影像醫(yī)學(xué)教學(xué)中的新方法—眼動跟蹤技術(shù)

通訊作者：廖承德(1974-)，男，博士，副教授，主要從事醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)及科研工作。

影像醫(yī)學(xué)教學(xué)中的新方法—眼動跟蹤技術(shù)

蔣潔智,張婭,李卓琳,丁瑩瑩,廖承德

(昆明醫(yī)科大學(xué) 第三附屬醫(yī)院放射科(影像教研室)，云南 昆明650118)

摘要：眼球運動能夠反映人的學(xué)習(xí)和認(rèn)知過程，通過眼動跟蹤技術(shù)記錄醫(yī)學(xué)生在閱讀醫(yī)學(xué)影像時的停留點及時長、對比經(jīng)教師培訓(xùn)與否學(xué)生的眼動差異、分析他們在視覺信息加工中的難點，能有效提高教師影像教學(xué)的效率，為更加科學(xué)、差異化的實施影像醫(yī)學(xué)教育提供重要的數(shù)據(jù)和行為學(xué)試驗方法。同時，這一研究也可被擴(kuò)展至教學(xué)改革中其他重要的領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：影像醫(yī)學(xué)；醫(yī)學(xué)教育；眼動跟蹤

收稿日期：2015-06-21

基金項目：2014年昆明醫(yī)科大學(xué)校級教研教改課題----眼動跟蹤技術(shù)在影像醫(yī)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用(2014JY-Y-55)資助

作者簡介：蔣潔智(1987-)，男，碩士, 住院醫(yī)師，主要從事腫瘤影像診斷及醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)。

中圖分類號：G642

DOI:10.13555/j.cnki.c.m.e.2015.05.052

“眼睛是心靈的窗戶”眼球運動能夠傳達(dá)與精神狀態(tài)有關(guān)的重要信息。眼動跟蹤技術(shù)的研究被認(rèn)為是視覺信息加工研究中最有效的手段，吸引了心理學(xué)、工效學(xué)及計算機(jī)科學(xué)等領(lǐng)域的普遍關(guān)注，其研究成果在工業(yè)、商業(yè)及軍事等領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用。另一方面，影像醫(yī)學(xué)重在研究如何判讀、解釋與診斷醫(yī)學(xué)影像，在實際教學(xué)和培養(yǎng)中往往需要學(xué)生在一定時間內(nèi)分析和處理大量復(fù)雜的圖像信息。以往研究中常用學(xué)生對影像診斷的“正確率”評估學(xué)習(xí)效果，極少有人關(guān)注初學(xué)者在判讀過程中的行為學(xué)特點。

1　醫(yī)學(xué)教學(xué)中的難點----“正確瀏覽 + 精細(xì)判讀和分析”

在醫(yī)學(xué)教育實踐中，教師通常容易總結(jié)出初學(xué)者入門的幾個難點：培養(yǎng)好的影像判讀習(xí)慣、關(guān)注影像中復(fù)雜且難于理解的解剖結(jié)構(gòu)、避免過長閱片時間。比如，普通X線胸部平片中的肺門結(jié)構(gòu)，由于正常情況下左右肺門不對稱且形態(tài)多變，醫(yī)學(xué)實習(xí)生常常會花費較長時間進(jìn)行分辨，常會將正常的血管結(jié)構(gòu)懷疑為

占位病灶；而對于確實有肺門(淋巴結(jié))增大的影像，卻又誤判為正常。涉及到斷面影像時情況常常更為復(fù)雜，一次胸或腹部的CT或MRI掃描圖像多達(dá)40副至上百幅，每一層面的解剖結(jié)構(gòu)都有一定的差別，即使在學(xué)校完成了《斷層影像解剖》半年學(xué)習(xí)的實習(xí)生，仍要在實習(xí)階段花費大量的時間熟悉正常影像，若需要辨認(rèn)異常所需的學(xué)習(xí)時間和精力將成數(shù)倍的增加[1]。

那么傳統(tǒng)的影像課堂和實習(xí)教學(xué)是怎樣進(jìn)行的呢？傳統(tǒng)中教師一般會從解剖到基本病變、從正常影像到疾病的特征表現(xiàn)依次講解，學(xué)生也能掌握授課的要點，并且取得合格的成績。但往往是一到臨床、接觸實際患者的影像就不知所措，常常對于復(fù)雜和龐大的影像信息缺乏分析的信心，無從下手，盲目的對所有影像毫無目的地瀏覽而無法發(fā)現(xiàn)病灶；對于需要重點分析的部位，學(xué)生們常常遺漏或視而不見。因此，首先要在影像教學(xué)中盡早的引入“問題式學(xué)習(xí)”(Problem-based Learning，PBL)的概念和方法，讓學(xué)生在真實病例的情境中，對驅(qū)動問題(該患者的影像學(xué)異常是什么？為何會有這些改變？這些改變符合病人的臨床表現(xiàn)嗎？)展開探究，實際分析歸納影像特點和做出綜合診斷。其次，要格外了解并重視學(xué)生在瀏覽、關(guān)注一系列指定的醫(yī)學(xué)圖像過程中發(fā)生的認(rèn)知行為過程。譬如瀏覽和閱讀影像的順序，能夠分辨正常的解剖結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)異常的影像表現(xiàn)。對于有臨床教學(xué)和培訓(xùn)的教師，常常通過對初學(xué)者與經(jīng)過2年規(guī)范化培訓(xùn)的影像診斷醫(yī)師的觀察過程進(jìn)行對比，分析和發(fā)現(xiàn)學(xué)生判讀過程

等醫(yī)學(xué)教育,2003(2):5,35.

[2]陳自強(qiáng),顏偉,孫梯業(yè)，等.綜合性人學(xué)附屬醫(yī)院臨床實踐教學(xué)的現(xiàn)狀與對策[J].中華醫(yī)學(xué)教育雜志，2006,26(4):65-68.

[3]黃魯豫,胡蘊(yùn)玉,賈英.骨科進(jìn)修醫(yī)師臨床教學(xué)探討[J].山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報:基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版，2006,8(2)：178- 180.

[4]張亮.以問題為基礎(chǔ)實施醫(yī)德教學(xué)[J].中國高等醫(yī)學(xué)教育,2003(3):43,57.

(編輯：陳新東)

中停留時間最長、重復(fù)注視或被忽略掉的影像細(xì)節(jié)，進(jìn)而幫助他們改進(jìn)學(xué)習(xí)方法和提高學(xué)習(xí)效果。“正確瀏覽 + 精細(xì)判讀和分析”是我們在長期臨床工作中總結(jié)的方法，運用到教學(xué)中后常能幫助臨床及影像醫(yī)學(xué)實習(xí)生正確理解和分析病例，但這樣的教學(xué)技巧能否得到合理的解釋和進(jìn)行推廣一直困擾著我們。

由此，我們正在探索一種新的醫(yī)學(xué)教學(xué)評價方法，能夠汲取傳統(tǒng)影像醫(yī)學(xué)教育中的經(jīng)驗和精髓，擯棄既往注重影像診斷正確率、輕視分析和判讀過程、主觀耗時的學(xué)習(xí)評價體系，真正關(guān)注教學(xué)中的教師-學(xué)生互動、使學(xué)生真正在“主動及互動式教學(xué)”中受益。

2　眼動分析技術(shù)與影像醫(yī)學(xué)教學(xué)

眼動儀是心理學(xué)基礎(chǔ)研究的重要儀器，可佩戴于受試者頭部或放置于受試者與被觀察物之間，用于記錄人在處理視覺信息時的眼動軌跡特征，被廣泛用于注意、視知覺、閱讀等領(lǐng)域的研究。一般包括四個主要系統(tǒng)，即光學(xué)系統(tǒng)、瞳孔中心坐標(biāo)提取系統(tǒng)、視景與瞳孔坐標(biāo)迭加系統(tǒng)和圖像與數(shù)據(jù)的記錄分析系統(tǒng)[2]。大家所熟悉的“谷歌眼鏡(Google Project Glass)”就具有部分眼動儀的功能，但心理學(xué)研究中使用的多是由瑞典Tobii公司生產(chǎn)的專業(yè)眼動儀。閱讀醫(yī)學(xué)影像跟觀察圖片、瀏覽網(wǎng)頁等其他平面載體相似，眼睛需要通過三種基本運動來觀察對象：注視(fixation)，掃視(saccades)和追隨運動(pursuit movement)，而這與影像判讀中的心理活動過程密不可分?！白⒁暋背３Ｊ窃诎l(fā)現(xiàn)了影像異常(比如：結(jié)構(gòu)改變、密度改變、病灶等后)影像醫(yī)師集中精力的觀察過程，此時眼球移動較少、在某一位置停留時間延長。“掃視”常常是對整幅或同一系列多張圖像進(jìn)行瀏覽的過程，如果在普通X線平片或CT/MRI斷層圖像中瀏覽范圍不夠，很容易忽視或遺漏影像中異常的部分?！白冯S運動”在影像判讀中也很重要，包括在同一副影像中眼睛追隨某一解剖結(jié)構(gòu)(如血管、臟器邊緣、骨骼形態(tài)等)或是在多幅斷面圖像間追溯同一個病灶的范圍及特點等，如果沒有注意到需觀察的結(jié)構(gòu)在圖像中所具有的連續(xù)性，往往會表現(xiàn)為眼球沒有追隨運動或運動較弱。因此，在觀察特定醫(yī)學(xué)影像時，眼動儀可以客觀記錄下受試者眼球的上述運動，并且轉(zhuǎn)換為眼動軌跡、停留點及時長等參數(shù)，直接生成統(tǒng)計圖表，并用與被觀察圖像重疊的熱點或軌跡圖等方式，將受試者在測試期間的眼動特點客觀、精確地呈現(xiàn)出來。

我們?nèi)绾我揽垦蹌觾x獲取的數(shù)據(jù)來提高影像醫(yī)學(xué)教學(xué)的效果呢？客觀來說，眼動儀所獲取的數(shù)據(jù)并不能直接讓老師在課堂教學(xué)中更加生動和吸引人，但它可以在臨床實習(xí)和住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)中發(fā)揮特長。通過眼動軌跡、停留點及時長等參數(shù)，可以量化評估醫(yī)學(xué)生在影像判讀中的眼球活動，分析眼動軌跡與學(xué)習(xí)行為、結(jié)果之間是否存在必然的聯(lián)系。使用眼動跟蹤技術(shù)后將可以獲取醫(yī)學(xué)生在判讀影像過程中的行為學(xué)特點[3]，如對復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)、細(xì)小影像細(xì)節(jié)耗時較長，容易出錯等，從而能夠更好地分析和總結(jié)教學(xué)中的難點、疑點。學(xué)生或是低年資醫(yī)師通過臨床訓(xùn)練后，對比經(jīng)教師培訓(xùn)前后學(xué)生的閱片時間、眼動軌跡和熱點是否存在差異，可以更加客觀的評價教學(xué)的效果，進(jìn)而制訂有針對性的教學(xué)和培訓(xùn)內(nèi)容，從而提高他們的影像分析能力。

3　目前的限制和未來運用展望

目前眼動跟蹤技術(shù)在交通及航空心理學(xué)研究、網(wǎng)站可用性、用戶瀏覽習(xí)慣等研究中，獲得了廣泛的應(yīng)用。擁有“操作者視野”的谷歌眼鏡等高科技硬件，被用于手術(shù)直播和游戲研發(fā)中，這些都使這項技術(shù)逐漸的為大眾所了解。

醫(yī)學(xué)影像幾乎具有與網(wǎng)頁、心理學(xué)圖片相同的特點----需對客觀圖像進(jìn)行主觀的觀察和分析。對醫(yī)學(xué)影像的判讀過程也同樣涉及了信息搜素、視覺信息加工等復(fù)雜的心理活動，所以比較適合開展認(rèn)知過程的研究。在另一方面，對于醫(yī)學(xué)本科生和住院醫(yī)師規(guī)范化受訓(xùn)者，影像醫(yī)學(xué)的臨床教學(xué)在客觀上存在內(nèi)容多、培訓(xùn)周期短的限制，也導(dǎo)致了學(xué)生/住院醫(yī)師對常見疾病的影像表現(xiàn)理解和掌握程度較低、教學(xué)效果不理想等問題。因此，以影像醫(yī)學(xué)為開端，利用眼動跟蹤技術(shù)所具有的交互式、解析學(xué)習(xí)行為過程的特點，將會有助于它在醫(yī)學(xué)教育的其他領(lǐng)域開展類似的研究和應(yīng)用，甚至將有利于醫(yī)療設(shè)備改進(jìn)和研發(fā)以及醫(yī)學(xué)的進(jìn)步。

目前，購買專業(yè)的眼動儀軟硬件費用仍然較高，后期數(shù)據(jù)分析需要參與研究的人員兼具較高的計算機(jī)、心理學(xué)、統(tǒng)計學(xué)知識等，在一定程度上限制了這項技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的推廣。但是，隨著互聯(lián)網(wǎng)出版物、網(wǎng)絡(luò)購物的迅速發(fā)展，將有更多的廠家和使用者關(guān)注眼動跟蹤技術(shù)，價格相對易于接受、使用性能更佳的軟硬件設(shè)備也將會被推向市場，眼動跟蹤技術(shù)也將會在醫(yī)學(xué)教育中展現(xiàn)更大的應(yīng)用空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]Drew T, Evans K, V? M L H, et al. Informatics in radiology:what can you see in a single glance and how might this guide visual search in medical images?[J]. Radiographics, 2013, 33(1):263-274.

[2]武媛媛. 眼動跟蹤技術(shù)研究[D]. 西安:西安電子科技大學(xué), 2009.

[3]王雪. 多媒體學(xué)習(xí)研究中眼動跟蹤實驗法的應(yīng)用[J]. 實驗室研究與探索, 2015,34(3):190-193.

(編輯：楊俊武)

臨床培訓(xùn)與實習(xí)