中医影像信息化项目在医学图像处理教学的运用*

唐智贤 李 伟 姚旭峰

（上海健康医学院医学影像学院，上海 201318）

医学图像处理是医学影像技术专业的主要课程之一，其教学内容包括计算机科学、医学、物理学等多学科综合知识。课程要求学生掌握医学图像的相关概念与图像处理中的图像读取、变换、增强、分割、配准、三维重建、特征提取和辅助诊断等基本理论，在此基础上掌握医学图像处理的整体结构框架，逐渐形成观察、思考、分析和解决有关理论和实践问题的能力，并通过图像处理算法的编程来提高实践操作能力。

1 课程教学现状分析

医学图像处理技术应用广泛，使得它受到高校和科研机构的重点关注，很多高校都开设了相关课程。应用合理的教学方法来提高教学效率是各大高校共同努力的方向。海南医学院医学信息学院利用项目驱动结合微课的方式进行教学[1]，牡丹江医学院医学影像学院使用行动导向教学法提高医学图像处理方面的教学质量[2]，内蒙古医科大学计算机信息学院采用问题式教学（PBL）结合微课教学[3]，滨州医学院公共卫生与管理学院选择与生活密切相关的医学研究问题开展程序设计课程[4]。上海健康医学院属于医学院校，医学背景虽具备一定优势，但工科背景较为薄弱。当前上海健康医学院的医学图像处理课程存在以下问题：（1）理论课程公式较多，内容难懂，学生接受度较低；（2）实践教学手段单一，通常采用PPT 讲解、公式推导、课后习题等形式进行；（3）实验内容陈旧枯燥，实验教学内容多为包括医学图像显示、变换、增强、复原、重建等基本算法的验证性实验，与其他工科背景院校的差距较大。

为发挥上海健康医学院特长，课题组根据学院背景引入PBL 项目式教学法。该教学法最早起源于美国西余大学医学院，是一项典型的教学方法，主要由教师在平衡教学重点和教学难点的情况下，提出特定的实际案例，积极引导学生对这个特殊案例进行阅读思考、分析讨论，甚至给出解决方案，从而有效地培养学生的学术创新能力和实践能力[5]。PBL 教学法在医学类课程教学中广为应用多年[6]，具有不错的教学效果。该教学法的应用需关注以下3 个方面：（1）选择的案例应具有启发性；（2）教学方案设计应具备创新性；（3）教学方式应理实融合。在计算机辅助诊断部分，课程组根据院校的实际情况自主开发教学案例，创新性地提出“中医舌诊图像处理”，将中医与现代科学手段相结合，实现中医影像信息化。课程组通过提出新颖的教学教案、转变教学思维，同时采用了教与学并重的整合型教学模式[7]，以期提升教学效果，提高学生的专业能力以及培养学生对中医文化的认同感。

2 PBL教学法应用于医学图像处理教学

2.1 合适的教学案例 “望闻问切”是中医学辨证论治的精髓，而望诊又居“四诊”之首，通过望诊就可以初步了解患者的一般状态，在中医诊断中具有十分重要的地位。舌诊是望诊的重要组成部分，通过观察舌头的颜色、形态的变化来辅助诊断及鉴别患者生理功能和病理变化。然而，传统的舌诊都是由人眼观察，而不是通过数字仪器分析，难以实现舌诊的标准化、客观化和定量化，由此，计算机舌诊技术应运而生。计算机舌诊技术通常包括3 个重要步骤：（1）舌图像数据采集；（2）舌图像数据预处理；（3）舌象数据分析。顺应计算机辅助诊断的相关知识点，课程组根据院校的实际情况，引入上述中医舌诊图像处理案例，旨在引导学生使用成熟的计算机图像处理算法对中医证候的舌诊开展量化研究，自动提取舌的位置、颜色、纹理、形态等多方面的综合信息，以便发掘舌象与体质之间的关联。

首先，舌图像数据采集是中医舌诊客观化中最为基础和关键的部分，高质量的舌体图像的获取有助于后续详尽的舌象特征分析和高准确度的病理辅助研究。近些年，市面上相继出现了多种舌图像数据采集系统，但主流舌诊仪的核心部件为数字相机。由此可见，舌图像数据方便易得，普通摄像设备即可完成舌图像的采集，可操作性强。

其次，舌图像预处理是不可或缺的一个部分，由于不同的采集系统，光源色温不一，成像环境不同，成像相机型号变化，都会对采集到的舌图像产生不可估量的影响，往往需要利用滤波、色彩空间变换等算法调整图像的亮度、对比度、饱和度和尺寸等。

最后，舌图像的特征分析。舌图像的特征分析包括舌体分割、舌苔舌质分离、舌体分类等。对于舌体分割而言，由于舌体的颜色通常为红色，基于颜色空间的阈值分割法可以有效识别图像中的舌体。对于舌苔舌质分离而言，成熟的算法包括区域生长法、边缘检测法等。对于舌体分类而言，近年来，深度学习理论和相关算法得到了快速发展，像卷积神经网络、全连接网络等都可以探索舌体和体质之间的关系。

中医影像信息化的案例选择具备以下3 个特点：（1）案例涉及的知识点包括图像运算、图像分割、图像分类等，均为课程要求掌握的内容，其对应关系见表1；（2）不同于CT、MRI、超声等医学图像，舌象数据方便易得，普通摄像设备即可完成舌图像的采集，可操作性强；（3）案例与中医相关，角度新颖，紧扣前沿，能大幅提升学生的兴趣度。

表1 中医影像信息化与课程章节对应关系

2.2 创新的教学方案 目前，大部分学生较为习惯填鸭式教学，学习的主动性不强，而中医舌诊图像处理PBL 教学能够培养学生的实践能力和科研思维。因此一份系统、完整、缜密的教学方案是保证课堂效率的关键因素。为此，课程组针对不同的模块，设计了创新的教学方案。

本文以舌图像分割为例，其课程的微教案设计如下：

（1）教学目标：分析舌图像处理的基础算法原理，应用图像处理技术实现舌图像的信息化处理。（2）过程与方法目标：能够根据舌图像的特点，利用计算机技术完成舌图像的分析。（3）价值观目标：了解医学图像处理技术的发展，培养对中医文化的认同感。（4）教学方法：板书讲解、随堂讨论、机房实验等。（5）教学过程：在备课阶段，教师需准备中医舌诊图像处理的相关知识，具体包括：案例背景、核心问题、关键算法理论、参考文献等，授课过程分为2 个阶段：第一阶段让案例为理论知识服务，通过舌图像色彩均衡化、舌体分割、舌体分类等实际问题，引出所要学习的理论知识，利用多媒体教学配合板书系统化地讲授；第二阶段让理论知识为案例服务，在学生掌握了一定的算法原理后，在实践课堂将关键技术与实际应用结合在一起授课，鼓舞学生自主进行文献检索、小组讨论、舌图像采集、代码编写等工作，最后对教学效果进行评估，具体见图1。（6）课后作业：将学生以6～8 人进行分组，以小组合作的方式完成中医舌图像信息化处理，以小组的形式展示成果，并撰写实验报告。

图1 教学过程设计

2.3 理实融合的教学方式 中医影像信息化的案例具备很强的前沿性和实践性，但教学过程中不能只注重理论的讲解，教学方式创新也是十分必要的。课程以理实融合的方式，尝试使用多媒体课件、微视频、线上会议、线下讨论等实施教学，引导学生多渠道自主学习，进一步加深学生对医学图像处理相关知识点的深入理解，强化案例化教学模式的教学效果。此外，理实融合还具备以下特点：（1）理论教学教师和实践指导教师为一体。课程团队的教师不仅有丰富的医学图像处理知识，还有扎实的实践教学能力。（2）专业理论和实践操作融为一体，每开展2 课时的理论学习之后，继而进行2 课时的实践课程，在实践中加深了对理论的理解。（3）采用案例教学法培养学生实践能力。在实践课程中，课程团队采用“倾听-质疑-引导-讨论”的流程，倾听学生阐述解决方案，记录学生对关键知识点的理解和应用情况，引导学生完成中医舌诊图像处理的仿真实验，激发学生探讨计算机技术在中医学里的应用。在未来的授课过程中，更可以将导师制教学法运用其中，进一步提升教学效果。

2.4 中医影像信息化案例中的课程思政 不同于人文社科类课程，医学图像处理是一门专业性、实践性很强的课程，实施“课程思政”难度较大。引入中医影像信息化案例之后，课程组能够很容易地挖掘出思政元素，并将其有机融入课程之中，具体表现为以下2 个方面。

（1）中医学是中华民族在长期的医疗实践和生活实践中积累而成的医学理论体系，拥有数千年的历史。通过中医相关的项目，能够给学生讲好中医故事、传播中医文化、打造铁杆中医，引导学生思索中华优秀传统文化蕴涵的思想观念、人文精神和道德规范。

（2）中医影像信息化项目将当代科技文化和中医相结合，让学生切实体会现代化技术能够丰富和发展中医。项目不仅能够引导学生在科研中学会学习，更可以让学生理解科技发展的重要性。

3 结语

本文以“中医舌诊图像处理PBL 教学”为例，探讨了中医影像信息化项目在医学图像处理教学中的运用。在PBL 教学法的实施过程中，教师需要正确选择案例、精心设计教案、开展多元化的教学方式，以培养学生的分析能力、创新思维和实践能力，也有助于提高教学效率。当然，目前PBL 教学法在医学图像处理课程的实际应用中依旧存在一些不足，例如部分学生的积极性没有被完全调动起来、教师未预判到部分学生遇到的难点。该教学方法还需进行不断探索和完善，以切实提升授课的规范性和有效性。