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      核磁共振處理虛擬仿真實驗

      核磁共振處理虛擬仿真實驗

      實驗簡介磁共振設備是技術含量和附加值最高的醫學影像設備之一,是當前顯示大腦結構和功能過程最重要的可視化工具?!洞殴舱癯上裨砼c序列應用虛擬仿真實驗》項目基于臨床采集的真實數據與強大的仿真模型,以虛擬空間與對象的方式將磁共振成像各個層面與步驟精準還原;操作界面上去除不必要的細節,又保留了實際最重要的要素。此仿真系統與課程實現了對磁共振成像全流程全知識點的系統性覆蓋和梳理,幫助學生形成直觀而連貫的認識,全面、系統地掌握這一成像技術;不受機時的限制進行充分的學習

      東南大學

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      實驗簡介


      磁共振設備是技術含量和附加值最高的醫學影像設備之一,是當前顯示大腦結構和功能過程最重要的可視化工具?!洞殴舱癯上裨砼c序列應用虛擬仿真實驗》項目基于臨床采集的真實數據與強大的仿真模型,以虛擬空間與對象的方式將磁共振成像各個層面與步驟精準還原;操作界面上去除不必要的細節,又保留了實際最重要的要素。此仿真系統與課程實現了對磁共振成像全流程全知識點的系統性覆蓋和梳理,幫助學生形成直觀而連貫的認識,全面、系統地掌握這一成像技術;不受機時的限制進行充分的學習與試驗,掌握序列選擇與成像參數調整的技巧。



      設計原則


      磁共振成像技術是醫學、計算機、物理和工程高度交叉融合的科技前沿,已成為技術含量和附加值最高的一類醫學影像設備,是當前醫學影像的研究熱點,對具備實踐能力的跨專業人才需求非常迫切。本教學團隊堅持以學生為中心的教學理念,根據以往教學經驗,從學生出發,根據學生學習磁共振成像原理時的難點與興趣點,設計了磁共振成像原理和序列應用虛擬仿真實驗。

      一、 堅持“能實不虛、虛實結合”的原則。磁共振成像的教學非常講求理論與實踐結合,單純的理論講授和書本文字描述難以讓學生理解復雜的磁共振原理,同時磁共振成像的實驗教學卻面臨著儀器成本高、醫院醫療資源緊缺以及醫學倫理道德的嚴重困難,無法自由地實現學生自主操作實驗,成為了磁共振教學的一大痛點。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軟件,對于建立磁共振成像原理的感性認知、在虛擬應用中反復實踐,加深理解相關的重點方法和技術、完善綜合從理論到應用的思維具有非常重要的意義。

      二、 仿真實驗設計兼具高階性、創新性。將書本上扁平的文字描述的磁共振原理,用生動的3D動畫立體地呈現出來,大幅降低學生理解知識的難度。本項目共設計有四個實驗板塊,環環相扣層層深入,設計交互式動畫演示磁共振物理規律和磁共振信號的形成,還設有虛擬掃描環節,學生按照自己的想法設置掃描參數,操作具有很高的自由度和挑戰度。在知識角鏈接中收錄了相關學習資料,實時更新當下醫學成像發展新動態,引導學生關注時事,激發學生的學習興趣。

      三、 仿真實驗具有挑戰度。仿真實驗均模擬客觀物理規律而成,且考核點設計不是簡單的知識點的記憶,而是立足于學生對知識點的運用能力,要求學生對知識理解后能靈活地運用才能獲得較好的成績,引導學生通過容錯探究式的實驗過程得到個性化的實驗結果,培養學生解決復雜問題的綜合能力和探究式的思維方式

      四、 立德樹人融入整個教學過程。目前醫院頂級大型醫學成像儀器如磁共振、CT等主要還依賴于進口,讓學生了解我國目前影像行業的科研和產業現狀,激發學生為我國影像科學發展而努力奮斗的熱情。



      實驗目的


      根據生物科學和醫學工程專業對醫學成像原理的授課要求,本實驗的目的如下:

      (1) 掌握磁共振成像技術的發展史和前沿應用;

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

      (3) 掌握單個磁矩的合成、宏觀磁化向量(磁矢)、旋轉坐標系、RF脈沖、磁矢的弛豫(T1、T2、T2*)、回波的形成、TE、TR、部分飽和效應的機制和概念;

      (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) 通過虛擬掃描的實驗,掌握成像過程和圖像質量的評估,了解磁共振技術在生物醫學和腦科學等領域的應用。

      本課程通過對磁共振的工作原理、成像的基本機制和掃描序列設計進行仿真,培養學生掌握磁共振成像的基礎要點,具備設計和改進或使用維護的基本能力,為學習后續專業課程以及進行于影像相關的醫學智能系統的研發打下必要的基礎。



      實驗要求


      一、專業與年級要求

      本實驗屬于東南大學生物科學與醫學工程學院醫學電子學方向專業課程《醫學成像原理》,該課程面向生物醫學工程專業,本科三年級以上、碩博士研究生。

      二、基本知識和要求

      進行本項目的實驗學習的學生應具備基本的大學物理、波動理論、數字圖像處理等知識,具體如下:

      (1) 大學物理:掌握磁場對磁矩的作用以及簡單的量子力學,能夠從經典力學和量子力學的角度分析質子在磁場中的運動

      (2) 波動理論: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生與檢測

      (3) 數字圖像處理:掌握數字圖像處理的相關算法,能夠對檢測得到的磁共振圖像進行一定程度上的優化


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