數(shù)字切片掃描系統(tǒng)在病理解剖學實驗教學中的應用與體會

孫瑜嬬，李 濤，應小平

（陜西中醫(yī)藥大學，陜西咸陽 712046）

教學研究

數(shù)字切片掃描系統(tǒng)在病理解剖學實驗教學中的應用與體會

孫瑜嬬，李 濤，應小平

（陜西中醫(yī)藥大學，陜西咸陽 712046）

數(shù)字切片掃描系統(tǒng)；數(shù)字切片；病理學；實驗教學

近年來，隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字切片掃描與應用系統(tǒng)被逐漸應用于醫(yī)學教學與科研領域。較之傳統(tǒng)切片制作成本高昂、效率低下及不易保存等局限，數(shù)字切片因其操作便捷和標準化教學等優(yōu)點，已經成為病理學實驗教學的趨勢［1］。合理利用數(shù)字切片，使之與傳統(tǒng)實驗教學模式整合發(fā)展，將成為病理學實驗教學改革的必經之路，本文對此進行了分析和探討。

1 數(shù)字切片掃描系統(tǒng)的組成和工作原理

數(shù)字切片掃描系統(tǒng)由全自動掃描顯微平臺和控制掃描軟件兩部分組成。全自動掃描顯微平臺通過專業(yè)級真彩色CCD攝像裝置對傳統(tǒng)玻璃切片進行全自動X/Y軸掃描移動、Z軸自動穩(wěn)定聚焦、高精度物鏡轉換、全視野高分辨率快速掃描，無縫拼接后生成全視野數(shù)字化切片，從而完整、精確地復制切片中的組織圖像信息，并轉化為數(shù)字化病理切片，可在一定范圍內對數(shù)字切片進行光學無極變倍瀏覽，且能長期、永久地保存或上傳于共享網絡。通過控制與掃描軟件對掃描硬件系統(tǒng)進行全自動智能控制，自動或多層聚焦，實現(xiàn)不同倍率、不同區(qū)域的快速、穩(wěn)定掃描，并對掃描好的數(shù)字切片進行存儲、管理、觀察、分析、標注、編輯，以及進行遠程傳輸與交流。

2 傳統(tǒng)病理切片在實驗教學中的局限性

病理學是基礎醫(yī)學與臨床醫(yī)學之間的橋梁學科，以形態(tài)研究為主，對于醫(yī)學本科生來說，學好病理學非常必要［2］。作為一門重要的醫(yī)學基礎學科，病理學具有知識點多、內容枯燥等特點［3］。在病理學的教學過程中，實驗教學是其中重要的一環(huán)，具有很強的實踐性［4］。實驗教學通過指導學生觀察大體標本和切片，以加深學生對理論知識的理解，從而鍛煉學生觀察、思考及分析和解決問題的能力［5］。但在實驗教學中，傳統(tǒng)的病理切片存在一定的局限性：①實驗效率較低，教學效果較差。傳統(tǒng)實驗教學，學生利用顯微鏡對病理切片進行觀察，切片的分發(fā)、回收，顯微鏡鏡頭轉換、對焦調節(jié)等都耗費大量課時，而且一次只能觀察一張切片，學生無法直觀對切片進行對比，病變特點不易理解；教師對切片的講述也無法直接呈現(xiàn)，遇到具體問題，只能在顯微鏡下進行一對一解答，同樣的問題往往要重復多次講解，教學效率低下。②主觀因素干擾。由于受到顯微鏡操作和鏡下視野的局限，學生往往看不到切片全貌，甚至錯失典型病變，影響判讀結果。③教學成本高昂，切片質量不均。為了滿足大量學生的實驗教學，往往需要制作很多切片，在人力、物力、財力上耗費巨大；同時，病變組織個體存在差異且切片制作過程繁雜，無法保證每張切片的質量，無法實現(xiàn)標準化教學。④病變組織難尋，稀有切片缺失。臨床上，像白喉等一些病例已極其罕見，小葉性肺炎等一些常見疾病也不易得到病變組織，直接導致切片數(shù)量有限，無法制作大量切片滿足實驗需求。⑤切片易損易老化。病理切片的制作耗資耗時耗力，但使用起來卻極易損毀；長期保存會出現(xiàn)老化、褪色，同時，大批量切片建檔、分類、歸存也極為不易。

3 數(shù)字切片在實驗教學中的優(yōu)越性

通過建立病理學數(shù)字切片庫，配合網絡教學服務器，將數(shù)字切片同時運行于多臺學生終端，實現(xiàn)病理實驗教學數(shù)字化，具有不可比擬的優(yōu)越性：①操作簡便易行，實驗效率高。全自動顯微鏡掃描得到的高精度、高分辨率、全視野數(shù)字切片，通過計算機顯示器進行觀察。實驗課上，學生通過鼠標或鍵盤操作，可自由觀察切片的任意位置，進行任意倍數(shù)放大、縮小或連續(xù)變倍觀察，既能看到切片全貌，又能從細微處觀察病理變化，不受視野局限也省去鏡頭轉換、對焦調節(jié)的麻煩。②實現(xiàn)標準化教學。通過多臺終端顯示器，學生可同時觀察一張切片，教師選擇具有典型病理特征的切片進行講解，不再是傳統(tǒng)的一對一解答，既提高了實驗教學效果，也實現(xiàn)了標準化教學。③整合多張切片同時觀察。實驗課上可同時察看多張切片，學生既能對比正常組織和病變組織，又能對比同一病變的不同類型；既鞏固了學生的理論知識，又培養(yǎng)了學生自主學習的興趣，能達到事半功倍的效果。④保護稀有切片，實現(xiàn)資源共享。數(shù)字切片不但能輕松滿足大規(guī)模實驗教學的要求，同時保護了珍稀切片，從而充分發(fā)揮有限資源的效用。通過局域網和建立數(shù)字切片庫，不但提供了共享的學習平臺，也為教師多媒體課件和精品課程建設提供了豐富的寶貴資源。⑤數(shù)字信息可處理，能滿足個性化需求。通過圖像處理軟件，對數(shù)字切片進行裁剪、編輯，對典型病變進行圈點、標注，使病變特征一目了然，能深化學生對切片的理解和認識。⑥便于開展實驗測試。傳統(tǒng)病理學實驗測試多采用發(fā)放切片的方式，切片的歸類整理、隱藏標簽、重新標序等繁冗工作耗費大量的人力和時間，幾輪考試下來，考題容易被猜測，測試結果大打折扣。運用數(shù)字切片進行考試，既省去了發(fā)放切片的麻煩，又排除了顯微鏡操作的干擾。通過對數(shù)字切片進行剪裁、縮放，設計出形式多樣且難度不一、考察面不同的試題，可以有針對性地進行實驗考核。⑦長期儲存，隨時查看。數(shù)字切片可存放在電腦、移動硬盤、光盤等存儲器里，不但具有存儲方便、不易損壞、永久保存的特點，在沒有顯微鏡和切片的條件下也能自由觀察，隨時隨地進行交流、討論。

4 數(shù)字切片掃描系統(tǒng)的操作與應用體會

4.1 切片的選擇和數(shù)字切片庫的建立 數(shù)字切片是將傳統(tǒng)玻璃切片掃描后得到的數(shù)字化圖像信息，信息化的圖片質量取決于玻璃切片的質量。因此，制作出具有典型性強、染色均衡、顏色鮮艷、無明顯褶皺、刀痕的切片顯得尤為重要。這對教師的要求較高，除了具有專業(yè)扎實的業(yè)務水平和技能外，還要有高度的責任心和耐心，只有這樣才能建立起一個種類齊全、制作精美的數(shù)字切片庫。同時，還需要專人進行管理與安全維護，才能確保切片庫的正常開放與使用。

4.2 掃描放大倍數(shù)的選擇 為了保證數(shù)字切片達到光學放大與縮小的效果，通常在低倍物鏡（2×）下掃描整張切片，系統(tǒng)根據切片的組織結構自動生成相對應的建模基點，隨后在高倍物鏡（40×）下依次以基點為坐標，逐層、逐點進行掃描。雖然高倍物鏡（40×）掃描較4×、10×或20×掃描的時間明顯延長，但因建?；c數(shù)的增多，使得掃描更精細，無縫拼接生成的數(shù)字切片也更清晰，在計算機上觀察更流暢，并能在一定范圍內（2×-40×）無極倍率變化，連續(xù)瀏覽。

4.3 切片掃描操作注意事項 通常情況下，切片掃描的所有操作都通過計算機上的控制軟件完成。進行常規(guī)設置后運行，顯微鏡開始復位，此時禁止任何手動操作，所有操作都必須等復位完成后進行，否則會影響顯微鏡定位，并可能損壞顯微鏡。此外，顯微鏡定位掃描過程常持續(xù)數(shù)分鐘不等（具體時間取決于物鏡的放大倍數(shù)），在此過程中，除了嚴禁操作顯微鏡外，還要避免桌面的晃動，輕微的桌面晃動都有可能影響顯微鏡的掃描和數(shù)字信息的采集、拼接。

4.4 數(shù)字切片使用中存在的問題與展望 數(shù)字切片掃描系統(tǒng)真正實現(xiàn)了數(shù)字化、信息化、網絡化實驗教學，取得了令人滿意的教學效果。與此同時，也暴露出了一些不容忽視的問題：只需要借助計算機顯示器就能察看切片，長此以往，學生對顯微鏡使用操作生疏，出現(xiàn)不會使用顯微鏡、不會在顯微鏡視野下觀察切片，甚至連切片正反面放置都屢屢出錯等問題。

因此，病理學實驗教學應靈活采用教學方法，融合傳統(tǒng)切片教學和數(shù)字切片教學，并有所取舍地使用數(shù)字切片。對常見疾病且易得的病理切片應在顯微鏡下觀察，數(shù)字切片主要用于重點觀察珍稀切片和實驗測試考查，使實驗教學更加靈活多樣，從而更加合理地利用各種教學資源，更加符合學生的學習需求。

［1］Martina JD， Simmons C， Jukic DM. High-def inition hematoxylin and eosin staining in a transition to digital pathology ［J］. J Pathol Inform， 2011， 2:45.

［2］周建華，文繼舫，李景和，等.教學方法與手段多樣化，提高病理學教學質量［J］.中國高等醫(yī)學教育，2004，（4）：50-52.

［3］李建紅.病理實驗教學的改革及優(yōu)化探討［J］.當代醫(yī)學，2014，20（10）：162-163.

［4］危曉莉，姚根有，周韌，等.病理學實驗教學體系的創(chuàng)新［J］.基礎醫(yī)學與臨床，2010，30（8）：889-891.

［5］李洪梅，姚運生，鄒振寧，等.靈活應用教學方法，提高病理學實驗教學效果［J］.基礎醫(yī)學教育，2011，13（7）：649-651.

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1004-6879（2016）03-0259-03

（2015-07-08）