色多普勒血流成像的基本方法和原理。（8）其他医学超声技术及发展：介绍超声治疗技术、超声显微技术、超声CT，以及医学超声研究的新进展。
　　1.2实验设置
　　由于条件限制，目前本课程仅设置3个学时实验，目的是指导学生熟悉B型超声诊断仪的操作。在教学实践的第一学年，我们采取的是以学生为检测对象，指导学生完成对颈部主动脉、肝、肾的纵向和横向扫查，并对图像进行分析，但是教学效果不很理想。原因有两个：一是虽然学生有一些解剖学基础，但是实验中让其独立准确找到解剖学位置仍有一定难度；二是教学资源有限，男女生同组，实验过程中进行腹部检测时难免尴尬，学生积极性难以调动。因此在第二学年，我们借鉴了其他高校的经验［２］，将检测对象由人换成熟鸡蛋，不仅可以形象地显示超声波在不同介质中的传播特性，而且很容易探测到熟鸡蛋的蛋白与蛋黄的切面图，避免了上述两个问题的存在。同时还可引导学生向鸡蛋内注入色拉油等物质，模拟组织内部发生病变的状况，极大地提高了学生的学习兴趣，教学效果鲜明、生动、直观。
　　2.多种教学方法与手段的有机结合
　　多媒体为主、板书为辅的教学方式的运用。随着计算机应用的普及，具有方便、快捷、高效特点的多媒体教学方式已成为高校教学的主要模式，并为高等教育改革带来了新的契机。多媒体教学方式综合利用了文字、图片、动画、视频等资源，因此在讲授一些抽象难懂的知识点时能更形象、直观，在活跃学生思维、激发学生学习兴趣上作用显著［３］。但是也存在一定的弊端，比如信息量大、节奏快，学生难免跟不上进度，只能被动接受，缺乏必要的思考过程，容易疲劳甚至产生抵触情绪。在多媒体教学的基础上，辅以传统的板书，则可以有效解决这些问题。特别是在讲授知识重点难点的时候，学生可通过教师板书的间隙思考或者记笔记，加深对知识的理解。
　　针对教学内容，灵活应用多种教学方法。例如，采用启发式教学，在每一章节授课前先根据教学内容针对性地设置几个问题，让学生带着问题听课，在课堂中寻求答案，变“填鸭式”的被动学习为主动学习。再例如，在第5—6章讲授B型超声诊断仪时采用案例教学法，引入阿洛卡SSD-256型的B超仪为例子，每当讲授完基本原理后即以该机型为例引导学生对其相应部分的电路进行分析，提高学生理论联系实际的能力。同时，为了培养学生的学习兴趣，可利用介绍本学科的发展动态，国内外重大研究成果、新方法、新应用等内容来激励学生，让他们充分认识到这门课程的实用性和重要性。
　　构建网络教学平台，积极加强师生交流。将课程教学大纲、进度表、课件、课后练习、课程通知等教学资源及时在网页发布，方便学生课后浏览下载；设置课后互动模块，方便学生提问交流；设置超声百科模块，方便学生了解学科前沿发展动态。网络教学平台的使用，提高了教学的灵活性，增加了师生之间的互动，获得了学生很高的评价。
　　3.存在的问题及解决思路
　　经过两个学年的教学实践，我在《医学超声仪器原理》课程的教学中已积累了不少经验，也存在不足之处，其中最突出的是实验教学内容略显单薄。针对这一问题，我已着手解决，将在原3个学时实验的基础上再设置相应的开放性实验，如生物组织超声参数的测量与估计、单阵元圆形超声换能器辐射声场分布特性测试与分析、彩色超声多普勒血流仪的操作及数据分析等［４］。所设计的实验项目将与课程教学内容密切结合，进一步有效地增强教学效果。
　　4.结语
　　医学超声仪器原理涉及多个学科，内容较为抽象，且课时量有限，因此教学难度较大。我在教学过程中根据本专业的实际需求，以着重培养学生的实践能力和创新意识为目标，结合教学体会和学生的反馈信息，从教学内容优化、教学手段、教学方法等方面入手，经过两年多时间的实践，取得了较好的教学效果。
　　
　　参考文献：
　　［1］万明习.生物医学超声学［M］.北京：科学出版社，2010.
　　［2］陈艳霞，孙媛，柴英，王桂莲.医学物理学B超实验的新探索［J］.中国科技信息，2009，20：193.
　　［3］胡晓燕.浅析多媒体教学的利与弊［J］.中国医学创新，2011，8（5）：146-147.
　　［4］万明习，宗瑜瑾，王素品，陆明珠.生物医学超声实验［M］.西安：交通大学出版社，2010.
　　
　　本文由浙江省新世纪高等教育教学改革项目（项目编号zc09035）及温州医学院2010年校级教改课题（项目编号JGEL20100050）共同资助。