基于交互式數(shù)字化自動乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺的軟件設(shè)計與開發(fā)

宋宏萍 趙 妮 胡 芮 高喜璨 劉麗文

基于交互式數(shù)字化自動乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺的軟件設(shè)計與開發(fā)

宋宏萍 趙 妮 胡 芮 高喜璨 劉麗文

目的 研發(fā)一種包含臨床、影像、病理等全套資料的交互式數(shù)字化自動乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺軟件，以改進并完善超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)體系，縮短專業(yè)化影像人才的培養(yǎng)周期，實現(xiàn)遠程培訓(xùn)與考核目標(biāo)。方法 建立教學(xué)數(shù)據(jù)庫管理軟件，以包含完整臨床病史、影像資料及相關(guān)診治信息的病例為主體，設(shè)計5組模塊：基本信息及病史模塊、三維容積超聲成像模塊、相關(guān)影像模塊、病理及隨訪模塊、臨床診治信息模塊，從而實現(xiàn)差異登錄、快捷搜索、生成習(xí)題和試題、遠程教學(xué)4種功能。結(jié)果 交互式數(shù)字化自動乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺軟件可提供完整的乳腺器官容積超聲影像資料和相關(guān)臨床信息，模擬真實容積超聲診斷場景，實現(xiàn)全新的超聲影像教學(xué)、培訓(xùn)及考核模式。結(jié)論 交互式數(shù)字化自動乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺軟件可提供一種新的乳腺超聲診斷教學(xué)方法，有助于縮短專業(yè)影像人才的培養(yǎng)周期，完善超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)體系，提高教學(xué)質(zhì)量。

自動乳腺全容積超聲成像；數(shù)字化教學(xué)資源平臺；交互式；教學(xué)軟件

超聲醫(yī)學(xué)是影像醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)專業(yè)的一門重要學(xué)科。就目前醫(yī)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀而言，超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)在影像醫(yī)學(xué)教育中占有越來越重要的地位。傳統(tǒng)的超聲教學(xué)授課存在教員時“手把手”教學(xué)、學(xué)員動手機會少及培養(yǎng)周期長等缺陷，導(dǎo)致出現(xiàn)可適應(yīng)臨床需求、專業(yè)化超聲影像人才短缺的問題［1］。近年來隨著各種超聲檢查新技術(shù)、影像歸檔和通信系統(tǒng)逐步應(yīng)用及計算機輔助教學(xué)（computer aided instruction，CAI）引進［2－3］，超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)模式越來越多地綜合應(yīng)用交互式CAI系統(tǒng)數(shù)字化存儲圖像、分析各類疾病特征［4］，建立一個可安排教學(xué)進程、完成教學(xué)培訓(xùn)與考核及同時能與學(xué)生互動教學(xué)的交互性、多樣性、靈活性平臺，從而有效地縮短學(xué)習(xí)時間、提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率，實現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)目標(biāo)［5］。

針對傳統(tǒng)教學(xué)的不足，該軟件平臺選用的自動乳腺全容積掃描成像可多切面（冠狀面、橫斷面、矢狀面）、多角度、多方位反復(fù)地觀察病灶，標(biāo)準(zhǔn)化采集乳腺超聲圖像，這種靈活、便捷的標(biāo)準(zhǔn)采圖、規(guī)范讀圖及完整儲存圖像的培訓(xùn)模式顯示出超聲教學(xué)的獨特優(yōu)勢［6］。故筆者設(shè)計研發(fā)一種基于交互式的數(shù)字化乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺軟件，該平臺包含了正常乳腺、常見及罕見乳腺疾病的完整資料，按照疾病分類歸檔、智能搜索，生動再現(xiàn)乳腺器官3D模型全貌，真實模擬乳腺超聲診斷場景［7－8］。同時，該軟件兼顧考核、留言與咨詢功能，有效地提高培訓(xùn)學(xué)員的乳腺超聲診斷能力，實現(xiàn)全新的醫(yī)學(xué)超聲影像教學(xué)模式。

一、方法

為實現(xiàn)上述醫(yī)學(xué)影像和文字信息資料統(tǒng)一有效管理，便于信息共享、查詢、查閱、備份及科學(xué)研究，本設(shè)計從已擁有的3357例患者（其中乳腺腫瘤患者1107例）中篩選典型病例，構(gòu)建乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺軟件［9］。該教學(xué)數(shù)據(jù)庫管理平臺存儲乳腺疾病患者的完整臨床與病理診斷信息及常規(guī)超聲、容積超聲、乳腺X線與MRI圖像等影像資料，實現(xiàn)對乳腺腫瘤數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、規(guī)范管理。

1．研究意義：平臺的建立，可以積累大量病例信息與圖像數(shù)據(jù)，疾病種類收集齊全、分類有序，同一種病變多種影像學(xué)檢查手段對照分析，查找快捷，不僅能夠快速提高影像醫(yī)師乳腺腫瘤診斷水平，還能為醫(yī)學(xué)培訓(xùn)與教學(xué)研究提供良好的工具［10］。該教學(xué)數(shù)據(jù)庫管理軟件設(shè)計了靈活的學(xué)習(xí)方式，如面對面教學(xué)、實時遠程系統(tǒng)傳輸讀片與會診、線上教學(xué)、光盤教學(xué)，或隨時隨地可學(xué)習(xí)的移動式手機APP，以便實現(xiàn)檢查后與檢查時一樣的動態(tài)診斷及遠程教學(xué)，有機地將醫(yī)學(xué)超聲教學(xué)與影像數(shù)據(jù)庫軟件資源結(jié)合，提供靈活的教學(xué)方式和學(xué)員自主學(xué)習(xí)的新途徑，從而為臨床、教學(xué)及科研提供多元化的信息載體。

2．技術(shù)基礎(chǔ)：乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺包含硬件和軟件兩部分。在硬件方面，計算機硬件須存儲和處理大量病史和臨床資料數(shù)據(jù)、超聲圖像（包括靜態(tài)和動態(tài)）及視頻內(nèi)容等。具體包括：Intel Core i7－7700 4．2 GHz的計算機 CPU，內(nèi)存 8 G，硬盤2 TB，配有2 G獨立顯卡、聲卡、音箱、數(shù)字化掃描儀、數(shù)碼相機、數(shù)字攝像機及光盤刻錄機，配有基于NAS的32 TB網(wǎng)絡(luò)存儲設(shè)備［11］。在軟件方面，基于Windows 7系統(tǒng)進行開發(fā)。具體包括：①數(shù)據(jù)庫編輯軟件Navicat，可實現(xiàn)各種不同格式數(shù)據(jù)的編輯、存儲、使用；②靜態(tài)圖像處理軟件Fireworks，具備矢量圖形與位圖圖像的編輯功能，還提供預(yù)先構(gòu)建資源的公用庫，并與圖像處理軟件集成；③動態(tài)圖像處理軟件Flash MX；④教學(xué)軟件插件處理軟件Myeclipse，用于開發(fā)Java的Eclipse插件集合，能夠有效地整合軟件開發(fā)和插件應(yīng)用。該平臺嚴(yán)格按照教學(xué)需求，參照最新的第5版乳腺影像報告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)（BI－RADS－US）指南的標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語，分類管理不同類型的病例，統(tǒng)一設(shè)定納入教學(xué)案例（包含各種典型、疑難及罕見的陽性與陰性乳腺病例）的臨床信息和超聲影像圖像標(biāo)準(zhǔn)，去除失訪者與影像及病理資料不完整的患者，形成一個教學(xué)病種全面、分類有序的影像平臺［12］。

3．模塊功能：平臺設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含5組模塊：①基本信息及病史模塊：重點收集研究對象的家族史、月經(jīng)史、婚育史、哺乳史及既往乳腺疾病史等臨床基本信息。②三維容積超聲成像模塊：包含全乳完整的容積圖像信息（冠狀位、橫斷面、矢狀位及立體三維）。該模塊是本教學(xué)軟件設(shè)計的重點和亮點，為培養(yǎng)超聲醫(yī)學(xué)影像人才快速有效讀片提供了真實場景。在乳腺癌超聲影像診斷理論知識教學(xué)的基礎(chǔ)上，重點鍛煉每位學(xué)員看圖診斷與鑒別疾病的能力，從而更好地體現(xiàn)超聲醫(yī)學(xué)教學(xué)的針對性和實用性。③相關(guān)影像模塊：包含二維灰階、彩色多普勒、彈性成像等超聲技術(shù)，以及乳腺X線及MRI圖像，實現(xiàn)同一種疾病多種影像檢查方法對照分析，使學(xué)員能夠全面評估、學(xué)習(xí)和理解乳腺疾病。④病理及隨訪模塊：包含納入數(shù)據(jù)庫的所有乳腺惡性病例和部分良性病例的病理結(jié)果，及隨訪至少1年的良性和陰性病例信息。對照分析自動乳腺容積超聲和其他相關(guān)影像檢查的圖像，以保證教學(xué)數(shù)據(jù)庫資料的科學(xué)性、完整性與可靠性。⑤相關(guān)臨床診治信息模塊：包含病例臨床診治方案、復(fù)診及生存情況，便于學(xué)員全面了解病例相關(guān)信息。該平臺具備4項功能：①差異登錄功能：依據(jù)管理員、教員及學(xué)員分別設(shè)置不同的登錄權(quán)限，其中管理員可更新、修改教學(xué)信息；教員可查閱學(xué)員的學(xué)習(xí)和考試情況，并制定教學(xué)計劃；學(xué)員可根據(jù)教員制定的教學(xué)計劃查閱病例、習(xí)題練習(xí)及考題測試，并記錄相應(yīng)的學(xué)習(xí)進度。②智能搜索功能：按照乳腺疾病分類歸檔原則，學(xué)員可快捷方便地搜索出同一類型病例的縱向資料（如該類型疾病的家族史、臨床癥狀學(xué)與體征學(xué)、影像表現(xiàn)及臨床診治方案等）或不同類型病例的橫向資料（如具有同一乳腺疾病的具體病理類型、臨床特征及超聲影像特征等），從而進行強化學(xué)習(xí)、重點突破。③智能生成習(xí)題和試題功能：根據(jù)學(xué)員自我知識掌握程度，設(shè)置考題的難度梯度（具體試題內(nèi)容包含惡性病灶、良性病灶以及陰性病例等不同類型疾病的容積超聲圖像），按照不同難度系數(shù)隨機智能生成的習(xí)題和試題，學(xué)員進行測評，并于考試結(jié)束后進行計算機批卷與試題解析，幫助教員和學(xué)生快速、準(zhǔn)確了解學(xué)習(xí)情況。這一功能不僅滿足學(xué)員掌握自我學(xué)習(xí)進度，做好期中、期末測試準(zhǔn)備，而且也可用于學(xué)員培訓(xùn)結(jié)束返回工作崗位后進一步鞏固知識。所以這項功能有利于提高教學(xué)質(zhì)量，便于繼續(xù)教育貫穿于工作中。④遠程教學(xué)功能：根據(jù)不同類型的教學(xué)情況，可采用網(wǎng)上線上教學(xué)、光盤教學(xué)，或手機APP進行學(xué)員指導(dǎo)與知識傳播，使得本軟件設(shè)計方便、靈活，便于應(yīng)用于教學(xué)和培訓(xùn)中。

4．軟件應(yīng)用：通過建立乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺，可提供靈活多樣的教學(xué)方式、收集全面的臨床和教學(xué)所需資料、設(shè)計完整的教學(xué)考核內(nèi)容，并將其應(yīng)用于超聲影像教學(xué)實踐工作中，目的是采用便捷、靈活的教學(xué)形式，通過高效的教學(xué)模式，培養(yǎng)出更多可適應(yīng)臨床需求、專業(yè)性強的超聲影像醫(yī)師［13］。同時，在軟件應(yīng)用中，設(shè)計重視培訓(xùn)中考核的作用，考核是檢測培訓(xùn)效果和督促主觀學(xué)習(xí)意愿的有效手段。在培訓(xùn)開始階段，本教學(xué)資源庫會設(shè)置摸底考試。根據(jù)學(xué)員考試成績，制定培訓(xùn)計劃；在培訓(xùn)中期和末期，設(shè)置考試并檢驗培訓(xùn)效果；學(xué)員回到工作崗位后，仍可繼續(xù)接受定期培訓(xùn)和考核，不斷提升培訓(xùn)學(xué)員的乳腺超聲診斷水平和臨床技能。如圖2所示。

圖1 乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺

圖2 影像超聲人才培養(yǎng)方案

二、結(jié)果及結(jié)論

乳腺容積超聲教學(xué)平臺軟件的設(shè)計，滿足了培訓(xùn)學(xué)員讀片培訓(xùn)、摸底考試、期中期末考試的題庫供應(yīng)，制定完善的考評制度，體現(xiàn)以病例為核心的教學(xué)授課方式；同時兼容遠程指導(dǎo)與遠程教學(xué)，實現(xiàn)影像教學(xué)資源的共享，制定詳細全面、重點突出的全程培訓(xùn)計劃與考核體系，有效地彌補以往影像人才培養(yǎng)周期長的不足，保證學(xué)員在培訓(xùn)結(jié)束后回到工作崗位仍能持續(xù)接受訓(xùn)練，從而不斷改善教學(xué)質(zhì)量，提高適應(yīng)新時代的超聲影像人才核心競爭能力。

綜上所述，本文設(shè)計的交互式數(shù)字化乳腺容積超聲教學(xué)資源平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)病史、影像、病理及相關(guān)臨床診治全面信息收集，靈活地采用多種教學(xué)方式（遠程、線上或手機APP等）和多種學(xué)習(xí)方式（面對面學(xué)習(xí)、遠程學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)等），實現(xiàn)云端儲存數(shù)據(jù)和圖像資源共享，為學(xué)員提供完整的乳腺影像圖像資料及臨床診治信息，有效地提高教學(xué)質(zhì)量，滿足了不同條件下學(xué)員的學(xué)習(xí)需求，可逐漸推廣應(yīng)用于全國多家醫(yī)院和培訓(xùn)機構(gòu)。

［1］ 高靜，李玉宏．醫(yī)學(xué)影像專業(yè)超聲診斷學(xué)實習(xí)教學(xué)改革初探［J］．中國繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2017，9（12）：23－27．

［2］ 胡凱．淺談計算機輔助數(shù)學(xué)教學(xué)［J］．電子世界，2017，5（6）：18－23．

［3］ 段瑞波．計算機輔助教學(xué)中基于問題解決學(xué)習(xí)的教學(xué)模式的設(shè)計［J］．?dāng)?shù)字通信世界，2017，5（2）：43－45．

［4］ 冷曉玲，黃國福，馬富成．乳腺超聲診斷學(xué)教學(xué)中存在的問題及改革策略分析［J］．世界最新醫(yī)學(xué)信息文摘（連續(xù)型電子期刊），2016，16（67）：35－37．

［5］ 弓靜，王莉，郝強，等．基于PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)及應(yīng)用［J］．基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2017，5（1）：66－68．

［6］ GiromettiR，ZanotelM，Londero V，etal．Comparison between automated breast volume scanner（ABVS）versus hand－h(huán)eld ultrasound as a second look procedure after magnetic resonance imaging［J］．Eur Radiol，2017，12（3）：1－9．

［7］ 盛建國，章建全，宋家琳，等．交互式實踐教學(xué)在軍隊任職教育學(xué)員介入超聲培訓(xùn)中的應(yīng)用［J］．臨床超聲醫(yī)學(xué)雜志，2017，19（2）：135－136．

［8］ 黃曉云，浦炫，袁盛興，等．基于超聲工作站和數(shù)字化超聲教學(xué)資源庫的建設(shè)在乳腺超聲診斷學(xué)中的應(yīng)用研究［J］．心理醫(yī)生，2016，22（15）：91－92．

［9］ 陳建．乳腺超聲數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與在線培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計［D］．廣州：華南理工大學(xué)，2016．

［10］向俊，葉青，袁勛．基于網(wǎng)頁的可視化網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)影像平臺設(shè)計［J］．生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2017，34（2）：233－238．

［11］劉洋．醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］．長春：吉林大學(xué)，2015．

［12］冀鴻濤，常靖，朱強．基于醫(yī)學(xué)影像信息管理系統(tǒng)的乳腺超聲數(shù)據(jù)庫建設(shè)探討［J］．中華普外科手術(shù)學(xué)雜志（電子版），2015，9（5）：68－70．

［13］楊希，蔣帥，何穎，等．醫(yī)學(xué)超聲教學(xué)信息化平臺在衛(wèi)生士官教學(xué)中的應(yīng)用［J］．臨床超聲醫(yī)學(xué)雜志，2016，18（11）：782－784．

Software design and development based on interactive digital automated breast volume ultrasound teaching resource platform

SONG Hongping，ZHAO Ni，HU Rui，GAO Xican，LIU Liwen
Department of Ultrasound，Xijing Hospital，the Fourth Military Medical University，Xi’an 710032，China

Objective To develop an interactive digital automatic mammography teaching platform software containing data of clinic，imaging and pathology to improve and perfect the teaching system of ultrasound medicine，and shorten the training period of specialized image talents，achieve the goals of the distance training and assessment.Methods Five modules including basic information and medical history module，three-dimensional volume ultrasound imaging module，related clinical diagnosis and treatment information module，pathology and follow-up module were designed to establish the teaching database management software，which includes the complete medical history，imaging data and related clinical diagnosis and treatment information.It can achieve four functions，including the different login，quick search，generate exercises and questions and distance learning.Results Interactive digital mammography volume ultrasound teaching resources platform software provides a complete breast organ volume ultrasound image data and related clinical information.It can simulate the real volume ultrasound diagnostic scene，and achieve a new ultrasound image teaching，training and assessment model.Conclusion Interactive digital automated mammography teaching platform provides a new method of diagnosis of breast ultrasound，which can shorten the training period of professional image talents.It can improve the teaching system of ultrasonic medicine and improve the teaching quality.

Automated breast volume scanning；Digital teaching resource platform；Interactive；Teaching system software

R445.1

A

陜西省基層超聲醫(yī)師繼續(xù)教育模式創(chuàng)新研究（17JG004）；國家自然科學(xué)基金項目（81401416）；陜西省社會發(fā)展科技攻關(guān)項目（2016SF-163）；陜西省國際科技合作與交流計劃項目1（2017KW-057）

710032 西安市，空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院超聲科

劉麗文，Email：liuliwencrt＠hotmail.com

2017－07－24）