医学院校《核医学仪器》课程的教学探讨

王璐瑶

（苏州大学 医学部放射医学与防护学院，江苏 苏州）

一 引言

核医学是核技术的医学应用，作为一门新兴学科，已成为医学现代化的重要部分。其包括临床核医学和基础核医学，临床核医学又分为诊断和治疗两大方面，其中诊断核医学（核医学显像）为临床核医学最主要的工作内容，以体内显像为重点。核医学具有多学科交叉特点，综合了核物理、核电子学、计算机科学、核化学和放射化学、放射性药物学和生物学等现代科学技术，它与工程技术有着十分密切的关系。

核医学显像基于放射性核素示踪技术，可无创、定量、动态显示出放射性核素在生物体内的分布，从而反映出生物体内的化学反应和生理活动，洞悉到细胞分子水平的病变，因此在肿瘤、神经疾病和心血管疾病的早期诊断、治疗规划、疗效监测与评估有独特的应用价值。其与临床常见的解剖结构影像技术如X-ray、核磁共振、超声等相互补充，大大改善了对疾病的诊疗效果。故核医学显像作为分子成像技术的重要组成部分，已是精准医学时代的发展重点。

《核医学仪器》课程是医学院校核医学方向的一门专业基础课，讲解医学中的核仪器基础知识。开设本课程是为学习核医学的主干课程《临床核医学》奠定基础。通过理论教学和实验示教，使学生了解核医学显像核素伽马能谱的形成原理，熟悉核医学显像仪器的工作原理及核医学图像的数据处理，为以后从事临床诊断打下坚实基础。该课程涉及的基础理论概念较多，综合了核物理、放射化学、药学、物理、数学、电子学、计算机等多门类学科知识，医学生学习较为吃力，对此课程的学习缺乏兴趣。

本文从课程大纲设计以及教学方法两方面入手，进行课程的教学探索，以培养医学院校学生的理工素质，提升学生的学习积极性和热情。

二 以应用为目的教学大纲设计

我们明确医学院校的《核医学仪器》基础理论教学的主要目的是培养医学生的核医学仪器技术应用能力。因此，我们设计了如下的课程大纲及教学内容：

（1）核医学基本概念、显像核素及γ能谱：学习核医学定义及工作内容；对同位素示踪和核医学显像核素有一定的认识，掌握显像核素的几种来源；并掌握γ射线与物质作用的三种形式（光电效应、康普顿散射、电子对生成），对γ能谱特别是光电峰有全面的认识，掌握能量分辨率的概念和脉冲幅度甄别选择光电峰。

（2）伽马相机、单光子发射型计算机断层成像设备（SPECT）、正电子发射型计算机断层成像设备（PET）：系统掌握临床常见核医学显像仪器伽马相机、SPECT和PET的工作原理，结构，核医学图像重建的原理和主要的两种算法思路（反投影与滤波反投影、迭代重建），以及空间分辨率、灵敏度、对比度等关键性能指标的物理意义以及临床价值。

（3）核医学图像处理：掌握核医学显像仪器的主要数据采集方式（静态扫描，动态扫描，门控扫描，表模式/帧模式，断层扫描，全身扫描，双核素扫描）；了解核医学图像的融合、数据的显示和处理。

授课初期，我们会给学生们讲解解学大纲中的“掌握、熟悉、了解”三个层次的认知要求。并以作选择题为例，帮助学生更好地理解这三个认知要求：遇到问题能分析出正确答案，表明“掌握”；基于列出的各个选项能找到正确答案，表明“熟悉”；在各个选项之间犹豫、拿捏不定、反复考虑后找出正确答案，就只是“了解”[1]。每个章节讲解时，我们都会先告知该部分的教学要求，明确列出要点有哪些，每个要点的认知要求是什么。这样，学生能带着目的去学习，达到预期的教学效果。

三 教学方式的改革

核医学仪器属于工科知识，医学生学习比较枯燥，难于理解，因此，需要研究适合医学生认知的课堂教学办法。

（一） 因材施教

核医学专业的学生缺乏线性代数、物理、计算机、电子、信号处理等与本课程相关的知识体系，而核医学仪器课程包含了大量的物理概念以及各种各样的算法，教学中很容易让学生感到枯燥，且理解困难而失去学习兴趣。

针对此问题，我们采取注重医工结合的教学，从临床切入来讲解新知识，例如，在讲解PET这一部分时，从典型的PET临床应用案例出发，让学生了解到PET仪器在癌症、心血管及神经疾病方面早期诊断的能力，首先让学生建立起PET这一典型的核医学仪器的临床价值的认识，激发学生学习PET原理的兴趣。

同时，在给医学生灌输相关的理工类基础知识时，我们会将难点分解到相关几个章节讲解，而不是集中一次讲完，且会不断重复，根据认知过程逐渐深入。将难点分散和重点重复的两种方法结合起来有较好效果[1]。以核医学图像重建原理的讲解为例，如果在一次课中讲完，学生难以接受和理解。于是在讲伽马相机部分时，通过准直器的学习让学生理解投影的概念，接着从伽马相机的平面图像讲解平面投影，当课程进行到下一部分SPECT时，再从面投影拓展到三维投影。

（二） 注重基于问题教学模式的应用

从问题出发的教学，不同于以课堂灌输为主的传统教学模式，其以学生为中心，能吸引兴趣，引导学生发挥出主观能动性和创新性，是“科学发展观”下培养高素质人才的教育理念[2]，其同样适用于培养医学生的理工科素质。

针对医学院校学生的专业特点，我们在课堂中贯彻基于问题的学习。授课时，我们先通过设置问题来激发学生的好奇心和积极性，引导学生对该问题进行思考、讨论和分析，再讲解原理，最后总结。这种方式激发学生兴趣的同时，引导学生在问题提出的基础上总结分析，通过让学生独立思考、发散思维[3]，帮助学生深刻理解所学知识，在改善教学质量方面具有重要实际应用意义[4]。例如：

（三） 吸引学生注意力的问题

核医学仪器基于放射性核素示踪技术和辐射探测技术，对静脉注射或口服注入生物体内的放射性药物在体内的空间分布信息进行成像[5]，能无创、定量、动态地反映生物体内的新陈代谢情况[6]。任何疾病的发生、发展，本质上都是从生命活动的异常开始，逐步积累、加剧，最终引起器质性损伤的过程。因此，许多疾病在器质性损伤的解剖学结构发生改变之前，就已经能够被核医学仪器检测出来[5]。为了让学生更好地理解以PET、SPECT为代表的功能影像与CT、MRI为代表的解剖结构影像的区别，在课上我们首先给出了两组人脑的影像学图像，请同学们思考哪一组反映的活体影像，哪一组反映的是非活体影像，然后通过讲解功能影像的概念，以及放射性核素示踪技术，让学生清楚地辨别出不同成像模式下的图像，也深刻理解功能影像的独特优势，在临床中进行疾病早期诊断的价值。

（四） 引导学生加深理解的问题

在讲PET章节时，我们提出核医学影像仪器哪些可以做多核素成像应用的问题，引导学生思考，通过回顾前面章节伽马相机和SPECT的内容，与正在学习的PET成像原理进行对比，加深对核医学仪器中两种成像原理的理解，有助于学生将新旧知识融会贯通，加深对知识的全面理解，形成系统化的核医学仪器知识体系。

（五） 教学信息化

核医学仪器课程中的很多内容比如探测理论及算法等都相对抽象，而医科类学校学生的理工知识相对较弱，这些内容对于他们而言，往往难以理解或掌握。当学生在学习上有困难时，容易因畏难、感觉枯燥而失去学习兴趣。针对这种情况，我们运用多媒体课件，以文字为基础，在重点内容以不同颜色示意，并配合图像、动画，将一些重要理论及算法原理用鲜明且具体化、形象化的形式呈现，帮助学生理解和掌握，以改善教学效果。

例如，我们在讲核医学断层成像的图像重建算法时，如果采用文字叙述，学生听起来没印象、没概念，算法在他们头脑中难于理解。采用多媒体教学，通过图解的视觉刺激，可非常直观、清楚地看到反投影算法进行图像重建时高本底噪声产生的过程，帮助了学生加深理解这一算法的原理和局限；并通过动画示意反投影重建加上滤波后是如何消除边缘模糊干扰的过程，让毫无信号处理基础的学生也能对上述知识理解。再例如，在讲解伽马相机探测器的结构时，首先给学生们放了一段视频，视频中展示了注入人体的放射性药物发射出的γ光子，被探测器最前方的准直器限束后，只有沿着准直孔飞行的γ光子打在晶体上；随后，γ射线与晶体产生相互作用，主要发生光电效应将能量沉积下来转换为可见光光子；可见光光子再进入到光电倍增管，先是到光阴极上打出光电子，再经过8～12个打拿极的连续倍增，产生一个放大的电流脉冲；最后脉冲信号被输入到计算机处理，最终形成核医学图像。学生跟随着视频，理解了伽马探测器对γ射线的探测过程以及探测器各主要结构和作用。

（六） 突出能力培养

作为一门理论与应用相结合且多学科交叉的专业基础课程，核医学仪器主要目的是培养医学生的核医学仪器技术应用能力，我们认为应将其理论的学习与临床应用关联起来，培养医学生的应用能力，是课堂教学是否成功的关键[7]。因此，我们教学中会突出理论教学与应用的结合，在临床常见核医学显像仪器伽马相机、SPECT、PET三部分内容理论讲解时会在课件中贯穿一些临床影像实例及应用案例，帮助学生强化应用意识和培养综合应用能力。例如：在将PET仪器原理前，先给出PET在癌症和神经系统疾病的诊断、疗效评估、基础研究、药物开发的典型应用实例，让学生首先认识到PET的临床价值，是精准医学时代的重要手段，继而对PET产生学习的兴趣，跟着我们去理解PET的成像原理和系统结构，是如何实现对细胞分子水平的病变信息的高灵敏度获取；在讲解PET系统的关键性能指标时，会从一些临床案例出发与学生一起讨论仪器所需的性能指标，比如脑成像应用时，我们会更关注空间分辨率的指标，动态成像时需要灵敏度高，使得学生更好地理解这些指标的物理意义以及会对应用产生的影响；在理论讲解完后，会再引入临床应用案例作为总结，让理论的学习回归应用，以应用实践为落脚地。

课程与职业发展的关系是当今大学生们关心的热点问题之一[8]。因此，我们在课堂上加了对核医学行业的相关介绍，让学生了解精准医学时代下，核医学显像为代表的分子影像技术是当今乃至未来的发展重点，并介绍了核医学仪器在中国、欧美、日本的应用状况及医疗器械公司情况，让学生了解到在中国广泛推广核医学技术的时代已经到来，且设备国产化率持续上升，但从业人员巨大缺口是发展瓶颈，且发展不平衡。在临床常见核医学显像仪器伽马相机、SPECT、PET三部分内容理论讲解时还会加入这些仪器技术的国内外最新发展趋势和前沿应用，如飞行时间技术（TOF）、最先进的多模态分子影像设备PET/MR。通过这些与行业、发展方向相关的讲解，有利于开阔学生的视野，对于提高教学质量和学术水平也十分有益[8]。

四 结语

核医学仪器是医学院校核医学方向的一门专业基础课程，涉及多学科知识。基于提高对医学生的课程教学水平，本文对课程的教学进行了探索研究。明确教学的主要目的是培养医学生的核医学仪器技术应用能力，使医学生毕业后能进入医院从事核医学临床相关工作，以必需、够用为度设计了课程大纲。并针对医学院校学生的理工知识相对较弱的情况，在教学方式上进行了改革，通过基于问题的学习引导学生思考和分析以及信息化的教学手段，激发学生的求知欲，帮助学生深刻理解所学知识；并突出能力培养，注意将理论教学与实际应用相结合、与行业相关联，同时增加了技术的发展方向和前沿应用介绍，开阔了学生的学术视野。我们在《核医学仪器》课程的教学探索可使医学院校的学生掌握所需的核医学仪器知识，从而为其以后的核医学临床工作打下良好的基础。