虛實(shí)相結(jié)合的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初步探討

趙曉曄 成靜 查干花

摘? 要 為滿足培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)人才的需求，北方民族大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)采取虛實(shí)結(jié)合、注重信息化的方式建立專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)踐課程教學(xué)中注重知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，結(jié)合微課和信息化工具實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)。

關(guān)鍵詞 醫(yī)學(xué)影像技術(shù);實(shí)驗(yàn)室;虛擬仿真實(shí)驗(yàn);混合式教學(xué);微課;實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);PACS系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：G482? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）08-0016-04

Abstract In order to meet the demand for cultivating high-quality and practical talents of medical imaging technology， the author of the department of Medical Imaging Technology in Beifang University of Nationalities preliminarily explores how to establish the professional laboratory based on the combination of virtual and actual circum-stances. At the same time， the informatization is the other vital aspect of laboratory construction. The relevance of knowledge points is paid attention to and online and offline hybrid teaching is realized by utili-zing micro-teaching and information tools in the practical teaching.Key words medical imaging technology; laboratory; virtual simula-tion experiment; hybrid teaching; micro lecture; experiment system; PACS system

1 前言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是醫(yī)學(xué)教育的重要組成部分，在培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型醫(yī)學(xué)技術(shù)人才方面發(fā)揮著十分重要的作用。實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要場(chǎng)所，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、獨(dú)立工作和實(shí)踐等能力的重要任務(wù)。醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)本身具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，實(shí)踐訓(xùn)練是提高學(xué)生專業(yè)技能的重要抓手，因此，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)制定更高的標(biāo)準(zhǔn)。必須要打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，向著更加科學(xué)化、數(shù)字化和信息化的方向發(fā)展[1]。加強(qiáng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和教學(xué)模式改革，推動(dòng)該專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和手段的改革，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

2 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

綜合性大學(xué)無(wú)醫(yī)學(xué)類實(shí)驗(yàn)室? 2012—2017年，教育部共審批同意48所高校設(shè)置醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)，其中六所為綜合性大學(xué)，無(wú)醫(yī)學(xué)類專業(yè)。因此，無(wú)醫(yī)學(xué)類專業(yè)綜合性大學(xué)建設(shè)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，需要解決傳統(tǒng)依賴真實(shí)尸體醫(yī)學(xué)解剖實(shí)驗(yàn)室建設(shè)周期長(zhǎng)、維護(hù)成本高、尸體來(lái)源少的問題。

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備成本高? 該專業(yè)涉及醫(yī)學(xué)影像設(shè)備種類多，每種醫(yī)學(xué)影像檢查設(shè)備又可分為不同種，如MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）有0.5 T、1.0 T、

1.5 T和3.0 T等，生產(chǎn)廠家多，設(shè)備型號(hào)多。大型影像設(shè)備價(jià)格昂貴，X線設(shè)備存在的電離輻射和MRI中的高磁場(chǎng)強(qiáng)度，對(duì)場(chǎng)地和防護(hù)要求高，因此，僅靠學(xué)校投入，成本高，無(wú)法承擔(dān)。

對(duì)醫(yī)院設(shè)備依賴性大? 由于學(xué)校難以投入大量資金購(gòu)置檢查設(shè)備，因此與專業(yè)技能相關(guān)的實(shí)驗(yàn)一般需要在醫(yī)院進(jìn)行，學(xué)生只能利用周末或者節(jié)假日進(jìn)行練習(xí)，以避免影響醫(yī)院正常運(yùn)行。在此情況下，一方面需要頻繁調(diào)課，另一方面由于學(xué)生人數(shù)多、時(shí)間緊，每位學(xué)生操作的時(shí)間有限，影響教學(xué)效果。

知識(shí)點(diǎn)孤立? 解剖學(xué)教學(xué)中存在缺乏形態(tài)基礎(chǔ)的從影像到影像和缺乏實(shí)用性的從斷層標(biāo)本到斷層標(biāo)本的教學(xué)方法。在影像診斷教學(xué)中一般以檢查方法為單元授課，難以建立同種疾病多種檢查方法的綜合分析。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中感覺知識(shí)點(diǎn)孤立，綜合分析能力不強(qiáng)。

3 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)思路

北方民族大學(xué)醫(yī)院影像技術(shù)專業(yè)在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中以夯實(shí)學(xué)生基礎(chǔ)、為進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)做好準(zhǔn)備為目的，采取軟硬、虛實(shí)相結(jié)合的方式，重視信息化和數(shù)字化，建立實(shí)驗(yàn)中心，如圖1所示。在教學(xué)中，采取先虛擬后實(shí)際，以實(shí)際為主，以虛擬為輔，借助虛擬實(shí)驗(yàn)直觀、便于反復(fù)操作優(yōu)勢(shì)，讓學(xué)生形成感性認(rèn)識(shí)，掌握標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，以便在實(shí)際操作中更快進(jìn)入狀態(tài)，后通過實(shí)際操作訓(xùn)練加深對(duì)概念、理論的理解，掌握實(shí)際操作流程。

基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)? 在現(xiàn)有生理學(xué)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K包括醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)機(jī)能學(xué)實(shí)驗(yàn)、生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)、形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)、顯微互動(dòng)實(shí)驗(yàn)，配備電子顯微鏡和一定數(shù)量的切片，完成從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到細(xì)胞形態(tài)學(xué)的觀察。通過虛擬仿真軟件，學(xué)生可按照步驟完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。目前可承擔(dān)生理學(xué)、病理學(xué)、生物化學(xué)和組織胚胎學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。

解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)? 采取“虛擬+模型+標(biāo)本”的方式，以虛擬解剖系統(tǒng)為紐帶，以為學(xué)生建立系統(tǒng)、斷層及影像之間直觀、立體的聯(lián)系為原則，直接為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)科服務(wù)，如圖2所示。

在系統(tǒng)解剖學(xué)方面，以模型為主，兼有正常人體消化、泌尿、生殖、呼吸、神經(jīng)系統(tǒng)的概觀標(biāo)本、人體骨架、主要臟器、骨關(guān)節(jié)、韌帶標(biāo)本以及各系統(tǒng)典型病理解剖學(xué)標(biāo)本。模型包括人體全身解剖層次分解模型、透明半身軀干附血管神經(jīng)模型、微電腦人體心動(dòng)周期與大小循環(huán)演示儀、透明半身軀干附內(nèi)臟模型等大型模型，以及各系統(tǒng)、臟器、骨關(guān)節(jié)等模型近500件。教學(xué)模型和標(biāo)本以每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)器官的生理性連接順序擺放，有利于學(xué)生的記憶和理解[2]。

多點(diǎn)觸控虛擬解剖系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱虛擬解剖系統(tǒng)）是真實(shí)尸體數(shù)據(jù)3D重建的解剖模型與立體化數(shù)字冷凍切片圖像技術(shù)結(jié)合而成。通過該系統(tǒng)，學(xué)生不僅可多角度觀察器官之間的毗鄰關(guān)系，而且可觀察解剖部位與影像的關(guān)聯(lián)關(guān)系。學(xué)生可對(duì)3D解剖模型進(jìn)行正向和逆向解剖與旋轉(zhuǎn)縮放;可觀察組織、器官乃至單個(gè)神經(jīng)、血管等;通過對(duì)模型的切割，可觀察矢狀面、冠狀面、橫斷面及任意切面解剖結(jié)構(gòu)。此外，在該系統(tǒng)中將解剖模型及斷面與X線、CT（Computed Tomo-graphy，X線計(jì)算機(jī)體層成像）影像圖像進(jìn)行融合，如圖3所示。

人體斷層解剖學(xué)方面，以真實(shí)尸體標(biāo)準(zhǔn)為主，配備正常人體頭頸軀干水平斷面標(biāo)本78片、正常人體頭頸軀干下肢矢狀斷面標(biāo)本16片、正常人體頭頸軀干下肢冠狀斷面標(biāo)本12片。對(duì)斷層標(biāo)本進(jìn)行DR掃描和拍照，將影像和對(duì)應(yīng)的圖片上傳到虛擬解剖系統(tǒng)圖片庫(kù)中。斷層解剖學(xué)是直接為影像學(xué)科服務(wù)的，建設(shè)實(shí)驗(yàn)室時(shí)隨時(shí)能獲取相關(guān)教學(xué)資源和外部相關(guān)信息[3]。該實(shí)驗(yàn)室的交互式一體機(jī)與教學(xué)PACS系統(tǒng)連接，在教學(xué)過程中可隨時(shí)調(diào)取影像資料。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，探索以人體影像斷層解剖學(xué)為核心，以系統(tǒng)解剖學(xué)基礎(chǔ)，通過解剖技能實(shí)訓(xùn)，利用人體美學(xué)概論建立解剖美學(xué)的概念，幫助學(xué)生進(jìn)一步了解人體。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中以虛擬解剖系統(tǒng)和PACS為紐帶，將系統(tǒng)解剖、斷層解剖與臨床影像三者結(jié)合，使三者建立形象、感性、直觀、立體的鏈接，避免缺乏形態(tài)基礎(chǔ)的從影像到影像和缺乏實(shí)用性的從斷層標(biāo)本到斷層標(biāo)本的教學(xué)方法，使得解剖學(xué)教學(xué)與影像專業(yè)教學(xué)緊密結(jié)合。

醫(yī)學(xué)影像檢查技能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)? 該系統(tǒng)主要由綜合實(shí)訓(xùn)中心和醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真操作模塊組成。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采取先讓學(xué)生自行操作虛擬仿真系統(tǒng)、后實(shí)際操練的方式。

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)包括模擬DR訓(xùn)練系統(tǒng)與DR、MRI和CT虛擬操作模塊。模擬DR實(shí)驗(yàn)室為仿真實(shí)驗(yàn)室，配有模擬X線機(jī)和DR工作站、影像庫(kù)管理模塊、練習(xí)與考核模塊、教師機(jī)和學(xué)生機(jī)等，其功能和布局仿照醫(yī)院DR，但使用過程中不產(chǎn)生X線，無(wú)輻射危害。學(xué)生可反復(fù)練習(xí)DR檢查中的擺位及相應(yīng)參數(shù)的選擇，多種常見及罕見病例診斷及考核等。

DR、MRI和CT虛擬操作模塊將影像檢查過程形成標(biāo)準(zhǔn)化流程，學(xué)生可按照步驟完成從開機(jī)、接收患者、擺放體位到完成檢查的全過程，練習(xí)不同檢查部分的掃描參數(shù)選擇、體位擺放等。經(jīng)過訓(xùn)練后使臨床的銜接更加順利，可用于學(xué)生影像檢查投照體位的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐操作訓(xùn)練。

綜合實(shí)訓(xùn)中心充分利用醫(yī)院舊設(shè)備，將CT、DR和MRI拆卸安裝后建立實(shí)訓(xùn)中心，供學(xué)生操作。

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)? 在虛擬方面，該系統(tǒng)主要包括成像原理模塊和設(shè)備安裝模塊。在成像原理模塊中，將DR、MRI和CT的成像過程以動(dòng)畫形式演示成像，學(xué)生通過按鈕可改變參數(shù)，觀察不同參數(shù)對(duì)成像的影響。在設(shè)備安裝模塊中，學(xué)生可觀察DR、MRI和CT三種設(shè)備分解過程，安裝調(diào)試設(shè)備和進(jìn)行機(jī)房布局。

在實(shí)訓(xùn)方面，將合作醫(yī)院舊彩超、CR、CT、胃腸機(jī)、乳腺機(jī)、口腔全景等影像設(shè)備和X線球管、影像增強(qiáng)器、高壓發(fā)生器等部件搬遷至學(xué)校，可供學(xué)生拆卸、安裝。

在教學(xué)過程中，學(xué)生首先利用虛擬模塊學(xué)習(xí)成像過程，對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆解、調(diào)試和故障分析;而后進(jìn)行實(shí)地拆卸、安裝，再利用虛擬軟件進(jìn)行機(jī)房布局;最后利用合作醫(yī)院設(shè)備安裝、拆卸或者維護(hù)的機(jī)會(huì)，實(shí)地動(dòng)手學(xué)習(xí)。

圖像分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)? 目前醫(yī)院中使用的影像設(shè)備（CR、DR、CT、MRI）等都配有豐富的圖像后處理軟件，可以對(duì)形成的影像進(jìn)行處理，滿足診斷要求，因此，圖像處理成為影像專業(yè)學(xué)生必須要掌握的基本技能之一[4]。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要包括MATLAB、示教PACS/RIS系統(tǒng)及病例庫(kù)。引入示教PACS/RIS系統(tǒng)，配備教師機(jī)、學(xué)生機(jī)、多媒體投影設(shè)備、交換機(jī)、拼接屏顯示器、教師機(jī)圖文工作站和CT/MRI專用醫(yī)用顯示屏，配備50臺(tái)學(xué)生機(jī)圖文工作站及同等數(shù)量的2 M灰階醫(yī)用顯示器和2 M彩色醫(yī)用顯示器。目前，已經(jīng)建立1000多例完整病例，包括影像資料，如DR、CT、MRI、超聲和核醫(yī)學(xué)影像，如圖4所示。

該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)承擔(dān)醫(yī)學(xué)圖像處理、醫(yī)學(xué)影像圖像后處理和醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在圖像處理學(xué)習(xí)中，在MATLAB 2010環(huán)境下，緊密結(jié)合臨床影像應(yīng)用，學(xué)生通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)圖像讀取、變換、增強(qiáng)、重建、分割等基本圖像處理的操作，如圖5所示，加深對(duì)相關(guān)概念與理論的理解。之后，學(xué)生以臨床病例影像為資源，練習(xí)膠片打印、三維重建、體重建、仿真內(nèi)窺鏡、最大密度與最小密度投影、多平面三維切片重建和多平面重建影像后處理的方法。并承擔(dān)了“教學(xué)型PACS系統(tǒng)中的醫(yī)學(xué)影像圖像后處理技術(shù)在影像技術(shù)學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用”和“院校合作辦學(xué)模式下《PACS技術(shù)》教學(xué)與實(shí)踐”兩項(xiàng)省部級(jí)教學(xué)改革與研究項(xiàng)目。

在影像診斷教學(xué)中，嘗試以病種為中心，開展多模態(tài)影像病例分析。選取典型病例，結(jié)合臨床癥狀，分析疾病在不同種類影像檢查中的圖像表現(xiàn)，從而將多模影像分析有機(jī)結(jié)合，提高學(xué)生綜合分析問題的能力，拓展學(xué)生思考問題的廣度。

其他實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)? 主要是衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)和開放多媒體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。其中，衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)安裝SPSS 25軟件，供醫(yī)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用，為學(xué)生和教師科研服務(wù);開放式解剖學(xué)多媒體教學(xué)系統(tǒng)配有解剖學(xué)圖譜、文字、視頻資料和考試題，開放式影像多媒體教學(xué)系統(tǒng)配有醫(yī)學(xué)影像成像原理視頻資料，一定數(shù)量CT、MRI和DR影像及病例，斷層標(biāo)本及注釋和考試題。這些系統(tǒng)供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

4 實(shí)驗(yàn)信息化建設(shè)助力教學(xué)模式改革

對(duì)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施全網(wǎng)覆蓋，在實(shí)驗(yàn)室中心配有多媒體廣播教學(xué)系統(tǒng)，可完成在線考核、搶答及分組討論等，配備內(nèi)置文件速遞和即時(shí)交流工具。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都配備教學(xué)中控臺(tái)，安裝攝像頭和觸摸式教學(xué)系統(tǒng)，教師在教學(xué)中不僅可實(shí)時(shí)錄像，而且可以調(diào)用學(xué)校MOOC教學(xué)平臺(tái)課程。

開發(fā)基于安卓智能端的實(shí)驗(yàn)室管理和教學(xué)輔助軟件。實(shí)驗(yàn)室管理軟件實(shí)現(xiàn)用戶登錄、實(shí)驗(yàn)室介紹、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約查詢、信息發(fā)布、設(shè)備管理、學(xué)生電子簽到等功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理的信息化。通過教學(xué)輔助軟件，教師可在課前發(fā)布調(diào)查問卷和試題進(jìn)行學(xué)情分析，在課中發(fā)布試題和討論，現(xiàn)場(chǎng)考核學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法和內(nèi)容。

系統(tǒng)解剖學(xué)、超聲診斷學(xué)、醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)等多門課程制作微課，在此基礎(chǔ)上借助實(shí)驗(yàn)室信息化工具可方便地開展線上線下混合式教學(xué)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生學(xué)為中心的教學(xué)模式改革。

5 結(jié)語(yǔ)

通過虛實(shí)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用信息化工具，北方民族大學(xué)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)采取虛實(shí)結(jié)合、注重信息化的方式建立專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，開展線上線下混合式教學(xué)，減少實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中對(duì)醫(yī)院設(shè)備的依賴，并將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有效銜接，提高了學(xué)生綜合分析問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]田豐.醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革之我見[J].才智，2016（2）：95.

[2]王小亮.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，提供良好教學(xué)環(huán)境[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2009（7）：1112-1113.

[3]饒利兵，楊懿農(nóng)，謝正蘭，等.斷層影像解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與思考[J].解剖科學(xué)進(jìn)展，2013，19（5）：491，493.

[4]陳建方，石波，曹明娜，等.虛實(shí)結(jié)合的影像專業(yè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綐?gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2017，26（9）：189-192.