生物医学工程专业医学信号处理课程实践

2022-09-10

生物医学工程 (Biomedical Engineering, BME) 崛起于20世纪60年代。其内涵是:工程科学的原理和方法与生命科学的原理和方法相结合, 认识生命运动的规律 (定量) , 并用以维持、促进人的健康。

信息化是时代的特征, 信息技术已经渗透于社会的各个领域。对医学和社会医疗保健体系来说, 信息系统工程既是可用资源, 也是支撑技术平台。故医学信息处理技术是当代生物医学工程的一个主题。

考虑该专业的特殊性, 要提高人才培养质量, 实践性教学是加强专业知识教育, 增加学生的感性认识, 培养学生实践能力、综合素质和创新能力的重要环节。针对本专业人才的培养目标和目前实际情况, 我们对本专业实践性教学环节进行了改革与创新, 把素质教育作为人才培养的根本点, 把实践性教学作为理论与实际、知识与能力的融合点, 从实践性教学环节上全面培养学生的实践和创新能力。

医学信息处理技术重点是表征心-身整体状态的特征生命信息的提取和辨识。以个体整体和系统心理功能 (主要是心-脑血管系统、呼吸系统、自主神经系统等) 为主, 兼及器官、组织乃至细胞水平。以状态参量的长期连续动态监测和重要生理、生化参数的周期性检测为主。突出无创、无损、低生理心理负荷 (或规定心理、生理负荷) 测量技术, 通过信息挖掘、信息融合和认知科学技术相结合, 实现个体化心-身状态的动态辨识。

创新人才培养的改革建议 (实践教学环节) 教育教学改革需要自上而下和自下而上同时进行。培养人才, 最终需要通过实践来完成。培养创新人才, 要关注教育的实践教学环节, 广大教师应积极思考创新人才培养的问题, 努力改变传统的知识传授、灌输教学和人才培养方式, 关注学生的创新思维和创新能力的培养, 关注学生的全面发展, 不断进行教育教学内容和方法的创新与改革。

培养观念创新、个性鲜明、完善人格的高素质人才是教育的根本目标。加强教学内容的设计与更新。加大课程改革力度, 赋予学校、教师和学生更多的自主权和选择权。改革专业的设置模式, 向专业化和通识化发展。科学选择教材, 注重学生综合素质的培养。教学的内容和过程要有利于学生知识、能力、素质的协调发展。开设科学教育课程, 使学生系统地接受科学思维方法、科学发现模式的教育和培训。进行学生自主选择性课程的创新, 建立适应学生个性差异和潜能差异需要的必选和自选相结合的课程体系。教师对教学任务的设计要精选信息时代必备的知识技能, 设置融入生活实际的学习任务。关注学生个性发展和情感体验, 创设基于问题情境的教学模式。留给学生足够的研究性学习空间, 注重培养学生主动探究和互相协作学习的能力。注重培养探索能力和高级思维能力的教学;重视激励学生, 激发学生参与教学活动, 支持并鼓励学生之间相互交流。对实践课程进行优化整合, 注重上机实验等实践课程的教学, 对实践内容和实践教材进行重新优化组合。

医学信号处理课程为生物医学工程专业的一门专业基础课。我们南京邮电大学在开设医学信号处理课程时结合了我们学校在信息处理方面的优势提出了医学信号处理的教学大纲:在随机信号的基本分析方法基础上, 结合生物医学信号的特点介绍生物电磁信号的起源及测量, 常用的统计处理方法以及S P S S统计软件, 离散随机信号检测、估计、匹配滤波、维纳滤波、参数模型与自适应处理方法及上述方法的具体应用, 介绍生物医学信号的非线性分析和熵统计分析。

在课程教材使用上, 我们采用了重庆邮电大学聂能教授主编的《生物医学信号数字处理及应用》 (科学出版社, 2 0 0 5年出版) 。该教材集中了很多领域内专家, 论述了生物医学信号数字处理技术的基本理论和主要应用。既介绍了经典信号数字处理的理论和技术, 又介绍了现代信号数字处理的理论和技术。内容涉及了生物医学信号数字处理的各主要方面, 包含了属于现代医学信号处理技术热点和难点。该书内容丰富、论述全面, 是个不可多得的生物医学信号数字处理教材。

在授课时我们结合丰富的科研经验, 以很多当前在公开学术刊物上发表的生物医学信息处理有关文献为例, 着重讲述了生物医学信号处理的非线性处理方法和熵统计处理方法, 以常用的心电图信号为研究对象。并强调实践能力的培养, 开设了课内实验, 使学生能够学会掌握大型医学统计软件:SPSS统计软件;学会在Matlab软件平台上编写生物医学信号处理的非线性处理程序和熵统计处理程序, 让学生在编程中领会具体的算法含义, 对各种相关算法用于生理病理信号处理上有深刻的认识。

通过讲课与实验相结合的方法, 我们希望能达到如下的目标:同学们能够初步地认识体会到医学信号处理知识怎样用于科研, 他们在上机实验实践的过程中, 能够熟练掌握M a t l a b语言, 并且在学会如何应用自己所学的非线性处理知识和熵统计知识对生理病理数据进行研究分析, 给他们打下科学研究的基础, 为他们将来从事生物医学工程专业的研究进行良好的初步训练, 增加他们从事生物医学工程学的科研后劲。

摘要：医学信息处理技术是当代生物医学工程的一个主题。因此通过医学信号处理课程, 在科研的背景下, 用讲课和上机实验相结合的方法, 培养学生的医学信息处理能力是这门课的任务和使命。

关键词：医学信息处理,讲课,上机实验,科研能力