醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)初探

周旭蘭

(廈門醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)系，福建 廈門 361023)

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)是一門注重實(shí)踐性和操作性的專業(yè)，尤其2012年教育部將培養(yǎng)目標(biāo)由五年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)及醫(yī)學(xué)類實(shí)驗(yàn)室工作的醫(yī)學(xué)高等專門人才”改為四年制培養(yǎng)“從事醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)及醫(yī)學(xué)類實(shí)驗(yàn)室工作的醫(yī)學(xué)技術(shù)高級專門人才”[1]，著重強(qiáng)調(diào)了專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰筒僮魉健?/p>

現(xiàn)醫(yī)學(xué)進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)療的大數(shù)據(jù)時(shí)代，傳統(tǒng)的“規(guī)定動(dòng)作”教學(xué)已不能滿足技術(shù)日新月異的變化，各類因素極大程度的制約著教學(xué)效果，借助虛擬仿真技術(shù)（virtual reality，VR）可有效改善這些問題。VR技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)為核心的新型認(rèn)知工具和知識(shí)載體，利用高科技生成虛擬環(huán)境，使操作者具有視、聽、觸覺一體化的沉浸感[2]，可借助特殊設(shè)備與虛擬環(huán)境交互，達(dá)到身臨其境的感受和體驗(yàn)。本文對醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，為建設(shè)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬平臺(tái)提供新思路。

1 傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的弊端及VR解決方案

1.1 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)占比大，學(xué)生操作機(jī)會(huì)少 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一般由實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員備好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所需儀器、試劑和樣品，在講授實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、方法步驟和注意事項(xiàng)后，學(xué)生“依葫蘆畫瓢”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過VR平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn) “實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備→預(yù)實(shí)驗(yàn)→實(shí)驗(yàn)操作→結(jié)果分析”等流程操作。為培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)思維和創(chuàng)新素質(zhì)，可在平臺(tái)中設(shè)計(jì)開放式、研究式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)[3]。

目前臨床在用的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器多為全自動(dòng)化操作，價(jià)格昂貴，且實(shí)驗(yàn)場地有限，加上招生規(guī)模擴(kuò)大，無法做到人手一臺(tái)進(jìn)行操作，大大制約了學(xué)生的動(dòng)手操作能力。VR通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一套虛擬設(shè)備即可模擬整套醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室，容納檢驗(yàn)科相關(guān)儀器設(shè)備，學(xué)生通過模擬實(shí)驗(yàn)過程，可反復(fù)進(jìn)行操作練習(xí)，分析實(shí)驗(yàn)步驟，注意操作細(xì)節(jié)，熟練后再實(shí)際動(dòng)手操作，虛實(shí)結(jié)合可有效避免因?qū)嶒?yàn)?zāi)骋徊襟E出錯(cuò)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)進(jìn)行。

1.2 生物安全隱患大，形態(tài)教學(xué)難度大 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)課多以臨床病人的血樣、尿樣等為操作樣本，可能存在病原體等安全隱患[4]，檢測正常人樣本又限制了學(xué)生對患病標(biāo)本的認(rèn)知。通過VR，可減少學(xué)生對于患者標(biāo)本的接觸[5]。教學(xué)使用的標(biāo)本片通常有使用期限，對于罕見病的標(biāo)本來源相當(dāng)不易[6]，采用虛擬構(gòu)建標(biāo)本庫，如以臨床血液學(xué)檢查教學(xué)課程為目錄，建立骨髓形態(tài)涂庫，可對正常血細(xì)胞、紅細(xì)胞疾病和急性白血病等涂片進(jìn)行形態(tài)學(xué)觀察，教師可通過在涂片中設(shè)計(jì)添加指引箭頭、標(biāo)識(shí)區(qū)域和文字等方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。

1.3 運(yùn)行維護(hù)成本高，實(shí)驗(yàn)耗材用量大 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)耗材是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而儀器價(jià)格昂貴，折舊率高，更新?lián)Q代快[7]，VR可及時(shí)更新最新儀器和相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生及時(shí)掌握前沿技術(shù)操作。儀器的維護(hù)成本高，如顯微鏡燈泡壽命短，學(xué)生缺乏儀器保養(yǎng)相關(guān)常識(shí)等，通過VR儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生可了解儀器管路的走向，光路的構(gòu)成，掌握儀器維護(hù)和保養(yǎng)，設(shè)置簡單、常見的電路故障引導(dǎo)學(xué)生排除故障等。傳統(tǒng)教學(xué)使用耗材用量大，回收再利用率低，部分實(shí)驗(yàn)耗材還存在污染處理等問題，VR可模擬實(shí)驗(yàn)操作，節(jié)省資源。1.4知識(shí)擴(kuò)展能力差，課程分隔不系統(tǒng) 傳統(tǒng)的“三段式”教學(xué)已經(jīng)無法跟上科學(xué)技術(shù)發(fā)展的腳步。例如我國醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)基本都是按照大型醫(yī)院檢驗(yàn)科所需崗位進(jìn)行培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)室配置基本與醫(yī)院檢驗(yàn)科相符。但隨著快速檢測技術(shù)發(fā)展，應(yīng)急檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)應(yīng)運(yùn)而生，其檢測以干式為主，與常規(guī)儀器操作及原理均存在差異，設(shè)備更新?lián)Q代快，采用VR可使學(xué)生及時(shí)掌握最新技術(shù)[8]。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以課程為單位，但在臨床工作中面對各種標(biāo)本，可能存在復(fù)雜的病變，需要檢測后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合分析，這就要求建立醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，將知識(shí)糅合并融會(huì)貫通，才能靈活應(yīng)變臨床工作中的各類標(biāo)本。

2 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的探索

醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)是一門與臨床緊密貼合的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)課程復(fù)雜多樣，包括：臨床檢驗(yàn)基礎(chǔ)、生物化學(xué)檢驗(yàn)、免疫學(xué)檢驗(yàn)、病原學(xué)檢驗(yàn)、血液學(xué)檢驗(yàn)、分子診斷學(xué)等，實(shí)驗(yàn)儀器性能和操作方法均不相同，而市售虛擬平臺(tái)較少，經(jīng)考查多數(shù)不夠成熟或與我省檢驗(yàn)科常用儀器不配套等，無法滿足教學(xué)要求。綜合傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，加上用人單位需求反饋，建議分模塊建立醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

2.1 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)常用儀器與實(shí)驗(yàn)虛擬仿真操作平臺(tái)醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)從純手工走向現(xiàn)代化，根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和人才需求，我們擬建立以下實(shí)驗(yàn)操作虛擬仿真操作平臺(tái)：①全自動(dòng)生化儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)；②全自動(dòng)五分類血液細(xì)胞分析儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)與血常規(guī)分析；③全自動(dòng)血球分析儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)與外周血成分計(jì)數(shù)分析；④尿液干化學(xué)分析儀和尿沉渣分析儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)與尿常規(guī)影響因素分析；⑤血沉儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)與血沉檢測；⑥全自動(dòng)血凝儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)與凝血影響因素分析；⑦血小板聚集儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)和血小板聚集實(shí)驗(yàn)；⑧血培養(yǎng)儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)；⑨顯微鏡與共聚焦顯微鏡虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)；⑩熒光定量PCR儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)；⑾流式細(xì)胞儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)與白血病診斷的應(yīng)用；⑿多標(biāo)記微孔板檢測儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)與ELISA檢測中的應(yīng)用；⒀細(xì)菌鑒定藥敏儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)；⒁臨床常見陽性球菌檢驗(yàn)鑒定要點(diǎn)臨床思維訓(xùn)練系統(tǒng)；⒂特種蛋白分析儀虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)。

2.2 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)儀器維修虛擬仿真平臺(tái) 隨著科技發(fā)展，臨床檢驗(yàn)儀器不斷精密化，智能化、小體積化。臨床檢驗(yàn)儀器維修是醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)的專業(yè)課程，是一門多專業(yè)交叉的學(xué)科，教學(xué)難度較大，需要學(xué)生掌握設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理、日常維護(hù)和故障排除，而設(shè)備數(shù)量少且昂貴，實(shí)訓(xùn)時(shí)數(shù)受限等因素大大制約了教學(xué)效果。通過VR，學(xué)生可以對儀器進(jìn)行拆卸、維修、組裝及調(diào)試，極大程度的解決了上述問題[9]。在培養(yǎng)學(xué)生該類技能的同時(shí)，也為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)學(xué)生擴(kuò)寬了就業(yè)方向。目前我國致力于醫(yī)用診斷設(shè)備研發(fā)的生物醫(yī)藥器械公司不斷增多，檢驗(yàn)儀器國產(chǎn)化需要大量具有醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)相關(guān)背景的人才。

2.3 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)建立虛擬檢驗(yàn)科基本技能訓(xùn)練和考核系統(tǒng)，可以打破傳統(tǒng)通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平的弊端，除了建立實(shí)驗(yàn)操作練習(xí)，系統(tǒng)還可設(shè)置思考題、實(shí)驗(yàn)測評、關(guān)鍵步驟考核等內(nèi)容，教師可通過后臺(tái)管理，看到每位學(xué)生的操作過程、考核成績，了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，通過后臺(tái)程序加標(biāo)加文字等方式不斷完善系統(tǒng)。

3 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)中存在的困難

目前開展醫(yī)學(xué)類虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的高校約為11.54%[10]，其中以基礎(chǔ)類課程為主，醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)類少之又少。除了VR需要計(jì)算機(jī)專業(yè)人士支持外，資金是很多高校無法建立該平臺(tái)的主要原因，雖然教育部致力于虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，并投入大量資金，但仍供不應(yīng)求。再者虛擬實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)的建設(shè)并非一朝一夕，一個(gè)系統(tǒng)的完善和試運(yùn)行通常需要3-5個(gè)月的時(shí)間，這就需要醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)專業(yè)教師和VR技術(shù)人員傾注大量時(shí)間精力共同完成，后期的技術(shù)更新同樣需要教師不斷學(xué)習(xí)前沿技術(shù)，并及時(shí)通過VR技術(shù)人員模擬構(gòu)建。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心是教育信息化建設(shè)迅猛發(fā)展的產(chǎn)物，教育部在12年《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》(教高 [2012]4號)中提出加強(qiáng)信息化資源后，至2016年已建立了300個(gè)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。平臺(tái)的構(gòu)建有助于學(xué)生通過反復(fù)練習(xí)和全流程操作，掌握檢驗(yàn)科常用實(shí)驗(yàn)設(shè)備的原理、操作、維護(hù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐操作動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，有利于保持實(shí)驗(yàn)先進(jìn)性，降 低實(shí)驗(yàn)成本，最終提高教學(xué)質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)效率。