摘要：生物医学影像学教育是生物医学工程教育的一个关键组成部分，在整个生物医学工程的人才培养中发挥着十分重要的作用。它涉及物理原理、数学推导、工程实现、影像生成、影像重建、影像建模、影像分析与临床应用等多个方面，具有综合性、理论性与实践性强的特点。随着高等教育改革的不断深入，如何结合我国生物医学工程教育目前的现状，在借鉴国外经验的基础上改进我国生物医学影像学教育是一项艰巨的任务。
关键词：生物医学工程；生物医学影像；人才培养
作者简介：林岚（1974-），男，广东潮州人，北京工业大学生命科学与生物工程学院，副教授；吴水才（1964-），男，江西九江人，北京工业大学生命科学与生物工程学院，教授。（北京 100124）
基金项目：本文系北京工业大学2013年本科教育工程校长基金研究项目（项目编号：ER2013B21）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）05-0134-02
21世纪以来，生命科学延续了自20世纪中叶以来的迅猛发展势头，在整个科技领域中的重要性日益增强。目前，全世界的生命科学在自然科学领域中的比重已经达到50%。在美国，生命科学在自然科学中所作的贡献率已达到60%。生物医学工程（Biomedical Engineering，BME）是一门综合生命科学与工程技术的交叉学科，具有综合面广和交叉性强的特点。BME是运用现代自然科学和工程技术的原理和方法，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系，是揭示其生命现象的一门综合性、高技术的学科。BME崛起于20世纪50年代初，它与医学工程和生物技术有着十分密切的关系，而且发展非常迅速，成为世界各国竞争的重要领域之一。目前美国已有60余所大学BME本科专业通过了美国工程技术认定委员会的认定。我国BME专业教育始于20世纪70年代末，1998年时，全国仅17所大学有此专业，经历近40年的发展，已有近150所高校开办BME本、专科教育。
生物医学影像学是BME学科中的一个不断发展与壮大的分支学科。[1，2]生物医学成像从伦琴1895年发现X射线开始，在100多年的时间里得到迅猛的发展，现在已拥有十多种成像模式。不同成像模式可以揭示出不同的影像学特征（如物理密度、电子密度、透射比、暗度、发射率，反射性、传导性，磁性、分子释放常量等）及它们随时间发生变化的情况。医学影像所反映出来的这些特征在时间和空间上是随着机体组织结构和功能的改变而变化的，现在生物医学影像已被广泛应用在基础科学研究、医疗诊断和评估以及治疗干预的指导之中。
一、生物医学影像学在生物医学工程中的地位
BME的重要目标之一是发展非侵入式的诊断技术用于治疗和诊断疾病。生物医学影像是一种非常有效的对结构与功能进行诊断的非侵入式技术。现在，生物医学影像学已成为现代化医院的主要标志之一，它是临床研究的一种主要工具，也是医院开展新技术、新业务的重要基础。
生物医学影像学是如此的重要，美国国立卫生研究院（National Institutes of Health，NIH）在20世纪初就改变了它们传统的疾病和器官的机构模式，建立了国立生物医学影像学与生物工程学研究院（National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering，NIBIB）。而在我国国家基金的医学科学三处，影像医学不再是BME中的一个分支，而是被放到与BME同等的地位。美国最近开展的一项被认为可与人类基因组计划相媲美的脑科学研究计划，正是生物医学影像学在神经科学领域的巨大应用。根据美国劳工部的统计显示，[3]BME专业是美国就业领域中需求增长最快的专业，从2010年到2018年预计有72%的增长，而生物医学影像学又是BME中增长最快的领域。
生物医学影像学随时间在飞速地发展，被广泛应用在临床和基本生理和生物学的研究之中。大量的新发明出现在生物医学影像领域，被用于创建新的影像模式；提高图像的空间与时间分辨率与对比度；提供更为方便使用的影像数据分析和可视化；进行远程医疗等。生物医学影像学是一门交叉学科，它的飞速发展不仅需要优秀的生物医学影像从业人员，也对生物医学影像的教育提出了更高要求和全新的挑战。如何提高生物医学影像人才队伍的综合水平，已迫在眉睫。
二、生物医学影像学教育
1.生物医学影像学从业者的变化
现代化的大型生物医学影像设备是集物理、材料、机械、电子、计算机、自动化、网络等多种技术于一体的精密仪器。它的操作、维护和保养均十分复杂，对操作者的素质要求比较高。数十年前，大型生物医学影像设备的从业者是一些受过医学图像培训的物理学家。随后，这项工作主要由本科物理专业、研究生医学物理专业的毕业生充当。而在今天，大型生物医学影像设备的操作者主要来自于BME专业毕业的本科生和研究生。BME的教育由于融合了物理科学、工程方法和技术以及生物医学，使得BME专业的毕业生极为适合生物医学影像学方面的工作。
生物医学影像学从业者的变化给人们提出了三个教育中的问题：是否所有的BME学生都需要对生物医学成像有一些基本的了解和认识？BME专业的学生需要掌握哪些生物医学影像学知识？如何使学生更好地了解、设计及使用成像系统？
2.生物医学影像学的知识结构和应掌握的基本知识
生物医学影像学的知识来自于多个学科领域，包括电气工程学、机械工程学、生物物理学、数学、物理学、材料科学、生物学等。生物医学影像学需要具备基本能量物理、辐射、辐射能量与物质的交互、硬件设计与实现、数据收集、分析和可视化、组织器官基于图像的建模、数学变换、信号和图像处理、软件工程、信息论以及高性能计算等多方面的知识。
由于生物医学影像学在BME教育中的重要性，BME的学生即使未来不从事相关的工作，他也应该学习生物医学成像和生物医学图像处理的基础课程。他们应该理解常用图像模式的基本成像原理和它们的优缺点，如何进行基本的图像分析与处理，常用模态图像的基本解释等。而未来准备从事相关工作的BME学生，则应该选择一到两种影像模式，围绕它们的具体应用进行更深入的学习与研究。
3.生物医学影像学教育中存在的挑战
在生物医学影像学教育中，存在着一些挑战阻碍着高质量的生物医学影像学教育。这些挑战包括有限的动手实践、教科书中的知识老化等。
生物医学影像学是一门理论与实践、原理与应用紧密结合的学科，实践教育可以使学生快速有效地掌握必要的基础理论、基本知识，节省时间，提高授课的效率。医疗机构对生物医学影像专业大学生的实际操作能力要求越来越高，因此，必须提高医学影像工程专业实践教学，提升学生的就业竞争力。而在生物医学影像学教育中，使用实际影像设备进行教育，往往由于安全问题和成本高而变得不可行。例如，小型x-射线管和在影像中使用的放射线核素在成本上是可行的，但它们所释放的电离辐射对人体存在安全危害，不适合在高校课堂中使用。如果不考虑安全问题，会发现一台基础的磁共振设备就需要数十万元，而且后期也存在着大量的维护费用，往往不是高校的教育经费可以承担的。当前，在医院的放射科、影像科等科室中，现代化的大型生物医学影像设备被广泛地采用。而在大学的实体教学中，学生却往往没有机会接触这些设备，这就造成了教学与实践环节的脱节。另外，生物医学影像学是一个高速发展的领域，每隔五到十年都会有较重大的突破。而在教学中教材的建设是一个较长期的过程，一本教材往往需要数年才能成形，这就导致了有时教科书和其他教育资源还没出版就有些过时了。
4.生物医学影像学教育中的资源
在生物医学影像学教育中，网络可以为学生与教师提供了一个开放、共享与实时的资源平台，大量的不同影像模式和针对不同的生物医学应用的影像被放在网络上共享，这就使得学生们可以更好地理解图像形成的方式和认识如何根据工程和科学的需要生成图像，从而将抽象概念形象化、具体化。一个在线的超声波教程被证明在帮助BME学生学习超声波的基本知识上比常规教程更为有效。[4]当前，在课堂中使用真正的成像设备是有一定难度的，而影像设备模拟器则是课堂学习一种非常有用的辅助手段。仿真大脑数据库[5，6]可以根据磁共振设备扫描参数的不同生成T1、T2以及PD模式的大脑磁共振图像。美国的MedSim公司也直接提供了超声图像仿真仪用于实体仿真。在教学过程中，应加强实验室、实习基地、模拟器、网络资源等实验实践教学平台建设，提供给学生一些重要的电子资源，便于学生课外自学，巩固知识，巩固基础性、实用性、稳定性的实践教学资源。
根据教育技术的发展，对教学方式、内容与手段等进行改革。从过去的以教师传授，学生被动接受知识向以学生为主体，增强对学生创新意识和动手能力的培养、应用与综合能力的培养，教师积极引导的方式转变，构建良好的学习与交互平台，培养学生主动探索和高级思维的能力，广泛而深入地参与到教学过程。
5.生物医学影像学教育中的教学方法的改进
生物医学影像学的教学不再是以课堂灌输为主，传统的教学模式必然会导致教学质量和学生学习积极性下降，它的改革势在必行。如何高质量地完成现代医学影像学的教学成为摆在教师面前的一项艰巨的任务。[7，8]
学科的迅速发展与实际应用的需求产生导致生物医学影像学技术也不断创新，新的理论、新的方法被应用于生物医学影像学领域，如多模态成像系统的出现，从解剖图像到功能图像，从宏观的组织结构影像到微观的分子影像，成像技术与手段不断更新等。随之，也出现了一些新的生物医学影像处理方法，包括图像的融合、三维图像分割、图像动态跟踪、分子影像分析等。教师的科研方向及课题都具有一定的前瞻性，采用的理论与方法较新。教师可结合具体的项目，实施“产学研”结合，根据所在领域的国内外研究动态，以专题讨论或穿插于课堂教学的方式，及时跟踪学科发展动态，将最新的知识与先进技术介绍给学生，使其掌握本学科最前沿的学术思想与专业知识。此外，宜结合国内外医学影像乃至生物医学工程产业的现状与发展，分析国内相关技术水平与差距，使学生能从宏观上把握学科知识与相关产业发展情况。
三、小结
生物医学影像学教育是BME教育的一个主要重点领域。在可预见的未来对生物医学影像学从业人员会有越来越多的需求。发展日新月异的生物医学影像学领域，需要有效和高效的教育技术为从业人员的持续高效增长提供动力。旧的教学内容和模式已不能适应新的要求，面对21世纪医学影像的发展，要顺应时代，推陈出新，从教学方法和教学内容不断地更新，用新的内容与知识充实学生，加大动手学习练习，模拟器和网络应尽可能纳入到基础的学习，提高教育的有效性，通过不断努力，以培养更多的生物医学影像学专业人才。
参考文献：
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[4]Nguyen JD，Paschal CB.Development of online ultrasound instructional module and comparison to traditional teaching methods[J].J.Eng.Educ.，2002，91（3）：275-283.
[5]Collins DL，Zijdenbos AP，Kollokian V，等.Design and Construction of a Realistic Digital Brain Phantom[J].IEEE Transactions on Medical Imaging，1998，17（3）：463-468.
[6]Kwan RK，Evans AC，Pike GB.MRI simulation-based evaluation of image-processing and classification methods[J].IEEE Transactions on Medical Imaging，1999，18（11）：1085-1097.
[7]文戈，张雪林，李颖嘉，等.医学影像学教学改革探讨[J].山西医科大学学报（基础医学教育版），2006，8（3）：293-295.
[8]姜志荣，侯英，王进庆.医学影像学教学的现状与改革[J].青岛大学医学院学报，2007，43（6）：549-551.
（责任编辑：王意琴）
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