《磁共振成像原理与技术》多媒体软件的制作
作者：黄子楷 李绥胜 黄其鎏 李绍林
单位：黄子楷、李绥胜 广州，第一军医大学南方医院信息科；510515；黄其鎏、李绍林 影像中心
关键词：计算机；软件设计；磁共振成像；计算机辅助教学
中华放射学杂志991208摘要：目的 开发辅助教学软件,为提高影像诊断 者MRI认知和诊断水平提供手段。 方法诊断专业与计算机工程人员合作，在正确理解教学知识点文字描述的基础上制作出近30个三维(3D)动画来模拟知识点所要传授的内容，并辅以语音解说、图像、视频等其他媒体，借助超文本链接技术，使各种媒体有机结合起来，解决原来复杂、抽象的内容。结果 完成了一套实用的《磁共振成像原理与技术》计算机多媒体软件，应用于广东省高校电化教育课程研究，结果显示此软件极大地激发学生的学习兴趣和参与意识，有力地起到辅助掌握复杂、抽象教学内容和难点的作用。结论 本软件可提高认知效果，所提供的计算机多媒体制作方法和技术是值得推荐的。
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Development of computer multimedia software：the principles and techniques of magnetic resonance imaging
HUANG Zikai，Li Suisheng，HUANG Qiliu， et al.
Department of Information， Nanfang Hospital， The First Military Medical University， Guangzhou 510515
Abstract Objective To develop a CAI(computer aid instruction) software for providing a cognitive enhancing approach to facilitate the comprehension of the essential ideas and elevate the diagnostic ability of MRI for radiologists. Methods On the basis of correct comprehension of the text description and teaching “target points” of the course as well as with intimate cooperation between the radiologists and computer engineers, nearly thirty 3D animations were created to simulate and elucidate the “target” highlights. At the same time, various accessory media such as voice interpretation, images, video and so forth were also interpolated. With the hypertext technique, all the media were appropriately organised to solve those complicated and abstract contents of the course. Results A practical and comprehensive teaching CAI 《The basic principles and techniques of magnetic resonance imaging》 was accomplished. It was adopted for the university CAI teaching trial study organised by Provincial Higher Education Ministry of Guangdong. The responses demonstrated that this CAI greatly stimulated and enhanced the study initiative and enthusiasm of the audiences, and was very helpful for them to manage the abstract and complicated contents and understand the difficult points of the course. Conclusion It was confirmed that this CAI software was beneficial for the promotion of cognition . The methods and techniques used in this article were worthy of being recommended for developing CAI teaching softwares.
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Key words Computers Software design Magnetic resonance imaging Computer-assisted instruction
MRI原理和技术是阐明如何获得磁共振成像的理论基础，对影像诊断工作者和学生影像分析能力的建立起着至关重要的作用。成像原理中的磁物理概念，涉及人体的微观世界，磁共振信号的产生及成像参数(T1、T2、ρ等)、加权像的信号采集技术等一系列内容，其过程复杂，尤其在表现微观与宏观、时间与空间的同步对照关系时，依靠传统媒体的组合，也难以表达清楚。据此，有必要依靠计算机多媒体技术，藉制作系列三维(3D)动画，令复杂、抽象的现象和过程变为一目了然，以期得到满意的表达效果。
材料与方法
一、材料
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1.课件内容：为磁共振成像总论中的《磁共振成像原理与技术》，主要依据医学影像学专业本科生参考教材[1]，中华医学会继续教育部MRI医师班教材[2]及专著[3-5]。文本中各知识点认知水平参照高校教学大纲。
文本目录：磁共振成像原理(自然状态下原子核的磁特性；在磁场内原子核及组织的磁特性；磁共振和组织磁共振信号的产生；核磁弛豫后的多种成像参数——ρ、T1、T2，流空效应及其成像的组织基础)。磁共振成像技术(脉冲序列及扫描参数；空间定位技术及图形重建)。以上每项下均有细目(略)。
2.媒体制作工具: (1) 3D Studio 4 : 用以制作3D动画和动画片断的合成。 (2) Photoshop 3 : 制作文字特效及版面处理。 (3) Premiere 4.2 和Media Studio 2：进行视频片段剪辑和格式转换。 (4) Wave for Windows：对配音和各种音效进行剪辑。 (5) 中文Word 6.0：对每一屏的图、文进行排版。 (6) Borland Delphi 1.0 : 是一个类似Visual Basic(VB)，但功能更强大的编辑语言，用它完成对媒体的控制和集成。
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3.运行平台: 486-66 微机 +8M RAM(内存) + 2倍速光驱 +2MB硬盘空间 +中文Windows平台(3.2或95) +真彩显示卡 +声卡 +鼠标。
二、方法
影像专业人员负责书写文本及编脚本，脚本内容分为供传授的知识、注释、问题导航、启发思考、测试、参考资料等部分，为不同功能模块提供素材，然后以计算机上一屏为单位，将脚本内容设计成在每一屏上出现的符号、文字、图像、录像、动画、声音等信息。各媒体资源的配置要有科学性，符合教学法及教学大纲的要求。屏与屏间的内容，除依顺序外，更要充分发挥计算机超链接能力的优势，灵活多变地组织多种媒体的链接，产生教与学效果均佳的目标。
计算机工程师负责媒体采集、录入、制作、处理和程序设计。抽象内容没有可视的媒体，要藉助计算机创制出新媒体。程序设计的重要步骤之一，是在媒体功能模块之间，藉助热点进行交互式跳转，达到多媒体资源合理的再组合。一屏内容可有多屏信息的链接跳转。充分调动人所具有的各种认知感官，深化认知效果。令软件达到超乎传统媒体的成效。
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1. 媒体的采集制作：(1)动画:大量的抽象内容，如自然状态下的氢质子、氢质子在外加磁场中、射频脉冲与横向磁化的生成、质子的弛豫过程、纵向和横向弛豫、磁共振信号的产生、磁共振成像参数、磁共振信号空间定位、脉冲序列等概念、过程及原理，均需以动画表达，它们各具特点，每一帧都需要创新制作，在科学的基础上力求实用、美观、交互及对使用者有友好的界面。 动画中3D汉字模型要处理好，由于它的面较多，对渲染速度的影响较大，单帧图像，可在Photoshop中添加汉字，对于多帧动画建议在3D Studio的Video Post或Premiere/Media Studio中通过叠加不同通道的办法来生成文字注解。(2)声音: 可从声卡的麦克风或线入端输入；配有声霸卡和只读存储器光盘(CD-ROM)的机器可直接从音频光盘(Audio-CD)中录制声音；如果可以播放VCD，亦可从中获得声音，方法是：①将CD放入CD-ROM中准备好，通过声卡的混 音程序将声源切换到CD，打开对应的CD播放程序，定位到所需声音片断的开始处；②打开录音程序并调整好录音参数后开始录音,紧接着开始播放CD片段; ③录制完毕后,通过剪辑得到最终声音。(3) 图像：图片一般通过扫描仪采集。对质量要求较高的线图，可以先扫描,再以此为背景图像，在3D Studio 中建模、渲染输出。方法是在3D Editor(编辑程序)中从Render(渲染)|Setup(设置)|Background(背景)|Bitmap(位图)中选中背景图，换到二维(2D) Shaper(造形) 在View菜单选中See Backgrnd和ScrollLock(防止屏幕滚动)，然后按照背景图建立2D造型，满意后生成3D模型，设置材质、摄像机、灯光后渲染输出。这种做法的好处是，通过调整摄像机可以得到不同大小、视角的图像，而且图像中的轮廓线几乎总是光滑的，另外，利用一些不反光遮盖物的移动，可以很容易地实现“揭开”的过渡效果。(4)视频：录像可采用家庭摄像机录制，通过视频捕获卡(如RT300)转换成AVI(Audio Video Interlaced)文件格式，考虑到运行平台播放AVI文件的能力，帧速度能满足要求即可，不宜过大，压缩格式选为Intel Indeo Video 3.2较佳。
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2.配音动画的播放: 我们使用VBPLAY.VBX播放动画脚本的功能来播放，Delphi安装VBX控件后可像内部控件一样使用。VBPLAY支持的动画脚本是一个文件播放清单，支持fl?、rle、dib、bmp文件的播放。每个文件的播放可以指定是否全屏、是否预先装入内存、播放速度、播放次数、配音与动画的同步关系、动画结束的条件等。当全屏播放时，会比开窗口播放的效果还好，基本达到在DOS下的效果。脚本保存为1个文本文件，非常便于修改。值得注意的是，因为脚本中保存的是每个文件的绝对路径名，因此如果放置文件的驱动器号改变了(如软件安装环境与开发环境不同时)，原脚本将因找不到该文件而无法播放。解决的方法之一是由程序在播放前重建脚本，替换其中的路径为正确的绝对路径名。配音动画也可以AVI或MOV格式存储播放，但形成这2种格式的文件需较多的剪辑工作，而且完成后的文件修改麻烦，播放时的流畅度欠佳，如需改变播放速度也不易办到。
结果
, 百拇医药 本多媒体课件应用于本校医学影像诊断学专业本科及大专班，收到了满意的课堂效果。经严格按照广东省普通高校第5批电化教育试验课程教学试验研究的要求，对本校94级学员进行试验研究，结果如下[6]：学生(51名)的学习态度调查结果显示，此教学技术极大地激发了学习兴趣(综合态度系数F=0.69,即F>0)和参与意识(F=0.45)，充分调动了学习积极性；对各知识点认知效果调查表明，绝大多数学生对所授内容完全理解或大部分理解(F>0.85)。学生对媒体制作、画面、质量、音响效果等给予了充分的肯定，授课教师认为该软件辅助教学的作用较理想。
本课件获广东省高等教育厅1998年第5批电教试验课程优秀课件奖(该试验课程被评为一等奖)；获国家卫生部科技教育司1993～1997年优秀多媒体(CAI课件)成果二等奖。
讨论
计算机多媒体软件的编制，是多学科知识、技能的融合，按我国目前医药院校的情况，制作质量高、难度大的医学软件需要专业人员和计算机程序设计人员协调合作。专业人员编写脚本是一个再创作过程，并对软件的整体结构负有设计责任，将影响整个软件的成败。计算机工程师负责媒体的制作、表达及技术处理(特别是对抽象的内容要创制出新媒体)和具体的程序设计，然后将媒体与功能模块之间进行交互式跳转达到合理的组织，对软件的质量起到关键作用。
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媒体著作工具的选择： 多媒体著作工具指统一管理、集成多媒体信息、生成多媒体应用软件的编辑工具。
我们使用的著作工具Delphi是 Borland公司出品的一种快速应用开发(RAD)环境。其主要特点有: 可视化开发界面和丰富的内置控件；完全支持面向对象的编程，使资源重用和创建动态对象变得易如反掌；强大的数据库支持能力；对VBX控件的良好继承；纯编译语言，产生独立运行的EXE文件。它和VB、VC同属功能强、运行速度快、交互方式多变、运行稳定、可脱离开发平台运行的著作工具,而Delphi的优点更全面些。使用这类著作工具需较多编程技巧，对使用者的编程能力要求较高。
对于希望少编程的使用者，可选用易上手的Authorware 、Toolbook或Director等著作工具，使用者精力主要集中在媒体制作和编排上，生产效率较高;缺点是运行速度较慢，交互形式固定，脱离开发平台运行能力差，功能有限等。
, 百拇医药 参考文献
1 刘玉清，李铁一，陈炽贤，主编. 放射学.上册. 北京：人民卫生出版社，1993.55-88.
2 高元桂 ，蔡幼铨，蔡祖龙，主编. 磁共振成像诊断学. 北京：人民卫生出版社，1993.3-37.
3 黄其鎏，主编. 临床磁共振成像. 北京：人民卫生出版社，1991.2-72.
4 陈星荣, 沈天真, 段承祥，等主编. 全身CT和MRI. 上海：上海医科大学出版社，1993.18-32，51-64.
5 谢南柱, 曾仁端，主编. 现代医学成像-物理原理与临床应用. 广州：广东科技出版社，1984.54-87.
6 李克东, 谢幼如, 编著. 多媒体组合教学设计. 广州: 广东科技出版社, 1992.132-133.
收稿：1999-08-24, 百拇医药
单位：黄子楷、李绥胜 广州，第一军医大学南方医院信息科；510515；黄其鎏、李绍林 影像中心
关键词：计算机；软件设计；磁共振成像；计算机辅助教学
中华放射学杂志991208摘要：目的 开发辅助教学软件,为提高影像诊断 者MRI认知和诊断水平提供手段。 方法诊断专业与计算机工程人员合作，在正确理解教学知识点文字描述的基础上制作出近30个三维(3D)动画来模拟知识点所要传授的内容，并辅以语音解说、图像、视频等其他媒体，借助超文本链接技术，使各种媒体有机结合起来，解决原来复杂、抽象的内容。结果 完成了一套实用的《磁共振成像原理与技术》计算机多媒体软件，应用于广东省高校电化教育课程研究，结果显示此软件极大地激发学生的学习兴趣和参与意识，有力地起到辅助掌握复杂、抽象教学内容和难点的作用。结论 本软件可提高认知效果，所提供的计算机多媒体制作方法和技术是值得推荐的。
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Development of computer multimedia software：the principles and techniques of magnetic resonance imaging
HUANG Zikai，Li Suisheng，HUANG Qiliu， et al.
Department of Information， Nanfang Hospital， The First Military Medical University， Guangzhou 510515
Abstract Objective To develop a CAI(computer aid instruction) software for providing a cognitive enhancing approach to facilitate the comprehension of the essential ideas and elevate the diagnostic ability of MRI for radiologists. Methods On the basis of correct comprehension of the text description and teaching “target points” of the course as well as with intimate cooperation between the radiologists and computer engineers, nearly thirty 3D animations were created to simulate and elucidate the “target” highlights. At the same time, various accessory media such as voice interpretation, images, video and so forth were also interpolated. With the hypertext technique, all the media were appropriately organised to solve those complicated and abstract contents of the course. Results A practical and comprehensive teaching CAI 《The basic principles and techniques of magnetic resonance imaging》 was accomplished. It was adopted for the university CAI teaching trial study organised by Provincial Higher Education Ministry of Guangdong. The responses demonstrated that this CAI greatly stimulated and enhanced the study initiative and enthusiasm of the audiences, and was very helpful for them to manage the abstract and complicated contents and understand the difficult points of the course. Conclusion It was confirmed that this CAI software was beneficial for the promotion of cognition . The methods and techniques used in this article were worthy of being recommended for developing CAI teaching softwares.
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Key words Computers Software design Magnetic resonance imaging Computer-assisted instruction
MRI原理和技术是阐明如何获得磁共振成像的理论基础，对影像诊断工作者和学生影像分析能力的建立起着至关重要的作用。成像原理中的磁物理概念，涉及人体的微观世界，磁共振信号的产生及成像参数(T1、T2、ρ等)、加权像的信号采集技术等一系列内容，其过程复杂，尤其在表现微观与宏观、时间与空间的同步对照关系时，依靠传统媒体的组合，也难以表达清楚。据此，有必要依靠计算机多媒体技术，藉制作系列三维(3D)动画，令复杂、抽象的现象和过程变为一目了然，以期得到满意的表达效果。
材料与方法
一、材料
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1.课件内容：为磁共振成像总论中的《磁共振成像原理与技术》，主要依据医学影像学专业本科生参考教材[1]，中华医学会继续教育部MRI医师班教材[2]及专著[3-5]。文本中各知识点认知水平参照高校教学大纲。
文本目录：磁共振成像原理(自然状态下原子核的磁特性；在磁场内原子核及组织的磁特性；磁共振和组织磁共振信号的产生；核磁弛豫后的多种成像参数——ρ、T1、T2，流空效应及其成像的组织基础)。磁共振成像技术(脉冲序列及扫描参数；空间定位技术及图形重建)。以上每项下均有细目(略)。
2.媒体制作工具: (1) 3D Studio 4 : 用以制作3D动画和动画片断的合成。 (2) Photoshop 3 : 制作文字特效及版面处理。 (3) Premiere 4.2 和Media Studio 2：进行视频片段剪辑和格式转换。 (4) Wave for Windows：对配音和各种音效进行剪辑。 (5) 中文Word 6.0：对每一屏的图、文进行排版。 (6) Borland Delphi 1.0 : 是一个类似Visual Basic(VB)，但功能更强大的编辑语言，用它完成对媒体的控制和集成。
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3.运行平台: 486-66 微机 +8M RAM(内存) + 2倍速光驱 +2MB硬盘空间 +中文Windows平台(3.2或95) +真彩显示卡 +声卡 +鼠标。
二、方法
影像专业人员负责书写文本及编脚本，脚本内容分为供传授的知识、注释、问题导航、启发思考、测试、参考资料等部分，为不同功能模块提供素材，然后以计算机上一屏为单位，将脚本内容设计成在每一屏上出现的符号、文字、图像、录像、动画、声音等信息。各媒体资源的配置要有科学性，符合教学法及教学大纲的要求。屏与屏间的内容，除依顺序外，更要充分发挥计算机超链接能力的优势，灵活多变地组织多种媒体的链接，产生教与学效果均佳的目标。
计算机工程师负责媒体采集、录入、制作、处理和程序设计。抽象内容没有可视的媒体，要藉助计算机创制出新媒体。程序设计的重要步骤之一，是在媒体功能模块之间，藉助热点进行交互式跳转，达到多媒体资源合理的再组合。一屏内容可有多屏信息的链接跳转。充分调动人所具有的各种认知感官，深化认知效果。令软件达到超乎传统媒体的成效。
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1. 媒体的采集制作：(1)动画:大量的抽象内容，如自然状态下的氢质子、氢质子在外加磁场中、射频脉冲与横向磁化的生成、质子的弛豫过程、纵向和横向弛豫、磁共振信号的产生、磁共振成像参数、磁共振信号空间定位、脉冲序列等概念、过程及原理，均需以动画表达，它们各具特点，每一帧都需要创新制作，在科学的基础上力求实用、美观、交互及对使用者有友好的界面。 动画中3D汉字模型要处理好，由于它的面较多，对渲染速度的影响较大，单帧图像，可在Photoshop中添加汉字，对于多帧动画建议在3D Studio的Video Post或Premiere/Media Studio中通过叠加不同通道的办法来生成文字注解。(2)声音: 可从声卡的麦克风或线入端输入；配有声霸卡和只读存储器光盘(CD-ROM)的机器可直接从音频光盘(Audio-CD)中录制声音；如果可以播放VCD，亦可从中获得声音，方法是：①将CD放入CD-ROM中准备好，通过声卡的混 音程序将声源切换到CD，打开对应的CD播放程序，定位到所需声音片断的开始处；②打开录音程序并调整好录音参数后开始录音,紧接着开始播放CD片段; ③录制完毕后,通过剪辑得到最终声音。(3) 图像：图片一般通过扫描仪采集。对质量要求较高的线图，可以先扫描,再以此为背景图像，在3D Studio 中建模、渲染输出。方法是在3D Editor(编辑程序)中从Render(渲染)|Setup(设置)|Background(背景)|Bitmap(位图)中选中背景图，换到二维(2D) Shaper(造形) 在View菜单选中See Backgrnd和ScrollLock(防止屏幕滚动)，然后按照背景图建立2D造型，满意后生成3D模型，设置材质、摄像机、灯光后渲染输出。这种做法的好处是，通过调整摄像机可以得到不同大小、视角的图像，而且图像中的轮廓线几乎总是光滑的，另外，利用一些不反光遮盖物的移动，可以很容易地实现“揭开”的过渡效果。(4)视频：录像可采用家庭摄像机录制，通过视频捕获卡(如RT300)转换成AVI(Audio Video Interlaced)文件格式，考虑到运行平台播放AVI文件的能力，帧速度能满足要求即可，不宜过大，压缩格式选为Intel Indeo Video 3.2较佳。
, http://www.100md.com
2.配音动画的播放: 我们使用VBPLAY.VBX播放动画脚本的功能来播放，Delphi安装VBX控件后可像内部控件一样使用。VBPLAY支持的动画脚本是一个文件播放清单，支持fl?、rle、dib、bmp文件的播放。每个文件的播放可以指定是否全屏、是否预先装入内存、播放速度、播放次数、配音与动画的同步关系、动画结束的条件等。当全屏播放时，会比开窗口播放的效果还好，基本达到在DOS下的效果。脚本保存为1个文本文件，非常便于修改。值得注意的是，因为脚本中保存的是每个文件的绝对路径名，因此如果放置文件的驱动器号改变了(如软件安装环境与开发环境不同时)，原脚本将因找不到该文件而无法播放。解决的方法之一是由程序在播放前重建脚本，替换其中的路径为正确的绝对路径名。配音动画也可以AVI或MOV格式存储播放，但形成这2种格式的文件需较多的剪辑工作，而且完成后的文件修改麻烦，播放时的流畅度欠佳，如需改变播放速度也不易办到。
结果
, 百拇医药 本多媒体课件应用于本校医学影像诊断学专业本科及大专班，收到了满意的课堂效果。经严格按照广东省普通高校第5批电化教育试验课程教学试验研究的要求，对本校94级学员进行试验研究，结果如下[6]：学生(51名)的学习态度调查结果显示，此教学技术极大地激发了学习兴趣(综合态度系数F=0.69,即F>0)和参与意识(F=0.45)，充分调动了学习积极性；对各知识点认知效果调查表明，绝大多数学生对所授内容完全理解或大部分理解(F>0.85)。学生对媒体制作、画面、质量、音响效果等给予了充分的肯定，授课教师认为该软件辅助教学的作用较理想。
本课件获广东省高等教育厅1998年第5批电教试验课程优秀课件奖(该试验课程被评为一等奖)；获国家卫生部科技教育司1993～1997年优秀多媒体(CAI课件)成果二等奖。
讨论
计算机多媒体软件的编制，是多学科知识、技能的融合，按我国目前医药院校的情况，制作质量高、难度大的医学软件需要专业人员和计算机程序设计人员协调合作。专业人员编写脚本是一个再创作过程，并对软件的整体结构负有设计责任，将影响整个软件的成败。计算机工程师负责媒体的制作、表达及技术处理(特别是对抽象的内容要创制出新媒体)和具体的程序设计，然后将媒体与功能模块之间进行交互式跳转达到合理的组织，对软件的质量起到关键作用。
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媒体著作工具的选择： 多媒体著作工具指统一管理、集成多媒体信息、生成多媒体应用软件的编辑工具。
我们使用的著作工具Delphi是 Borland公司出品的一种快速应用开发(RAD)环境。其主要特点有: 可视化开发界面和丰富的内置控件；完全支持面向对象的编程，使资源重用和创建动态对象变得易如反掌；强大的数据库支持能力；对VBX控件的良好继承；纯编译语言，产生独立运行的EXE文件。它和VB、VC同属功能强、运行速度快、交互方式多变、运行稳定、可脱离开发平台运行的著作工具,而Delphi的优点更全面些。使用这类著作工具需较多编程技巧，对使用者的编程能力要求较高。
对于希望少编程的使用者，可选用易上手的Authorware 、Toolbook或Director等著作工具，使用者精力主要集中在媒体制作和编排上，生产效率较高;缺点是运行速度较慢，交互形式固定，脱离开发平台运行能力差，功能有限等。
, 百拇医药 参考文献
1 刘玉清，李铁一，陈炽贤，主编. 放射学.上册. 北京：人民卫生出版社，1993.55-88.
2 高元桂 ，蔡幼铨，蔡祖龙，主编. 磁共振成像诊断学. 北京：人民卫生出版社，1993.3-37.
3 黄其鎏，主编. 临床磁共振成像. 北京：人民卫生出版社，1991.2-72.
4 陈星荣, 沈天真, 段承祥，等主编. 全身CT和MRI. 上海：上海医科大学出版社，1993.18-32，51-64.
5 谢南柱, 曾仁端，主编. 现代医学成像-物理原理与临床应用. 广州：广东科技出版社，1984.54-87.
6 李克东, 谢幼如, 编著. 多媒体组合教学设计. 广州: 广东科技出版社, 1992.132-133.
收稿：1999-08-24, 百拇医药