實(shí)驗(yàn)簡介

磁共振設(shè)備是技術(shù)含量和附加值最高的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備之一，是當(dāng)前顯示大腦結(jié)構(gòu)和功能過程最重要的可視化工具?！洞殴舱癯上裨砼c序列應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目基于臨床采集的真實(shí)數(shù)據(jù)與強(qiáng)大的仿真模型，以虛擬空間與對象的方式將磁共振成像各個(gè)層面與步驟精準(zhǔn)還原；操作界面上去除不必要的細(xì)節(jié)，又保留了實(shí)際最重要的要素。此仿真系統(tǒng)與課程實(shí)現(xiàn)了對磁共振成像全流程全知識點(diǎn)的系統(tǒng)性覆蓋和梳理，幫助學(xué)生形成直觀而連貫的認(rèn)識，全面、系統(tǒng)地掌握這一成像技術(shù)；不受機(jī)時(shí)的限制進(jìn)行充分的學(xué)習(xí)與試驗(yàn)，掌握序列選擇與成像參數(shù)調(diào)整的技巧。

設(shè)計(jì)原則

磁共振成像技術(shù)是醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)、物理和工程高度交叉融合的科技前沿，已成為技術(shù)含量和附加值最高的一類醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)影像的研究熱點(diǎn)，對具備實(shí)踐能力的跨專業(yè)人才需求非常迫切。本教學(xué)團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，根據(jù)以往教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從學(xué)生出發(fā)，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)磁共振成像原理時(shí)的難點(diǎn)與興趣點(diǎn)，設(shè)計(jì)了磁共振成像原理和序列應(yīng)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。

一、 堅(jiān)持“能實(shí)不虛、虛實(shí)結(jié)合”的原則。磁共振成像的教學(xué)非常講求理論與實(shí)踐結(jié)合，單純的理論講授和書本文字描述難以讓學(xué)生理解復(fù)雜的磁共振原理，同時(shí)磁共振成像的實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻面臨著儀器成本高、醫(yī)院醫(yī)療資源緊缺以及醫(yī)學(xué)倫理道德的嚴(yán)重困難，無法自由地實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主操作實(shí)驗(yàn)，成為了磁共振教學(xué)的一大痛點(diǎn)。針對以上問題，我們迫切地需要一套磁共振的虛擬仿真教學(xué)軟件，對于建立磁共振成像原理的感性認(rèn)知、在虛擬應(yīng)用中反復(fù)實(shí)踐，加深理解相關(guān)的重點(diǎn)方法和技術(shù)、完善綜合從理論到應(yīng)用的思維具有非常重要的意義。

二、 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)兼具高階性、創(chuàng)新性。將書本上扁平的文字描述的磁共振原理，用生動(dòng)的3D動(dòng)畫立體地呈現(xiàn)出來，大幅降低學(xué)生理解知識的難度。本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)有四個(gè)實(shí)驗(yàn)板塊，環(huán)環(huán)相扣層層深入，設(shè)計(jì)交互式動(dòng)畫演示磁共振物理規(guī)律和磁共振信號的形成，還設(shè)有虛擬掃描環(huán)節(jié)，學(xué)生按照自己的想法設(shè)置掃描參數(shù)，操作具有很高的自由度和挑戰(zhàn)度。在知識角鏈接中收錄了相關(guān)學(xué)習(xí)資料，實(shí)時(shí)更新當(dāng)下醫(yī)學(xué)成像發(fā)展新動(dòng)態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注時(shí)事，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、 仿真實(shí)驗(yàn)具有挑戰(zhàn)度。仿真實(shí)驗(yàn)均模擬客觀物理規(guī)律而成，且考核點(diǎn)設(shè)計(jì)不是簡單的知識點(diǎn)的記憶，而是立足于學(xué)生對知識點(diǎn)的運(yùn)用能力，要求學(xué)生對知識理解后能靈活地運(yùn)用才能獲得較好的成績，引導(dǎo)學(xué)生通過容錯(cuò)探究式的實(shí)驗(yàn)過程得到個(gè)性化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和探究式的思維方式

四、 立德樹人融入整個(gè)教學(xué)過程。目前醫(yī)院頂級大型醫(yī)學(xué)成像儀器如磁共振、CT等主要還依賴于進(jìn)口，讓學(xué)生了解我國目前影像行業(yè)的科研和產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，激發(fā)學(xué)生為我國影像科學(xué)發(fā)展而努力奮斗的熱情。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/b>

根據(jù)生物科學(xué)和醫(yī)學(xué)工程專業(yè)對醫(yī)學(xué)成像原理的授課要求，本實(shí)驗(yàn)的目的如下：

(1) 掌握磁共振成像技術(shù)的發(fā)展史和前沿應(yīng)用；

(2) 深刻理解核自旋、旋磁比、拉莫爾頻率和進(jìn)動(dòng)等物理概念，掌握核磁共振現(xiàn)象的原理，理解核磁共振的基本機(jī)制，了解其宏觀現(xiàn)象的描述；

(3) 掌握單個(gè)磁矩的合成、宏觀磁化向量（磁矢）、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、RF脈沖、磁矢的弛豫（T1、T2、T2*）、回波的形成、TE、TR、部分飽和效應(yīng)的機(jī)制和概念；

(4) 了解核磁共振序列的基本定義和典型成像脈沖序列的選擇和應(yīng)用，掌握空間編碼的概念和方法，K空間的定義和圖像重建的典型方法和過程；

(5) 通過虛擬掃描的實(shí)驗(yàn)，掌握成像過程和圖像質(zhì)量的評估，了解磁共振技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)和腦科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

本課程通過對磁共振的工作原理、成像的基本機(jī)制和掃描序列設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，培養(yǎng)學(xué)生掌握磁共振成像的基礎(chǔ)要點(diǎn)，具備設(shè)計(jì)和改進(jìn)或使用維護(hù)的基本能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程以及進(jìn)行于影像相關(guān)的醫(yī)學(xué)智能系統(tǒng)的研發(fā)打下必要的基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)要求

一、專業(yè)與年級要求

本實(shí)驗(yàn)屬于東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院醫(yī)學(xué)電子學(xué)方向?qū)I(yè)課程《醫(yī)學(xué)成像原理》，該課程面向生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，本科三年級以上、碩博士研究生。

二、基本知識和要求

進(jìn)行本項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的學(xué)生應(yīng)具備基本的大學(xué)物理、波動(dòng)理論、數(shù)字圖像處理等知識，具體如下：

(1) 大學(xué)物理：掌握磁場對磁矩的作用以及簡單的量子力學(xué)，能夠從經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)的角度分析質(zhì)子在磁場中的運(yùn)動(dòng)

(2) 波動(dòng)理論：掌握基本的電磁場理論，能夠從電磁波的角度分析磁共振信號的產(chǎn)生與檢測

(3) 數(shù)字圖像處理：掌握數(shù)字圖像處理的相關(guān)算法，能夠?qū)z測得到的磁共振圖像進(jìn)行一定程度上的優(yōu)化