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申明:本网站内容仅用于学术交流,如有侵犯您的权益,请及时告知我们,本站将立即删除有关内容。 摘要:利用广泛应用的网络学习空间平台,建立基于比较影像学整理的医学影像诊断学案例库,用于各专业医学影像学、医学影像诊断学的理论和实践教学、教师备课、自主学习等。 关键词:网络学习空间,比较影像学,医学影像诊断学,案例库
医学影像诊断类课程包括医学影像学、医学影像诊断学,是一类以X线、CT、MRI、核医学、超声诊断学、介入放射学等多种影像资料为基础,结合临床资料对各种疾病进行诊断或治疗的综合学科,是医学影像诊断和技术专业的核心课程,也是临床医学、康复医学、护理学等专业教学中十分重要的临床应用学科。
比较影像学是指对疾病的影像诊断采用最有效、最能获取准确诊断价值的优先的影像诊断的方法 [1]。其目的一是为了更准确地诊断和鉴别疾病,二是为了更合理地选择影像检查方法,目前在医学影像诊断类课程中应用较多,其强调增强学生发现问题、分析和解决问题的能力,在不同的专业教学中其内涵侧重点不同,我们在理论和实践教学中,均十分重视比较影像学的教学模式。
医学影像案例是医学影像诊断类课程理论和实践教学中必不可少的一类教学资源,也是学生在校学习和走上工作岗位继续教育十分重要的学习资源,为了满足各专业的教学需要,我们基于网络学习空间建立了比较影像学教学案例库,用于日常理论和实践教学,教师备课和学生自主学习。
1、比较影像学案例库的内容
该案例库按照卫生部“十一五”规划教材--人民卫生出版社出版,白人驹、张雪林主编的《医学影像诊断学》(第三版)教材目录大纲收集各系统各检查技术常见疾病的影像案例,具体包括以下内容:一般资料(包括性别,年龄),临床资料(包括既往病史,临床症状,实验室检查),X线、CT、MRI等影像图像,影像报告和病理结果。
2、比较影像学案例的来源
2.1、由影像专职教师、各影像医师于教学和临床影像诊断工作之际精心挑选病例,病例挑选原则如下:正常案例、典型病例、不典型病例、易漏诊误诊病例,有病理结果的优先;以JPG格式由PACS导出,注意选择消除患者信息的格式保存,以保护患者隐私;确保在窗宽窗位最合适的情况下保存,部分案例需要调节成多个窗的图像并一一保存;同时收集患者一般资料、临床资料、影像报告和病理结果(如果有),影像图像要求至少包括同一病人同一病理时期X线、CT、MRI或其他检查技术中的至少两种影像检查图像,或者同一病人检查技术不同病理时期的影像图像。该途径来源稳定,资料齐全,图像质优,日常工作中可按系统积累大量影像资料,是主要的来源。
2.2、依托外院兄弟单位和走上工作岗位的学生按上述方法收集优质影像案例,该途径是优质案例的补充手段之一。
2.3、收集网络免费散在影像资料,包括各大影像论坛,微博,微信等。该途径可获取大量优质少见病例。
3、创建案例
将收集的每一例患者的资料按以下资料顺序用Microsoft Office PPT做成一个独立文档:
3.1、 PPT封面:系统+疾病名称+编号;
3.2、患者一般资料:性别,年龄,临床症状,必要的实验室检查;
3.3、患者影像资料:按检查顺序,一般是X线―CT―MRI,或平扫―增强,或治疗前―治疗后;或同一检查方法不同检查时间顺序,每一张图片使用一页PPT页面显示,以最大程度保留信息细节。
3.4、患者影像报告:包括影像描述和影像意见,每一个独立的检查后附完整检查报告。
3.5、病理结果:包括病理描述和结果。
4、建立网络学习空间案例库
将收集制作的PPT格式的比较影像学案例,使用绿色软件pfDesktop制作成swf格式文档,按《医学影像诊断学》目录顺序按系统上传网络学习空间,并按专业以课堂魔方的形式呈现予学生和老师。建议将PPT文档转换为97-2003格式以保证成功转换。
5、案例库建设平台
我校建设数字化校园,为所有在校师生创建了世界大学城网络空间学习平台账号,构建了全院范围的学习平台,也是师生教与学的交流平台,该平台可上传大量文档、图片、视频资源,并以多种多样的方式组建后呈现于师生,如多维课件,课堂魔方等,并可布置和批改作业,通过留言讨论区可实现师生交流互动。(笔者网络空间链接:http:///SpaceShow/Index.aspx?uid=655775)
6、比较影像学案例库的应用
6.1、理论授课:应用于医学影像诊断和技术专业的专业课《医学影像诊断学》,临床医学、康复医学、护理学等专业的《医学影像学》等影像诊断类课程的理论教学,我校理论授课的多媒体教室配置的计算机均可在线浏览网页,理论课授课时可登录网络空间使用该案例库里的案例实施案例式教学和比较教学法。
6.2、实践授课:应用于医学影像诊断和技术专业的专业课《医学影像诊断学》,临床医学、康复医学、护理学等专业的《医学影像学》等影像诊断类课程的实践教学,我校配备了两间交互式阅片实验室,配置了50套交互式阅片系统,并连接上了网络,实践课期间可打开网络空间在线浏览指定的案例,以分小组讨论,小老师讲课等形式进行实践课的授课。该实验室属于开放实验室,学生课余可自由使用自主学习。
6.3、教师备课:教师可利用里面丰富优质的病例备课,制作成精致美观的PPT课件或形式新颖的微课视频用于课堂授课,还可根据案例库灵活设计练习题和试题。
6.4、学生自学:丰富的案例资源可满足学生自学的需求,同时提高学生主动获取学习信息的能力。走上工作岗位以后,学生自学的需求更甚于在校期间,案例库作为在线资源库,可恒久反复使用。
6.5、影像医师自我提高:少见案例、易漏诊误诊案例和不典型案例可帮助影像医师接触和学习临床工作中没见过或少见的案例,吸取漏诊误诊的教训,认识不典型案例的表现,从而提高影像诊断水平。
7、讨论
目前医学影像诊断类课程的理论教学已广泛使用多媒体教
学,实践教学作为该类课程非常重要的一个环节,不同院校均十分重视,采取多样化模式,大多数医学院校还是以传统教学模式为主,也有部分院校已经开始探索基于 PACS 的影像教学系统[2]。虽然PACS现已广泛应用于临床,运用其开展影像学实验教学已成必然,但由于经费紧张,医学专业学生数目众多,目前国内还没有一所院校建立了可以基本满足医学专业学生需求的PACS教学实验室[3]。我们结合自身特色,仍采用胶片教学和电子图片教学相结合的方式进行教学。
我校建立了覆盖全校三个校区的数字校园网,医学实验实训中心配备了可真正实现师生双边互动的交互式阅片系统。校园网和阅片系统的建设,为教学现代化提供了坚实的基础,但信息资源的匮乏,使其难以发挥应有的作用,教学资源库的建设迫在眉睫。
我们工作之余收集了各类满足要求的比较影像学案例,质量优良,制作相对容易,教学价值极大,充分利用现有成熟的数字化平台和现有先进的交互式阅片系统,简化了教师备课程序,改进了教师上课的模式,使得各种教学方法得以顺利实施,学生可免费在校学量优质正常和典型影像案例,走上工作岗位后可进行自主继续教育,网络学习空间的留言讨论区便于师生交流互动,影像医师学习易漏诊误诊案例及少见病例可提高影像诊断水平。
下一步我们将尝试进一步构建试题库、微课库等其他新的教学资源,进一步完善数字资源库,更好地服务师生和临床。
参考资料:
【1】侯先存.比较影像学在核医学中应用的研究[J].医学理论与实践.2012,25(16):2062-2063.
【2】马奎元,张会如,董睿,等.基于PACS的医学影像教学系统的现状及策略[J].中国高等医学教育,2010,(10):45-46,92.
【3】 吴少平,白琛.我国临床医学专业本科《医学影像学》教学状况调查分析[J].成都医学院学报,2009,4(2):147-148.
[作者简介]钱春野(1956-),男,江苏盐都人,盐城卫生职业技术学院影像系主任,副教授,研究方向为高等职业教育及基础医学;李仕红(1979-),男,江苏如皋人,盐城卫生职业技术学院医学技术系副主任,讲师,研究方向为高等职业教育及神经病理;李玉华(1963-),男,江苏建湖人,盐城卫生职业技术学院副院长,副教授,研究方向为高等职业教育及解剖学。(江苏盐城224006)
[课题项目]本文系2007年江苏省教育厅高等教育教改立项研究课题“‘影像解剖学’课程综合化模块的设计与教学实施的研究”的研究成果之一。(项目编号:2007JSJG284)
[中图分类号]G642.3[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2012)12-0158-01
在医学影像技术事业快速发展的今天,对该专业教学模式进行科学、深入的研究,已关系到医学影像技术人才培养质量的提高和健康发展。高职院校模块化教学是基于工作过程的以能力为本的教学模式,实施模块化教学,能促进学生自主学习、主动发展,把知识寓于能力训练之中,创设真实的学习情境,强调教、学、做一体化,教师由学术型向技术型转变,强化专业实践能力。这些符合高等职业教育事业发展的本质,使模块化教学模式成为当前高等职业教育教学模式改革的重要选择之一。
一、目前高职院校医学影像技术专业课程体系存在的主要问题
1.沿用传统的本科院校课程体系。本科院校的课程体系完整,一般由文化基础课、专业基础课、专业课三大模块构成。但这种课程体系学科界限明显,不利于学生将理论和实践紧密结合,造成学生的实践动手能力不强,最终达不到用人单位对医学影像技术人才所提出的高要求。
2.课程结构随意化。部分高职院校在具体课程设置时未根据培养目标、岗位人才规格的要求,只考虑本校的师资、实训条件等,随意增减课程或课时,从而造成课程结构随意化。
3.理论课程与实践课程的比例欠妥。高职教育要培养高素质应用型的专门人才,重视学生实践环节,加强动手能力的训练是一个关键。医学影像技术专业实践课程与理论课程由于受到总学时的限制,在学时的构成比例上侧重在课堂理论教学方面,在一定程度上削减了学生动手操作、体验技能的能力。
二、模块化课程结构构建的依据
1.依据高等职业教育的特点。高等职业教育是我国高等教育的重要组成部分,其关键词在于“高等”和“职业”。“高等”一词使之赋予了与普通职业教育的区别,在教育别强调“高素质应用型专门人才”的培养;“职业”一词使其区别于普通高等教育,它面向的是学生的职业岗位教育,强调所学知识的针对性和实用性。要求高职教育的课程体系突出职业能力的培养,有针对性、应用性和实践性,重视运用知识解决问题的能力。
2.依据学生个性化教育和终身化教育的要求。高等职业教育力求促进学生全面发展,注重学生个性化的发展。高等职业教育成就的不仅仅是学生的谋生教育,更要关注学生毕业后的终生教育,因此,在进行课程模块化结构体系构建时,应该将课程结构与学生的个性化教育和终身化教育紧密结合起来。
3.依据用人单位、岗位能力对医学影像技术人才的需求。用人单位的需求、岗位能力的基本要求是医学影像专业课程结构构建的直接依据。根据用人单位对人才的要求,进行模块化课程结构的构建,才能保证我们的人才培养不会偏离方向。
三、医学影像技术专业模块化课程体系的构建
模块化课程体系构建的总体思路是瞄准培养目标,以职业岗位(群)所需要的素质能力为导向确立知识结构,结合职业资格标准为依据构建课程体系,在校院合作的基础上构建情境化的实践教学体系,并以工学结合为主要手段开展教学活动,充分体现高职教育的任务、性质以及质量和特色。
1.调查分析医学影像技术职业岗位(群)。结合本院实际和区域经济发展的要求,我们将医学影像技术专业的培养目标定位为:培养具有良好的职业道德和敬业精神,具有较强的学习能力、科学思维能力和分析、解决问题的能力,具有必备的医学知识,熟练掌握医学影像技术的基本理论和操作技能,从事临床影像检查技术工作的高素质应用型医学影像技术专门人才。
我们成立了专业指导委员会,根据培养目标要求,组织专业带头人和行业专家深入医技一线进行调查研究,明确医学影像技术专业的职业岗位(群)。结合调研结果分析、确定胜任这些职业岗位(群)工作所必须具备的素质与能力。
我们将医学影像技术专业的岗位分为:医学影像技术岗位、放射治疗技术岗位、医学影像设备维护岗位、医学影像设备营销岗位。根据这些不同岗位列出其必备的素质和能力,具体分为一般能力、专业能力和关键能力。一般能力包括思想品德政治素质、体育能力、英语和计算机应用能力;专业能力包括各种常见影像设备的操作技术能力、医学影像检查技术能力、射线防护能力、设备的日常维护和管理能力、设备的营销与生产技术能力等;关键能力包括职业行为能力、创新思维能力、分析解决问题能力、继续学习能力、科研基本能力、生存发展能力、与人合作能力、就业创业能力等。
2.结合岗位要求和职业资格标准,构建模块化课程体系。针对医学影像技术专业各岗位的具体要求以及现行国家职业资格标准,本着“够用、实用、应用”以及“毕业即能上岗、上岗即能操作”的基本原则,通过课程整合和内容综合,形成“人文素养”“专业基础”“专业技能”“技能拓展”和“技能应用”五模块课程体系。通过“人文素养”模块,提升学生的一般能力;通过“专业基础”和“专业技能”模块,提升学生的专业能力;通过“技能拓展”和“技能应用”模块,提升学生的关键能力。
以“专业技能”模块为例,将医学影像技术职业岗位(群)所涉及的岗位工作过程和相应的放射技师资格标准所要求的知识、技能、素质分解到相关的课程中,把岗位工作过程所需的素质能力要求和职业资格鉴定的每一个考核点编入课程标准之中,成为教学内容的重要组成部分。将岗位工作过程所需的素质能力要求与职业资格标准有机地统一起来,使教学内容和教学进度的安排与职业资格证书鉴定的内容、要求相一致,与学生将来从事的岗位工作过程所需的素质能力要求相一致。
3.校院合作,情景实训,突出工学结合在实践教学体系中的应用。在医学影像技术专业“五模块”课程体系的构建中,加大实训课程的比例,加强实训场所的建设,为“教、学、做”一体化的实施提供强有力的保障,对学生动手能力的提高发挥巨大的作用。同时,构建岗位实训、顶岗实习的递进式实践考核标准体系,即岗位实训技能考核实习准入技能考核实习中期技能考核毕业前综合技能考核。学生在岗位实训、顶岗实习中必须通过考核才能进入下一模块的学习,不合格者需要继续学习,直至通过。
四、医学影像技术专业模块化课程结构体系的特点和优势
该专业“五模块”课程体系的构建经实践检验我们总结出如下特点和优势:(1)针对性强,有利于学生更好地适应临床影像岗位(群),拓宽学生的就业面。(2)扩展性好,能很好地应对扩充的新技术新知识,并将其转化为学生的能力要求。(3)实践性应用性强,使学生尽早地接触岗位、接触临床工作,在日常的训练与综合实训中积累实践经验,有效增强学生实践操作和应用能力。
21世纪医学影像技术专业必将得到长足发展。要为行业、企业培养急需的高技能应用型人才,就必须了解目前高职院校医学影像专业课程结构的现状,深入分析其不足,对现有课程结构体系进行变革,按照有关依据和原则构建合理的课程结构,以培养一大批适应市场需求的专门人才。
[参考文献]
来自全国医疗卫生机构的专家和用户500余人次参会,锐珂、富士胶片、爱普生、华海盈泰、西门子、飞利浦和爱克发医疗等公司分享并展示了各自的新产品或技术方案。
赵自林在开幕致辞中首先对嘉宾的到来表示欢迎,他说:“‘第六届中国PACS大会’的召开,一是为卫生行政部门、医疗卫生机构和企业搭建技术交流的平台;二是让各位嘉宾了解我国医疗装备影像系统的现状和发展趋势;三是通过IHE给医疗机构提供各类数字医学装备、医学信息系统技术的思考方向,并协助相关厂商的产品与国际最先进最规范的产品接轨。”
学术报告精彩纷呈
雷海潮的发言题目是“医药卫生体制改革的基本问题与信息化支撑”,他认为,医疗卫生信息化工作应该做思路上的调整和转变:一、从以前以科室和机构为单位推进信息化建设转到区域水平上;二、从大中城市向农村和基层机构转移;三、从之前主要服务医护人员,逐步转变为服务社会、决策者、居民家庭和患者;四、从单一的封闭系统向综合开放的平台转变;五、从信息化科室、医院或疾控中心单独建设向政府、企业、社会多方共同参与转变。
天坛医院信息中心主任王韬的发言题目叫“影像数据与临床信息集成”,他对临床信息化建设的背景和影像数据临床的共享模式进行了分享。在对未来的展望中,王韬认为:影像共享的手段和渠道将会千变万化,更人性化、更直观的3D打印技术将逐步应用到临床中去;以服务于患者为导向的掌上应用和微信平台的扩展应用会层出不穷;借助大数据应用的强大力量更迅速地确诊与制定治疗计划。
作为此次大会的协办单位,锐珂亚太投资管理(上海)有限公司在2014年推出了Vue VNA临床档案中心,可以帮助医疗机构实现全面的临床数据共享,以患者为中心实现临床数据整合,支持医院的临床及管理决策。该产品具有的优势有:更快捷、更全面的数据访问,更低的总体拥有成本以及更安全、更可信的数据。
爱普生(中国)有限公司营业开发部新业务方案策划科经理周健介绍了“OPS打印合约服务”,OPS是根据用户的预算、打印量、具体打印需求等情况量身定制的打印方案,既能满足个性化需求,又能减轻医院资产压力。
西京医院数字信息中心主任蒋昆的发言题目是“PACS的应用与发展”,对PACS发展现状、挑战及前景进行了梳理,他认为,院间异构系统的数据共享可用便携式患者光盘实现。该院采用华海盈泰的PACS系统,实现了无胶片化、无库存管理,全院影像资源共享,工作流程优化,影像诊断水平得到了提高。
西门子(中国)有限公司产品经理张俊华介绍了“面向大数据时代的影像产品和集成平台”,西门子syngo.plaza调阅图像速度可达 200 图像/秒,可实现DICOM 图像接收、存储和管理,遵从HL7标准,可实现统一的报告和图像以及非DICOM图像的接收和存储。
三维影像热度持续
三维影像中心是本次大会的重要内容之一,在这方面国内领跑者上海医院和华西医院的专家分享了各自的经验。
上海医院医学影像科副主任萧毅对医院三维后处理中心的情况进行了介绍。飞利浦星云3D影像数据中心上线后,临床科室和影像科的互动明显增多,对于项目带来的好处,萧毅总结:搭建了多学科交流的平台、锻炼了团队人员的教学科研能力、提高了人员后处理能力及诊断水平……下一步,他们计划构建一个手术设计实验室,可以为临床提供麻醉、手术方式、预后判断等相关的数据。
华西医院三维影像中心副主任吴文韬的发言题目是“多模态高级影像后处理临床应用价值”。他介绍,在美国,临床医生和影像医生的联系非常紧密,后者甚至会在手术室里为前者提供支持。他认为,开展高级影像后处理项目需要包括以下要素:高效智能化的云计算平台、全面深入的多模态高级影像后处理技术、跨专业的医技护一体化团队、标准化的影像引导诊疗流程和临床应用、跨学科的医疗和产学研合作。
湘雅医院神经外科副教授李学军对医院合作研发的“E-3D数字化医疗三维设计系统”进行了介绍,该系统拥有方便的医学影像处理功能,能对多模态影像数据进行融合,构建精细的三维数字化模型,清晰显示复杂解剖结构、病变和畸形特征、毗邻结构的空间关系,直接进行个化性三维解剖测量和手术方案设计,模拟术后效果。结合先进的3D打印技术,系统能导出和制作高精度的医学组织三维实体模型,为临床手术规划、手术演练、医学培训和教育等提供强有力的技术支持。
富士胶片的产品应用专家王成的报告题目是“富士Synapse 3D影像后处理解决方案在临床诊断及治疗中的应用”,对Synapse 3D产品进行了介绍,它包括基础分析工具、影像诊断高级分析工具、心脏分析工具和手术模拟模块等四大分析工具。
离临床更近一点
近两年,“中国PACS大会”一直在尝试转型,希望能与临床离得更近一些。以本届大会为例,除了来自医疗IT界的专家,上海医院、华西医院和云南二院的医学影像专家,主办方还请来了湘雅医院、北京积水潭医院的临床专家做分享。据统计,参会人员中影像科医生和临床医生的占比达41.46%。
关键词:虚拟仪器 模拟人 临床实验
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)09(c)-0177-02
目前,在我国临床医学教育中,普遍存在以下几个问题:第一,医学教育对临床实践技能的基本要求,强调能及时、有效地诊断和处理病人。但是,临床实践技能的培养一直是医学教育过程中的薄弱环节;第二,传统的临床实践教学多是通过观察或是重复老师、高年资医生的操作来进行,学习者只能学习到接触过的病例,而对于无法接触到的病例只能通过书本教材去想象。第三,医学临床实验一般使用活体动物较为普遍,但是,随着近年来学生人数大幅增加,学生实际临床实验无法得到保证。
医学模拟人作为一种新的临床实践手段,基本上可以解决以上难题。
基于虚拟仪器的医学模拟人是计算机科学、信息科学和医学相结合的系统。通过云计算数据库技术在医院、学校、教室以及实验室之间建立一个可共享的病例数据库,在客户端实现医学教学、研究和实验的目的。
中国正式开始对模拟可视人的研究,是2001年在北京香山会议上提出的,很快被列入国家“863”启动项目――“数字化模拟人若干关键技术的研究”。由于可视人体研究在与人体形态结构有关的众多研究领域具有重要的理论意义及广阔的应用前景,国内不少学者一直关注着这一研究领域的进展,并利用美国的VHP 数据集进行了卓有成效的研究。如清华大学利用VHP数据集,在基于模拟人体的计算机医学研究方面, 对人体多个器官的结构与功能进行了可视化显示;中国科学院自动化研究所构建了开放的虚拟人体试验平台, 对于数据压缩、图像分割、配准与融合、三维重建与绘制等算法进行了研究。
1 基于虚拟仪器的医学模拟人的构建
在构建基于虚拟仪器的医学模拟人仿真操作系统的过程中,具体完成了如下工作:(1)参照国内主流医学影像设备的操作界面来确定系统的功能和模式,根据相关原理、成像参数、各参数之间的关系及参数的选择对影像质量、显示效果的影响,确定系统的具体功能。(2)根据主流设备的共性,采用模块化设计来确定仿真系统的整体框架,通过编写软件流程图,绘制结构方框图,以达到最优化的仿真效果。(3)确定人体各成像部位图片与软件操作界面及各成像参数之间的对应关系。(4)建立仿真操作系统的影像图片数据库,确定人体各部位影像图片的格式、适用范围、质量要求等。重点研究了图像显示、数据调用、运行速度、仿真效果等要素。
技术要求:确定了模拟软件平台的主界面与从属扫描界面之间的功能链接,数据的调用、显示、保存。探索软件操作过程中与理论知识的结合点或切入点,让学生在牢固掌握论知识的基础上,正确完成各N选项和各项参数的设定,并能顺利保存扫描协议,启动仿真扫描进程;功能模块的选项及参数的设定在符合临床实际的同时,依照常规扫描限定参数的选取范围。并且,各选项和参数之间按照实际情况进行准确的互动和链接。其模拟仿真操作界面如图1所示。
该模拟仿真系统建立后,不仅能为学生提供生动、逼真的实践环境,让学生达到身临其境的效果,而且还可以用虚拟设备和模型替代价格昂贵的实验设备和材料,把具体的实验操作转化为使用鼠标、键盘等对模型的交互操作,可有效降低实验的成本和风险。
2 基于虚拟仪器的医学模拟人在临床实验中的应用
自2013年以来,该校对原来的课程体系进行了优化重组,增加了开设的《医学影像原理与技术》实验课程的学时,在以培养学生的创新精神和实践能力为核心的素质教育方面进行了有益的探索和实践,取得了令人满意的效果。从技术角度提出了《医学影像原理与设备》实践教学中虚拟现实技术选择的应用方案,引进设计了系列化大型医学影像设备CT、MRI、超声等仿真操作训练系统,使得实验环境条件得到很大改善。
经过2年临床实践教学应用,该模拟仿真系统获得师生的肯定。在虚拟仪器的配套仿真软件基础上,实现了临床理论与临床实践教学的有效衔接与互补,拓展了临床实践教学的深度和广度、提高了学生进行仿真实验的实效,同时也尽可能地减少了实验成本和避免了对患者的侵扰。教师在课堂进行理论教学时,利用专业的模拟仿真平台,采用多媒体技术,构建了具有高度真实感、直观性和精确性模拟仿真实验平台,实现了临床理论教学与临床实践教学的有益补充和创新。基于虚拟仪器的模拟人仿真平台除了在模拟MRI、CT大型设备的界面、功能、操作过程上具有高仿真度外,系统还具有参数设定范围限制、必选项规定、智能纠错、自动判断并提示参数及选项错误等特点。在临床实验、实训的同时促进对理论知识的理解和掌握。
该文利用赣南医学院医学影像技术专业和生物医学工程专业的样本数据,分析了基于虚拟仪器的医学模拟人仿真软件在《医学影像原理与设备》临床实验教学的应用效果。结果表明,模拟仿真软件在《医学影像原理与设备》临床实验课的使用效果受到学生计算机操作技能、软件的仿真度、实验教学与理论教学是否能相互配合、学生的学习兴趣以及实验室的设备情况等多种因素的影响。为了能够更好地发挥模拟仿真系统在《医学影像原理与设备》临床实践的效果,针对调查中的问题提出如下建议。
第一,将临床实验和理论同等重视,科学合理地安排临床实验教学课程。赣南医学院医学影像技术专业和生物医学工程专业模拟软件的使用多是设置在课程的实验部分,而未单独设课。通过扩充该专业实验课的学时或单独设置实验课程,更能激发学生的学习兴趣,充分调动学生学习的主动性和积极性。
第二,任课教师应使学生重视临床实验,认识到通过模拟临床实践教学的训练能够有效地提升学生动手能力和创新能力,对学生今后实际工作也有所裨益。
第三,可以尝试校企联合开发模拟软件,来提高操作系统的仿真度。通过学校与软件公司携手开发,一方面,企业具有的软件设计和程序设计的专业性可以保证仿真软件平台的专业性;另一方面,学校任课教师能够更准确地表述模拟仿真软件的功能需求,从而使得理论课程与临床实践相匹配,从而保证了临床实践中教师与学生的需求。
第四,加强该学科实验室的规划和建设。实验室的建设应根据学科的办学规模、专业设置以及教学和科研的需求,对实验室的功能和预期效果进行准确定位和分析,让仅有的资源效益最大化。
BAO Xuan, CAI Li
(Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230012, China)
Abstract: This article takes the Bio-medical Engineering of Anhui University of Chinese Medicine Specialty as an example to discuss how to undergraduate professional knowledge from five aspects consist of orientation of market demand, basis of professional characteristics,post function as the goal, teacher's ability as a support and students' ability as a fundamental.Enable students to achieve full employment and perfect career.
Key words: bio-medical engineering;professional knowledge;medical imaging technology
作为一个理工医相结合的高度综合性边缘交叉学科,生物医学工程崛起于上世纪60年代,并从80年代开始,全球生物医学工程医疗器械类产品销售额每年保持6-10%的增长率,因而被誉为产业界的“常青树”,是国民经济可持续发展的生长点。如此大的规模和市场,对人才的需求自然不言而喻。所以,大多医科类院校都开设生物医学工程专业,由于是新开设的专业,难以在较短时间内形成一套系统的人才培养模式。这就造成了经济社会的求贤若渴、高校教育的捉襟见肘、专业人才的凤毛麟角互相矛盾的局面。所以,有针对性地作好思想教育疏导工作,并循序渐进地指导学生根据主客观条件进行未来职业规划,发挥学生主观能动性,圆其成才梦,是新设专业的班主任、辅导员和任课教师以及学校各有关部门必须面临的重要课题。
经过调查研究,学生在不同阶段身心状态的突出表现为:初期缺乏对专业的认知,导致思想困惑迷茫;中期课程学习任务繁重,导致心理压力加大;后期就业前景不明朗,导致缺乏学习动力[1]。为了帮助学生消除以上的顾虑,本文以安徽中医药大学生物医学工程专业为例,对如何使学生对于未来求业择业有一个清晰而理智的认识作了探讨。
1 以专业特点为基础,培养什么人才
安徽中医药大学生物医学工程专业(医疗器械方向)是一个集数学、物理学、计算机科学、信息技术以及医学科学于一体的新兴专业。所学跨学科的课程,既有医学成像原理和电离辐射防护的知识,又有图像重建算法和图像后处理内容;既有理科工科知识,又有医科内容。合理的教学计划和科学的培养方式以具有坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识、熟练的实验操作技术,可以从事各类医学影像设备的研制、开发、技术支持的复合型高级专业技术人才为培养目标,使毕业生具备在医学影像技术及相关领域,从事产品研发、设计制造、经营管理、技术服务、教育培训等工作的能力。
此外,当今的医学影像学科向数字化、网络化、融合化、标准化的方向发展,高级人才也要与时俱进,掌握专业国内外学术发展动态,富有科学思维能力,勇于在专业前沿领域探索与创新,应具有使用新型功能设备和应用新颖科学技术的能力。
2 以市场需求为导向,需要什么技术
医学影像技术主要是指为开展医疗或医学研究,以非侵入方式获得人体某部分内部组织影像的技术与处理过程,为临床疾病诊断提供重要参考依据[2]。其中出现最早的装置是X线机,随着影像技术在不断地探索中改进,超声、磁共振、单光子等断层成像技术和系统的大量涌现,为医生在出示诊断中提供更为详细、精确的信息依据,涵盖了解剖、病理、功能、代谢等多个领域,更早、更准确地发现病变,也为临床制订治疗方案、评价治疗效果提供帮助。具体体现在:现代医学影像率先建设并实现了数字化与网络化体系,成为数字化医院建设的基础和重点;数字成像技术将数据远距离传输,实现远程诊断;从传统的显示宏观结构发展到反映分子、生化水平的变化,为彻底治愈某种疾病提供了可能;从单一的诊断学过渡到了诊断与治疗并举的临床学科[3];从简单的信号传导跟踪到实现定量成像;电阻抗成像作为无创无放射损伤的成像技术,既能显示形态改变又能反映功能变化;利用多模成像技术实现对疾病的早期诊断和活体病理成像;单光子发射成像和正电子成像根据医学的放射性核素示踪原理实现影像;无创、无害性的检查技术不断发展,辐射剂量的控制逐步得到强化等等[4]。时至今日,医学影像的应用领域已经遍布人体主要的器官和疾病类型,从神经疾病、代谢紊乱到心脑血管疾病、传染疾病,肿瘤诊治方面的应用也有相当进展。医学影像技术逐渐成为临床研究的可靠工具和活力平台。
3 以岗位职能为目标,从事什么工作
总结近些年生物医学工程专业本科生的就业去向分析可知,从事本专业相关工作的毕业生主要集中在三大领域,综合性医院、医疗器械企业和医疗器械监督管理部门。
3.1 综合性医院的放射科、放疗科、设备科、核医学科
从事医学影像设备的应用、管理和维护工作,主要涵盖以下4个方面内容:①具有常规放射学、超声医学、核磁共振及CT等系统理论知识与操作技能;②具有临床医学、基础医学及电子学等有关理论知识;③在疾病诊断中比较熟悉各种影像诊断技术的应用;④比较熟悉医学影像学各专业分支前沿技术及发展趋势[2]。其中,理论知识内容在本科教学过程能够充分体现,而技术应用及操作技能则必须在各功能科室第一线长期工作并积累经验才能够获得,两者是相互制约相互促进的关系。对前沿技术的关注是医学影像技术工作者对自我提升的一个必然要求,也是为良好开展工作必须做到的知识储备。
3.2 中外医学影像设备研发机构和生产经营企业、教育培训机构
相关工作岗位主要包括市场和销售、研发和技术支持,产品注册和产品质量检测。前两者对从业者个人能力的整体水平要求较高,如沟通交际和处事应变能力,从事产品营销和市场推广等工作;中间两者看重专业素质,从事产品研制、开发设计、维修保养等工作;后两者主要是在品管部门,需要熟悉产品质量监管相关的法律法规,从事质量检测、控制和监督工作,了解产品注册要求和撰写标准并能独立完成产品注册、申报、体系认证等工作。
3.3 医疗器械监督管理部门
主要工作职责包括:组织拟订医疗器械注册管理制度并监督实施;组织拟订医疗器械标准、分类规则、命名规则和编码规则;拟订医疗器械注册许可工作规范及技术支撑能力建设要求并监督实施;组织拟订医疗器械生产、经营、使用管理制度并监督实施,拟订医疗器械互联网销售监督管理制度并监督实施;组织开展医疗器械不良事件监测和再评价、监督抽验及安全风险评估;拟订问题医疗器械召回和处置制度等[5]。
4 以教师能力为依托,具备什么知识
生物医学工程本身是一门多交叉学科,教师具有多元化的学科背景对于研究和教学是至关重要的。在注重多种知识和技能的复合的同时,将生物医学与药学、化学、统计学、材料学、电子信息学等相关学科有机结合起来,努力将其他学科的思维方式引入到生物医学领域中来,并将这种优势带到学生的学科设置以及综合实验当中,去启发学生的思维。理工科背景的教师深入临床接触病例,医科背景的教师参加理工科理论培训,任课教师深入行业调研,企业专家走进校园,充分利用不同学科、不同领域间的优势进行教学和科研,为共同促进学科发展起到了强大的推动作用。
5 以学生能力为根本,锻炼什么技能
一、资料和方法
1、基本资料
选取宝鸡职业技术学院医学分院医学影像专业学生160名,每组各80名,将其分成常规组和实验组,常规组应用传统的课堂教学法,实验组应用CBL教学法与TBL教学法,其中,实验组中,男生40名,女生40名,年龄在20-25岁间,平均年龄为(22±1.23)岁;常规组中,男生45名,女生35名,年龄在21-24岁间,平均年龄为(21±1.45)岁。两组学生的性别、年龄等相关资料上差异没有统计学方面的意义(P>0.05),可以进行比较。
2、教学方法
常规组:应用传统教学法;实验组:应用CBL教学法与TBL教学法,具体的教学措施如下:
(1)CBL教学法:老师把教学过程分成三个阶段进行,第一,自学阶段:老师在教学中,对学生个人进行测试完后,向学生提出相应的问题,让学生在课后思考;第二,课堂讨论阶段:老师将学生分成几个小组,每个小组布置一个问题,并进行讨论,并做一些选择性的试题,小组选择一个最终答案,此项内容主要在个人测试后就可进行,而选择性的试题主要是老师按照本次学习的内容,将所学习的知识贯穿在实践试题中[2]。第三,总结考核阶段:老师对小组实行分析考核,组员相互配合,明确分工,积极分析各个影像学的征象,同时对企业小组成员讲解内容进行有效地分析与总结。
(2)TBL教学法:主要分成三个阶段,第一,自学阶段;第二,课堂讨论阶段,首先,老师对学生进行个人测验,各个学生独立做完20道选择题;其次,团队测试,老师将学生分成几个小组,同样做20道选择题,各个组员讨论完成,并代表小组进行发言,最终得出答案。第三,应用性练习阶段:老师应用不同类疾病影像学病例,让学生仔细、全面地进行影像学分析、诊断及鉴别诊断。并在前一周就将练习题交给各组组长,使各组成员在课后查阅相关的书籍、数据资料, 最终进行分析总结。老师在讲课时,将分析的思路及答案公布给学生,让学生在课堂学习过程中多进行小组讨论,也可针对老师所给出的答案提出独立的间接,并进行相应的补充。
3、效果评定
老师对学生的理论学习成绩、阅片考核成绩、团队合作精神、影像分析能力等进行评定。理论知识考核为100分制,其中,优秀≥85;良好:84-75;合格:74-60;不合格:≤60;完成报告质量考核为100分制:个人独自完成10份病例,每10分,由两名教师分别打分,取平均成绩。问卷式调查表:涉及8个调查项目,分别评价CBL、TBL教学法在8个方面各具备什么特点,此调查表由学生自评,使用5分评级法,等级最低为1分,等级最高为5分。
4、统计学方法
通过SPSS12.0软件统计数据资料, 以均数(x±s) 作为计量数据表示,完成t检验,使用X2进行计数数据检验, P
二、结果
1、对比两组学生的理论与影像报告完成质量考核成绩
课程考核后,实验组学生的理论与影像报告完成质量考核成绩明显高于常规组(P
2、对比两组学生对冠脉CT影像学习的能力
课程考核后,实验组学生的学习积极性、团队合作精神、影像分析能力均明显优于常规组(P
三、讨论
一、专项的工作思路与原则
发展生物医学工程产业,必须以满足我国卫生保健事业发展需求为目的,以机制创新和技术创新为基础,把握好技术发展方向,突出产业发展要素的合理配置,促进规模产业和大型企业的形成与发展,加快新型生物医学工程产品的产业化,大幅度提高整体创新水平和竞争力。
(一)促进人才、技术、资本的有机结合,形成有利于我国生物医学工程长远发展的内在机制,择优支持、扶优扶强,促进具有较强市场竞争能力的企业和企业集团的形成和快速发展。
(二)加速有重大需求和技术基础的新型生物医学工程产品的产业化进程,特别是技术含量高、产品性能—价格比和疗效—成本比优良,有利于降低医疗费用、能满足大多数人医疗保健服务需要的重要生物医学工程产品的产业化。
(三)突出自主创新、综合集成与技术合作、技术引进相结合,加速形成和发展我国特色、优势技术领域,特别是在电生理检测分析、超声治疗、组织工程等发展前景大、带动性强、具有相对优势的技术领域,建设若干国家工程研究中心,形成我国具有关键技术创新能力、工程化系统集成能力的产业化基地。
(四)重视项目的产业化基础和申报单位的建设条件。鉴于生物医学工程产品与人身健康有直接关系,在强调项目的市场需求和技术水平的同时,还要求项目产品必须具备药品监督管理部门颁发的产品证书或生产批准文件。对于项目申报单位,除应具备较强的经营、管理、筹资等方面的能力外,还必须具备药品监督管理部门颁发的生产企业许可证。
二、专项的主要目标
加快高技术成果的产业化,引导、推动我国生物医学工程产业持续、快速、健康增长,促使我国生物医学工程产品在2005年达到500—700亿元的产业规模,并保持年均10—15%的增长速度;加速产业结构调整,形成规模化、集约化、专业化的产业格局,促进4大类10大系列产品实现产业化,形成具有相对优势的特色产业领域;强化技术创新和转化能力,形成产业技术持续创新机制,发挥社会资源优势建设国家工程研究中心,提高产业整体水平和国际竞争能力。
三、专项支持的重点技术方向
(一)重大疾病的急救、诊疗、康复技术和装置,包括心脑血管疾病的急救、康复和诊疗装置,呼吸系统疾病诊疗和急救装置,应用物理原理的新型肿瘤治疗技术和装置等。,
(二)社区医疗系统工程技术和装备(以亚健康状态调控为核心),包括睡眠医学工程技术和装置,心脑血管系统功能检测技术和装置,便携式(电)生理检测装置,小型化生化检测装置,社区医学信息技术和系统等。
(三)医学影像技术和装备,包括技术含量高的常用医学影像装置,有限功能的小型化医学影像装置,手术中实时监控医学影像技术与装置等。
(四)生物医学材料表面处理技术、器件(构件)及其制备工艺,组织工程和生物人工器官,生物微系统技术(床旁生化检测技术、介入式微型检测技术等)等。
四、专项实施的组织方式
(一)专项按照《国家计委、财政部印发关于组织国家高技术产业发展项目计划实施意见的通知》(计高技[*]2433号)、《关于印发〈国家工程研究中心管理办法(试行)〉的通知》(计科技[]2239号)及《国家计委关于建设国家工程研究中心的指导性意见》(计办高技[*]767号)的精神组织实施。
关键词:
高职;医学影像技术专业;电工电子技术
电工电子技术是医学影像技术专业一门重要的专业基础课程,理论性和实践性都非常强。本文针对医学影像技术专业高职生专业和职业能力需求,根据高职生特点,以实践、应用为主线浅谈其教学改革。
1存在问题
1.1理论与实践脱节
传统教学中理论教学与实践教学是分开的,且过分追求教学内容的系统性与完整性,忽视了电工电子技术作为应用学科的实用价值,学生缺乏明确的学习目标,难以理解课程目的和意义,影响了教学质量提高和应用型、技能型人才培养。
1.2教学方法陈旧
教学基本上采用“教师讲,学生听”的灌输式方法,有些教师对新的教学方法和手段不熟悉、不适应,课堂上讲得过多、过细,缺乏新意,没有留出足够的时间供学生思考回味。此外,课后作业过多也使学生无暇思考,导致其始终处于被动状态,无法产生学习兴趣和热情。
1.3考核方式单一,内容片面
电工电子技术课程考核采用闭卷笔试方式,主要考查学生理论知识掌握情况。这样既不利于学生对知识的全面掌握,又不符合高职生学习特点。
2改进措施
2.1课程整合和优化
打破学科体系,改革课程设置,实施课程内容的简约、集成与重组,体现高职教育特色。以实际应用能力培养为主线,精简教学内容,去除理论推导、证明、验证内容,注重技术重现和技术实现。实现做中学,弱化过深、偏难的理论,突出知识的实际应用。以适用、实用为原则,优化知识技能结构,形成与职业岗位需要相一致的教学内容。从职业岗位需要出发,将课程知识与技能有机结合起来,增加实用性和针对性,删去与今后工作关系不大的内容。例如,很多教材大篇幅讲解二极管如何形成单向导电性、三极管内部载流子的传输情况,然而在实践中,只有专门从事研究的人员才可能用到这些原理,对于高职生而言,教学重点应该放在二极管、三极管的作用,如何判断二极管正负极,三极管的标号及管脚判别鉴定,如何通过参数来选择二极管、三极管的型号等内容上。对电子电路应强化集成电路方面内容(特别是集成电路的应用),而难度较大、求解过程复杂的例题、习题应予以删减。
2.2加强与专业课程的对接
电工电子技术是专业基础课,一般在大一第一学期开设。此时,学生对专业还不够了解,授课内容既要注意与各学科专业基础知识的衔接,又要兼顾同后续课程的联系。教学内容应满足各层次学生对课程深度和广度的要求。
2.3课堂教学方法灵活多样
高职生基础相对薄弱,教师应根据学生实际水平,对基础知识、基本内容和重点内容精心组织,运用多种教学方法,如比喻法、类比法、启发质疑法、讲练法、实验演示法,使学生克服厌学心理,树立自信心,提高学习兴趣。对于理论性较强的内容,教师要耐心讲解,引入各种案例,多讲多练,反复强化,务必使学生掌握。
2.4充分利用现代科技,丰富教学手段
抽象的电工原理讲解起来容易使学生觉得枯燥乏味且生涩难懂,如电容的充放电等,若合理巧妙地使用辅助教具,往往能收到事半功倍的效果。教师可以通过教学录像、实物模型、幻灯片、投影以及生动详尽、图文并茂的教学课件,激发学生学习兴趣,开阔学生视野,进一步强化对基础理论的掌握。为了适应目前既要减少教学时数又要增加课堂信息量的教学改革形势,培养学生学习主动性,提高自学能力,充分利用网络资源是有效可行的方法之一。在理论教学中引入仿真技术来提升教学质量,使理论得以验证。比如,对于一些较抽象的内容,教师用语言不易描述,学生也难以理解,还有许多概念需要通过实验阐述和验证。在讲授需要实验演示的电路时,可利用事先建立的仿真电路文件进行现场演示,不但提高了教学效率,而且降低了教学难度。实验教学中引入仿真技术,具有3个优点:(1)实验信号存在时间过短,用常规仪器往往很难观察到,借助仿真技术可以方便观察;(2)将实验任务布置给学生,让学生先进行理论设计,然后按照设计要求进行计算机仿真设计,再到实验室按照仿真电路装配实际电路进行测量;(3)进行虚拟仿真实验,根据教学内容和专业要求,联系生产实际提出简单的设计题目,让学生进行理论设计,然后在计算机上完成仿真实验,检验和完善自己的设计。
2.5理论教学与实践教学相结合
电工电子技术是一门基础学科,也是一门应用学科,学生不仅要掌握必要的理论知识,还要把这些理论灵活应用于实践。但是,学生到企业实践的机会很少,无法了解具体工作流程。为此,教学中,每章都从最基本的应用实例出发,由实际问题入手引入相关知识和理论,由实训引出相关概念。首先,教师提出学习内容、目的、要求及注意事项,学生自主学习,再通过自己动手来加深对所学知识的理解,同时训练相关技能。这种在教师指导下,感性认识与理性认识的交互,对学生自主学习能力的培养起到了促进作用。教学所选实训项目应与医学影像技术专业相关,这样会极大地激发学生学习兴趣。此外,实践教学场所应按照职业环境来布置,突出职业特点。同时,实践教学严格按照生产、建设、管理、服务第一线的现场有关规定,强化学生职业技能和职业素质,促使学生形成一丝不苟、严格认真的工作作风。
2.6建立以能力为中心的课程考核体系
改变传统考核方式,强调学生能力考核,实现向过程考核的转变。学生学习效果的好坏主要取决于教学过程,与之相对应的考核也应贯穿整个教学过程。考试不再局限于单一的闭卷形式,而是采用开放灵活的方式,包括开卷考试、课程论文、口试、实际操作、调查报告、综合考查等。不同内容采用不同考核形式,如基本理论考核采用闭卷形式;实训技能考核采用项目任务形式,根据学生态度和操作情况,综合评定实验实训成绩;平时作业可以结合生产实际写课程论文和调查报告。课程结业成绩由平时成绩、实验实训成绩、期末成绩(试卷)组成。为使学生全程参与,将其注意力转移到日常学习上来,可扩大平时成绩和课程测验比例,具体为:平时成绩占20%,课程测验成绩占40%,期末成绩占40%。另外,改革平时测试和实验考核记分方式,实行实质性评价,部分考核可按照A、B、C、D级评分,淡化分数,促进学生全面发展。注重考核反馈,通过反馈使学生了解自己的不足,使教师调整教学方式。
数字医学的基本概念与发展
数字医学作为信息技术与医学科技的多学科交叉领域,是指信息技术在整个医学领域的研究、推广与应用。一般认为,其广义定义的研究范围包括:数字化医疗设备的研发与应用、医疗管理信息系统和临床信息系统的开发与实施、数字化医院的建设与管理、临床医疗技术的数字化、区域医疗协同与信息资源共享、远程医疗会诊与远程医学教育、基础医学各个分支学科的数字技术应用和疾病预防控制与公共卫生管理的数字化等。狭义的数字医学是研究、应用数字医疗技术,也就是在临床医学的范围内充分运用计算机科学和数字化手段进行新的探索与创造,包括辅助原有医疗技术的实施和提供全新的数字医疗技术,以实现更加精确可靠的诊断和更加准确有效的治疗。
“数字医学”一般被认为最早是由美国哈佛大学医学院的Warner V.Slack教授在其专著Cyber Medicine:How Computing Empowers Doctors And Patients For Better Health Care(《数字医学:计算机技术助力医患健康照护》)中提出的。数字技术除在影像领域取得了飞速发展外,在医政管理、疫情通报、危害健康药品和食品监控等工作中同样得到了广泛应用。目前,在现代化医院里与数字化有关的高精尖仪器设备和数字化管理系统所占比重日益增加。在远程医疗、手术导航、虚拟仿真和数字化医院管理等领域,都进行了不少有价值的探索。本文所介绍的数字医学,主要是指狭义的数字医学概念。
数字医疗是把现代计算机技术、信息技术应用于整个医疗过程中的一种新型的现代化医疗方式。数字医疗设备的出现,大大丰富了医学信息的内涵和容量。从一维信息的可视化,如心电(ECG)和脑电(EEG)等重要的电生理信息;到二维信息,如CT、MRI、彩超、数字X线机(DR)等医学影像信息;进而到三维可视化,甚至可以获得四维信息,如实时动态显示的三维心脏。
近代诺贝尔奖多次颁发给该领域的科学家即反映出该领域的科学进步对人类的巨大贡献。1979年的诺贝尔医学或生理学奖,颁发给了阿伦・马克利奥德・柯麦科和戈弗雷・纽博尔德・豪恩斯弗尔德,以表彰他们发明了计算机X线断层摄影术(CT)。1991年诺贝尔化学奖授予了瑞士物理化学家恩斯特,其在发展高分辨核磁共振波谱学方面做出了杰出贡献。2003年诺贝尔生理学或医学奖授予了美国科学家劳特伯尔和英国科学家曼斯菲尔,以表彰他们在磁共振成像技术领域的突破性成就。这些现代影像设备与图像技术的研发,极大地丰富了医生的诊断技术,使医学进入了一个全新的可视化的信息时代。而基于CT与核磁共振影像衍生出的数字医学技术在欧美、日本得到了快速发展,较广泛地应用于临床医学领域。
近年来,国内许多科研单位紧跟国际发展趋势,在短期内相继成立了数字医学研究机构,如南方医科大学数字人和数字医学研究所、上海交通大学数字医学研究院、复旦大学数字医学研究中心、浙江大学数字医疗工程研究中心,以及青岛大学医学院附属医院与海信集团联合成立的山东省医药卫生“数字医学与计算机辅助手术重点实验室”等。许多从事生物医学工程学、基础医学、临床医学和计算机科学的专家学者,在北京、广州、重庆、上海、青岛和厦门等地相继开展数字化虚拟人体、计算机辅助手术规划与导航系统、外科手术辅助决策系统、临床诊断辅助决策系统、临床药学系统等的研究和应用,众多研究已将数字医学的应用范围扩展到数字医院、数字医学工程、数字医疗技术和数字化基础医学研究等各个方面。
计算机辅助手术的概念与临床应用
计算机辅助外科手术(Computer assisted surgery或Computer aided surgery,CAS)是一个新的外科手术概念,指利用计算机技术进行手术前规划,并指导或辅助进行外科手术。一般认为CAS包括:1. 创建虚拟的患者的图像;2. 患者图像的分析与深度处理;3. 诊断、手术前规划、手术步骤的模拟;4. 手术导航;5. 机器人手术。
在传统的外科手术中,手术医生根据不同的病情依据其经验形成大致的手术方案,然后在实际手术中进行不断修正,直至手术完成。这种手术方案依赖于医生个人的临床经验与技能,考虑到术中可能会发生解剖结构改变或其他突发事件,因此手术效果具有较大的随机性和不确定性。随着医学图像设备的进步,疾病的诊断已经实现了数字化。为了有效地将这些设备提供的信息与外科医生的主动性结合起来,在1986年,日本、美国和瑞士几乎同时开发了由交互式二维CT机组成的导航设备,这成为最初的CAS。CAS的出现要归功于立体定位技术和成像技术的发展,以及将二者结合的尝试。
数字医学技术在临床医学应用领域的延伸以及CT、MRI和PET-CT等医学图像获取设备的应用,催生了一个全新的手术模式――外科精准手术。在外科精准手术模式下,通过现代计算机技术的虚拟现实技术,可建立个体化的人体病理结构模型和用于术式及具体手术方式评估的虚拟手术模型。主刀医生先将其构思的手术方案输入计算机,结合采集到的术前医学影像信息,经计算机系统等处理后形成三维图像,利用医学图像数据和虚拟手术系统合理定量地制定个体化、精密的手术方案,这对选择最佳手术入路、减小手术损伤、避免对临近组织的损害、提高病灶定位精度、执行复杂外科手术和提高手术成功率等十分有益。外科精准手术具有精细的术前决策、精密的手术方案、精确的手术模拟、精准的手术操作等特点,可安全、准确、彻底地实现手术目的,达到完美的手术效果。实施外科精准手术,除需相关医学影像设备和能进行虚拟现实人机交互的计算机系统外,还需配备术中导航与术中监护等设备,以便将计算机处理的三维模型与实际手术进行定位匹配。如果手术使用了其他成像手段(如内窥镜、B超或床边CT等),则需将实时观测的图像与术前的医学图像进行匹配融合定位,引导术者进行手术。立体定位系统就是确定目标空间位置的系统,可以实时获得目标在其测量范围内的三维坐标,连接图像信息和手术目标,是虚拟到现实的桥梁,直接关系到CAS系统的精度和手术的成败。
计算机辅助手术系统是世界各国在数字医学领域竞相研究的热点和难点课题。目前,国际上许多有实力的IT公司纷纷涉足数字医学领域,如日本富士公司已将“医疗/生命科学事业”确定为集团今后的重点发展领域,致力于成为一家覆盖“预防―诊断―治疗”全领域的综合性医疗健康企业。在医学影像信息方面,富士胶片在业内率先提出了基于Web技术的PACS(Picture Archiving and Communication System,医学图像归档和通信系统),研发出了具有划时代意义的FUJI SYNAPSE,可对来自CT、MRI和CR等各种数字医疗图像诊断设备产生的影像信息进行电子化保存和分析,并辅助指导手术。飞利浦公司等利用3D地图为医生提供关于脑部的详细信息,利于医生做出正确的判断。美国麻省理工大学David开发的图像引导手术软件系统3D Slicert已经通过美国FDA认证。德国莱比锡Falk等运用三维图像重叠技术,将术前获得的三维影像重建成的冠状动脉模型与机器人辅助冠状动脉搭桥手术中的视觉图像重叠,除了能在术前进行规划,还能在术中进行导航,对术前规划方案进行调整,获得最佳的手术效果。另外,美国的EDDA、德国的Julius和法国Intrasense SAS公司的计算机辅助手术软件也较为广泛地应用于临床。
这种应用在我国肝胆外科领域和骨科领域均有探索。南方医科大学方驰华教授和总医院董家鸿教授分别联合影像学专家和计算机专家等组成团队,开发完成了腹部医学图像三维可视化系统,对患者肝胆胰等器官的断层CT个体化数据进行快速自动分割和三维重建为实时图像,观察患者病灶、肿瘤与内部动脉、静脉和胆管等管道系统的详细邻关系,并通过三维重建模型进行仿真手术,在可视化虚拟环境下,进行术前手术预设、术中指导手术等研究。总医院尹庆水教授领导的研究团队,将计算机辅助快速成型技术应用于高难度、复杂的骨科手术,以提高手术的成功率,使手术更精确、更安全。
手术演练和解剖教学领域的数字医学应用
虚拟手术系统为年轻外科医生和医学生提供了一个极具真实感的虚拟手术环境,操作者可在其中重复练习或观察、模仿专家手术过程,设计、预演和修正手术的整个过程,以便事先发现术中问题,避免由于人为因素引起手术失误。
现阶段数字解剖模型软件的研发有如下特点:由单一的结构器官辨识向系统解剖方向发展,由平面显示向三维方向发展,由“只能看”向“还能动”的虚拟解剖方向发展。随着力反馈器械的研制成功和完善,外科医生和医学生可以通过数字解剖模型软件和力反馈器械随时进行人体或手术部位的虚拟解剖和演练,而不用受到伦理约束和标本匮缺的影响。
除了临床应用外,CAS系统还可以用于教学。配合虚拟现实(Virtual Reality)和增强现实(Augmented Reality)技术,外科医生或医学院学生可以进行模拟手术。在手术器械上加上反馈装置,受训者不但可以从虚拟眼镜中看到手术部位,还可以感觉到虚拟患者的肢体和器官。通过训练,医生可以提高手术技巧,积累手术经验。医学生不用担心在虚拟手术中犯错误,可以对照手术记录反复操作直到熟练掌握。这些都降低了成本,提高了医务质量。
CAS目前的应用主要集中在刚体手术上,并使用刚体手术器械。对一些软组织器官的手术(如肝手术),或可变形器件(如纤维内窥镜的定位),是CAS的发展方向之一。目前CAS主要使用CT、MRI和PET-CT等图像。而超声图像是医学中使用广泛的图像模式,对超声图像的配准,以及通过插值配准其它低分辨率图像,将有力推动CAS的发展。
海信双子3D医学影像重建与
一、中国医疗器械产业结构分析
尽管医疗器械行业是一个多学科交叉、知识密集、资金密集型的高技术产业,进入门槛较高,但进入医疗器械的企业却有增无减。按经济类型分析,2005年外商及港澳台投资医疗器械企业总产值为246.8亿元,占总产值的47.7%;股份制企业总产值为126.2亿元,占总产值的24.4%;国有企业总产值为16.8亿元,占总产值的3.2%;集体企业总产值为8.1亿元,出现了多种所有制成分共同发展的良好局面。
同时,发达国家的医疗器械企业为了降低制造、研发和临床试验等费用,纷纷在发展中国家寻找加工成本低,又无需转让核心技术的外包业务“车间”。中国目前成为国际医疗器械产业转移的主要承接区,这也给中国医疗器械企业提供了学习借鉴的机会。中国的医疗器械外包业务可以粗略分为4个部分,即金属配件、塑料配件、电子配件和增值服务,其中,利润最高的金属配件制造和增值服务提供业务增长机会最大。
从地域分布来看,我国医疗器械行业集中在东南部沿海地区。市场占有率居前六位的省份占全国市场80%的份额,显示了医疗器械行业较高的地域集中度。
在产品布局上,我国病人监护系列产品市场需求量大,机电一体化技术复杂性和加工难度相对而言不大,生产厂家较多。中档产品在国内外市场已创建较好声誉,2006年出口数量超过5万台。医学影像设备品种多,生产队伍也大。五大医学影像设备品种中除核医学成像设备PET、SPECT外,都有境内产品上市,多限于中档产品,其中B型超声成像仪器和X射线诊断系统的出口数量接近2.5万台,但B型超声成像仪绝大部分是C、D档次的。临床实验室设备不断出现新产品,有两分类和三分类血球计数仪、全自动生化分析仪、半自动生化分析仪、血凝分析仪、酶免疫分析仪、尿液分析仪等。
二、中国医疗器械产业发展特点分析
由于我国具有庞大的消费群体和政府的积极支持,我国医疗器械市场发展空间广阔,产业发展呈现如下发展特点。
1、经济发展带动医疗服务需求升级,导致健康服务需求显著增加。医疗服务市场的逐步开放,使国内外资本投资中国医疗服务产业的速度加快,从而直接导致医械市场需求的增加。随着人民生活水平的不断提高,医疗器械的选用会越来越先进,其产品结构会不断调整,功能更加多样化,市场容量会不断扩大。医疗器械产业作为促进经济增长、提高国民福利的重要产业,是我国国民经济的重要组成部分,随着以人为本发展理念的不断增强,中国的医疗器械产业将会获得更快发展。
2、医院信息化趋势引发医疗器械需求增长。随着计算机和网络技术的发展,医疗领域的信息化和网络化是今后医疗管理的发展趋势,这个趋势会引发对影像化、数字化等高精尖医疗设备的需求增长。随着IT技术的发展及其与医疗技术的结合,造就出许多新的医疗方法。近年来,随着B超、CT、核磁共振装置、直线加速器、超声定位体外震波碎石机、神经电位诊断系统、正电子断层扫描机、伽玛照相机等一批尖端精密医疗仪器设备的广泛应用,医疗器械市场销售额增幅十分惊人。医疗领域的信息化和网络化给医疗器械生产企业带来巨大的市场空间,医疗领域的信息化和网络化是今后医疗管理的发展趋势,这个趋势会引发对影像化、数字化等高、精、尖医疗设备的需求增长。医院信息系统的普遍建立又使得医院有了进一步建立以医学影像存档与通信系统为核心的临床信息系统的要求,占全部医疗信息90%以上的医疗影像信息的处理更是今后医院信息化的核心所在。医院信息化趋势给医疗器械生产企业带来了巨大的市场空间。据推算,全国医学影像存档与通信系统市场的总需求达2l1.7亿元,如果考虑到由其衍生出的高档影像设备以及其他一些附属设备市场,PACS的市场容量将达到300亿元以上。
3、医疗器械产业向创造高附加值发展。产业的高风险性和高投入性必然需要高回报率来支撑,所以医疗器械产业研发费用的高额投入必然导致医疗器械新产品的高附加值,只有如此,医疗器械企业才能发展壮大,医疗器械产业才能承担更大的社会责任。
4、医疗器械产业向相对垄断性发展。医疗器械产品需求的世界性和生产集中性,使医疗器械产品成为世界贸易最广泛的产品之一。由于医疗器械产业高技术、高风险等特征及市场竞争激烈程度,使得医疗器械制造业为少数大医药企业所垄断,使少数发达国家和部分发展中国家在全球医药市场中占据着重要的位置,尤其自80年代以来世界医疗器械企业并购重组浪潮愈演愈烈,跨国企业兼并收购进一步加大了市场集中度。
三、中国医疗器械产业面临的问题
医疗器械制造业成为世界高技术产业中发展最为迅速的产业之一,它在我国的发展十分迅猛。但由于过度注重持续总量增长,而产生大量结构性矛盾,市场分散、集中度不高且管理不规范等问题使我国医药制造业总体水平比较低,国际竞争力弱。当前,中国医疗器械产业发展过程中还存在以下诸多问题。
1、医疗器械产业规模结构分散。我国医疗器械企业规模过小,产业组织结构分散,使产业竞争力水平处于较低水平。我国医疗器械制造业长期实行一种追求数量增长的外延式粗放型扩张战略,虽然近年来通过兼并重组,在一定程度上改善了生产集中度的问题,但与世界先进水平相比仍有较大差距。2007年我国共有医疗器械企业近6000家,在如此多的医疗器械企业中,中小企业占80%以上,而大型企业所占的比例不足5%。产业集中度的严重偏低导致我国医疗器械制造业的规模效应和潜在生产力难以发挥,使医疗器械制造业的生产管理水平和生产利用率低,市场占有率低,抵御风险能力也偏弱。目前我国在研究、生产、销售等各环节已大力推行相应的ISO等各项质量管理规范,但由于我国医疗器械制造业整个行业的规模偏小,使企业质量管理体系难以推广,医疗器械产品的质量可靠性得不到国际承认,很难打入国际市场参与国际竞争。
2、医疗器械制造业产品结构重复。我国医疗器械制造业企业不仅规模普遍较小,而且长期存在严重的低水平重复建设,由于企业多、品种少,大量企业生产相同的产品,造成恶性竞争。例如河北霸州一带的民营医疗器械企业就有七八家,但生产的产品同样是技术含量不高的病床及周边产品。多个医疗器械企业重复研制生产同一产品品种会造成医疗器械制造业劳动生产率低下,能源消耗和物资消耗较高,并且污染严重,同时造成各企业分工不足,成本增加,低水平的过度竞争而造成许多效率低下的医疗器械企业出现亏损,最终导致整个医疗器械制造产业的严重亏损而无法步入良性发展的轨道和悲哀的产业内耗局面。
3、医疗器械制造业技术结构落后。我国医疗器械制造业的技术结构相对于西方发达国家还有较大的差距,生产技术还十分落后,显著地反映在我国医疗器械商品进出口贸易中产品档次不高,专业化程度较低。失衡的进出口产品结构也造成了我国医疗器械制造业出口利润低效益差。
4、医疗器械制造业生产结构失衡。创新能力是医疗器械制造业的核心竞争力,其中技术创新的问题最为突出。国际医疗器械市场上产品的竞争主要表现在依靠创新研究成果来抢占市场垄断地位。我国医疗器械制造业是在50年代十分薄弱的基础上建立的,而国际上50年代和60年代却是医疗器械发展的黄金时期。我国医疗器械制造业这些年来的发展一直走的是以仿制为主的道路,医疗器械的研发与创新能力处于低水平重复状态。同时由于我国政府对于我国医疗器械制造业的政策导向不够,对于医疗器械研发的资金支持严重不足,及风险投资机制和信息市场建设尚不健全等原因,致使我国医疗器械制造业的新产品研究缺少鼓励创新机制和宏观环境,因此,众多的医疗器械企业不愿或不能研究和开发新产品,于是把焦点投到了开发时间短、见效快的仿制品种上,使得我国医疗器械制造业新品研发一直处在较低水平上。
四、影响我国医疗器械产业发展的原因
1、经济因素。经济因素制约了医疗器械行业发展的速度和方向。社会医疗卫生总费用的水平取决于社会经济的发展水平,以占国民生产总值(GNP)的比例来估计。我国在20世纪末社会卫生费用约占GNP的5%左右,远低于美国(早在1993年美国已经达到了19%)。现阶段,一方面由于人民消费水平有限、医院经济实力较差,大多数中、下层医院买不起也用不起昂贵的现代化医疗设备;另一方面受国家和企业财力的限制,资金投入相对较少,医疗器械开发能力不足,在一定程度上制约了医疗器械产业的发展。
2、技术因素。与发达国家相比,我国技术水平相对较低,这是影响我国医疗器械行业发展的又一重要因素。资料显示,我国医疗器械产品的总体水平比发达国家落后15年,主要医疗器械产品达到当代世界先进水平的不到5%,产品可靠性差、性能落后,市场竞争力弱。即使是中低档医疗器械产品,我们也不能与发达国家相比。以呼吸机为例,产品平均无故障时间仅200小时左右,而国外产品高达3000小时。另外,当今医疗器械产品的技术含量越来越高,产品被仿制的可能性大为减小,竞争壁垒大大提高。相对低下的技术水平,削弱了我国医疗器械行业的竞争力,极大影响着我国医疗器械行业发展。
3、社会因素。社会因素涵盖诸多方面的内容,比较复杂。诸如企业所有制结构的转换、市场经济体制的完善、现代企业制度的建立、医疗保健体制的变革、国家政策的扶持等等,这些都影响我国医疗器械产业的发展。随着改革的深入,制约我国医疗器械产业发展的各种社会因素将逐步得到解决。
【参考文献】
[1] 常健:透视我国医疗器械市场[J].上海生物医学工程,2003(4).
英特尔(中国)有限公司华东区总经理兼渠道市场部SMB项目经理余哲表示,英特尔越来越认识到中小企业在推动经济发展、技术创新中的力量。如何实现硬件、软件有效整合解决方案是中小企业发展的关键因素,为此,英特尔将聚集业内厂商,构建高效、稳定的中小企业解决方案平台。
在余哲看来,聚集业内领先厂商,就像是扮演“红娘”的角色,为不同的软硬件合作伙伴牵线搭桥,寻找重点行业应用的突破方向。余哲表示,未来在全国将近40个城市中,英特尔将开展一系列软硬件合作伙伴对接活动,以促成更多的合作,并发现商业机会。
杨育彬是江阴广明信息技术有限公司董事长兼总经理,在英特尔一系列支持中小企业活动中尝到了“甜头”。
2007年回国之后,杨育彬一直在从事计算机辅助的医学影像的诊疗软件以及相关新技术的研发。杨育彬告诉记者,他们所研发的产品,就是要突破目前医学影像多是二维平面图像的制约,“X光的观测手段基本上采用二维平面的图像,这就限制了X光平片在骨骼诊断,甚至在心脑血管诊断方面的作用。” 在他的带领下,团队开发出三维医疗影像的重建系统。
缩短时间是关键
“为什么要开发系统?一方面,目前对于X光片信息的利用还缺乏有效的手段,如果拥有了三维重建的手段,不但可以提升国产X光摄像设备的附加值,还可以打破国际厂商的垄断。另一方面,MRI和CT对于某些特殊的组织,比如骨头等做出来的影像效果不是很好,用CT对骨架做断层扫描的话,里面的东西很难看清楚。所以,我们调研之后,决定研制基于二维X光平片图像序列的三维重建软件。” 杨育彬说。