成像原理范文

成像原理范文（精选10篇）

成像原理 第1篇

一、现代化教学手段在教学中应用的必要性

(一) 激发学生乐于探索的兴趣

“学习的最好刺激, 乃是对所学知识的兴趣。”有了兴趣, 学习就不会成为负担, 而会成为一种执着的追求。现代化教学手段的运用, 不仅可以用来传递医学成像原理的教学内容, 而且还会改变传统的教学方法, 做到活跃课堂气氛, 创设学习情境的教学方式, 可以激发学生的好奇心和求知欲, 能够引导学生更加深入地思考教师所教授的内容。创设情境能够使学生迅速地进入最佳学习状态, 也会激发学生的学习兴趣, 萌发求知欲望, 启动认知能力。

(二) 活化课堂教学内容

现代化教学手段在教学中的应用, 能变静态为动态, 将静态的教学内容活化成动态的教学活动, 实现课堂教学实效化, 如X线成像、数字X线成像、CT成像、MRI成像的基本概念。在教学中加进相应的教学辅助, 可以将枯燥无味的教学内容更加生动化、形象化。活化课堂的教学内容能够有效地提高教学质量。

(三) 能够为学生解决复杂问题提供帮助

医学成像原理课程教学不仅要教学生医学理论知识, 而且要揭示获取知识的思维过程。现代化教学手段能有效地展示相关知识的形成过程, 不仅能辅助教师的教, 更能激发学生积极主动地去深入探索。如医学图像的数字化处理技术, 借助现代化教学手段能够使医学图像的二维变换、医学图像的压缩及三维图像处理等方面复杂的知识通过图像或者视频的方式展现于课堂。

二、如何在医学成像原理课程教学中合理运用现代化教学手段

(一) 掌握使用现代教育技术的最佳时机

现代教育技术的灵活运用能够把理论性问题具体化、趣味化, 使静止的问题动态化, 实现复杂的问题简单化。但是, 在具体的应用中, 要合理地掌握正确的使用时机, 否则会事与愿违。如空间分辨率的测量方法和表示形式。空间分辨率是指成像系统对距离很近的两个小物体的分辨本领, 其测量方法是用线对卡或网眼板等测试模体成像, 确定其中恰可分辨的区域的空间频率。恰当的应用现代教育技术, 可以较好地帮助学生熟练地掌握知识和技能。

(二) 多种现代化教学媒体的最佳结合

教学中采用现代教育技术, 如多媒体等多元化教学手段, 讲究教师讲授艺术, 渗入心理健康素质与医德医风教育。在教学中采用实物、挂图、幻灯、录像等多种媒体进行教学, 调动学生的主动性和积极性, 启迪学生的科学思维, 鼓励学生敢于创新。在医学成像原理教学中应该积极改进教学方法, 以学生为主体, 充分调动学生学习的积极性与主动性。

(三) 提高现代化教育技术的最佳效果

现代教育技术具有很强的直观性, 医学成像原理课程具有很强的抽象性, 和学生思维的具体形象之间有很大的矛盾。因此, 借助现代教育技术的直观效果去理解抽象的医学理论知识, 从而逐步提高学生对新知识的掌握能力, 也会为后续的医学影像专业课程学习奠定良好的基础。现代化教学手段在教学中的应用可以有效地促进教师教学方法和教育行为的转变, 这样可以使教学过程更具科学性, 帮助教师在教学活动中能更合理地掌握和利用时间。提高现代化教育技术的最佳效果是, 为学生的学习和发展提供更加丰富多彩的教育资源和广阔的学习空间, 可以有效地吸引学生的注意力, 并且能更好地帮助学生在课堂上理解和掌握更多知识, 从而达到发展学生综合能力的目的。

总之, 现代化教学手段在教学中的应用如一缕春风, 给我们医学教学注入了生机和活力, 在教学过程中教师应该根据教学内容改革创新教学方法, 突出学生职业能力与职业素质的培养。在实践技能上, 要求学生规范操作, 让学生多动手多实践, 引导学生理论联系实际, 促进教学质量的提高。此外, 也要根据学生在课堂上的反信息馈, 及时调整教学方法。

参考文献

[1]黄大同.现代医学成像原理课程教学的改革[J].广州医学院学报, 1997.

[2]许凤.让学生走上讲台——医学影像成像原理教学改革的实践及其效果评价[J].医学研究与教育, 2010.

投影仪成像原理 第2篇

4、然后再通过棱镜将这3色图像合成为一个图像，最后通过镜头投影到屏幕上。

日常维护

1、机械方面。严防强烈的冲撞、挤压和震动。

因为强震能造成液晶片的位移，影响放映时三片LCD的`会聚，出现RGB颜色不重合的现象，而光学系统中的透镜，反射镜也会产生变形或损坏，影响图像投影效果，而变焦镜头在冲击下会使轨道损坏，造成镜头卡死，甚至镜头破裂无法使用。

凸透镜成像规律及原理演示器 第3篇

1 构造与规格

①长方形木板（80 cm×30 cm），如图，中央画凸透镜符号（直径15 cm）；

②铁丝一根（直径4 mm、长70 cm），两端固定在木板上，和凸透镜主光轴重合，光心位置钻一小孔，在透镜两侧木板上的对应位置分别标出一倍焦距（f=10 cm）、二倍焦距点；

③小木棒（直径1 cm、长4 cm），两端分别固定小铁环，下端的铁环套在作为主光轴的铁丝上；

④ 铁丝（直径4 mm、长70 cm），如图固定在木板上，透镜右侧的部分穿过木棒上端的铁环且平行于主光轴，使小木棒垂直于主光轴；透镜左侧的部分过焦点固定，模拟平行于 主光轴的光线经凸透镜折射后过另一侧的焦点；

⑤ 铁丝（直径4 mm、长75 cm），中央钻一个小孔，和主光轴铁丝的光心小孔同轴可旋转，铁丝右端穿过木棒上端的鐵环；

⑥ 木板上画虚线，和铁丝④透镜左侧部分在同一条直线上，表示光线的反向延长线；

2 操作方法

（1）让木棒③位于凸透镜右侧两倍焦距外一点，此时两根铁丝④和⑤在透镜左侧相交于一点，该点位于主光轴下方、一倍焦距到二倍焦距之间、距主光轴的距离小于木棒的高度，如图，可得到或验证此时的成像规律；

（2）将木棒③向透镜靠近，随时观察透镜左侧铁丝④和⑤的交点位置及交点到主光轴的距离，比较像距和像的大小变化；

（3）演示几个转折点：木棒③位于二倍焦距处时，透镜左侧铁丝④和⑤的交点也恰好位于二倍焦距点下方，且距主光轴的距离和小木棒③的高度相同；木棒③位于焦点处时，透镜左侧铁丝④和⑤平行，没有交点；

（4）木棒③位于一倍焦距以内时，透镜左侧铁丝④和⑤将不会相交，但铁丝⑤和透镜右侧的④的延长线⑥会相交，即成虚像，且交点位于主光轴上方；

该装置简单易操作，对于学生理解凸透镜成像规律及原理有很大帮助.使用时要注意铁丝的硬度，检查铁丝是否笔直.

3 尊重兴趣差异，鼓励自选学法

学生在学习兴趣上也显示出不同的差异，有的学生语言表达好，有的学生喜欢运算，有的绘画能力出色，有的喜欢音乐，有的特偏爱自然，有的运动协调能力强……，因而他们解决问题的思路和方法也各有异，因此在物理学习中可以利用学生的特长和优势，引导他们选择适合自己的学习方法.让学生各尽所能，各施其长，使学生学得轻松、学得快乐.

4 开发情感资源，运用激励机制

情感是学习的动力保障系统.开发学生的情感资源，是学生学习的动力源泉.学生在对待学习时，表现出积极和消极两种不同的态度.教师可以利用学生好表现的心理，利用他们都希望自己的劳动成果被人发现、被人肯定的愿望，转化学生的消极态度为积极态度.因此物理教师要利用课堂中的学习活动、探究活动、课外的综合实践活动等为学生创造更多的机会、更多的途径展示劳动成果，让每个学生都能体会到“我能行”，体验到成功的快乐.这将激励学生乐于学习实践，不断奋进.

4.1 多向评价

多增加几把评价的尺子，就会有更多的学生受到鼓励，使更多的学生更加自信，走向成功.如通过一次物理知识的抢答评出“最佳答辩手”；通过物理实验操作比赛评出“最佳操作手”，通过一次解题比赛评出“最佳答题手”，通过课外的综合实践活动评出“小小活动家”……从不同的角度给学生提供展示自己特长的平台，让学生在评价中获得学习的自信心和积极的情感体验，并且看到自己的努力方向.

4.2 多层展示

增加途径、扩大展示面，让各个层次的学生都有机会、有场所展示自己的劳动成果.进步生的作品在小组、班上定期交流、展示；优秀生的作品在学校各走廊展示或张贴；特长生的作品向有关的上级部门推荐.由于各层次的同学都有展示的场所，人人获得成功的愿望得到了满足，对于形成理想、增强自信心、激励进取心都产生了正面影响，而这些心理因素对取得新的进步又起了推动作用，从而进入一个不断发展的良性循环.

立体动画的双眼成像原理浅析 第4篇

一、立体动画的视间距立体成像原理

我们把轴间距、瞳间距、孔间距等称之为视间距,也就是人类双眼瞳孔间平均64毫米的距离。在立体动画制作过程中,借助了立体摄影原理形成了立体动画的视间距原理。利用视间距模拟出人的双眼去制作动画的立体景深,制作不懂层次景物左右偏移模拟立体摄影机的轴间距,这是立体动画空间景深制作最重要的环节,也决定了立体动画的景深空间。

如(图1左)所示,如果把立体摄影机的轴间距拉大,银幕前的观众所看到的景深立体空间就会被加深;反之,如果把立体摄影机的轴间距推近,则银幕前所呈现的景深立体空间就会变浅。总的来讲,视间距参数的变化所决定立体动画画面的视觉效果是艺术与技术结合的产物,会影响到动画片的立体效果、镜头运动、画面景别的应用。

在设置立体动画的虚拟摄相机参数设置时,视间距一般会以50毫米的视间距为准则。在立体电影拍摄时,立体动画摄影师会根据自己总结的经验,把视间距设定为镜头中最近的画面元素到立体摄影机1/30-1/40之间的距离就可以被广大观众接受,这个区间值是模拟了观众两眼瞳孔之间的平均距离所得出的。假设,被摄景物在摄像机的2米以外的位置,合理的视间距应该被设置为50毫米左右。因此,大多三维软件中立体摄像机视间距参数就选用了5厘米作为默认值,用户只要对会聚等参数做一些微调以后,就可以形成安全、富有景深空间效果的立体图像。

二、立体动画的会聚立体成像原理

在日常生活中,人们在观察位置较近的物体时眼球会向着中间会聚,在观察位置较远的物体时眼球向两边相反方向分离。也就是说会聚是因为人类眼球的转动而产生的视觉现象,在设置大多动画制作软件的虚拟摄像机参数时,如(图1右)所示,如果调节虚拟立体摄影机的垂直轴线使其相互平行,则被拍摄到的景物在立体画面中绝对是在银幕之外(即负视差);如果调节虚拟立体摄影机的垂直轴线使其向中间稍微转动,则呈现的立体景物就会部分在银幕之内形成入屏(正视差)效果,另外还会有一部分在银幕之外形成出屏(负视差)效果;如果继续把虚拟立体摄影机的垂直轴线夹角加大,会聚点被放在角色身上,所形成的立体画面就会出现卡通角色在银幕(零视差)位置,背景画面则在银幕之内的效果。

三、立体动画的视差立体成像原理

视差(parallax)简单来说就是人们的立体错觉,是指人类两眼看到同一个物体时,呈现的画面在视觉上形成的位移与细微差别的现象,这种能够产生有空间感的立体效果的现象被称之为视差。立体动画的空间形成中,视差是视间距和会聚的共同作用所形成的产物。立体画面的制作过程就是利用视差原理,在图像中找出相应的深度信息来进行立体画面的匹配,制作出两个视点不同的图像,最后被观众的大脑接收并处理形成立体观感。立体动画的视差按照其所处银幕的空间位置,可把它分为正视差、负视差和零视差三种类型如(图2)所示。

立体动画的正视差是指,人们在观影时发现景物与角色在银幕之内的现象,即镜头的景深层次被“推入”到银幕里面的现象。观众欣赏到的立体画面为正视差镜头时,他们两眼的视线轴正好处于平行状态,瞳孔正好在眼球中间位置,这样才能获得最舒服的观影体验,这也是整部立体动画最常用的立体效果

立体动画的负视差是指,观众在观影时所看到的景物在银幕的前方会聚的现象,即人们在观影时所看到景物与角色在银幕之外出现的效果。由于人类大脑接受负视差画面信息时双眼要向中间会聚,造成了其舒适感要低于正视差,所以一部立体效果好的动画电影不会有太多的负视差镜头画面。如果出现很强的负视差画面这一定是剧情的特别安排,给观众耳目一新的立体视觉体验需求。

零视差是指,观众在观影时所看到的景物在银幕位置会聚,也就是人们看到的景物正好处于银幕位置,俗称零屏幕。此时立体动画场景中的画面元素视差为零,空间中景物水平位置无左右偏移现象。最简单来讲,早先普通电影完全是零视差电影。

在制作立体动画电影时,左右双眼画面产生的差异不能太过夸张,例如要避免出现视线不行视线轴夹角过大的现象,观众不能快速地把差异过大的图像信息在大脑中处理成立体景深图像。所以,在立体动画的视差设置时要充分考虑银幕的宽度,合理安排视差在银幕中的分布。

在立体动画电影的制作中,场景的空间景深在制作之前需要被设置好,要使其遵循人眼的立体成像原理。动画导演与立体制作总监要对整部动画电影进行画面空间景深层次的详细评估,合理地设置正视差和负视差的景深左右偏移区间,控制好每个动画镜头之间的视差值,把观众在观看立体动画的眼疲劳降到最低而不至于损失立体空间。微观来讲,立体成像决定了人们在影院里90分钟观影舒适度;宏观来讲,立体成像决定着一部立体动画电影票房收入高低。

参考文献

[1]李铁,张海力.动画场景设计[M].清华大学出版社、北京交通大学出版社,2006.

伽利略望远镜的成像原理 第5篇

他先观测到了月球的高地和环形山投下的阴影，接着又发现了太阳黑子，此外还发现了木星的4个最大的卫星。自那以后，科学技术已经获得了长足进步，光学技术的.腾飞促使科学仪器不断更新。当今最先进的地面望远镜具有庞大的结构，直径达10米的灵活转动镜片。然而，现代高级的天文望远镜都是在前人基础上发展起来的。

16的秋天，身兼帕多瓦大学数学、科学和天文学教授的伽利略，制作出了一个放大倍数为32倍的望远镜。伽利略将镜头首次对准了月球，这是人类首次对月面进行科学观测。

161月7日，伽利略发现了木星的四颗卫星，为哥白尼学说找到了确凿的证据，标志着哥白尼学说开始走向胜利。借助于望远镜，伽利略还先后发现了土星光环、太阳黑子、太阳的自转、金星和水星的盈亏现象、月球的周日和周月天平动，以及银河是由无数恒星组成等等。

成像原理 第6篇

1 CT设备的技术进展

1.1 宽探测器多层采集螺旋CT (多层螺旋) :

多层探测器的设计分为对称性、非对称性和对称/非对称混合方式, 依列数又有4、8、16、34列之分。为了满足于大量原始数据的采集和实时重建, 多采用大容量计算机或多台计算机并列处理方式来改善工作流程。多层CT采集的层厚均已在0.5 cm/层以下, 最大螺距已可达13∶1, 采集速度在全层扫描均可达到0.5s以下, 作容积采集时实际上的X线剂量较高。多层CT需要较大容量、长寿命的X线管球。锥形束 (cone bean) 扫描时, X线对中心部份与边缘部分探测器阵列的入射角有差异, 可产生锥形束伪影。临床可用于大范围扫描、多期增强扫描、不屏气扫描, 以及急诊、危重、小儿等患者的快速检查。容积采集的数据可作为高层次的CT研究如CTA、仿真内窥镜等[1]。

1.2平板探测器CT———容积CT:

以平板 (FP) 探测器代替传统的X线CT探测器, 用一定宽度的平板探测器与X线管球连动, 在旋转中直接采集对应的一定厚度体积的容积性 (而不是层面) 信息, 经计算机处理后形成层面的或三维的影像, 在成像原理、机器设计、信息模式、成像速度、射线剂量、运行成本等方面是今后1~2年内CT的又一次技术突破。

1.3大孔径CT:

孔径72~85 cm, 满足放射治疗患者的定位与治疗计划系统的要求。

2 MR设备的技术进展

2.1 3.0T MR设备:

3.0T MR属超高磁场设备, 比常规高场设备具有更好的图像信噪比和更好的性能参数, 如梯度场强可达40 m T/m, 切换率可达150 m T/ms, 从而可使TE更短, 每次TR可获得更多的层面, 更不易受运动的影响。其B值可>10 000 s/mm2。其优越性体现在神经系统功能成像 (f MRI) 、心肌灌注与冠状动脉MRI、多体素MR频谱 (MRS) 分析与常规MR融合成像, 同时也可广泛应用于胸腹部、脊柱、四肢关节、全身血管成像[2]。

2.2 双梯度MR设备:

采用了一套高梯度场强、高切换率系统和一套相对低的梯度场强和切换率系统如51 m T/m[ (20+31) m T/m]。前者专用于心脏、神经和一些小视野 (FOV) 的高分辨率精细扫描, 速度快, 成像分辨率高, 有利于完成f MRI、弥散成像、MRS等高级成像技术检查;而后者则主要应用于腹部、脊柱等大范围的全身疾病诊断。

2.3 中场超导开放型或更短磁体MR设备:

便于儿科和不合作患者的检查, 同时可开展MR介入诊断、治疗和MRI监测下的颅内手术完成。

2.4 线圈:

专用线圈的发展如肢体血管成像、功能性成像、经食管心脏和大血管成像。

2.5 成像功能与技术:

心电 (EKG) 加导航门控的心脏磁共振成像 (MRI) (心肌灌注) 、自动心脏形态功能及动态显示软件包 (冠脉血流储备和应力性灌注成像) 、冠状动脉成像、张力性成像 (体素各向同性———各向异性转换) 、SENSE技术、核磁共振波谱图 (MRS) (MRSI、MRCI) 、血管内腔镜技术。

3 中枢神经系统CT、MR功能成像与脑核素显像

3.1 脑CT灌注成像:

一般螺旋CT均具备该项检查功能, 可以得到CT灌注峰值时间 (PT) 、峰值 (PH) 、平均通过时间 (MTT) 、局部脑血容量 (r CBV) 、脑血流量 (r CBF) 等定量分析参数、曲线和图像。该检查主要应用于急性脑缺血患者 (发病6 h以内) 或超急性脑缺血患者 (发病3 h以内) 的早期诊断。与核素显像比较, CT灌注成像有较好的空间分辨率和时间分辩率, 且检查方便、迅速, 适合急诊患者;但脑CT灌注成像仅能反映脑组织血流灌注的生理或病理生理状况, 不能反映脑组织或神经元的代谢状况, 尤其是对脑缺血半暗区 (可恢复的缺血灶) 和梗死区的判断有较大困难, 而核素显像可弥补CT灌注成像代谢信息缺乏的不足。同时, CT灌注检查尚缺乏一整套完整的生理性 (如过度换气、认知) 和药物等负荷、干预或介入条件下的灌注成像方法和判断标准, 缺乏对脑循环储备功能的判断;此外, 少数患者也存在对CT造影剂过敏的问题。

3.2 脑MR灌注成像:

MR灌注成像的原理与CT灌注成像相似, 静脉快速注射造影剂后观察造影剂的磁化敏感效应导致的脑组织信号逐渐下降, 以及造影剂流过脑组织后信号逐渐恢复的过程, 同样可以得到MR PT、PH、MTT、r CBV、r CBF等定量分析参数、曲线和图像。该检查也主要应用于急性或超急性脑缺血患者的早期诊断。临床上常与磁共振血管成像 (MRA) 同时进行, 既可以获得局部脑组织的缺血信息, 又可以获得相应脑血管狭窄或阻塞的具体解剖定位, 并可以进行治疗前后的疗效观察。脑缺血病灶处表现为局部PT和MTT延长, r CBV和r CBF下降, 特别是当常规MRI结果正常而MR灌注异常时临床意义较大。脑MR灌注成像与核素代谢显像相比, 单纯MR灌注显像还不能确认脑组织是否存活, 且急诊患者体内外金属物品或器械也限制了其临床范围。

3.3 MR扩散加权成像 (DWI) :

采用MR平面回波成像 (EPI) 技术以检测细胞内外水分子的扩散, 脑缺血发生数分钟后细胞外水分子开始向细胞内转移, DWI可检测到这一现象, 表现为表观扩散系数值 (ADC) 的降低, 使病变处DWI信号增高。急性脑缺血早期, 由于缺血部位细胞内水肿而在扩散加权像上表现为高信号, DWI也可以鉴别扩散受限的细胞内水肿和扩散不受限的细胞间隙水肿。DWI上的高信号部分主要为脑组织已经梗死的部分, 而MR灌注异常则显示梗死区和缺血半暗带的总和, 两者相减可得到缺血半暗带或可逆的缺血灶。与核素显像比较, DWI在诊断早期脑梗死方面已占有较大优势, 但对短暂性脑缺血 (TIA) 发作或脑血流灌注储备状况降低却不能显示, 这方面核素显像仍可发挥其优势[3]。

3.4 MRS或MRCI:

主要是通过研究脑功能区局部代谢产物含量的变化, 从而得到反映局部能量代谢的病理生理改变的波谱信息, 与MRI融合后得到波谱成像 (也叫MRCI) 。MRS的初步临床经验证实, 脑缺血时的局部乳酸盐有异常聚集, 将波谱图与常规MR图叠加融合, 可同时观察解剖和代谢产物信息。该检查也可对肌酐、胆碱等进行波谱成像, 如颞叶癫痫患者的磷谱和质子谱, 观察癫痫灶部位磷酸肌酸和无机磷 (PCr/Pi) 的比值 (若降低50%有意义) 和天门冬氨酸 (NAA) /肌酐 (Cr) +胆碱 (Cho) 均降低, 有时也可见乳酸 (Lac) 峰出现。对脑肿瘤而言, PCr/Pi比值、NAA和NAA/Cr+Cho峰的异常改变反映局部肿瘤残留或复发, 有利于脑肿瘤治疗后复查时与局部术后改变或放疗后坏死的鉴别诊断[4]。对一些低度恶性的星形细胞瘤 (如星形细胞瘤1~2级) , 其检查结果的准确性优于FDG PET。

3.5 脑功能MRI (f MRI) :

实时脑功能成像主要采用血氧水平依赖法 (BOLD) , 利用内源性脱氧血红蛋白在高场磁体中的磁化敏感效应, 显示视觉、躯体运动、躯体感觉、听觉、语言、认知和情绪等的脑功能区和功能活动情况。BOLD成像除在神经科学基础领域被广泛采用外, 临床应用主要是显示脑肿瘤与局部脑功能区的关系, 有利于个体化手术方案制定。但f MRI与核素显像不同的是, 得到的功能信号并不是来自功能区脑细胞直接的功能活动, 而是来自功能区活动引起的局部脑区内毛细血管床内和小静脉内的血液供应量或脱氧血红蛋白含量的变化, 其高信号区并非是真正意义上的脑功能区。f MRI与核素显像比较, 最大优势在于可以实时观察脑功能的变化, 在神经认知科学和中医经络学研究上有很大的发展空间。

3.6 脑磁图 (MEG) 或脑磁源成像 (MSI) :

国内已有单位引进, 显示的是脑组织内的磁场状况及异常改变, 与脑电图比较, 病变局部的脑磁改变要早于脑电的改变, 这是有发展前景的一项技术, 特别是对癫痫病灶定位很有价值, 其对癫痫病灶定位的准确性要高于其他无创性检查方法。

4 心血管系统CT、MR进展与SPECT显像

4.1 CT、MR心肌灌注成像:

高档次CT、MR均可开展首过法和延迟法心肌灌注成像, 用心电门控触发成像, 其时间分辨率可达到亚秒级, 配合药物负荷 (如潘生丁负荷) 可明确诊断心肌缺血, 临床结果与核素心肌灌注显像有极好的相关性, 且图像分辨率优于SPECT显像, 前壁和下壁病变不受乳腺和膈肌的影响。MR延迟增强或灌注有利于提高不可逆心肌缺血或梗死灶的检出。高空间分辨率的CT、MR影像甚至可发现心内膜下的小梗死灶。同时, MR可使用不同增强效果的对比剂 (如顺磁性、磁敏感性、心血池对比剂等) 以便相互验证结果, 这些技术目前已经开始在临床试用。

4.2 CT、MR动态心脏形态和功能成像[5]:

采用不同的方法如心电门控、导航技术、可变速扫描、方格标记心肌运动和SENSE技术来获得动态心脏形态和功能定量分析参数, 如心动周期内的心室容积变化、射血分数、室壁的节段运动状态或矛盾运动、室壁增厚率等。与核素显像相比, CT、MR的优势在于可以同时、反复观察左、右心功能, 可以观察瓣膜的返流状态以判断乳头肌的受累与否;MRI亦可不使用或使用不同对比剂;此外, CT和MR均可以达到实时成像。现多数CT、MR厂家均有心功能定量分析的软件包, 已开始成为常规检查内容之一。

4.3 CT冠状动脉钙化和软斑块分析:

钙化是冠状动脉粥样硬化标志, 但冠状动脉粥样硬化可以无钙化。对40岁以下的患者, 若发现冠状动脉钙化则很有临床意义。高档次螺旋CT对冠状动脉钙化灶的检出率大致同电子束CT (EBCT) , 但CT所见钙化程度与定量分析与实际冠状动脉狭窄程度的关系尚在进一步研究中。值得一提的是, 高分辨率CT冠状动脉软斑块成像的临床应用很有价值, 与X线冠状动脉造影的结果有较好的一致性, 这对指导临床治疗很有意义;缺点是不能显示冠状动脉远端或微小血管的病变状况, 若能结合核素心肌灌注显像一起来研究, 则临床价值会更大。

4.4 CT、MR冠状动脉解剖成像:

冠状动脉是心血管系统CT血管造影 (CTA) 和MRA的重点发展方向, 主要用于PTCA术前病例筛选和PTCA或冠脉搭桥术后的疗效判断、随访, 已开始临床研究。但显示的血管尚局限于冠状动脉主干, 病变检出与X线冠状动脉造影的结果有较好的一致性, 但有部分假阳性结果。此外, CT、MR冠脉主干血流储备功能也正在研究之中。

4.5 CT、MR肺灌注或肺血管成像:

主要应用于肺血管畸形、肺动脉栓塞、肿瘤侵犯肺血管和肺功能的判断。从临床应用结果分析, CT、MR对肺血管较大分支病变的诊断价值大, 肺小血管或毛细血管床病变仍是核素显像价值较大。

4.6 心肌MR波谱分析 (MRS) 技术[6]:

应用于心肌存活的研究。根据心肌高能磷酸代谢产物的变化, 特别是局部有无3-磷酸腺苷 (ATP) 的存在来判断心肌是否存活 (冬眠) 或梗死。以局部心肌是否存在有细胞代谢活动来判定心肌是否存活是公认的金标准, 而目前公认的能判断心肌是否存在有细胞代谢活动的有两种检查技术, 即MRS和PET。31P-MRS可以定量分析缺血心肌和梗死心肌的细胞高能磷代谢状况, 测定其重要代谢物的含量、动力学和细胞内p H值。31P-MRS可显示3个波峰, 提供无机磷 (Pi) 、磷酸肌酐 (PCr) 和三磷酸腺苷 (ATP) 等量化资料。PCr/Pi和PCr/ATP比值是心肌能量储备的一个指标, 随着心肌缺血的加重, 心肌PCr含量降低, Pi含量增高, PCr/Pi比值随之减低, 组织p H值也随之降低;但在PCr消失前, ATP含量保持不变。坏死心肌中无PCr或ATP, 但其中有存活心肌时则可含有PCr或ATP, 故31P-MRS可以较准确地鉴别心肌是否存活。心肌缺血的31P-MRS的动物实验已证实, 完全结扎冠状动脉后5~10 min, 心肌PCr含量迅速下降80%, 同时伴Pi含量升高, 而ATP含量下降相对较晚且变化缓慢。部分冠状动脉狭窄后的动物模型中, 局部心肌的PCr、ATP和Pi含量均无明显变化。心肌再灌注的31P-MRS的临床试验显示, p H或PCr峰较快恢复正常, 而ATP峰仍处于相对的低水平, 恢复相对缓慢, Pi峰也逐步恢复正常。心肌可逆性损伤 (存活心肌) 与心肌不可逆性损伤的最大区别是PCr峰再现和Pi含量的恢复, 而心肌不可逆性损伤的PCr峰不能恢复。慢性心肌缺血患者 (冠脉狭窄>70%) 的31P-MRS显示, 静息状态下心肌的PCr/Pi和PCr/ATP比值在正常范围内, 心肌负荷下PCr/Pi和PCr/ATP比值下降, 休息后重新恢复正常。

5 CT、MR肿瘤功能、代谢分析与SPECT显像

5.1 肿瘤MRS:

三维 (3D) 波谱采集 (MRSI、MRCI) , 可以显示局部胆硷、天门冬氨酸、肌酸、乳酸等代谢产物的分布, 已应用于肿瘤的定性诊断和分级、肿瘤复发判断等研究工作[7]。从目前临床应用结果看, MRS或MRCI对前列腺癌的早期诊断、临床分期和脑胶质瘤术后放疗后复发的诊断价值是肯定的。

5.2 MR组织或肿瘤特异性增强对比剂 (靶向对比剂) :

靶向对比剂的使用可以突出肿瘤与正常组织的对比度, 达到定性诊断目的。正在研制或已研制成功的MR对比剂有细胞外液对比剂、血池对比剂、肝胆对比剂、网状内皮系统对比剂、受体对比剂、抗体对比剂等。与核素标记显像剂不同, 这些靶向对比剂仅仅被靶组织或靶器官特异性吸收, 并不参与组织的代谢过程, 其对病变的生物代谢或组织特异性的示踪层次与核素显像有所不同。靶向MRI是新兴的课题, 肝胆、网状内皮系统对比剂已进入临床研究, 锰二砒多醛二磷酸 (Mn-DPDP) 是肝脏阳性MR对比剂, 由肝细胞摄入经胆汁排出, 使正常肝组织呈阳性增强并与肿瘤组织间形成对比。超顺磁性氧化铁颗粒 (USPIO) 可以被肝脏网状内皮系统的枯否细胞吞噬, 亦可由脾、骨髓和淋巴结等网状内皮系统摄取, 静脉注入USPIO后使MRI检出的小肝癌和转移癌的直径可达到3cm。其他抗体、受体型MR对比剂尚处于动物实验阶段。

5.3 解剖结构与代谢产物影像融合技术 (MRI+MRS) :

在常规MRI图像上对代谢产物的分布状况进行显示, 实用于局部组织病理活检、肿瘤生物靶区的精确适型放射治疗和疗效的观察, 如对脑肿瘤和前列腺癌病变有胆碱聚积的局部进行活检或定向治疗。

6 SPECT显像应与CT、MRI形成学科优势互补

6.1 加速研发各种类型的核素显像剂:

从器官水平———细胞水平———分子水平 (分子或生物分子核医学) 发展, 重点突出组织或靶器官的功能代谢特异性, 如神经递质、肽类显像、受体 (配体) 或抗体显像、抗肿瘤药物显像、凋亡因子或抑癌基因表达显像等, 且进一步使核素或核素标记的显像剂生产正规化、商品化、多元化。

6.2 进一步拓宽核医学功能代谢显像的方式和方法:

如多种显像剂联合应用, 生理性、药物性等的介入或干预显像, 定量方法的进一步完善, 介入核素显像等[3]。

6.3 同机融合显像设备的发展[8]:

PET/CT (如Discovery、Biography等) 和SPECT/CT等的进一步完善、发展, 既突出功能代谢特征, 又取得高空间分辨率的图像, 并与临床医师密切协作, 特别是在肿瘤放射治疗、手术活检定位、外科手术入路制定等领域广泛开展基础与临床合作科研项目。

6.4 开展复合影像诊断技术:

通过PACS或HIS系统、工作站与其他各种影像融合 (应用图像融合软件) , 使用X线、CT或MRI已成熟的诊断技术、标准和已知的诊断资料来补充核医学的诊断信息, 多渠道广泛开展比较影像学的研究, 多培养复合型的核医学人才, 以达到整体诊断水平上的优势互补———复合影像诊断技术。

参考文献

[1]李立伟.CT、MRI技术进展对核医学的影响与比较[J].空军总医院学报, 2012, 18 (1) :10-12.

[2]房爱玲.正电子发射断层成像装置PET/CT的临床应用[J].医疗设备信息, 2011, 25 (2) :23-24.

[3]谢申菊.Discoverg VH的符合成像原理及其质量控制[J].医疗设备信息, 2012, 26 (9) :15-16.

[4]Mima T, Toyonaga S, Mori K, et al.Early decrease of P-glycoprotein in the en-dothelium of the rat brain capillaries after moderate dose of irra-diation[J].Neurol Res, 1999, 21 (2) :209-215.

[5]Miot E, Hoffschir D, Pontvert D, et al.Quantitative magnetic resonance and isotopic imag-ing early evaluation of radiation injury to the brain[J].Int J Ra-diat Oncol Biol Phys, 2009, 32 (1) :121-128.

[6]Rubin P.Disruption of the blood-brain barrier as the primary effect of CNS irradiation[J].Radiother Oncol, 2011, 31:51.

[7]Devita VT Jr, Hellman S, Rosenberg SA, et al.Cancer princiles and practice of oncolog[M].5th ed.Philadelphia:JB Lippincott, 2007:2523-2525.

磁敏感加权成像的原理及临床应用 第7篇

磁敏感加权成像(Sesceptibility Weighted Imaging,SWI)原理首先是由E.Mark.Haacke博士,Jurgen R.Reichenbach博士和Yi Wang博士提出,2002年12月此项技术获得美国专利保护。SWI是一种不同于质子密度、T1WI或T2WI的全新成像技术,高分辨率3D梯度回波成像、在三个方向上加有完全流动补偿技术、毫米级薄层扫描技术,它首先产生强度图像和相位图像,相位图像经过适当频率滤波处理后产生相位蒙片,然后再与强度图像整合,经最小密度重建得到SWI图像。绝大多数磁敏感改变与血液中铁的不同形式或出血等相关。血红蛋白的氧合和脱氧转换也是血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)成像的基础。氧合血红蛋白呈反磁性,脱氧血红蛋白呈顺磁性,无论是顺磁性还是反磁性物质,均可使局部磁场发生改变而引起质子去相位,去相位程度的强弱仅取决于像素内磁场变化的大小。非血红素铁是组织中另外一种高磁敏感性的物质,常以铁蛋白的形式存在,表现为反磁性。虽然钙化的磁敏感效应比铁弱,但是通常也呈反磁性,可以引起局部组织的磁敏感性改变。含脱氧血红蛋白的静脉血引起磁场的不均匀性导致:T*2时间缩短和血管与周围组织的相位差加大等两种效应。第一个效应是指含脱氧血红蛋白的红细胞与血浆之间的容积磁化率差别,使动-静脉的T*2时间差异加大,这样应用适当时间的TE脉冲序列就可以将动-静脉区分开来,此时脱氧血红蛋白便成为一种内源性对比剂使静脉显影。第二种效应为静脉内容积磁化率引起血管内质子的频移,使静脉血与周围组织之间产生相位差,选择适当的回波时间可以使体素内静脉与周围组织的信号差达到最大,从而减少部分容积效应的影响,清晰显示细小静脉。

2 磁敏感加权成像的临床应用

SWI由于具有上述所说的特点,因此在脑肿瘤、脑血管病、脑外伤、神经变性病等中枢神经系统病变中有较高的临床应用前景和价值。

(1)脑部肿瘤

现在临床应用的各种MR脉冲序列都很难显示肿瘤的内部结构,而SWI可以发现肿瘤内部的出血和静脉结构。由于肿瘤生长依赖病理血管形成,恶性肿瘤通常具有快速增长的血管结构和多发微量出血。因此,应用SWI可能有助于确定肿瘤良恶性以及恶性程度的分级。

SWI另一优势是,由于脑脊液信号被抑制而水肿信号被增强,能提供类似于 FLAIR的对比度。这种在一幅图像中综合了T*2效应和水肿的独特对比,可提高对占位病灶的检出率。

(2)脑部创伤

脑外伤是否合并颅内出血对评估病情、判断预后和选择治疗方法都有重要意义,由于出血病灶在常规 MRI图像上的表现复杂多样,很容易漏诊小出血灶。SWI在显示出血病灶方面的有明显优势。弥漫性轴索损伤(DAI)是主要形式,它是由剪切力引起的弥漫性脑白质损伤。轴索损伤的程度与预后密切相关,临床研究发现有出血的损伤较无出血的损伤预后差。CT与常规MR均对较小的出血灶不敏感,T*2加权成像可以更好地显示出血灶,但神经病理学研究显示的出血灶远较影像学为多。最近的研究表明,SWI较传统GRE序列对出血灶的大小、数目、部位显示更佳,从而能更好地证实临床表现与预后的关系,促进治疗方案的优化。

(3)血管畸形

由于SWI对去氧血红蛋白敏感,故在SWI上静脉血表现为明显的信号丢失,从而显示静脉结构。静脉畸形、毛细血管扩张症以及海绵状血管瘤是低流速的血管异常,对于常规 MR来说是很大的挑战。高流速的较大血管可以很容易地在T2WI上显示,2D TOF MRA、3D TOF MRA以及PC MRA可以显示较大血管,使用对比剂的CE-MRA甚至可以显示相对较小的血管,但对小静脉无能为力。在T*2基础上结合了相位信息的SWI对小血管显示敏感,尤其对于传统T*2不能显示的小血管,甚至毛细血管扩张症。尽管 SWI有时对显示病灶大小有困难,但在早期发现和评价小的动静脉畸形方面发挥了越来越重要的作用。

(4)脑血管疾病

血栓栓塞或动脉硬化性狭窄产生的脑血管局部缺血可导致急性出血性或非出血性脑梗死。SWI可以很灵敏地发现出血,很容易显示出血区。急性脑内出血(ICH)是急性缺血性脑卒中溶栓治疗后最担心的并发症,早期发现溶栓后缺血区的微出血有助于指导运用抗凝或抗血小板治疗。

(5)神经退行性病变

亨延顿舞蹈病、帕金森病、阿尔茨海默病、多发性硬化、脊髓侧索硬化、地中海贫血等多种疾病均可发生脑内铁含量增加,对体内非血红素铁的显示和测定不仅有利于增加对这些疾病病程的理解,而且可以提高判断预后的准确性。发现脑内钙化对某些疾病的诊断有重要作用。既往CT是评估矿物质脑沉积的首选影像学检查方法,由于铁与钙均能产生磁敏感效应,所以SWI较CT对脑内矿物质沉积的显示更敏感。

SWI将相位信息和容易理解的梯度回波技术结合,有利于对静脉系统、出血和铁质等的检查。不过SWI尚处于起步阶段,各个技术环节也还需要不断改进。尤其是在数据的采集和处理方面,还需要消除相位数据整合后产生的图像伪影。但是,可以做为MRI常规序列的重要补充应用于中枢神经系统疾病的诊断和鉴别诊断,且能在科学研究中发挥重要作用。

摘要：磁敏感加权成像(Sesceptibility Weighted Imaging,SWI)是近几年发展起来的新的MRI技术,本文简要介绍了它的成像原理及在中枢神经系统的临床应用。

关键词：磁敏感加权成像,磁共振成像,中枢神经系统

参考文献

[1]西门子医疗系统集团磁共振市场部.磁敏感加权成像在神经系统统成像的临床应用[J].中国医疗设备,2008,23(7):163-165.

[2]刘亚欧,杨延辉,李坤成.磁敏感加权成像在中枢神经系统的临床应用[J].医学影像学杂志,2007,17(2):210-212.

[3]马春,余聪,赵建农.磁敏感加权成像在神经系统的临床应用及进展[J].国际医学放射学杂志,2008,Mar,31(2):95-98.

成像原理 第8篇

医学成像原理作为生物医学工程专业的一门核心课程, 主要介绍典型医学成像设备的基本原理、构造、临床应用、最新技术动态。目的是使学生掌握X线、CT、MRI和核医学成像的原理和图像重建方法, 熟悉各种类型医学图像特点, [1]同时培养学生一定的科研技能, 为今后从事生物医学工程技术领域相关工作奠定基础。然而, 该课程在理工科院校开展效果一般, 主要存在以下问题。

1. 多学科交叉、理论性强, 课时相对较少

医学成像原理是一门多学科交叉课程, 涉及物理、机械、医学、电子、计算机技术等, 专业性很强。[2]理工科院校生物医学工程专业学生的医学基础薄弱, 使教学难度加大。同时没有足够的课时安排, 教师在讲解过程中很多环节无法深入讲解, 致使学生对课程的认识停留在表面。

2. 偏重理论讲解, 忽略实验教学

目前工科学校由于缺少医学仪器设备, 针对各类成像技术大多是理论讲解, 基本不开设实验教学, 学生很难进行相关成像技术的实验操作。[3]而且对于学生机械结构分析、光路设计和电子学设计与调试、计算机软件编程能力的培养不够, 针对成像设备的操作训练较少, 学生缺乏实际动手训练。

3. 教学方法单一、呆板、不够灵活

课堂教学多采用多媒体授课, 比较直观且信息量丰富。但就课程特点而言, 仅仅多媒体教学是不够的。单纯的多媒体教学会使学生产生偷懒情绪, 不记笔记, 幻灯片不会给学生留下深刻的印象, 这在很大程度上影响了教学效果。

二、教学改革的具体策略

1. 根据实际需要调整教学内容

笔者在实际调研和参考其他院校教学方法基础上, 对课程教学内容和教学方法进行了改革。根据理工科背景下学生对医学成像原理的实际需求, 重新调整了教学内容, 在遵守原有教学大纲基础上进行了适当删减。比如在讲解DR成像原理时, 由于前面章节已讲述了X线机的具体原理, 而DR是数字化的X线机, 所以在机械构造上讲述的内容较少, 但是对DR探测器的内容增加了授课内容, 其一将原来的4学时教学内容减少到2学时, 其二有部分学生毕业进入DR设备公司从事探测器的电路设计工作, 便于学生与将来的工作接轨。

2. 借助现代教育技术, 采用多媒体教学

笔者在多媒体课件中尽量多地采用动画和图片, 更加直观、生动、形象, 增强内容的丰富程度和可观赏性, 激发学生的学习兴趣。[4]同时在缺乏实际设备学生无法亲身感受设备运行和操作的条件下, 笔者尽可能地增加读片视频教学环节。另外, 笔者会布置对每一种成像设备研究进展的综述类题目作业, 引导学生利用和整合网络资源, 加深对授课内容的理解。

3. 充分发挥实习实践教学环节作用

由于工科院校条件有限, 大多院校没有开设实验室, 这对教学质量造成一定的影响。[5]笔者将长春市前卫医院作为学生认识实习基地, 组织学生到医院科室参观影像设备, 由各科室技术人员向学生讲解各种设备的操作方法, 个别科室还设置了实验环节, 使学生能够对医疗设备进行一些基本的实践操作。

三、教学改革成果

对长春理工大学生物医学工程专业连续两届学生进行了问卷调查, 收到11级学生有效问卷52份, 12级学生有效问卷51份, 问卷调查内容和结果如表所示。从调查表中可看出, 11级学生对课堂理论和实践教学内容改革的满意度较高。总体上看, 12级学生满意度较11级高, 说明随着改革的不断完善与深入, 学生对本课程讲授方法和内容是满意和认可的。

参考文献

[1][3]梁高峰, 景爱华, 宋卫东, 等.现代医学成像技术课程教学的改革和实践[J].中国医学创新, 2014, 11 (24) :76—78.

平面镜成像原理在测量中的应用 第9篇

我矿主井绞车每次检修, 都要测绞车主轴两端的水平度。由于主井绞车房内空间有限, 设备、设施的摆放已经固定下来, 且不可移动。而用水准仪测量时, 水准仪到绞车主轴之间必须有足够的距离, 才能保证绞车主轴两端和水准仪通视, 方能进行水准测量正常观测。由于我矿主井绞车房内各种条件限制, 每次不但观测距离短, 影响观测精度, 而且中间必须迁站一次, 水准仪才能通视, 才能完成一个测回的观测, 中间迁站会给测量带来诸多影响精度的因素。即使这样的观测计算必须有专业计算能力的人员进行计算, 否则, 容易把主轴两端的高差计算反, 出现错误;这样的观测方法中间环节多, 占用人员多、用时长、误差大、影响我矿安全检修进度和质量。通过这次改进后, 可一次性完成各个环节。

2 测量技术要求

由于主井绞车主轴水平度观测要求主轴两端高差精度较高 (观测精度达到丝米) , 观测时诸多环节中的任意一个环节的误差超限都可能使观测精度超限, 观测结果达不到要求。

1) 水准测量的原理:利用水准仪给出一条平行线配合水准尺 (游标卡尺) 求测高差。

2) 使用的仪器:由于是高精度测量, 按二等水准测量要求测设, 使用S1级水准仪;配合精度为0.02的游标卡尺 (游标卡尺的长度为1 m或0.5 m) 。

3) 测量方法:采用双仪器高发进行观测测量。游标卡尺放在绞车主轴四个不同位置进行测量, 使主轴每端都有四次读数。

4) 误差分析: (1) 观测者感觉器官和鉴别能力有限带来的误差。 (2) 仪器工具本身制造带有误差 (水准观气泡居中误差、望远镜瞄准误差、游标卡尺分划误差等) 。 (3) 外界条件影响产生的误差。 (4) 测站计算数据取舍带来的误差等。55平面镜成像带来的误差可以通过双仪器高法在观察过程中自动平衡掉, 不影响观察精度。水准测量误差在测站中是传递的, 测站越多产生的误差机会就多, 测出的误差就可能越大。所以在测量过程中尽量减少测站, 减少误差来源, 提高测量精度。

5) 测量达到精度:主轴两端轴头等大时 (不等大时观测结果直接加两轴径差) , 两端高差不超过0.1L mm (L为实测两端点长度, 单位为m) 。测量精度满足要求。

3 平面镜安装

1) 平面镜应安装在绞车主轴北端的墙壁上, 固定要牢固, 不得歪斜、前倾后仰。

2) 平面的宽度要大于绞车主轴直径100 mm, 长度不小于1 200 mm, 满足测量工具要求。

3) 平面镜的镜面要对准绞车的主轴, 平面镜的宽度中心应在绞车主轴中线方向上, 镜面要垂直绞车主轴线, 且要平行于绞车的提升中线;平面镜的下端最好要与绞车北端主轴中心相平, 以保证镜面高度, 满足游标卡尺高度要求。

4) 安装的数据及位置的精确度, 都由测量人员现场用仪器标定, 以保证安装的正确性。

4 改进后的效果

通过图1两种测量方法比较可以看出, 平面镜成像观测法与传统观测方法相比不仅方便, 而且精度也有了较大的提高。

1) 通过这次改进, 由原来的需要架设两站仪器才能完成的作业过程, 改变为只在中间架设一次仪器就可以直接观测完成, 减少了一个中间环节, 减少了误差来源。

2) 这次改进, 需要的仪器、工具不需要添加, 完成同样的任务, 效果有较大的提高。

3) 观测数据记录方便、明了, 而且观测数据可以直接进行比较, 使结果一目了然。原来只有测量人员计算数据, 其他人员容易把两端高差算反, 有时候数据出来不知道那头高低。减少了中间迁站时计算数据麻烦和数据进位取舍带来的误差。

4) 精度高、误差少、数据更接近真实、安全经济、操作方便简单、用人少、占用时间少, 为提升绞车检修赢得宝贵时间。

5 结语

成像原理 第10篇

《信息光学》是“十五”以来国内很多高校为光学工程本科生开设的专业课, “十一五”全国新建“光信息科学与技术”本科专业后, 这门课程基本成为该专业的必修课。在光学信息处理中, 傅里叶变换占据着极为重要的地位。阿贝成像理论首次引入了频谱的概念, 启发人们用改造频谱的手段来改造信息。本实验是对阿贝成像理论最好的验证与演示。通过此实验, 我们希望加深学生对傅里叶光学中空间频谱和空间滤波等概念的理解, 掌握自由空间中简单光路的搭建与调节技巧, 锻炼学生的实际动手能力, 培养学生分析问题和解决问题的能力。本文主要结合近年的教学实践, 浅谈一些教学经验和体会。

一、精心准备是实验教学的基础

阿贝成像原理与空间滤波实验蕴含有丰富的内涵, 是对频谱概念以及通过改造频谱实现改造信息最好的验证与演示。实验的目的不仅仅只是让学生顺利地完成实验, 我们希望通过实验让学生更好地与理论知识相结合, 理解透彻背后所蕴含的理论原理。这需要教师对实验进行认真细致的准备。实验课只有短短的两个课时, 如何充分地利用好这两个课时尤为关键。我们要求教师对课件精心设计和认真准备, 对知识点进行凝练, 从课件到讲授上做到精益求精, 用简短的时间明确的将实验最核心最关键的内容讲授给学生, 让学生明确实验的原理, 激发学生对信息光学的兴趣, 了解傅里叶光学的生命力。我们力求沿着“做什么, 为什么做, 怎么做”这样一条思路对实验进行简洁清晰的讲授, 让学生在最短的时间内对实验有提纲挈领的认识, 在脑海中形成对实验的整体印象, 有的放矢地进入到实验中, 提高实验的效率。“三思而后行”, “磨刀不误砍柴工”, 其实, 做任何事情都是这样, 当我们始终在思考“做什么, 为什么, 怎么做”时, 做事情才不会茫然, 效率才会更高, 我们也希望通过实验培养学生养成一种提前做好规划的良好思维习惯。

二、放手是实验教学的核心

实验课程的核心是让学生自己动手实验, 这是实验课最重要的一个环节。实验课的一个重要目的是培养学生独立动手的能力, 因此, 在实验教学中, 教师更应该充分地放手, 将实验操作的主角留给学生, 切忌“手把手教学”。通过教师精心提炼与准备的讲授, 从理论上学生都应该可以独立地完成实验。但是, “纸上得来终觉浅, 绝知此事要躬行”, 实际实验终究不只是理论, 学生在实际操作过程中难免会遇到各种问题, 此时, 教师的一个指点、一点提醒与帮助, 可以帮助学生快速地完成实验, 但是学生自身也许并没有体会到实验操作的精髓。在实验操作过程中, 我们要求学员全程独立完成, 在做实验时始终不忘“做什么, 为什么, 怎么做”, 始终不忘实验原理, 当出现问题时, 与理论知识相结合进行分析, 为什么会出现问题, 应该如何解决问题。在这样独立完整的锻炼下, 即便学生实验进展不顺利, 学生也会对实验原理和实验的一些操作有更深刻的体会。在我们利用正交光栅在经典的4f系统光路中进行实验时, 尤其如此, 在实际实验中, 如果刻板地严格遵守4f系统, 我们将无法观察到想要的结果。因此, 我们希望让学生独立体验完整的过程, 即使实验历经挫折, 也可以引发学生独立思考以寻求解决问题的方法, 实际上, 不论是学生今后走上工作岗位还是从事科研工作, 都是这样一个过程, 很多事情看似简单, 但只有自己独立的动手做过, 才会对其中的细节有更深刻的理解和认识。也只有这样, 在今后独立面对任务的时候才会胸有成竹, 不会寄希望于出现问题时的指点。实验课的目的绝不是为了让学生顺利地完成实验, 相反, 实验课的目的是为了充分锻炼学生的动手能力, 培养学生分析问题和解决问题的能力, 这也是我们在对学生进行考核时重点关注的部分。从一定角度来说, 这也要求我们教师在进行实验教学时, 不能提供过于详尽的实验步骤, 限定学生的思维, 我们要引导学生主动思考, 充分发挥学生的能动性, 不能给学生一个固定的框架, 通过遵守严格的框架即可顺利完成实验, 这样只会让学生对实验知其然而不知其所以然。

三、实验结束时的讨论与总结十分必要

实验教学始终脱离不了理论知识的支撑。本实验是对阿贝成像原理尤其是对频谱概念最好的验证与演示, 结合具体实验, 我们希望加深学生对透镜的傅里叶变换作用, 对光学信息处理有更深刻的理解和认识。我们要求学生始终带着“做什么, 为什么做, 怎么做”的框架进入到实验, 同时引导学生将实验现象与信息光学中学到的理论知识相结合, 积极思考。然而, 不论教师讲解得多么简明扼要清晰透彻, 也不论学生实验进行得顺利与否, 学生对一些知识点的理解总是有限的。因此, 我们在每次实验后, 都会留一点时间, 让学生对整个实验从理论到实验过程进行再思考, 通过讨论通过再思考, 对实验的体会更加深刻。在学生独立完成实验时, 及时与学生讨论“实验的结果是怎样的, 为什么会出现这样的结果, 是否可以改进”等问题, 可以很好地通过学生实际实验的情况进行实例示范, 与学生就整个实验的原理进行讨论, 藉此, 教师可以将实验中的一些实验小技巧、方法和思想传递给学生, 同时也可以从学生的观点中受益, 以便更好地从初学者的角度思考问题, 从而进一步更好地设计实验。本实验中, 在实验的开始阶段一般要求学生通过透镜将光路调整为平行光, 当完成实验进行思考总结时, 我们可以引导学生讨论, 如平行光是否必须, 如果不是平行光, 对实验是否会有影响, 通过思考, 我们将会对透镜的傅里叶变换功能, 以及物体的频谱面与成像面有更深刻的理解与认识。因此, 我们认为在实验课的教学中, 在实验结束时进行简短的讨论, 让学生对实验原理与过程进行简单的回顾与思考十分必要, 能起到事半功倍的作用。对于实验最终结果不佳的学生尤其如此, 我们可以引领学生一起学会分解问题, 将问题的脉络分解清楚, 逐步分析讨论问题出现在哪里, 应该如何解决, 最终理解所学的知识点并得到提高。

四、与软硬件的结合是对实验的很好补充

近年来, 随着计算机软硬件技术的快速发展, 基于计算机软硬件的光学信息处理研究成果不断涌现, 应用范围日益扩大。在现今的工作尤其是科研工作中, 一些软硬件已经成为科研人员分析、解决问题必不可少的工具和手段。我院对学生在一些软硬件的知识需求也日益增加。因此, 在阿贝成像与空间滤波实验中, 我们设计引导学生利用Matlab软件完成整个实验的模拟与仿真, 通过模拟仿真实验进一步提高学生对相关知识点的理解, 同时帮助学生更好地理解Matlab软件在一些光学信息处理工程项目中的应用, 促进学生更加自如地将理论与应用结合。在光学实际实验中, 我们一般只能采用有限的光栅模板进行实验处理, 但是在Matlab软件中, 我们可以轻松模拟各种不同类型的光栅以及各种类型的滤波器, 比真实实验更加直观准备, 可以帮助我们更好地理解阿贝成像与空间滤波实验。将模拟实验与实际实验相结合, 这也是现代科技发展的需求。

结束语:

总之, 实验教学是一门艺术, 为了上好实验课, 不断提高实验教学质量, 让信息光学学科的特点充分体现, 真正起到提升学生水平与能力的作用, 让学生得到最大的锻炼, 需要教师的不断摸索和尝试。本文主要针对近年来的教学经验, 浅谈了作者的几点教学体会, 我们深知还有很多问题需要我们解决和探索, 为学生提供更好的实验平台。

摘要：实验教学对于提高学生理论联系实际能力、动手操作能力以及创新思维能力等均具有重要作用。本文以阿贝成像原理与空间滤波实验为例, 结合近年来该课程的教学实践, 介绍在实验教学探索中的一些经验和体会。

关键词：实验教学,阿贝成像,空间滤波,Matlab

参考文献

[1]胡浩军, 梁永辉, 马浩统, 谢文科, 毛宏军.关于改进光电工程类本科专业实践能力培养环节设置的思考[J].高等教育研究学报, 2012, (1) :57-59.

[2]聂锟, 王新强, 彭智勇.光学实验教学改革的探索与实践[J].科技创新导报, 2012, (27) :202-204.

[3]张涛, 孙伟民, 耿涛, 孟霆, 戴强.“信息光学基础实验”课程的教学改革与实践研究[J].黑龙江科学, 2013, (10) :188-189.

[4]何钰.阿贝成像原理和空间滤波实验及计算机模拟实验[J].物理与工程, 2006, (2) :19-23.