醫學院校《核醫學儀器》課程的教學探討

王璐瑤

（蘇州大學 醫學部放射醫學與防護學院，江蘇 蘇州）

一 引言

核醫學是核技術的醫學應用，作為一門新興學科，已成為醫學現代化的重要部分。其包括臨床核醫學和基礎核醫學，臨床核醫學又分為診斷和治療兩大方面，其中診斷核醫學（核醫學顯像）為臨床核醫學最主要的工作內容，以體內顯像為重點。核醫學具有多學科交叉特點，綜合了核物理、核電子學、計算機科學、核化學和放射化學、放射性藥物學和生物學等現代科學技術，它與工程技術有著十分密切的關系。

核醫學顯像基于放射性核素示蹤技術，可無創、定量、動態顯示出放射性核素在生物體內的分布，從而反映出生物體內的化學反應和生理活動，洞悉到細胞分子水平的病變，因此在腫瘤、神經疾病和心血管疾病的早期診斷、治療規劃、療效監測與評估有獨特的應用價值。其與臨床常見的解剖結構影像技術如X-ray、核磁共振、超聲等相互補充，大大改善了對疾病的診療效果。故核醫學顯像作為分子成像技術的重要組成部分，已是精準醫學時代的發展重點。

《核醫學儀器》課程是醫學院校核醫學方向的一門專業基礎課，講解醫學中的核儀器基礎知識。開設本課程是為學習核醫學的主干課程《臨床核醫學》奠定基礎。通過理論教學和實驗示教，使學生了解核醫學顯像核素伽馬能譜的形成原理，熟悉核醫學顯像儀器的工作原理及核醫學圖像的數據處理，為以后從事臨床診斷打下堅實基礎。該課程涉及的基礎理論概念較多，綜合了核物理、放射化學、藥學、物理、數學、電子學、計算機等多門類學科知識，醫學生學習較為吃力，對此課程的學習缺乏興趣。

本文從課程大綱設計以及教學方法兩方面入手，進行課程的教學探索，以培養醫學院校學生的理工素質，提升學生的學習積極性和熱情。

二 以應用為目的教學大綱設計

我們明確醫學院校的《核醫學儀器》基礎理論教學的主要目的是培養醫學生的核醫學儀器技術應用能力。因此，我們設計了如下的課程大綱及教學內容：

（1）核醫學基本概念、顯像核素及γ能譜：學習核醫學定義及工作內容；對同位素示蹤和核醫學顯像核素有一定的認識，掌握顯像核素的幾種來源；并掌握γ射線與物質作用的三種形式（光電效應、康普頓散射、電子對生成），對γ能譜特別是光電峰有全面的認識，掌握能量分辨率的概念和脈沖幅度甄別選擇光電峰。

（2）伽馬相機、單光子發射型計算機斷層成像設備（SPECT）、正電子發射型計算機斷層成像設備（PET）：系統掌握臨床常見核醫學顯像儀器伽馬相機、SPECT和PET的工作原理，結構，核醫學圖像重建的原理和主要的兩種算法思路（反投影與濾波反投影、迭代重建），以及空間分辨率、靈敏度、對比度等關鍵性能指標的物理意義以及臨床價值。

（3）核醫學圖像處理：掌握核醫學顯像儀器的主要數據采集方式（靜態掃描，動態掃描，門控掃描，表模式/幀模式，斷層掃描，全身掃描，雙核素掃描）；了解核醫學圖像的融合、數據的顯示和處理。

授課初期，我們會給學生們講解解學大綱中的“掌握、熟悉、了解”三個層次的認知要求。并以作選擇題為例，幫助學生更好地理解這三個認知要求：遇到問題能分析出正確答案，表明“掌握”；基于列出的各個選項能找到正確答案，表明“熟悉”；在各個選項之間猶豫、拿捏不定、反復考慮后找出正確答案，就只是“了解”[1]。每個章節講解時，我們都會先告知該部分的教學要求，明確列出要點有哪些，每個要點的認知要求是什么。這樣，學生能帶著目的去學習，達到預期的教學效果。

三 教學方式的改革

核醫學儀器屬于工科知識，醫學生學習比較枯燥，難于理解，因此，需要研究適合醫學生認知的課堂教學辦法。

（一） 因材施教

核醫學專業的學生缺乏線性代數、物理、計算機、電子、信號處理等與本課程相關的知識體系，而核醫學儀器課程包含了大量的物理概念以及各種各樣的算法，教學中很容易讓學生感到枯燥，且理解困難而失去學習興趣。

針對此問題，我們采取注重醫工結合的教學，從臨床切入來講解新知識，例如，在講解PET這一部分時，從典型的PET臨床應用案例出發，讓學生了解到PET儀器在癌癥、心血管及神經疾病方面早期診斷的能力，首先讓學生建立起PET這一典型的核醫學儀器的臨床價值的認識，激發學生學習PET原理的興趣。

同時，在給醫學生灌輸相關的理工類基礎知識時，我們會將難點分解到相關幾個章節講解，而不是集中一次講完，且會不斷重復，根據認知過程逐漸深入。將難點分散和重點重復的兩種方法結合起來有較好效果[1]。以核醫學圖像重建原理的講解為例，如果在一次課中講完，學生難以接受和理解。于是在講伽馬相機部分時，通過準直器的學習讓學生理解投影的概念，接著從伽馬相機的平面圖像講解平面投影，當課程進行到下一部分SPECT時，再從面投影拓展到三維投影。

（二） 注重基于問題教學模式的應用

從問題出發的教學，不同于以課堂灌輸為主的傳統教學模式，其以學生為中心，能吸引興趣，引導學生發揮出主觀能動性和創新性，是“科學發展觀”下培養高素質人才的教育理念[2]，其同樣適用于培養醫學生的理工科素質。

針對醫學院校學生的專業特點，我們在課堂中貫徹基于問題的學習。授課時，我們先通過設置問題來激發學生的好奇心和積極性，引導學生對該問題進行思考、討論和分析，再講解原理，最后總結。這種方式激發學生興趣的同時，引導學生在問題提出的基礎上總結分析，通過讓學生獨立思考、發散思維[3]，幫助學生深刻理解所學知識，在改善教學質量方面具有重要實際應用意義[4]。例如：

（三） 吸引學生注意力的問題

核醫學儀器基于放射性核素示蹤技術和輻射探測技術，對靜脈注射或口服注入生物體內的放射性藥物在體內的空間分布信息進行成像[5]，能無創、定量、動態地反映生物體內的新陳代謝情況[6]。任何疾病的發生、發展，本質上都是從生命活動的異常開始，逐步積累、加劇，最終引起器質性損傷的過程。因此，許多疾病在器質性損傷的解剖學結構發生改變之前，就已經能夠被核醫學儀器檢測出來[5]。為了讓學生更好地理解以PET、SPECT為代表的功能影像與CT、MRI為代表的解剖結構影像的區別，在課上我們首先給出了兩組人腦的影像學圖像，請同學們思考哪一組反映的活體影像，哪一組反映的是非活體影像，然后通過講解功能影像的概念，以及放射性核素示蹤技術，讓學生清楚地辨別出不同成像模式下的圖像，也深刻理解功能影像的獨特優勢，在臨床中進行疾病早期診斷的價值。

（四） 引導學生加深理解的問題

在講PET章節時，我們提出核醫學影像儀器哪些可以做多核素成像應用的問題，引導學生思考，通過回顧前面章節伽馬相機和SPECT的內容，與正在學習的PET成像原理進行對比，加深對核醫學儀器中兩種成像原理的理解，有助于學生將新舊知識融會貫通，加深對知識的全面理解，形成系統化的核醫學儀器知識體系。

（五） 教學信息化

核醫學儀器課程中的很多內容比如探測理論及算法等都相對抽象，而醫科類學校學生的理工知識相對較弱，這些內容對于他們而言，往往難以理解或掌握。當學生在學習上有困難時，容易因畏難、感覺枯燥而失去學習興趣。針對這種情況，我們運用多媒體課件，以文字為基礎，在重點內容以不同顏色示意，并配合圖像、動畫，將一些重要理論及算法原理用鮮明且具體化、形象化的形式呈現，幫助學生理解和掌握，以改善教學效果。

例如，我們在講核醫學斷層成像的圖像重建算法時，如果采用文字敘述，學生聽起來沒印象、沒概念，算法在他們頭腦中難于理解。采用多媒體教學，通過圖解的視覺刺激，可非常直觀、清楚地看到反投影算法進行圖像重建時高本底噪聲產生的過程，幫助了學生加深理解這一算法的原理和局限；并通過動畫示意反投影重建加上濾波后是如何消除邊緣模糊干擾的過程，讓毫無信號處理基礎的學生也能對上述知識理解。再例如，在講解伽馬相機探測器的結構時，首先給學生們放了一段視頻，視頻中展示了注入人體的放射性藥物發射出的γ光子，被探測器最前方的準直器限束后，只有沿著準直孔飛行的γ光子打在晶體上；隨后，γ射線與晶體產生相互作用，主要發生光電效應將能量沉積下來轉換為可見光光子；可見光光子再進入到光電倍增管，先是到光陰極上打出光電子，再經過8～12個打拿極的連續倍增，產生一個放大的電流脈沖；最后脈沖信號被輸入到計算機處理，最終形成核醫學圖像。學生跟隨著視頻，理解了伽馬探測器對γ射線的探測過程以及探測器各主要結構和作用。

（六） 突出能力培養

作為一門理論與應用相結合且多學科交叉的專業基礎課程，核醫學儀器主要目的是培養醫學生的核醫學儀器技術應用能力，我們認為應將其理論的學習與臨床應用關聯起來，培養醫學生的應用能力，是課堂教學是否成功的關鍵[7]。因此，我們教學中會突出理論教學與應用的結合，在臨床常見核醫學顯像儀器伽馬相機、SPECT、PET三部分內容理論講解時會在課件中貫穿一些臨床影像實例及應用案例，幫助學生強化應用意識和培養綜合應用能力。例如：在將PET儀器原理前，先給出PET在癌癥和神經系統疾病的診斷、療效評估、基礎研究、藥物開發的典型應用實例，讓學生首先認識到PET的臨床價值，是精準醫學時代的重要手段，繼而對PET產生學習的興趣，跟著我們去理解PET的成像原理和系統結構，是如何實現對細胞分子水平的病變信息的高靈敏度獲取；在講解PET系統的關鍵性能指標時，會從一些臨床案例出發與學生一起討論儀器所需的性能指標，比如腦成像應用時，我們會更關注空間分辨率的指標，動態成像時需要靈敏度高，使得學生更好地理解這些指標的物理意義以及會對應用產生的影響；在理論講解完后，會再引入臨床應用案例作為總結，讓理論的學習回歸應用，以應用實踐為落腳地。

課程與職業發展的關系是當今大學生們關心的熱點問題之一[8]。因此，我們在課堂上加了對核醫學行業的相關介紹，讓學生了解精準醫學時代下，核醫學顯像為代表的分子影像技術是當今乃至未來的發展重點，并介紹了核醫學儀器在中國、歐美、日本的應用狀況及醫療器械公司情況，讓學生了解到在中國廣泛推廣核醫學技術的時代已經到來，且設備國產化率持續上升，但從業人員巨大缺口是發展瓶頸，且發展不平衡。在臨床常見核醫學顯像儀器伽馬相機、SPECT、PET三部分內容理論講解時還會加入這些儀器技術的國內外最新發展趨勢和前沿應用，如飛行時間技術（TOF）、最先進的多模態分子影像設備PET/MR。通過這些與行業、發展方向相關的講解，有利于開闊學生的視野，對于提高教學質量和學術水平也十分有益[8]。

四 結語

核醫學儀器是醫學院校核醫學方向的一門專業基礎課程，涉及多學科知識。基于提高對醫學生的課程教學水平，本文對課程的教學進行了探索研究。明確教學的主要目的是培養醫學生的核醫學儀器技術應用能力，使醫學生畢業后能進入醫院從事核醫學臨床相關工作，以必需、夠用為度設計了課程大綱。并針對醫學院校學生的理工知識相對較弱的情況，在教學方式上進行了改革，通過基于問題的學習引導學生思考和分析以及信息化的教學手段，激發學生的求知欲，幫助學生深刻理解所學知識；并突出能力培養，注意將理論教學與實際應用相結合、與行業相關聯，同時增加了技術的發展方向和前沿應用介紹，開闊了學生的學術視野。我們在《核醫學儀器》課程的教學探索可使醫學院校的學生掌握所需的核醫學儀器知識，從而為其以后的核醫學臨床工作打下良好的基礎。