數(shù)字化仿真實驗系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

梁明輝，王曉東，夏力丁

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006

數(shù)字化仿真實驗系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

梁明輝，王曉東，夏力丁

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006

目的：探討醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)字化實驗平臺在教學(xué)中的優(yōu)勢。方法以4大網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要載體和工具[P2P網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體技術(shù)、協(xié)同交互技術(shù)（CSCW）、基于Web Service的虛擬展示技術(shù)、基于DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)的影像傳輸與處理技術(shù)]將病例膠片轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式,把醫(yī)學(xué)影像學(xué)理論課件和自制多媒體實驗課件存儲于服務(wù)器中，建立數(shù)字化實驗教學(xué)平臺。結(jié)果建立具備仿真實驗操作、病例圖像檢索與瀏覽、實驗報告提交、教師批閱等功能的影像學(xué)資料庫,在客戶端利用IE瀏覽器調(diào)閱相關(guān)資料進(jìn)行實驗教學(xué)。結(jié)論改革影像學(xué)實習(xí)模式，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性,加強學(xué)生的實際動手能力。系統(tǒng)具有操作方便、直觀、互動性好、安全可靠等優(yōu)點。充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)平臺對醫(yī)學(xué)影像學(xué)實習(xí)課進(jìn)行教學(xué)，能夠提高學(xué)生的實習(xí)效率。

仿真；數(shù)字化；醫(yī)學(xué)影像學(xué)；實驗教學(xué)；教學(xué)平臺

大型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在21世紀(jì)發(fā)展迅速，醫(yī)學(xué)影像學(xué)已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要學(xué)科之一，在臨床醫(yī)療工作中離不開醫(yī)學(xué)影像對疾病進(jìn)行診斷。醫(yī)學(xué)影像學(xué)擁有的理論體系是信息科學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科相互交叉的學(xué)科。PACS系統(tǒng)的出現(xiàn)將醫(yī)學(xué)影像學(xué)帶入了數(shù)字化影像時代，把計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到實踐教學(xué)中，將醫(yī)學(xué)影像技術(shù)以數(shù)字仿真形式傳授給學(xué)生，將是未來主要的教學(xué)手段和教學(xué)改革方向。

醫(yī)學(xué)影像學(xué)中影像技術(shù)是教學(xué)中的重要組成部分，醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的核心是為臨床提供含有最大信息量的圖像，協(xié)助臨床醫(yī)生對疾病做出正確的診斷[1]，基礎(chǔ)理論知識、基本實踐技能，是學(xué)生掌握不同的影像技術(shù)的堅強后盾，為他們?nèi)蘸蟪浞肿匀绲卦谂R床工作中更好地為患者服務(wù)、為臨床工作服務(wù)打下基礎(chǔ)[2]。實驗教學(xué)作為實踐教育的主要組成部分之一，對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實踐能力有著不可替代的作用。實驗教學(xué)不僅能夠理解鞏固理論教學(xué)內(nèi)容和增加感性認(rèn)識，幫助學(xué)生感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，而且能夠?qū)W習(xí)和掌握必要的影像設(shè)備工程技術(shù)、影像成像原理、先進(jìn)設(shè)備和學(xué)科的基本研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、動手能力和創(chuàng)新能力，是影像醫(yī)學(xué)生從理論學(xué)習(xí)走向臨床實踐的一個過渡階段。以計算機網(wǎng)絡(luò)為實驗環(huán)境，將X線原理實習(xí)課、CT原理實習(xí)課、MR原理實習(xí)課，大量、系統(tǒng)的經(jīng)病理或臨床證實的病例實現(xiàn)影像醫(yī)學(xué)資源共享。采用學(xué)生互動、師生互動的網(wǎng)絡(luò)形式，建立高效的運行機制，激勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自主設(shè)計實驗，創(chuàng)造個性化學(xué)習(xí)的環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 材料

校園網(wǎng)主干為萬兆，連接桌面信息點全部為百兆。全網(wǎng)采用的是銳捷產(chǎn)品，服務(wù)器近40臺，采用2臺8610交換機做核心設(shè)備，3臺7606和2臺57系列交換機作為匯聚設(shè)備，出口路由采用的是銳捷的NPE50-40可以提供≥200萬并發(fā)NAT會話數(shù)量，2臺1600防火墻分別放在出口和服務(wù)器群前面，保證了網(wǎng)絡(luò)的安全。采用3臺IDS設(shè)備很好的保證了對異常流量的監(jiān)控，全網(wǎng)的GSN安全解決方式保證了用戶網(wǎng)絡(luò)的安全?？蛻魴C為30臺聯(lián)想臺式計算機（CPU Intel Pentium4 516主頻2.93 GHz、二級緩存1 MB、800 MHz前端總線、內(nèi)存256MB、80 GB SATA硬盤、17英寸液晶顯示器）；操作系統(tǒng)為MicrosoftWindows XP。

1.2 方法

1.2.1 建立醫(yī)學(xué)影像資源庫

筆者主要通過附屬醫(yī)院和自己制作多媒體課件，共收集了200多種影像類別、300余病例、30 000余幅圖像和醫(yī)學(xué)物理學(xué)、醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)、醫(yī)用電子學(xué)、影像設(shè)備學(xué)、物理學(xué)課程教學(xué)課件。在基礎(chǔ)實踐教學(xué)有X線原理實習(xí)課、CT原理實習(xí)課、MR原理實習(xí)課等。診斷實踐教學(xué)有病例討論課模塊：神經(jīng)系統(tǒng)病例討論課，五官及頸部病例討論課，呼吸系統(tǒng)病例討論課，循環(huán)系統(tǒng)病例討論課，消化系統(tǒng)病例討論課，泌尿系統(tǒng)病例討論課，生殖系統(tǒng)病例討論課，骨、關(guān)節(jié)和軟組織病例討論課，乳腺、腎上腺及腹膜后腫瘤病例討論課，介入放射學(xué)病例討論課。教學(xué)互動形式活潑、操作方便。

1.2.2 實驗系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1.2.2.1 P2P網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體技術(shù)通過直接信息交換，共享計算機資源和服務(wù)，對等計算機兼有客戶機和服務(wù)器的功能，各對等計算機之間通過直接互聯(lián)實現(xiàn)信息、處理器、存儲甚至高速緩存等資源的全面共享，無需依賴集中式服務(wù)器支持，消除信息孤島和資源孤島。

1.2.2.2 計算機協(xié)同交互技術(shù)計算機網(wǎng)絡(luò)和多媒體環(huán)境下，一個群體協(xié)同工作完成一項共同的任務(wù)，它的目標(biāo)是要設(shè)計支持各種各樣的協(xié)同工作的應(yīng)用系統(tǒng)。CSCW技術(shù)在中心實驗教學(xué)中的成功應(yīng)用，為在時空上分散的師生提供了一個“互視”和“同步”的協(xié)同工作仿真環(huán)境，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

1.2.2.3 基于Web Service的虛擬展示技術(shù)Web Service是將軟件做成服務(wù)，遵從相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，讓不同的系統(tǒng)可以跨平臺，彼此相互兼容，具有無縫通信和數(shù)據(jù)共享的能力。Web Service技術(shù)通過結(jié)構(gòu)化的XML文檔，采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠方便快捷準(zhǔn)確地傳遞信息、交換數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息資源的有效整合?；赪eb Service的虛擬展示技術(shù)在中心實驗教學(xué)中的應(yīng)用，為學(xué)生提供了豐富的數(shù)字仿真醫(yī)學(xué)影像知識，豐富的教學(xué)手段與內(nèi)容。

1.2.2.4 基于DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)的影像傳輸與處理技術(shù)DICOM 3.0是一個通用的標(biāo)準(zhǔn)，是允許醫(yī)學(xué)圖像在檢查儀器、電腦和醫(yī)院之間進(jìn)行交換的一組規(guī)則，能滿足高速傳輸圖像、文字、表格、數(shù)據(jù)、動態(tài)圖像以及聲音的需要[3-5]。所有病例圖像在其存儲、傳輸以及顯示的過程中都是完全遵循DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)，可以達(dá)到完美的無失真效果，并能在客戶端實現(xiàn)對圖像進(jìn)行自如的數(shù)字化操作。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)字化實驗系統(tǒng)平臺組件

系統(tǒng)組件包括2個服務(wù)器房，多媒體電子閱片室（共30臺計算機）。軟件系統(tǒng)部署在服務(wù)器上，具備圖像上傳、圖像管理、圖像檢索與瀏覽、實驗報告提交、教師批閱等功能。實驗課程以及與實驗課程相關(guān)的《醫(yī)學(xué)影像學(xué)》網(wǎng)絡(luò)課件、醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)網(wǎng)站、醫(yī)學(xué)影像網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫、自己制作的多媒體課件等均以數(shù)字信息的形式在網(wǎng)上發(fā)布。實驗教學(xué)圖像資源按設(shè)備分X線、CT、MRI、核醫(yī)學(xué)、超聲5個大類，各大類按人體系統(tǒng)分呼吸、循環(huán)、消化、泌尿、生殖、骨關(guān)節(jié)、中樞神經(jīng)、五官、內(nèi)分泌9個部分；數(shù)據(jù)庫內(nèi)錄入了3萬多圖像及文本資料?？蛻舳送ㄟ^IE瀏覽器訪問服務(wù)器，實行內(nèi)網(wǎng)完全開放、外網(wǎng)授權(quán)開放的管理辦法，方便學(xué)生上網(wǎng)實驗，該系統(tǒng)還具備其他多媒體教學(xué)系統(tǒng)、資源庫的共同優(yōu)點[6]。

2.2 數(shù)字化實驗系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

2.2.1 基礎(chǔ)實驗教學(xué)

學(xué)生在數(shù)字化實驗系統(tǒng)教學(xué)平臺進(jìn)行基礎(chǔ)實驗時，操作簡便，會使用計算機就會使用本系統(tǒng)，實現(xiàn)了培養(yǎng)動手能力，學(xué)習(xí)實驗技能，深化物理知識的目的，實驗中待測的物理量可以隨機產(chǎn)生，以適應(yīng)同時實驗的不同學(xué)生和同一學(xué)生的不同次操作，見圖1。對實驗誤差也進(jìn)行了模擬，以評價實驗質(zhì)量的優(yōu)劣，見圖2。

2.2.2 臨床實踐教學(xué)

系統(tǒng)平臺臨床實踐部分由12個模塊組成，涵蓋了醫(yī)學(xué)影像的各個范疇，收集了300余病例、30 000余幅圖像里都是經(jīng)過精選并經(jīng)病理學(xué)檢查證實的病例，重點以常見病多發(fā)病為主，罕少見病及誤診病例亦屬重要組成部分，具有全文查找功能，分類索引功能和標(biāo)題分類進(jìn)行內(nèi)容檢索，見圖3。以同病異影，異病同影，同病不同的檢查手段，各自的影像特點，診斷與鑒別診斷要點加以描述比較，以圖為主，描述為輔，以求達(dá)到圖文并茂，簡捷明了。在網(wǎng)上不但可自主實驗，還可在學(xué)生與學(xué)生之間展開合作實驗，如多名學(xué)生可遠(yuǎn)程共同完成某個病例的報告書寫，而且學(xué)生與學(xué)生同時還可有老師參與的情況下開展一些探索性的實驗，如總結(jié)某個病種的發(fā)病規(guī)律及影像學(xué)特點，見圖4。

3 討論

為實現(xiàn)教育部提倡的“自主型學(xué)習(xí)、創(chuàng)新型學(xué)習(xí)”宗旨，利用醫(yī)學(xué)影像存檔與通訊系統(tǒng)（Picture Archive and Communication System，PACS）進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)也成為醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)方法改革和創(chuàng)新的一種新的趨勢[3，6]。筆者確立了“以醫(yī)工結(jié)合為基礎(chǔ)，以計算機網(wǎng)絡(luò)為實驗教學(xué)平臺，將醫(yī)學(xué)影像知識以數(shù)字仿真的形式傳給學(xué)生”的教學(xué)改革新思路。通過計算機把實驗設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的操作有機地融合為一體，通過對實驗環(huán)境的模擬，加強學(xué)生對實驗的物理思想和方法、儀器的結(jié)構(gòu)及原理的理解，并加強對儀器功能和使用方法的訓(xùn)練，培養(yǎng)設(shè)計思考能力和比較判斷能力，可以達(dá)到實際實驗難以實現(xiàn)的效果，對不同年級不同專業(yè)的醫(yī)學(xué)生有不同的實驗方案與實驗項目，同時學(xué)生還可在網(wǎng)上開展實驗，實施個性化實驗教學(xué)，對啟迪學(xué)生科學(xué)思維和培養(yǎng)創(chuàng)新意識有積極的意義。該系統(tǒng)還具備其他多媒體教學(xué)系統(tǒng)、資源庫的共同優(yōu)點[7-8]。數(shù)字化實驗系統(tǒng)充分發(fā)揮了學(xué)生為學(xué)習(xí)主體的功能，數(shù)字化仿真實驗系統(tǒng)具有很強的實踐性，將以前的學(xué)生跟著學(xué)校走的教學(xué)模式轉(zhuǎn)換成學(xué)校跟著學(xué)生走的新模式，是將醫(yī)學(xué)影像知識以數(shù)字化仿真的形式傳給學(xué)生的教學(xué)改革新思路，通過這種形式，學(xué)生的影像知識得到了逐步提高。

[1]李昆成.PACS在臨床及教學(xué)工作中的應(yīng)用[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2005,2: 1-4.

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App lication research of digital simulation system in medical imaging teaching

LIANGMinghui,WANG Xiaodong,XIA Liding
Qiqihar Medical University Institute of Technology,Heilongjiang Province,Qiqihar 161006,China

Objective:To discuss the advantages of experimental platform of digital in the medical imaging teaching. M ethods:The authors maked the four network technologies as major carriers and the main tool[P2P network video streamingmedia technology,computer supported collaborative work(CSCW),web service-based virtual display technology, standards-based DICOM 3.0 image transferring and processing technology]to change the case film into digital format. Courseware ofmedical imaging theory and self-made multimedia experimental courseware were stored on the servers,a digital platform for experimental teaching was created.ResultsThe author created the imaging database including simulation experiment operations,case retrieval and browsing,experimental report,teachers'examinations and other functions, and used the IE browser client access to relevant information for experimental teaching.ConclusionThe authors consider we should reform practice model of imaging,mobilize the students to enhance practical ability of students.The system bears the following advantages as easy to operate,intuitive,interactive,safe and reliable.To fully use modern medical imaging network platform for teaching practical lessons can improve their practice efficiency.

Simulation;Digital;Medical imaging;Experimental teaching;Teaching platform

G423.06

C

1673-7210（2011）04（b）-122-03

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院2008年教育科學(xué)研究“十一五”課題（課題名稱：影像物理實驗教學(xué)課件的制作；課題編號：JY0828）。

2011-02-15）