生物医学工程专业解读精选(九篇)

前言：一篇好文章的诞生，需要你不断地搜集资料、整理思路，本站小编为你收集了丰富的生物医学工程专业解读主题范文，仅供参考，欢迎阅读并收藏。

第1篇：生物医学工程专业解读范文

[关键词]临床医学工程师；继续教育；学科建设；医院管理

0引言

随着医疗事业的发展和医疗改革的持续深入，医疗行业面临着巨大的挑战和转变。在时代变革的要求下，实现医疗器械耗材的科学管理、医用设备的计量质控和医工结合的科研开发已经成为医学工程学科必须承担的学科任务。新的医疗行业模式中，医学工程与医疗、护理、临床药学已经并列为现代医院的四大支柱，是医院医疗质量、医疗安全的技术保障。如何实现专业职能转变，培养满足工作任务要求，掌握应用工程理论、软件技术，能够与临床共同开展应用研究的临床医学工程师是医疗事业发展赋予医学工程学科的新任务。

1临床医学工程师定义

美国临床工程协会将临床医学工程师[1]定义为：“临床医学工程师是指将工程学与管理技能应用临床医疗保健行业，来保障、帮助和促进患者的医疗和护理的人”。日本凡获得日本厚生大臣颁发的临床工程技士资格证书[2]，在医师指导下从事生命维持装置的操作、维修保养和管理工作的人为临床工程技士。

2临床医学工程师的工作职责

按照临床医学工程师的定义及医疗行业的发展要求，必须重新评估和定位临床医学工程师的任务、职责。临床医学工程师的核心任务不仅包括医疗设备的维修，还包括医疗设备的计量质控、应用安全管理、建立应急保障措施等[3-4]。

2.1设备的合理选型与优化设置

医疗设备及耗材的采购是医学工程学科的传统工作职能，设备采购过程中的选型关系到设备使用中的医疗质量，在设备参数确定中必须具有一定前瞻性，结合医院的规模、技术水平，充分考虑医院的发展趋势。采购的新设备应用于临床前,医学工程师应首先掌握该设备的应用原理，与设备厂家共同指导临床科室操作人员进行操作并且在日常使用过程中时常检查应用情况。

2.2医疗设备应用安全与不良事件监测

医疗设备不良事件是指获准上市的合格医疗器械在正常使用情况下，发生的或可能发生的任何与医疗器械预期使用效果无关的有害事件[5]。医疗设备事关医疗安全，虽然医疗设备在投入临床应用前都要经过国家相关管理及技术机构的安全验证和审批，经历临床应用验证，但在实际应用中由于医疗设备本身故障或操作不当等原因有可能出现对患者造成伤害的不良事件。

2.3故障应急维修和预防性维护

故障的应急维修和预防性维护是临床医学工程师的基本技能之一，关系到医疗设备应用安全与质量控制管理的关键任务,也是等级医院评审中明确要求医学工程部门必须限时完成的工作任务之一。作为临床医学工程师，大中型医疗设备是保障重点。必须和相关科室密切配合，关注大型设备的运行状态和环境。

2.4设备的计量与质控

《中华人民共和国计量法》规定了医疗设备的计量与质控工作是医学工程专业保障医疗设备安全运行时必须强制执行的工作职能之一。医疗行为侵权诉讼的举证责任倒置工作对医学计量工作提出了更新、更高的要求[6]。临床医学工程师与临床医疗工作者共同承担医疗风险。因此，定期做好国家规定的设备计量强检项目的计量检测,建立健全各种计量检测网络和督查体系,建立计量档案是临床医学工程师重要的工作职责之一。

2.5与临床需求相结合的科研开发

学科建设是科研工作必不可少的重要环节。医学工程学科作为医院医疗设备管理、维保部门，承担着大量日常工作。与科研院所相比较，其缺乏在理论基础等方面探索的时间和物质条件。但服务临床、与临床紧密联系是医院医学工程科和临床医学工程师的优势。只有实践和临床相结合，从临床实践中发现问题、解决问题才能够真正探索出一条具有学科优势的科研之路。

3临床医学工程师现状与继续教育工作

3.1人员构成

当前医院医学工程专业技术人员流失严重，人员数量少、技术力量相对薄弱是必须面对的现实情况。表1给出了13家医院医学工程科科主任基本情况构成。调查数据显示，在被调查的13家单位中，38.5%的医学工程科科主任所学专业为医学工程，84.6%的科主任具有本、硕士学历，年龄40岁以下占38.5%，具有中级职称的占76.9%。表2为3家三级甲等医院医学工程科工作人员基本情况构成表。数据显示3家医院的床工比分别为1.14%、1.58%、2.25%，人员数量普遍偏少，人均承担工作任务重；从科室分工来看，采购人员在个别医院所占人员比例有待优化；从学历来看，本、硕士人员已经成为工作主力；年龄构成各医院实际情况不同，比例有所不同。

3.2优势与问题

3.2.1行业优势

（1）人员学历构成方面：随着高等教育的普及，各个医院医学工程人员学历层次有了明显提升。40岁以下工作人员均具有本科以上学历，为实践技能的进一步提高奠定了一定的理论基础。

（2）人员年龄构成方面：40岁以下中青年已经成为医学工程专业领导、工作的主力军。在所有进行调研的医院中，中青年工作人员比例均处于较高水平，具有良好的学习能力和充沛的精力。以科主任为代表的医学工程技术人员普遍勇于接受新技术、新设备，且对国际前沿的技术与设备保持着强烈的学习和探索兴趣。

（3）工作方式方面：随着行业内交流的增多，各家医院医学工程学科互相取长补短，以医院等级评审为契机，建立并不断完善工作制度。工作职能明确、工作流程完善，考核、验收标准更具有可操作性。

3.2.2存在问题

（1）学科持续发展方面：从表1中不难看出在所调查的13家医院中医学工程科科主任存在专业不对口情况。当然，造成这种现象的原因是多方面的。在目前军地各级医院敏感岗位轮换制度的大背景下，如何在遵守行业规定的前提下保持医学工程能够可持续性发展，且作为医院的一个学科分支，如何拥有中长期发展规划、目标值均需每个单位医学工程专业的掌舵人进行认真的考虑和反思。

（2）职称构成方面：以科主任职称数据为代表，普遍存在医学工程科缺乏高技术职称等现象。这与目前医疗行业职称构成及评比体系有明显关系。当前各个医院普遍将工程类与医技类人员合并评比技术职称。在评比过程中，发表高等级文章、科技奖项、承担课题等均作为打分标准予以考核。相比较而言，工程类高水平期刊普遍影响因子较低，在医院环境中工程技术人员在奖项、课题方面不占优势。

（3）人员构成方面：各医院医工人员较医护人员学历仍然普遍偏低，在职硕士人数占据相当大的比例；从人员年龄结构来看，老中青比例在个别单位较好。若想在全行业内形成“传帮带”的良好发展模式尚有一定困难。

（4）人员数量方面：各医院床工比普遍较低。工作人员普遍较少导致医学工程人员人均承担日常工作任务繁重。由于人员数量及学历构成等多方面原因，大部分医院医学工程方面科研工作的开展举步维艰，大部分科主任有心无力，导致学科建设停滞不前。

3.3行业继续教育的模式探讨

3.3.1医学工程专业学科体系建设

学科建设关系到医学工程专业的长远发展、科室在医院的地位、医学工程专业所有工作人员能力素质的提升。从调查结果来看，虽然多种原因，现任医学工程科科主任中有大部分缺乏医工学科专业背景，但一个好的管理者若能够融合多学科专业知识，从崭新的角度解读专业需求，灵活应用管理技能和方法，能够起到触类旁通、事半功倍的效果。在科主任管理继续教育层面，各级医工学会能够也必须发挥积极主动作用。目前各级医工专业学会基本由各个医院、医疗机构科室负责人构成，借助专业学会平台，能够在科主任层面上开展专业论坛、管理经验交流、新技术探讨、行业发展动向等多种形式、深层次的交流。目前，部分医工专业学会已经意识到领导岗位轮转给行业发展带来的困难和挑战，并且进行了一定层次的学术探讨，在这方面值得进行更深层次的研究。面对新挑战、新任务，医工行业负责人的继续教育工作将作为重点和亮点深入、持续下去。

3.3.2与厂商相结合的新技术学习

随着知识更新速度的不断加快，新技术、新业务日新月异。若要提高技术保障能力，就必须不断掌握、接受行业发展新动向。邀请厂商进行专题技术讲座是开展医工人员继续教育工作的重要手段，能够达到双赢效果。通过讲座，工作人员既可以了解新设备的技术特点，又能快速掌握新设备的一般故障维修方法，能够使工作人员快速提高维修、保养能力，为新设备正常运行提供保障。

3.3.3临床实践能力的“传帮带”

动手能力是一名合格医学工程师必备的基本功。高学历不等于强动手能力。动手能力的培养也不是一朝一夕能够完成的。维修中经常碰到一些需要紧急处理的情况，应急处理只能靠自己解决，这也最能考验一名维修人员的理论知识和实际能力。医疗器械的数字化、信息化发展，对临床医学工程师的要求越来越高，从学生到合格的技术人员需要其接受终身的再教育。在实践能力的培养过程中，老同志的“传帮带”显得至关重要，维修经验的传授、故障原因的准确判定、理论与实践的结合必须在实践中不断磨合与培养。在实践能力的培养过程中，继续教育过程更多地体现在日常工作中的不断积累、磨炼。主题授课、拜师学艺、学科各部门轮转等可以作为继续教育的形式，参考美、日临床医学工程师的培训工作，各医院可以结合自身特点制订行之有效的细则，将老同志的经验和实践能力作为“传家宝”在新同志成长过程中不断传递。

3.3.4医疗设备不良事件监测学习与宣讲

对医疗设备不良事件的监测是为了保证医疗安全，协同生产厂家解决潜在的问题，最大限度地控制潜在的风险，以保证医疗器械安全有效的使用。然而在实际操作中，仍存在一些工作人员不敢、不愿上报相关事件的错误认知。究其根本原因是其对医疗设备不良事件监测本身含义、作用的不理解。该项工作已经得到了国家质量监督部门的重视，部分省市质检部门也已进行了省级会议培训。作为医院内部配合上级管理部门，可以将该项工作纳入院级继续教育专题项目，在医工技术人员内部进行培训，并可以向领导决策层、临床医护人员进行多种形式的宣讲，以利于工作顺利推进和开展。

3.3.5计量质控工作的深入持续

计量质控工作已经成为医学工程行业内公认的重要职能工作之一。在继续教育工作中主要可采取专题技术学习、会议培训、强制推行、重点检查等方式，力争使有条件的单位都具有专职技术人员。

4结语

时代的发展为临床医学工程工作者带来了新的挑战和机遇，建立有效的继续教育机制，培养医工结合的复合型人才，能够提高医学工作者为临床服务的能力、能够为医院增收节支、能够保证医疗仪器设备在医院使用过程中的安全有效，对维护医院的医疗安全具有重要意义。因此，医院应该结合行业和自身特点，发挥医工结合优势，积极探索具有自身特色的继续教育模式和方法。

参考文献

[1]王学军，朱丹丹，朱永丽.医用器材临床工程师培养探讨[J].医疗卫生装备，2015，36（3）：148-149，153.

[2]陈为国.浅谈临床医学工程师的培养[J].中国医疗设备，2009，24（4）：69-70.

[3]蒋红兵.开展医学工程继续教育的探索[J].医疗卫生装备，2007，28（9）：23-25.

[4]谢松城.医学工程继续教育的需求与实施[C]//中华医学会医学工程学分会第八次全国生物医学工程教育研讨会论文集.山东烟台：中华医学会医学工程学分会，2007：57-60.

[5]段书，李怡勇，李涛，等.医疗设备风险管理与质量控制[J].医疗卫生装备，2014，35（2）：139-141.

第2篇：生物医学工程专业解读范文

“医学高校物理学科之《普通物理学》课程多媒体双语教学模式的研究”课题是吉林省教育科学“十二五”规划课题（GH11252），课题组成人员共有8人，其中研究生5人，副教授3人，有部分教师具备双语教学的能力，进行了较多教学方法的改革与实践工作，其中该课题内容的实现就是工作的一部分。该课题的主要研究成果以多媒体双语教学课件的实现及其教学实践效果研究报告为主要形式。

1 医学高校普通物理学课程实行双语教学的意义

对国内省属本科院校，尤其是医学类院校中的专业基础课，按专业及其内容的难易程度，将容易理解、容易接受的知识体系进行多媒体双语教学。如果用母语讲解、说明都很难被接受的内容，且存有疑问，利用英语进行解释，由于学生个体语言水平的差异，本来能懂的也不懂了，不懂的听都费劲，实行多媒体双语教学就显得多此一举。涉及专业性强、内容广，需要学生更好地去理解、体会、掌握的内容，应该将其变成自己学术体系的一部分，这就需要教师在“传道、解惑”之时，讲明白，说清楚，让学生真正理解、消化、吸收其内涵精髓，直至变成自己的那部分，实现多媒体双语教学才有意义。否则，外语基础不好，还要理解、翻译英文意思，再弄成母语去理解，这样就不能体现多媒体双语教学的辅助作用，且教学效果会适得其反。笔者建议要在专业课、专业基础课中相对容易理解、简单的课程上下工夫，进行可操作的多媒体双语教学模式探讨；如果经验成熟，再向专业的深度、广度延展。这就给专业基础课先行试点带来方便，进行理论与实践方面的探讨，就显得非常重要了，也就是要在普通物理学课程中进行多媒体双语教学改革探索的重要意义。同时也希望能为后续课程进行多媒体双语教学做好准备，探索更好的方法。

2 实现普通物理学课程多媒体双语教学模式的

困境

将重点内容做成课件的形式，在教师讲授理论的同时辅助教学，利用多媒体大屏幕进行有效说明。这种方法非常好。很多学生学习英语，普遍意义上讲就是为了高考应试而学，大多数学生学到的基本上是“哑巴式”英语，只能应试，很少能够沟通会话，这就给双语教学的实现带来极大困难。对于具有制图、说理、推演、计算方面问题的专业课，实现多媒体双语教学的困难就更大，应该避免进行过多的双语阐述，毕竟很多本科学生英语水平较差。要让师生能够互动沟通，即教师讲得出来、学生听得进去，易于接受、理解、掌握专业知识内容，因此利用板书、挂图、多媒体课件辅助进行双语教学的模式必不可少。在教师进行讲解的同时，学生可以通过比对大屏幕上的相关内容，从而缓解学生对教师讲解内容的解读压力，学生即使没能听清楚、理解教师的表达意图，也可以通过课件上的信息反复理解教学内容，增强其适应双语教学的模式的信心。同时也可以防止因教师口语表达与学生听力理解之间出现衔接漏洞的影响，而加重学生的理解负担。

3 普通物理学课程双语教学课件的研究

多媒体双语教学课件设计的方法：利用多媒体制作普通物理学课程理论讲授部分课件，在此基础上做成双语模式，即为普通物理学课程多媒体双语课件。

多媒体双语教学课件设计的任务重点：要做到满足医学院校本科学生的知识需求，将课程理论部分重要章节的讲授内容做成多媒体课件的形式。这是本课题的重点内容。难点是如何在多媒体课件的基础上做成双语模式，且便于教师进行双语教学，也便于学生在视觉感觉的同时，更好地去理解、掌握所学理论知识的英文表达方式及习惯等。这样才能有利于学生在外文期刊上检索其所学的专业知识，便于把握该知识领域的最前沿发展动态，对今后从事科研有非常重要的帮助。因此，将多媒体双语教学课件的制作视为重中之重。

普通物理学课程在完全工科院校有两种双语教学模式，其一是教师只利用板书进行双语教学，且教学水平较高，外语所占比例较大；其二是教师的外语能力强，学生接受起来相对比较容易的院校，可以实行外语教学为主体的双语教学。吉林医药学院是省属本科院校，是以教学为主体地位的院校，不能与研究型高校以及教学研究型院校相比。教师外语口语水平较高，但学生的听力理解能力较差，因此上述两种情况都不适合学院的双语教学状况，必须要找到自己的双语教学模式，因此有必要在医学院校建设普通物理学课程理论讲授部分的多媒体双语课件的模式，让学生边听讲解边观看该课件，以便增强他们的理解能力。这才是适合吉林医药学院这类院校利用先进教学手段作为载体的双语教学模式，也就是本课题特色鲜明、立意新颖之处。

1）多媒体课件实现双语教学设计的可行性分析。多媒体教学方式及手段的推行，显示其无比的优越性，但由于其造价高，高科技产品的推广与应用相对滞后一些。目前还有多媒体教学所带来的一些问题，这就需要在教学一线的教师及时总结新兴教学手段的利与弊，以及对本学科的教学质量和教学水平的提高是否具有辅助作用，不能一味地认为多媒体教学好得不得了，就全盘照搬。每种教学手段都有其科学的指导意义，应以达到本科教学水平为目的，以达到最佳教学效果为目标，以学生最终受益最多为前提，这才是最终追求的真正的教学设计方案。

第3篇：生物医学工程专业解读范文

关键词：图像分割； 参数活动轮廓； 几何活动轮廓； 能量泛函； 蛇模型

中图分类号：TP3914 文献标识码：A文章编号：2095-2163（2013）02-0082-04

0引言

蛇（Snake）模型，即活动轮廓模型（Active Contour Model），一度曾被国内学者译成主动轮廓模型，最早由Kass等人提出，能利用图像高层信息能量泛函来解决图像分割问题，2000年左右引入国内。国内，较早关注此模型的有哈工大李培华教授，当时将国外最新的蛇模型技术进行了综述[1]。文中阐述了Snake的数学模型，提到了Snake的算法实现，主要有计算复杂度为O（nm3）的Amimi动态规划法，和算法复杂度为O （nm） 的Williams的贪婪算法。接着又介绍了Snake的改进模型，如Cohen的气球模型，Storvik的基于贝叶斯概率统计的Snake模型，及用于运动跟踪的可变形模板（Deformable Templates）模型。另外一位长期深入研究Snake模型、且造诣深厚的学者是美籍华人徐成阳，首先提出了GVF-Snake模型[2]。该模型在图像分割或轮廓提取时，能双向驱动初始曲线的演化，使其进入图像的深凹轮廓，同时，在更大程度上降低了对初始化曲线位置需有严格限制的要求。

早期的Snake模型在图像分割或轮廓提取时，因驱动外力不够，要求初始化曲线须设定在图像真实轮廓的附近，否则较难收敛于图像真实轮廓，得不到较好分割效果。

在此期间，国内则少有学者开展Snake研究，可见的发表成果为：周彦博结合变分法处理医学图像，成功提取红细胞。贾春光结合遗传算法研究MR图像，提取大脑皮层外轮廓和左脑室，但并未取得满意效果[1]。

国内其他学者，鉴于Snake方法的新颖，于2001年左右对Snake算法进行了系统研究，课题多会涉及国家自然基金项目。研究活动多是集中于对Snake算法的各种改进，并得到改进的GVF-snake模型，再后来，即是采用水平集方法，所得研究成果多为几何活动轮廓模型。

在Snake模型的研究期间内，因多种原因所致，如学术名词的翻译等，Snake模型，曾被冠以多种名称，如蛇模型[1]、Snake算法[3]、主动轮廓模型[1，4]、活动轮廓模型[5，6]、几何主动轮廓模型[4，7]、可变形模板Snake模型[1，5] 、基于角点的Snake模型[8]，随着研究的进一步深入，又出现了结合区域信息、边界信息的改进的新蛇模型，但这些新数学模型已经与当年Kass的原始Snake有较大区别，本文依然将其归纳为蛇模型家族。为了统一起见，将蛇模型分为参数式活动轮廓模型、几何式活动轮廓模型、融合其他信息的混合蛇模型。

（1）基于参数的经典蛇模型有Snake；Balloon-Snake；距离势能Snake；GVF-Snake；GGVF-Snake；虚拟电场Snake（Virtual Electric Field），简称VEF；改进的虚拟电场Snake（External Force Using Vector Field Convolution）简称VFC。

（2）几何式蛇模型。采用水平集方法，包括了测地线蛇模型（Geodesic Active Contour Model） 简称GAC；测地线活动区域模型（Geodesic Active Region），简称GAR；分段常数模型（Chan-Vese）简称C-V；此外，还有双向Chan-Vese。第2期王成杰：基于蛇模型图像分割研究综述智能计算机与应用第3卷

（3）混合蛇。两种模型结合的Snake，融合了边界或区域信息，由此得到了对Snake改进后的新方法，如，2006年，Lie等人提出了基于区域的二值水平集。Tai提出了基于边界的二值水平集。2007年，尚岩峰提出自适应的Balloon-GVF Snake。此后一些学者，又结合其他方法，研究了参数蛇模型进行多目标分割的算法，此算法打破了参数蛇模型不能解决拓扑结构变化的问题。还另有一批学者，结合边界信息，通过演化曲线方式，实现了水平集。

1Snake模型的思想

图像分割（Image Segemention）可将给定的图像分割成一系列感兴趣的区域，因而是图像分析、图像理解的基础。

Marr的传统视觉将信息处理分为底层视觉、中层视觉和高层视觉三个阶段，只是底层视觉是无法利用高层信息。而Kass提出的Snake模型，将图像的灰度信息、梯度信息等特征当做能量，先验知识如目标的大致情况也可等同为能量，并以其为基础，设计一个可供高层视觉选择的能量函数[2]（具体的能量函数可参见朱国普的博士论文），用以处理低层视觉中的图像分割问题。该模型的实现原理为：

在待分割的图像中放置一条自由曲线，曲线自身具有内部能量，能约束自身的形状，能抗拉伸，抗弯曲，图像的外部能量，能驱动曲线运动，在内外能量形成的内、外力场综合作用下，曲线达到能量最小化，收敛于图像的显著特征或局部极值处，达到图像分割的目的。

由此可知，Snake模型的突出优点是：

（1）突破了由Marr提出的传统视觉理论局限，为计算机视觉理论引入了新的思维思路。图像分割中，有效地利用了图像高层信息，并对底层视觉信息的加工进行指导和修正，为信息处理提供了更多的方便。其处理方法与人类的视觉系统已存在更多的类似。

（2）可将图像数据、初始估计、目标轮廓及先验知识集成于同一个特征提取过程中。一旦启动初始化，将能自主地收敛于能量极小值状态，且无需人工干预，就能捕捉到连续、完整的目标轮廓。

当然，该模型也有一些缺点：

（1）分割结果对于初始曲线的选定位置非常敏感。

（2）因外力不足，曲线通常不能被驱动到深凹图像的内部。

（3）原始的蛇模型无法控制曲线拓扑结构的自适应变化。因而需要对蛇模型进行改进。

改进的模型分为两组，一组是参数蛇，另一组是几何蛇。针对模型的缺点，从4个方向实行改进。分别是：

（1）对初始化曲线条件的研究。

（2）对力场改进，如双向驱动、进入深凹图像开展轮廓提取的研究。

（3）弱边界、抗噪处理；

（4）针对拓扑结构变化，自适应控制曲线演化，完成复杂目标图像的分割。

具体来说，参数蛇研究成果多集中在（1）、（2）、（3）方向，尤其是方向（3）对力场持续改进，双向驱动的改进；几何蛇执行处理却在（1）、（2）、（4）方向，且最好的成果输出体现于方向（4）中。

另外，以时间为维度参数可得，研究的早期时候，参数蛇因GVF-Snake的提出而广受众多研究者的推崇青睐；现今，因几何蛇快速数值算法的实现，几何蛇已成为研究的重心。而今后，蛇模型改进除了需要结合边缘、结合区域、还需与其他的分割方法相结合，才能取得更大的进展和更大的新突破。

2典型改进蛇模型特性分析

因为Snake模型天然的优越性，其应用所及已经相应拓展到图像分割、目标识别、行为分析、视频跟踪、三维医学重建等领域。同时也因其局限性，众多学者也在对其进行不断的改进。

21参数蛇模型

（1）Balloon-Snake。由Cohen提出，修改了Snake外力项，增加了一项气球力，该力驱动势头强劲，有利于深入图像的深凹部位，且能跨越小的图像噪声点，弱边界或残损边界，而不致出现收敛。因此，对于存在边界空隙、边界破损的图像，就需要根据收敛结果，人工设置迭代次数。鉴于气球力每次只能单向驱动，因此，气球模型的初始曲线设置，必须设定于图像的内部或外部，一定不能与图像有所交叉，否则不能进行正确分割。Cohen还给出了距离势能力函数，此模型也是用于增加Snake外力，其结果是使得初始曲线可以位于待割图像周围、可以位于待割图像交叉，但其力度并不到位，因而无法收敛到图像的深凹处。

（2）GVF-Snake。由徐成阳提出，其提出的梯度向量流GVF是一个比较优秀的力场，可以双向驱动，而对初始曲线放置的要求也不再那么严格，既能放置在待割图像周围、也可以与待割图像交叉，还能深入凹形图像的极低处，而且也能分割弱边界的情况。但是对于极个别图像驱动到深凹处能力仍然偏弱，因此，又提出了GGVF模型，使得推进深凹处问题得以满意解决。

在以上研究基础上，又经过多次实验进一步发现，GVF-Snake及其改进模型并非每次设定初始位置都能得到正确分割。而且对于同一幅图像，放置相同的初始曲线，一种GVF力场解决不了，但是换一种改进的力场就能实现正确分割了，这一原因直到2002年才得以完整揭示。Yu等人指出，向量场，即外力场中存在一些临界点会对分割产生重要影响[2]。若要进行正确的图像分割， He等人已经提出了正确分割的充要条件：初始曲线需要包含并且只能包含待割图像内的所有节点。

随着研究的不断推进，后续许多改进Snake模型（如VEF、VFC） 所提取的轮廓已经更加贴近图像真实边界，且对弱边界、抗躁等都具有较高的鲁棒性，但却仍然未能完全解决曲线的初始化问题。参数蛇已经成功应用于医学图像的交互式分割，但若要实现自动化分割则需要寻求一种新的方法。

2.2几何蛇模型

（1）测地线活动轮廓模型 （Geodesic Active Contour Model，简称GAC），是最早的几何蛇。这类模型是以目标边缘信息作为主要驱动力来引导分割曲线的运动，即可归结为是基于边缘的分割。该模型的特点是：边界强度小或者没有边界的地方，变形曲线运动速度很快，而边界强度较大的地方，变形曲线速度较慢甚至停止。当目标边缘不明显或者存在缝隙情况下，此方法将会出现边缘泄露现象。

（2）测地线活动区域模型（Geodesic Active Region，简称GAR）是Paragios结合了基于边界的测地线模型和朱付平的区域竞争模型的优点而研发提出的基于区域特征几何蛇模型。该模型解决了初期的测地线几何蛇初始曲线鲁棒性不足的问题。

（3）分段常数C-V模型。假定图像只有目标和背景两部分，在分割图像的同时，还能对图像实现增强去噪，而对无明显边缘的目标分割也能取得良好效果；但也存在缺点，就是计算量大，且不易实现。

总地来说，几何蛇的轮廓曲线演化只是基于法向量和曲率等，而与曲线的参数表示无关， 并且通过采用水平集方法加以实现，由此突破了拉格朗日系统框架的限定，因而能自适应地处理拓扑结构的变化，对弱边界、断裂边界的处理能力，数值稳定性良好，也就更加利于由二维向三维分割领域的推广。其改进模型则能简捷、有效轻松地进行多目标分割，同时亦获得了更佳的抗噪效果。

在几何蛇的研究早阶阶段，因算法复杂度高达O（n3），计算量太过庞大，研究者的关注度也更多地聚焦于参数蛇方面。另外，早期的几何蛇也与balloon-snake模型相仿，其与目标边界不能存有交集，否则将无法得到正确分割结果。

在此之后，研究者们因参数蛇的力场虽有改进，却仍无法解决复杂目标的分割，继而加强了对水平集方法的探索和研发，对几何蛇提出了快速数值算法，分别为窄带法、针对Eikonal方程的快速行进法和快速扫描法。其中，快速行进法的算法时间复杂度为O（NlogN），快速扫描法复杂度为O（N）。此外，Li等人还提出了一种不需要重新初始化符号距离函数的方法，其算法复杂度为O（N）。

2.3其他研究

何宁以联立偏微分方程为出发点，提到简单曲线、曲线曲率等数学问题[9-10]，并推证得出连续Snake曲线收敛原理，再将连续的曲线借助离散化方法进行了处理，提出了离散化Snake算法，为深入理解贪婪算法提供了数学基础，同时也有利于学者对Snake原理的清晰解读。除此之外，更多学者又结合了其他方法进行的算法改进，限于篇幅，这里不再一一列举。

3应用领域

31Snake算法在图像分割领域的应用

蛇模型适于对背景灰度不均匀的医学图像，纤维图像进行分割，并提取运动物体的轮廓。其中的参数蛇适宜于交互式医学图像分割，而几何蛇则适用于复杂多目标下医学图像自适应分割。

2003年，南理工王洪元博士利用二阶段的贪婪算法[11]实现了心脏左心室的分割。2005年，一军大的杨谊博士，使用改进的DP-Snake，成功提取了血细胞[12]。2006年，复旦大学张俊华结合边缘检测GVF模型，进行了低对比度的超声图像分割[6]。2007年，哈工大的朱国普博士改进了球模型，提出了GVF-balloon Snake模型[13]，能双向运动，提取复杂目标，完成了人肺CT图的分割。2007年，南理工王元全提出了改进的GVF模型，完成了左右心室的分割，同时也提高了精准度[14]。2009年，复旦大学利用几何蛇模型，完成了冠状动脉的分割、二尖瓣的分割[4]。中科大的博士编制了改进几何蛇，完成了腹部肝脏CT图像的分割[7]。2010年，东华大学的韩海海硕士利用融合聚类算法和GVF-Snake模型[15] ，去除了纤维毛刺，并准确提取纤维图像的轮廓

32Snake模型在其他方面的应用

蛇模型甫经提出，就已经应用于运动跟踪，比如，体育实况转播时的运动跟踪，也可用于人脸面部的活动跟踪，如嘴或眼的运动。

值得一提的是，参数蛇的算法实现也已成功地引入到教学中。已有很多著名高校的教师，在结合自己科研方向的基础上，将一些相对成熟、且先进的技术，融入本科教学。已有实践表明，在北大、北师大中，参数蛇已率先进入了教学，或作为一周编程课的课程设计，或成为大三、大四专业实践的训练案例。而由于案例表现的趣味性、综合性和系统性，将使得学生独立研究能力得到更进一步的强化。另外，在探索Snake算法时，为学生文献查阅、算法设计的能力提供了充分训练机会，而学生的科研素养和参与课题的能力也将达到更高水准，学生在这样的科研探讨氛围中也必将获益良多。

4结束语

Snake模型将图像分割、数学泛函分析、能量问题集于一身，俟其问世，就有数目可观的学者从多个角度对其特性展开了不同研究，并在不同学科的知识启发和影响下，对蛇模型进行了改进。其类型分析如下。

（1）参数蛇模型：目标函数简单，运算迅速而高效，通过添加能量项，多种先验知识可以灵活嵌入能量函数中，在交互式的图像分割中应用最广，而对出现有拓扑变化的目标分割却不占优势。但凭借其先验知识嵌入的灵活性，应用仍在不断拓展。多目标分割的探索也在进行中。

（2）几何蛇模型：在高维空间内进行轮廓演化，可以解决大变形，拓扑有变化的问题，计算稳定性高，但计算效率偏低，且表达式复杂，先验知识在轮廓演化方程中的表达不灵活。当目标变形很小时，一般并不采用几何蛇模型。即便如此，几何蛇在复杂背景下分割、多目标分割、抗噪、防边界泄漏等问题的处理方面保持优势擅场。目前，研究已从单项水平集向非参多水平集图像分割方向演变。

近年来，持续的拓展研究使蛇模型在图像分割领域占得了一席之地，尤其是在医学图像领域。利用Snake模型处理遥感图像、彩色图像的分割，也只是出于起步阶段，需要将Snake算法与其它分割算法结合。而其他算法则包括比如结合分水岭算法、种子填充算法和向量法等。可以预期的是，其发展前景必将十分广阔。

参考文献：

[1]李培华，张田文. 主动轮廓线模型（蛇模型）综述[J]. 软件学报，2000（6）：751-757.

[2]XU C， PRINCE J L. Generalized gradient vector flow external forces for active contours[J]. Signal Processing. 1998， 71（2）： 131-139.

[3]吕明忠，罗鹏，高敦岳. 一种具有向心力的新型Snake算法[J]. 微电子学与计算机， 2001（4）：39-42，46.

[4]尚岩峰，杨新，朱铭，等. 基于先验知识和几何主动轮廓线的三维超声瓣膜分割[J].生物医学工程学杂志，2008（1）：1-6.

[5]李启翮. 基于蛇模型的图像分割与目标轮廓跟踪研究[D]. 北京： 清华大学，2008：11-26.

[6]张俊华，汪源源，施心陵，等.基于边缘流和距离图Snake模型分割淋巴结超声图像[J].中国生物医学工程学报，2006，（5）：532-537.

[7]刘军伟. 基于水平集的图像分割方法研究及其在医学图像中的应用[D]. 合肥：中国科学技术大学，2009：51-63.

[8]向买阳. 结合角点检测的GVF Snake改进模型[D]. 北京：北京交通大学，2010：1-40.

[9]白小晶. 基于偏微分方程的图像分割与配准研究[D]. 南京：南京理工大学，2010：5-18.

[10]何宁. 基于活动轮廓模型的图像分割研究[D]. 北京：首都师范大学，2009：9-18.

[11]王洪元，周则明，王平安，等. 一种改进Snake模型的边缘检测算法[J].南京理工大学学报（自然科学版），2003（4）：395-399.

[12]杨谊. 基于Snake模型的细胞图像分割新方法研究[D]. 广州： 第一军医大学，2005：43-114.

[13]朱国普. 基于活动轮廓模型的图像分割[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007： 33-45.