尹永智　李公平　徐大鹏　潘小东　姚泽恩　史克亮吴王锁　胡碧涛　张　宇　陈熙萌

(兰州大学　核科学与技术学院，甘肃　兰州　730000)

核成像实践教学与课堂教学的联合开展探究*1

尹永智李公平徐大鹏潘小东姚泽恩史克亮吴王锁胡碧涛张宇陈熙萌

(兰州大学核科学与技术学院，甘肃兰州730000)

摘要文章阐述了我国核成像类人才的巨大需求以及当前核成像技术的发展情况和面临的困境。在总结兰州大学核科学与技术学院开展核医学技术学科建设与人才培养经验的基础上，提出了该专业方向的课程教学体系设置，主要包括肿瘤放射治疗、核医学影像、放射性药物、放射生物学4个方面。针对高校该专业人才培养中重课堂而轻实践的问题，探讨了实践教学与课堂理论教学的联合开展，指出该方法是核成像专业人才培养的良好途径。

关键词核成像；学科建设；实践教学；理论教学

一、引言

核医学技术类专业人才的培养已经严重滞后于国家和社会的快速发展和需求，特别是近年来，国际核医学技术领域的设备制造和学术研究中心正在向中国转移，世界主要的正电子发射X 射线计算机断层扫描系统(PET/CT，Positron Emission Tomography / Computed Tomography)、正电子发射磁共振成像系统(PET/MR，Positron Emission Tomography / Magnetic Resonance Imaging)、单光子发射X 射线计算机断层扫描(SPECT/CT，Single Photon Emission Computed Tomography / Computed Tomography)制造企业都开始在中国设立分公司，重离子质子等癌症治疗中心也相继在国内成立，我国医院中子照射器I型机已完成设计与建造。以基础研究的科学前沿问题与我国重大工程技术领域中的科学问题为会议主题的香山科学会议，在近几年连续召开了“混合医学成像：理论、技术及应用”(2014年)“放射医学及相关学科：现状与对策”(2013年)“进化、肿瘤和个体化医疗”(2012年)“分子影像关键科学技术及其应用”(2008年)等学术讨论会，足以说明核医学技术研究和人才培养的重要性和紧迫性[1]。但临床精确诊断和治疗方面最高端的设备，如PET/MR、PET/CT等核医学影像系统、图像引导的肿瘤放射治疗装置等仍然依靠进口。由于专利保护和外企垄断等原因，高端核医学仪器的售价和维修费用非常高昂，严重制约着我国医疗事业的发展和人民健康质量的提升。2014年5月24日，习近平同志考察上海联影医疗科技有限公司时，指出：“医疗设备是现代医疗业发展的必备手段，现在一些高端医疗设备基层买不起、老百姓用不起，要加快高端医疗设备国产化进程，降低成本，推动民族品牌企业不断发展。你们的事业大有可为。”为推进国产医疗设备发展应用，受国家计生委规划与信息司委托，中国医学装备协会开展了优秀国产医疗设备产品遴选工作。此举是为了打破目前国外公司对中国高端医疗设备的垄断，其中西门子、通用、飞利浦三大公司垄断国内医疗设备超过70%。

2016年是我国核医学设立60周年，核医学诊断和治疗已经有了飞跃式的发展，核医学已经成为医学现代化的重要标志之一[2]。根据中华医学会核医学分会的统计，截止2013年底，我国从事核医学相关工作的科室838个，共有8 678人从事核医学工作，拥有PET(PET/CT) 198台，医用回旋加速器87台。到2015年，卫生部规划全国PET/CT的配置数量将达到270台。未来，我国的PET/CT的合理装机总量应在800～1 000台。在分子核医学方面，截止2013年底，全国小动物PET(/CT)共13台，核医学领域的科学研究明显滞后于临床应用。核医学分会指出，核医学临床医师、技师、物理师、化学师的培养和队伍建设已经成为当务之急。

根据中国PET/MR 发展战略高端研讨会会议纪要，到2015年2月全国已经规划配置PET/MR 14台。自从2013年PET/MR用于临床以来，我国已成为世界上临床装备PET/MR最快的国家，而且装备速度持续加快。伴随着PET/MR在临床开展应用，PET/MR技术虽然总体上成熟，但仍存在技术难点和挑战。PET/MR在临床和科研应用领域需要加强学科建设和规划。

二、人才培养现状与挑战

我国核医学技术相关领域的人才和技术储备如何？1980年中华医学会、中国核学会核医学分会成立，到目前已经走过30余年的历程，核医学分会举办了各种培训班和讲习班[3]，但是人才培养和技术储备远远跟不上国内市场的需求。核医学影像设备如PET/CT、PET/MR、SPECT/CT等依赖于进口；放射性药物主要由国外率先批准，缺乏自主知识产权；分子影像探针等基础研究落后于国际先进水平，严重影响着核医学事业的发展。因此，有必要对核医学技术相关领域的人才培养进行研究，提出相应措施，加快和提高人才储备的数量和质量。

传统医学院的影像医学与核医学专业是临床医学的二级学科，主要以培养从事临床诊断和治疗的医师为主。对于从事核医学和医学影像类的技术人才的培养尚没有形成规范化。长期以来，主要是核物理、放射化学、物理学专业的毕业生在从事核医学相关技术领域的工作。历史上，已经具有核科学技术人才培养的高校院系开办了核医学和医学影像技术类专业，进行研究生的培养[4]753-758。比如，清华大学在“核科学技术”一级学科内自主设立了医学物理和工程二级学科。北京大学在 “核技术及应用”学科中设立了医学物理研究方向。中国医学科学院北京协和医学院开设了医学放射物理学。近年来，武汉大学、浙江大学、华中科技大学、中国科学技术大学、四川大学、重庆大学、苏州大学、中山大学、天津医科大学等众多高校都在纷纷设立或申请设立医学物理、核医学类学科。

2011年，教育部和国务院学位办确认设置医学物理学专业，高校可以申办学士、硕士、博士学位授予和招生[5]。医学物理师的培养进入了规范化。目前国内的医学物理专业培养方式主要借鉴美国模式，该专业主要有4个方向：医学影像物理、放射治疗物理、核医学物理和防护保健物理，这4个方向基本上涵盖了当前医院临床最主要的医学物理人才的需求。

核医学技术类人才的培养，需要兼顾核医学仪器和放射性药物两方面基础知识的掌握，这两个方面是核医学发展最重要的基础[6-7]。核医学技术类研究生的培养和学科的建设，不仅要包括医学物理所涉及的4个方面，还应该融入放射性药物和放射生物学。核医学技术类人才的培养是各学科的交叉融合，这是核医学学科的基本特点，有必要在从事核技术和放射化学两个方向人才培养和科学研究的高等院校，率先开展核医学技术类人才的培养。

核医学技术类人才的培养应该以理学基础和实验技能为主，目标是培养能够从事临床技术类工作(医学物理师、化学师)和科研工作的人才。理学基础包括核技术、放射性药物、辐射防护等，实验技能包括实验操作和医学临床实践。核医学技术类人才的培养应与医院的临床需求结合起来，安排一定课时量的医院实习。核医学技术类专业的特点决定了该方向人才培养的复杂性。课程方面既包括了物理类、化学类、生物类等理学知识，又包括了医学临床实践。对学生的学习提出了挑战，对教师的专业背景需求也是综合性的。

三、课程教学体系设置

由于核科学技术自身发展的历史和特点，目前全国高校中同时拥有核物理核技术和放射化学专业的学校，主要有北京大学、清华大学、兰州大学、苏州大学等。兰州大学核科学与技术学院是国内少数几个没有中断过核专业人才培养和同时拥有核物理和放射化学专业的高校，其核科学技术是传统优势学科，在国内外有着良好声誉[4]753-758。在理论教学方面，核学院在核物理和放射化学专业有50多年的教学经验，体系完整[8-9]。在实验教学方面，核学院拥有甘肃省核科学与技术实验教学中心，具备国内一流的实验教学设施。已经开展了核技术方面的实验，包括核探测实验、核电子学实验、辐射防护实验等以及放射化学实验等相关专业实验教学工作。

在核学院的核医学技术学科建设中，兰州大学对肿瘤放射治疗、核医学影像、放射性药物、放射生物学等方向进行了融合。紧紧围绕核医学技术类学科交叉的特点，将各个主要方向密切联系起来，建设完整的教学培养和科研训练体系。核医学影像在核医学技术类学科设置中应该起到桥梁的作用，该方向也是核医学技术中发展最为迅速的方向。精确肿瘤放射治疗中需要图像引导，比如利用PET/CT进行定位、勾画靶区、剂量验证、疗效评价等；放射性药物的研制中需要图像的验证，比如利用小动物进行分子核医学成像、药代动力学研究、放射性核素示踪等[10]。因此，核医学成像的课程教学体系不能脱离肿瘤放射治疗和放射性药物，应当是一个适合核医学整体学科方向需求的兼容性体系，是一个系统性工程。

核医学技术课程将集中讲授核医学原理与方法、医学成像原理和应用、放射治疗物理等方面的知识。其中，4个主要方面各占25%，即放射治疗物理、核医学原理与方法、医学成像原理、放射性药物和放射生物学。课程专题包括：放射性核素显像，如正电子发射断层显像PET、单光子发射断层显像SPECT；放射性核素治疗；放射治疗仪器、方法、治疗计划、治疗技术等；医学影像中的CT、磁共振、超声等成像技术；加速器产生的同步辐射、中子、重离子等成像、治疗技术以及图像重建算法与实现、放射性药物与成像对比剂、放射生物学等。

教学过程是教与学的整体配合，包括了课堂讲授、学生自学、作业完成、实践参与、报告撰写、讨论会、考试等所有阶段。每一个环节都必须有相应的质量控制。课堂讲授由从事专业研究的教师担任，做到课件讲义齐全，课堂气氛活跃。学生自主安排自学进度，并配合撰写相应的报告，计入平时成绩。实验参与和现场参观是课程教学的组成部分，以签到和实验报告作为考核方式。专题调研和讨论是考试的必备部分，占总分的一定比例。考试以笔试、讨论、调研报告相结合。学生最终成绩包括平时成绩(20%)、实践成绩(30%)、口头报告(30%)、期末论文(20%)。

四、实践教学与理论教学联合开展

核医学技术是一门实践性非常强的学科，参与实验操作、进行临床和科研的现场参观，与课堂教学有同等重要的作用。缺乏实践教学的培养，学生在动手能力方面无法保证，很难真正理解核医学技术的本质，成为无本之木。没有临床方面的实践指导，在影像系统和放疗系统的开发和应用工作中更是无从着手，难以切中应用实际。实践教学的重要性需要提到与理论教学同等重要的高度。课堂教学与实践教学相结合的方法，与目前的研究生学习和住院实习制度紧密结合起来，是本专业技术人才培养的良好途径。

传统的核医学影像类专业人才的培养中，核医学成像的实践教学在实际开展中存在极大的困难，实验课程主要依靠：(1)医学影像存储与传输系统(PACS，Picture Archiving and Communication System)与医院影像片库相连进行教学；(2)进行仿真成像实验教学；(3)医院科室参观影像设备。这些实验教学方法，在手动性操作和体会方面存在严重不足[11]，很难让学生真正掌握医学影像的本质，对毕业后从事工作和研究都是很不利的。实践教学开展的主要困难在于：核医学影像设备价格昂贵，操作复杂；放射性药物的辐射防护和安全性保证存在一定困难等。医院临床的影像中心、放射治疗中心等主要以临床治疗为主，难以用于实践教学中。

兰州大学核学院立足于在实验室开发低成本、多用途的核医学成像实验平台，将核医学影像的实践教学融入科研工作中，让高年级本科生和研究生参与课题组的科研活动和讨论中，非常有利于人才培养。这既能使学生掌握实验方法，也有助于了解前沿科技进展。国内有代表性的先进医学影像教学科研平台包括：清华大学生物医学影像实验平台，东北大学医学影像计算教育部重点实验室，苏州大学医学影像处理与分析实验室等。这些高校的影像实验平台，既立足于国际科研热点，又在学生培养方面发挥着重要作用。

使用医学影像实验平台进行教学和科研工作，是核医学技术类人才培养的良好途径之一。核学院的实践教学设备包括：已经初步建成的核医学成像实验平台和工业CT实验室。同时，结合中国科学院近代物理研究所重离子治癌终端，兰州大学附属医院核医学科、放疗科设备，开展实践教学和现场参观。实践教学的设备整体处于先进水平，对培养学生的实践能力有很好的效果。

核医学成像实验平台可以进行PET实验和SPECT实验，包括实验暗箱、旋转控制系统、数据获取系统、图像重建系统。实验暗箱主要放置成像探头和被成像的样品。旋转控制系统对探头和被测样品作360°旋转控制、线性控制。模拟信号数据获取系统由核仪器插件(NIM，Nuclear Instrument Module)模块和基于外设部件互连标准接口(PCI，Peripheral Component Interconnect)的32路数据采集卡组成。数字化数据获取系统为64路微型电信计算架构标准(uTCA，Micro Telecommunications Computing Architecture)系统，可以进行波形采集和现场可编程门阵列器件(FPGA，Field Programmable Gate Array)算法编程。通过自由组合PET符合伽玛探头和SPECT伽玛探头，由NIM电子学模块产生触发信号，用PCI采集卡记录成形放大的探头信号，或者直接利用64路数字化采集系统对探头前放信号进行波形采集，用FPGA进行算法编程，给出重建数据。利用图像重建软件进行图像重建。

工业CT实验室可以对样品进行CT断层成像，主要包括高功率X光源、大面积平板探测器、样品四维控制系统、数据采集系统。通过对发射X光经过样品衰减后的X射线直接测量进行吸收衬度成像，或者对X光经过样品后的相位变化进行相位衬度成像。

放射治疗方面的实践教学以实习和参观为主，包括中国科学院近代物理研究所的重离子治癌终端和兰州大学附属医院放疗科、核医学科。近物所基于兰州重离子研究装置，已经对213例肿瘤患者进行临床试验治疗，使我国成为继美国、德国、日本之后第四个掌握重离子治癌技术的国家。在兰州大学附属医院放疗科进行临床实习和现场参观，使学生能够实际接触到临床治疗中的肿瘤治疗定位、治疗计划制定、放疗实施、计量验证等以及临床诊断中的影像技术、三维重建等一系列医疗过程。

立足于实践教学和理论教学的联合开展，更容易使教学内容与社会需求、科研实践相适应，为社会培养用得上的创新型、专业型高素质核医学技术人才。

五、结论

本文通过研究兰州大学核科学与技术学院核医学技术学科建设，提出了该专业方向的课程教学体系设置，主要包括肿瘤放射治疗、核医学影像、放射性药物、放射生物学4个方面。实践教学体系包括核医学成像实验平台PET实验、SPECT实验、工业CT实验、放射化学实验；结合中国科学院近代物理研究所的重离子治癌终端和兰州大学附属医院放疗科的现场参观和临床实习。通过研究，阐述了实践教学和理论教学的联合开展对于核医学技术类人才培养的重要作用。

参考文献：

[1]杨炳忻.香山科学会议第496—500次学术讨论会简述[J].中国基础科学，2015 (1) ：21-27.

[2]胡逸民.中国医学物理学的过去、现在与未来 [J].物理，2007(1) ：51-54.

[3]屈婉莹.在中华医学会、中国核学会核医学分会成立20 周年庆祝大会上的讲话[J].中华核医学杂志，2000，20(6)：241-142.

[4]张仕刚，谢耀钦，包尚联.医学影像物理学科的现状和未来 [J].物理，2004(10) ：753-758.

[5]袁红敏，李小方，姜岐山，等.中国特色医学物理发展具有里程碑意义的大事：略论并祝贺我国高等院校将开设医学物理专业教育 [J].中国医学物理学杂志，2011(6) ：3070-3073.

[6]李素莹，孟祥溪，周坤，等.分子医学影像研究进展(上)[J].中国医疗设备，2015(2) ：1-6.

[7]王荣福.肿瘤PET药物的现状和展望[J].核化学与放射化学，2006，28(2) ：65-71.

[8]吴王锁.高等学校核科学与技术类专业人才培养的现状、问题和建议 ：1.面临的机遇、挑战、国际现状与发展趋势[J].高等理科教育，2008，79(3) ：39-42.

[9]胡碧涛，张宇.核科学与技术实验教学体系建设[J].高等理科教育，2009，86(4) ：100-102.

[10]叶飞，李强.重离子治癌相关研究[J].原子核物理评论，2010，27(3) ：299-316.

[11]游金辉，祝元仲，张小明.医学影像数字化实验教学平台在核医学实验教学中的应用[J].实验技术与管理，2011，28(4) ：25-26.

(责任编辑李世萍)

*收稿日期2015-06-08

资助项目兰州大学教学研究项目(项目编号：201405)；兰州大学本科生实践教学质量提升计划专项建设项目(项目编号：sz2012105).

作者简介尹永智(1981-)男，山西岢岚县人，副教授，博士，主要从事核探测与成像技术教学与研究.

中图分类号G642.3

文献标识码A

Jointly Carrying out Practical Teaching and Classroom Teaching in Nuclear Imaging

YIN Yong-zhi，LI Gong-ping，XU Da-peng，PAN Xiao-dong，YAO Ze-en，SHI Ke-liang，WUWang-suo，HUBi-tao，ZHANGYu，CHENXi-meng

(School of Nuclear Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou，730000，China)

Abstract：The paper illustrates the great demand of talents in nuclear imaging，the development and the dilemma of nuclear imaging. Based on concluding the disciplinary construction and talent training experience of nuclear medical technology in school of nuclear science and technology，Lanzhou University，the paper proposes the curriculum teaching system in the professional direction，which includes four aspects： tumor radiotherapy，nuclear medicine imaging，radiopharmaceutical，and radiobiology.In universities and colleges，it pays attention to classroom while looks down upon the practice in professional talent cultivation.Aimed at the above problem，the paper explores the jointly implementation of practical teaching and classroom theoretical teaching，and proposes that it is a good way to cultivate talent in nuclear imaging.

Keywords：nuclear imaging；disciplinary construction；practical teaching；theoretical teaching