《超声治疗学》 2023年 超声治疗学是一门新兴学科，是近10余年来物理科学应用于医学治疗领域的成功典范，它顺应了现代医学从有创向无创治疗的发展方向。《超声治疗学》课程将医学和工程两个一级学科有机融合，以工程为主、渗透医学，主要内容包括声学基础、超声波的产生与传播、超声生物学效应、高强度聚焦超声（HIFU）技术以及其他超声治疗技术等。本课程的教学内容具有很强的基础性、应用性与前沿性。通过本课程的学习培养学生从医、工结合的视角思考和解决问题的能力，掌握超声治疗的基础理论及新技术，具备一定的创新能力和科研思维能力。 本课程校内发展的主要历史沿革 本课程是我校生物医学工程系各专业方向的一门专业主干课，是使学生了解超声波的生物学基础及超声医疗仪器的基础知识，最能体现我系培养目标的核心课程，也是我系坚持超声治疗研究方向、坚持产学研一体化发展模式的一门最具办学特色的课程。它经历了三个发展阶段： 1.初创期：引入科研新成果，建立课程理论体系 上世纪80年代，王智彪领导的科研团队开始研究“超声对胚胎的生物学效应”，并提出“超声终止早孕”的设想。有感于胚胎细胞与肿瘤细胞的相似，科研方向逐步延伸到“超声治疗肿瘤”，从而开始了超声治疗领域的研究，取得了可喜的成果。1997年3月，经四川省教育委员会批准，重庆医科大学医学超声工程研究所成立，同年12月，其研制的具有我国自主知识产权的大型医疗设备“高强度聚焦超声肿瘤治疗系统”（海扶超声聚焦刀）正式运用于临床。2000年获国家技术发明二等奖。团队经过多年对HIFU工程理论与临床应用的潜心研究，解决了一系列阻碍HIFU无创治疗技术发展的难题，首次提出“生物学焦域”概念。通过对HIFU治疗系统的优化、生物学效应研究、治疗剂量学研究、组织声环境以及改变组织声环境研究等，初步建立了超声治疗学基础理论体系，孕育了超声治疗学的雏形，为《超声治疗学》课程打下了很好的基础，使本课程一开始就有一个高的起点。 2.发展期：产学研用一体，创新教学模式 2002年3月，重庆医科大学设立了生物医学工程系。2002年12月，研究所被国家科技部批准为“省部共建超声医学工程国家重点实验室”。1999年由重庆医科大学、重庆医科大学附属第二医院、重庆科技风险投资有限公司合作成立重庆海扶(HIFU)技术有限公司，致力于系统化的超声治疗设备的基础研究、成果转化、产品生产及销售服务、临床应用。随后组建了超声医疗国家工程研究中心以及卫生部唯一的HIFU临床培训基地。至此，创新性地建立了超声治疗领域产、学、研、用相结合的一体化模式，并实行一体化管理。 2003年我校生物医学工程获博士学位授予权（一级学科）。2007年6月,获生物医学工程博士后科研流动站。至此，形成了生物医学工程本科—硕士—博士—博士后，以及继续医学教育完整的人才培养体系。本课程是该人才培养体系中一门核心课程，在初期，没有国家统编教材,甚至无专门书籍可供使用。课程组结合科研成果和人才培养目标，收集资料和参考书籍，制定了教学大纲,以《实用超声治疗学》（王智彪主编，2002年出版）为教材开展教学；课程团队依托产学研用一体化平台，在国家级“创新团队”的基础上，建设起良好的师资队伍，他们多学科交叉、知识结构互补，一直站在学科的前沿，长期从事超声治疗的科研、开发、教学和临床应用，使本课程理工结合、理论与实践交融，在一个高的起点上迅速发展。 3.成熟期：站在学科前沿，教学改革成绩显著 本课程通过长期科研及七届教学，师资队伍迅速成长，队伍整齐，素质优良，结构合理。课程负责人王智彪教授担任教育部生物医学工程专业教学指导委员会委员，他热爱学生，教育理念新颖，重视教学改革，承担了市教委重大和重点教学研究课题各一项，是市级超声治疗教学团队和人才培养模式创新实验区的领头人；多年来潜心超声治疗的科学研究，不断开拓创新，两次获得国家科技发明和科技进步二等奖，是973 计划项目的首席科学家，担任国际超声治疗学会常务理事，一直站在学科前沿，在该领域有重要影响。在他的带领下，一批中青年教师教学、科研成绩突出，得以很快成长。团队在在总结过去教学经验及产学研结合的基础上，经过对课程体系的深入研究，于2008年自主编写了《治疗超声原理与应用》教材（王智彪、李发琪主编），由南京大学出版社出版。近年，我系以超声治疗学为核心建设了超声治疗学课程群，课程内容及结构更加合理；与此同时，依托省部共建重点实验室、国家工程中心创建了设备先进的专业实验室和学生校内实践基地，为学生实践能力培养和课外科研训练提供了良好的场地和一流的仪器；更新了实验内容、增加了实验类型，实验教学体系也更加新颖、完善，结合专业特色新编了实验教学大纲和实验教材。 本课程在教学团队全体教师的共同努力下，经历了初创、发展、成熟三个阶段，在师资队伍、课程体系、教材建设、实验教学、教学改革、学科建设等方面取得显著的成绩，受到学生和同行专家好评。 开课对象及适用范围---> 2020级生物医学工程专业 课程目标---> 本课程在专业培养目标中的定位： 重庆医科大学是以医学为主，医、理、工、管、文、法多学科相互渗透、协调发展的地方性重点大学。我校生物医学工程系根据学校的办学定位，依托医科大学的医学学科优势及多年来在超声无创治疗领域科研、开发及临床应用中的领先地位，培养学生从医、工结合的视角思考和解决问题的复合型人才，学生毕业时成为具有充足发展后劲的高级应用型人才，即在物理治疗设备的临床应用领域中的物理医学医师和在物理治疗设备的研发领域的医疗器械研发工程师。 超声治疗学是我校生物医学工程系各专业方向的重要专业课，将医学和工程两个一级学科有机融合，充分利用学校的优势和自身的学科优势及产学研紧密结合的有利条件，在培养跨学科的复合型应用人才中发挥着重要作用。 按照国家及重庆市招生政策，生源在考生中择优录取，考生报考踊跃，质量到了充分保证。 课程目标： 超声治疗学是研究超声波与人体组织相互作用的生物学效应及导致生物学效应的物理机制，和实现生物学效应的工程技术问题。通过本课程的学习，使学生掌握超声治疗的基本理论与应用以及设备操作的基础知识和技能，为将来从事与聚焦超声相关的医疗设备的临床应用、研究开发打下坚实的基础。 针对不同专业方向培养目标，根据教学大纲的要求分别合理安排教学内容。通过本课程的学习，使学生掌握超声治疗学这一医学新理论和新技术，培养学生的创新能力和科研思维方法。 教学内容 理论课---> 知识模块顺序及对应的学时 超声治疗学总学时数为56学时，其中理论课40学时，课内实验教学模块为16学时。 理论课内容分为“声学基础”、“超声波产生与传播”、“超声生物学效应”、“HIFU技术”、“其他超声治疗技术”五个理论知识模块；准确地把握了学科基础理论与现代科学发展的关系，及时把学科发展的最新成果和教改成果引入教学，具有很强的基础性、研究性与前沿性。 理论课知识模块如下 理论课章节及对应学时分布 章节讲课内容学时数 绪论2第一章声学基础3第二章超声波的产生、分析和测量9第三章超声波的传播6第四章Ultrasonic characteristics of biological tissue3第五章Ultrasound cavitation2第六章Bioeffects of ultrasound and physical mechanism of bioeffects induced by ultrasound3第七章Measurement of acoustic power and field characteristics in therapeutical ultrasound application、traditional and Emerging therapeutic ultrasound technology3第八章HIFU technology9 总学时40 课程重点：质点振动学基础、声学基本概念、超声波的产生与传播、超声生物学效应以及HIFU治疗原理。 课程难点：声学基础、换能器与聚焦声场、组织声特性测量、超声生物学效应以及HIFU治疗机理。 解决办法： 1）超声治疗学是一门综合性学科，工科知识是重要基础。为了使学生理解课程的难点和重点，在培养计划中，合理设置工科类专业基础课程，如《大学物理》、《机械制图》、《电子电路基础》、《生物医学传感器》等，本课程非常注重与相关课程间教学内容的衔接，找准本课程知识的生长点，使学生易于理解。 2）在教学过程中，对各章节知识点采取突出重点，讲透难点，采用启发式、引导式教学，有助于学生对重点内容的深入和扩展，对难点的理解和掌握。根据学生的实际情况采用增加例题的讲解、布置课后作业、答疑、实验课与理论课教学相结合、使用视频和动画等方法解决教学难点，帮助学生理解。 3）为了加深学生对声学理论及超声治疗的理解，对一些难点章节结合实验，使抽象问题形象化，帮助学生对所学知识的吸收掌握。 实验课---> 1.课程设计的思想 本课程实验教学的设计思想是融知识、能力、素质培养于一体，根据课程目标和对应用型人才培养的要求，实践教学的内容和形式既要与本课程理论教学内容衔接，同时又为学生创造足够的独立操作的机会以及培养创新思维及能力。以此思路构建的超声治疗学实验教学体系包括两阶段：与理论课同步进行的课内实验，及进入生产实习前集中一个月的拓展性实验。 2.课程设计目标及效果： 第一阶段与理论课同步的课内实验教学，目的是使理论教学与实验教学内容紧密衔接，加深学生对声学知识的理解，激发对超声治疗学的兴趣，训练初步的实验操作能力；第二阶段进入实习前的集中拓展性实验，目的是提高学生的创新思维与分析问题、解决问题的能力，更进一步强化对超声治疗设备的实验操作能力。通过两阶段的实验教学效果显著，加深了学生对声学知识的理解和掌握，实验操作能力大为提高，创新思维与能力得到培养，受到学生一致好评。 3.课程内容： 1）课内实验：共16学时，实验类型包括基础性、综合性实验。通过上述实验，既为学生打牢基础、掌握超声的基本知识，培养学生的基本技能，又让学生初步了解聚焦超声在临床上的应用。 实验课章节及对应学时分布 实验名称学时实验类型组织声参数测量4基础性声功率、声场特性测量6基础性HIFU 生物学效应6基础性 2）集中拓展性实验（含设计性实验）：学生课程学习结束后，在专业实习之前，安排学生进行为期1个月的超声治疗技能培训，并安排设计性实验，培养学生观察问题、分析问题的能力，培养学生创新思维和实践能力。第1周由教师讲授超声治疗设备的设计、生产、临床应用的理论知识；第2-4周在教师的指导下，由教师提出实验目的及实验条件，学生通过查阅文献资料,自主设计、论证与确定实验方案，独立操作现有的超声治疗设备，开展离体组织实验、动物活体实验等，根据实验数据的统计学处理，得出实验结果，阐述HIFU在离体牛肝脏形成定点损伤剂量与效应的关系。 4.教师指导方法 学生10人为小组合作进行实验,，课前要求预习，实验结束后各自完成实验报告。 基础性实验：通过教师的演示实验，让学生熟悉CZB型超声波治疗仪等超声治疗设备的构造结构及功能。实验过程中，教师组织和引导学生进行讨论，理解实验的基本原理和仪器设备的使用方法。学生实验完成后，组织学生进行总结，完成实验报告。 综合性实验：实验内容涉及实验设计、超声治疗剂量的选择、数据的处理、HIFU生物学效应分析等综合知识进行实验。在实验过程中，以学生为主体，建立师生互动的教学方式，对于实验中出现的问题，教师给予指导，并让学生自己分析实验结果。从而达到提高学生提出问题、解决问题的能力。 设计性实验：在学生熟悉HIFU治疗设备的操作流程的基础上，教师提出实验目的和实验条件，然后学生查阅文献资料，在教师指导下，学生自主设计、论证与确定实验方案，通过研究改变HIFU的剂量，辐照离体牛肝脏和生物组织，使学生深入理解HIFU在离体牛肝脏和生物组织内形成损伤的剂量与效应的关系，培养学生的创新科研思维和动手能力。 5.实验课考核内容与方法 1)课内实验考核内容与方法： 实验考核主要是考核其操作水平、准确获取实验结果的能力以及创新能力，以及正确撰写实验报告的能力。实验成绩由三部分组成：实验平时成绩（20%）：考查学生实验预习、实验记录和态度；实验操作成绩（40%）：根据学生实验过程中的操作请况进行评定。实验报告成绩（40%）：考查学生对实验的总结与数据处理进行评定获得。 2）集中拓展性实验（含设计性实验）考核内容与方法： 考核学生对超声治疗设备的实际操作能力、超声治疗学知识的拓展情况及以及应用课内知识解决实际问题的能力。实验结束后，学生将实验过程中的收获、实验结果进行汇报，教师组成考核小组进行考核、评定成绩。 6.实验课的创新与特点 1）采取课内实验与安排课外集中拓展实验相结合：不仅使学生动手操作能力得到充分训练，还加强了创新思维与分析、解决问题的能力的培养。 2）为学生创造一流的实验条件：创建了专业实验室和学生校内实践基地，在国内生物医学工程系中都处于先进水平。为学生的实验教学、课外实践创造了得天独厚的条件， 3）开设综合性、设计性实验，培养学生创新思维和能力：让学生在实验中涉及应用本学科或多学科的知识进行综合性实验，以及在集中拓展性实验中通过查阅资料，设计、论证实验方案。对于实验中出现的问题，以学生为主体与教师讨论，并让学生自己分析实验结果。 4）积极对学生进行科研能力的培养：组织“海扶之星”学生科研基金项目研究，参与拟订课题指南，选派导师对学生的科研从开题报告评审、实验设计、实验方案、实验数据的收集和分析整理到撰写科研论文，进行全方位指导。 教学方法和手段---> 为了适应教学形势的发展，近年来，本教研室对超声治疗学这门课程的教学方法和教学手段积极进行改革，主要体现在以下几方面： 1.注重理论联系实际，积极运用讨论式、参与式等教学方法，启迪学生思考，有效地调动学生的学习积极性。努力做到重点突出、透彻剖析难点，充分体现理论联系实际：例如，超声属于声学范畴，声音的产生需要振动，本课程从质点振动学开始，从最基本的工学知识着手，引导学生一步步进入超声学习。进入聚焦超声学习时，结合现有的聚焦超声治疗设备实例进行讲解，让学生对超声的产生、传播及产生的生物学效应有比较直观的印象。 2.利用我系实行产学研结合的优势，教师注重结合自己的科研和临床应用的实例引导学生，加深学生对基本理论知识的理解，受到学生欢迎：如王智彪教授结合自己科研的经历和取得的原创性成果，讲授超声治疗的发展历程、现状及未来，使学生对无创治疗充满了信心与激情；李成志老师结合自己多年从事超声治疗在子宫肌瘤等妇科疾病上应用的临床经验进行讲授，生动、深刻，不仅加深了学生对该疾病的认识，更深地从临床角度上理解超声治疗，而且进一步提高了学生对超声治疗学习的兴趣，取得良好的教学效果。 3.大课教学注重与学生的互动教学，备课中为学生准备课堂问题和课后问题；教师留有与学生互动的时间，并鼓励和引导学生课堂互动。 4.组织学生到“海扶”公司参观，认识超声治疗仪器，了解仪器性能，增加感性知识。 5.利用设计性实验和学生参加课外科研，引导学生进行研究性学习，通过指导实验设计、实验方案、实验数据的收集和分析整理到撰写科研论文，激发学生的学习的兴趣和求知欲，提高自主学习和创新能力。 6.理论课教学以多媒体教学为主，并结合板书。课后学生鼓励学生通过网络视频和PPT学习，加强对自己薄弱环节和感兴趣知识的学习，并获取有关超声治疗的最新信息，以激发学生学习兴趣，提高教学效果。 7.积极进行考试改革。理论课的考核主要是注重对学生知识运用能力的考察，考试内容严格按照大纲要求，考试题型多样，难易程度适中，特别是增加了结合超声治疗技术对病例进行分析处理，考察其知识的实际运用能力。 8.顺应时代要求，不断探索现代化的教学方法，加强师生间的交流：借助网络技术和平台，突破时空限制构建师生间进行课外交流的交互式教学平台。加强师生间的教学互动，每位教师第一次上课就将自己的邮箱和电话告知学生，拉近了师生间的距离，及时解决学生学习中的疑难。 学习与考核方式---> 总成绩=期末成绩*0.6 + 平时成绩*0.3 + 实验成绩*0.1 教材、教辅用书与参考书目---> 本课程选用南京大学出版社由王智彪、李发琪、冯若主编的《治疗超声原理与应用》一书以及根据国内外最新进展编撰的自编讲义。该教材为我院教学团队在总结过去教学经验及结合科学研究内容的基础上，经过对课程体系的深入研究后自主编写的，内容及结构与课程教学目标高度匹配。 教材：王智彪、李发琪、冯若．《治疗超声原理与应用》．南京：南京大学出版社，2008 参考书目：1. 马大猷．现代声学理论基础[M] ．北京：科学出版社，2019 2. M. Wan, Y. Feng, and G. Haar. Cavitation in Biomedicine: Principles and Techniques[M]. Springer, 2015 教学效果---> 1.校外专家评价、校内教学督导组评价 1）校外专家评价： 本课程得到国内同行专家的高度评价；南京大学声学研究所冯若教授评价“重庆医科大学《超声治疗学》课程是在他们在多年科研基础上建立的一门极具特色的专业课程。他们通过多年的“产、学、研”相结合的实践过程，组成了一支多学科交叉、知识、年龄和职称结构合理的教师队伍。该教学团队治学严谨，注重与国内外同行的交流与合作，并把自己的科研成果引入课堂，注重传授学科前沿知识，不断提升教学水平，激发了学生科研和临床应用的兴趣，调动他们学习的积极主动性，提高他们的分析、解决问题的能力。超声治疗学是一门年轻、迅速发展中的多学科交叉的新兴学科，没有统编教材，以课程负责人主编的《治疗超声原理与应用》教材是目前国内少有的同类教材，在编写上设计新颖，从多角度阐述了超声治疗的原理，列举了丰富的临床治疗例证，受到了校内外专家和学生们的好评，取得了很好的教学效果”； 西安交通大学万明习教授评价：“重庆医科大学《超声治疗学》是生物医学专业的一门重要的专业主干课，课程负责人和学术队伍有较高的学术水平、丰富的教学经验，以及对教学工作充满敬业精神。该教学团队通过多年科研实践，不断探索，率先建立了超声治疗学的理论体系，在国际上居于领先地位。在教学内容和方法上不断探索与实践，注重理论联系实际，特别是学生思维方式的训练和实践能力的培养；在教学中反映学科前沿知识，并把自己的科研成果引进课堂，丰富了教学内容，调动了学生学习的积极性和主动性；教学团队非常重视教材建设，针对课程教学需要编写了《治疗超声原理与应用》教材（南京大学出版），《超声治疗学实验指导》（自编）。此外，还参编了《超声医学》中与超声治疗相关章节，受到了师生、专家的好评。据此，该课程组已取得的良好教学效果，是他们长期坚持教学改革、勇于探索创新，不断提升教学水平的结果。 中国人民解放军总医院汪伟评价：“重庆医科大学《超声治疗学》课程是一门多学科交叉的新兴学科。该课程具有以下鲜明的特点：一是理论体系构建科学，理论体系建立在该教学团队多年的科研实践和不断的探索之上，实践性、创新性突出。二是教学构思先进，善于把科学研究的最新成果引入到教学中，教学内容不断丰富，使该课程具有基础性、应用性和前沿性；三是师资力量精干、结构合理，所从事领域涉及物理学、材料学、临床医学、生物医学工程、超声治疗学等，能为学生提供一个广阔的知识平台；四是注重教材建设，由课程组负责人主编的《治疗超声原理与应用》教材填补了国内相关领域的空白，受到了专家的好评。五是注重培养学生独立思维能力与实验技能的培养，为学生搭建了专业实验平台，营造了浓郁的实验研究氛围。虽然这是一门新兴学科，却具有鲜明的特色，已取得了良好教学效果。 2）校内专家评价： 重庆医科大学教学督导组组长曾照芳教授认为：该课程是重庆医科大学充分利用超声治疗学在国际领先的优势，将重大科研成果引入教学，在全国率先开出的一门专业课程，使本科教学有一个高的起点。授课教师团队长期从事超声治疗的科研和教学工作，注重学生课堂学习效果，积极开展教学方式和方法改革，始终把学生创新精神、科研意识和实践能力的培养放在重要地位，并取得了显著效果。 重庆医科大学医学影像系王志刚教授认为：该课程师资力量精干，素质优良，多学科交叉；站在学科前沿，不断把科研最新成果引入教学，始终注意保持教学内容的先进性和前沿性。注重学生实践能力和创新思维的培养，结合临床病例进行教学，引导学生假期参加科研，调动了学生的学习积极性和主动性。 生物医学工程系教学督导组组长王芷龙高级工程师认为：“《超声治疗学》是一门有专业特色的主干课程。课程组教学态度严谨、认真负责。教学中注重启发式教学，与学生互动，培养学生的创新思维和能力，教学效果好。结合科研成果，广泛收集资料，编写的教材填补了国内空白，受到学生欢迎。采用多媒体教学方式，使学生印象深刻，在吸引学生注意力、激发学习兴趣方面起到很好的作用。督导专家评价该课程教学效果优良。