組織學(xué)與胚胎學(xué)數(shù)字切片的制備及在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

王健君，李曉敏，彭彥霄，李玉磊，吳敏，季娜 ，石蕾

（皖南醫(yī)學(xué)院 1組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，2病理學(xué)教研室，蕪湖 241002）

組織學(xué)與胚胎學(xué)數(shù)字切片的制備及在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

王健君1，李曉敏2*，彭彥霄1，李玉磊1，吳敏1，季娜1，石蕾1

（皖南醫(yī)學(xué)院1組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室，2病理學(xué)教研室，蕪湖 241002）

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是組織學(xué)與胚胎學(xué)課程教學(xué)的重要組成部分。利用數(shù)字切片的優(yōu)勢(shì)，制備組織學(xué)與胚胎學(xué)數(shù)字切片應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量，以此推動(dòng)教學(xué)改革，優(yōu)化教學(xué)過程。

組織學(xué)與胚胎學(xué)；數(shù)字切片；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

組織學(xué)與胚胎學(xué)屬于形態(tài)學(xué)科，其教學(xué)主要通過理論課和實(shí)驗(yàn)課來完成。實(shí)驗(yàn)課可以驗(yàn)證理論課的知識(shí)，并加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶。組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課的核心內(nèi)容是通過顯微鏡觀察教學(xué)切片中的細(xì)胞、組織和器官形態(tài)，因此切片質(zhì)量和鏡下觀察效果直接影響學(xué)生掌握知識(shí)的程度。數(shù)字切片因?yàn)榭梢詮浹a(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)物切片的某些不足，被越來越多的醫(yī)學(xué)院校所采用。我院于2017年購置全自動(dòng)數(shù)字切片系統(tǒng)供組織胚胎學(xué)、病理學(xué)等形態(tài)學(xué)科使用。該系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)切片進(jìn)行全信息、高分辨率快速掃描，制成數(shù)字化圖像（數(shù)字切片）存入計(jì)算機(jī)硬盤，通過局域網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)字切片與配套的顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合起來應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，極大地提高了組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果。

1 傳統(tǒng)切片的局限

傳統(tǒng)的組織器官玻璃切片，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在局限性：①玻璃切片的制備過程復(fù)雜，常用的HE染色及一些較復(fù)雜的特殊染色切片存在年代久遠(yuǎn)易褪色的現(xiàn)象，不易長(zhǎng)期保存；②為滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量，需要保證同樣的組織切片每人一張。我院安排五個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)班同時(shí)上課，一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)班32人，至少要有160張同一組織標(biāo)本的切片，另備有150張組織切片供損毀替換，因?yàn)椴Ａ衅瑩p壞率高，300多張同樣的組織切片經(jīng)過一學(xué)年（約3300人/學(xué)期）二十幾輪的實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，損毀切片數(shù)量約80張，這樣兩三年就得制備新的切片補(bǔ)充，不同批次的組織切片肯定會(huì)存在差異，例如觀察皮膚附屬器“毛”的結(jié)構(gòu)，有的批次切片是縱切，有的批次切片是橫切，縱切的切片更加典型，教師講解縱切切片結(jié)構(gòu)時(shí)，鏡下觀察橫切切片的同學(xué)，對(duì)教師的講解就會(huì)疑惑難解，不利于典型結(jié)構(gòu)的觀察和掌握；③學(xué)生觀察玻璃切片必須借助于顯微鏡，學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間受到限制。傳統(tǒng)組織器官玻璃切片的局限性影響學(xué)習(xí)效率，也妨礙學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性[1]。

2 數(shù)字切片的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字切片（虛擬切片）并非一張靜態(tài)圖片，它包含玻璃切片上的所有信息，通過計(jì)算機(jī)軟件可以顯示玻璃切片上的任何一個(gè)位置，并可將相應(yīng)的區(qū)域進(jìn)行不同放大倍率（2×～100×）的瀏覽，且具有分辨率高、色彩逼真的特點(diǎn)。數(shù)字切片避免了傳統(tǒng)玻璃切片易碎、易褪色、保存成本高等缺點(diǎn)，節(jié)約了教學(xué)消耗，提高了教學(xué)資源的利用率。數(shù)字切片便于集體閱片教學(xué)，同一切片同一效果不受顯微鏡鏡下視野限制，通過顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)教師演示、學(xué)生提問、師生互動(dòng)等功能，同時(shí)也可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)考試。圖像及圖像瀏覽軟件存儲(chǔ)安裝在計(jì)算機(jī)上，沒有顯微鏡和玻璃切片也能自由觀察切片，學(xué)習(xí)不受時(shí)間和空間的限制[2]，因此更能滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

3 數(shù)字切片的制備

數(shù)字切片系統(tǒng)可分為硬件和軟件系統(tǒng)。我院購置的硬件系統(tǒng)主要包括DELL PRECISION TOWER 5810主機(jī)、DELL液晶顯示器、NanoZoomer數(shù)字切片掃描儀，軟件系統(tǒng)主要由圖像采集和圖像處理模塊組成。制作數(shù)字切片時(shí)，先將被掃描的玻璃切片用無水酒精擦拭后放入切片裝載盒，按壓開關(guān)使切片裝載盒進(jìn)入機(jī)器內(nèi)，啟動(dòng)NanoZoomer Digital Pathology軟件系統(tǒng)，選擇手動(dòng)/自動(dòng)掃描模式，限定掃描區(qū)域、手動(dòng)/自動(dòng)聚焦點(diǎn)、高倍物鏡（40×）下進(jìn)行掃描，掃描平臺(tái)自動(dòng)將切片聚焦得到高分辨率的數(shù)字圖像，圖像保證了高分辨率和標(biāo)本的真實(shí)色彩。使用相應(yīng)圖像處理模塊，我教研室制作了高清晰、結(jié)構(gòu)典型的數(shù)字切片庫存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤中，按授課章節(jié)進(jìn)行保存，通過使用NDP.View2瀏覽軟件進(jìn)行編輯處理及觀察學(xué)習(xí)。數(shù)字切片的出現(xiàn)使我院組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)資源管理與應(yīng)用提高到一個(gè)新的水平，建立數(shù)字切片庫可以長(zhǎng)期保存珍貴切片，方便教學(xué)資源的查詢、調(diào)閱，有效地解決典型玻璃切片片源不足問題，節(jié)約了教學(xué)消耗，提高教學(xué)資源的利用率，有利于資源共享。

4 數(shù)字切片的教學(xué)應(yīng)用

4.1 結(jié)合顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)字切片

2016年我院重新裝修的顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室配有奧特顯微網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，將NDP.view2瀏覽數(shù)字切片軟件與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)配合使用，可脫離顯微鏡進(jìn)行閱片交流，為組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)術(shù)交流提供了有效的教學(xué)工具。我教研室于2017年開始將數(shù)字切片在臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)中進(jìn)行試運(yùn)行，組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)原本采用的是單一顯微數(shù)碼互動(dòng)模式，現(xiàn)在結(jié)合數(shù)字切片進(jìn)行教學(xué)，原有的顯微鏡和玻璃切片逐漸被取代。上課時(shí)，授課教師通過教師端電腦打開數(shù)字切片，教師端的操作同步顯示在學(xué)生端電腦上，教師可對(duì)標(biāo)注的細(xì)胞和特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)講解，數(shù)字切片能夠任意放大和縮小，學(xué)生能進(jìn)行更詳細(xì)的觀察，了解整體與局部的關(guān)系，節(jié)省了在顯微鏡下查找的時(shí)間，對(duì)于切片上不認(rèn)識(shí)的結(jié)構(gòu)，學(xué)生通過顯微數(shù)碼互動(dòng)軟件直接在切片上標(biāo)記并提出疑問，便于師生交流。實(shí)驗(yàn)課上，授課教師也可以使用數(shù)字切片進(jìn)行課堂提問，能夠強(qiáng)化學(xué)生記憶，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

圖1 NanoZoomer Digital Pathology 軟件界面Fig.1 Interface of NanoZoomer Digital Pathology software

圖2 選擇掃描區(qū)域、聚焦點(diǎn)進(jìn)行切片掃描Fig.2 Select the scanning area and focus for slice scan

圖3 掃描完成（示胃底部胃壁結(jié)構(gòu) HE染色）Fig.3 The completed scan shows the gastric wall structure of gastric fundus using HE staining

4.2 數(shù)字切片用于研究生培養(yǎng)

圖4 選擇觀察部位（示胃黏膜 HE染色 10×, 標(biāo)尺，250μm）Fig.4 Select the area showing gastric mucosa to zoom in (HE staining, 10×, scale bar, 250μm)

圖5 標(biāo)注觀察結(jié)果（示胃底腺主細(xì)胞、壁細(xì)胞、頸黏液細(xì)胞 HE染色 40×，標(biāo)尺，50μm）Fig.5 Label the image with corresponding chief cells, parietal cells and mucous neck cells of fundic gland (HE staining, 40×, scale bar, 50μm)

組織學(xué)主要研究機(jī)體組織結(jié)構(gòu)的正常形態(tài)，病理學(xué)主要研究機(jī)體組織結(jié)構(gòu)的病理改變，很多院校將組織病理合為一個(gè)學(xué)系，部分組織胚胎學(xué)專業(yè)的碩士研究生畢業(yè)后選擇成為病理學(xué)教研室教師，或考取職業(yè)醫(yī)師資格證就業(yè)于臨床病理科室，這就要求研究生拓展知識(shí)面，將組織學(xué)與病理學(xué)知識(shí)融合吃透。數(shù)字切片不受時(shí)間和空間的限制，研究生可以自主學(xué)習(xí)，或遠(yuǎn)程數(shù)字切片請(qǐng)教專家，提高自身的能力。在科研上也可以使用數(shù)字切片，NanoZoomer數(shù)字切片掃描儀可外置相應(yīng)的熒光光源和更換濾光鏡就能掃描熒光切片，克服了玻璃熒光切片易褪色不宜長(zhǎng)久保存的缺點(diǎn)，采集高清晰的熒光圖像，易于被高水平雜志刊用，提高科研水準(zhǔn)。

4.3 數(shù)字切片用于實(shí)驗(yàn)課考試

我教研室于2016年嘗試建立無紙化考試系統(tǒng)，并試用于16級(jí)麻醉學(xué)本科生，取得了一定的效果[3]。以前用于實(shí)驗(yàn)課考試的圖片都是通過數(shù)碼相機(jī)或顯微鏡連接CCD采集的典型細(xì)胞、組織和器官結(jié)構(gòu)圖像，收錄于教研室編寫的學(xué)生用實(shí)驗(yàn)教材《組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》第2版[4]，其清晰度、分辨率、典型結(jié)構(gòu)位置與數(shù)字切片下觀察的圖像均有一定的差距。用數(shù)碼相機(jī)或顯微鏡連接CCD采集的圖像是不能動(dòng)的一張圖，而數(shù)字切片是能自行放大或縮小，自行選取視野的高清晰圖。教研室設(shè)想將數(shù)字切片應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)課考試，這樣更能鍛煉學(xué)生自主思考的能力，使學(xué)習(xí)水準(zhǔn)進(jìn)一步得到提高。

綜上，數(shù)字切片，特別是與顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合使用時(shí)，可以顯著彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的不足。這種模式目前還存在一些缺陷，如軟件的兼容性、數(shù)字切片的多樣性不足，以及學(xué)生顯微鏡下閱片能力下降等。這些問題可以通過進(jìn)一步開發(fā)、升級(jí)軟件，采購和制備更多的數(shù)字切片[5]，合理分配實(shí)驗(yàn)教學(xué)中顯微鏡的使用時(shí)間及次數(shù)等來解決。相信隨著教學(xué)改革的不斷發(fā)展和優(yōu)化，數(shù)字切片必將成為醫(yī)學(xué)院校形態(tài)學(xué)教學(xué)的有效工具。

[1] 魏金花，馮瀟，李臻. 數(shù)字切片在組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中的應(yīng)用. 解剖學(xué)雜志，2015，38（4）：511-512.

[2] 葉翠芳，李和，楊世明. 數(shù)字切片在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用. 山西醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)：基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育版，2008，10（4）：497-499.

[3] 王健君，鐘樹志，彭彥霄，等. 組織學(xué)與胚胎學(xué)無紙化實(shí)驗(yàn)考試系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用. 中國組織化學(xué)與細(xì)胞化學(xué)雜志，2017，26（2）：197-200.

[4] 鐘樹志，彭彥霄. 組織學(xué)與胚胎學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)（第2版）.合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2017：109-120.

[5] 楊世明，苗青. 組織胚胎學(xué)數(shù)字化教學(xué)切片的制作體會(huì)及應(yīng)用探討. 中國高等醫(yī)學(xué)教育，2015（3）：37，78.

Preparation and application of digital slice in the experimental curriculum of Histology and Embryology

Wang Jianjun1, Li Xiaomin2*, Peng Yanxiao1,, Li Yulei1, Wu Min1, Ji Na1, Shi Lei1
（Wannan Medical College, 1Department of Histology and Embryology, 2Department of Pathology, Wuhu 241002, China）

Experimental curriculum is an important component in the histology and embryology teaching. Owning to the advantages of digital slide image, histological and embryological digital slides can be easily prepared for the experimental teaching.The utilization of digital slice not only enriches teaching content and improves teaching quality, but promotes education reform and optimize teaching process.

Histology and Embryology; digital slices; experimental teaching

G642

A

10.16705/ j. cnki. 1004-1850. 2017. 06. 017

2017-09-10

2017-11-30

皖南醫(yī)學(xué)院質(zhì)量工程項(xiàng)目（2016mooc01）；安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（2015gxk039）

王健君，男（1981年），漢族，講師

*通訊作者(To whom correspondence should be addressed)：39001683@qq.com