CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗教學實踐與探索

熊英 郁仁強

[摘 要] CT檢查技術(shù)常規(guī)實驗教學由于設(shè)備價格昂貴、數(shù)目配置稀缺、占地面積大，且具有潛在的電離輻射損傷危害，實驗教學開展難度大。作者團隊采用虛擬仿真開展CT檢查技術(shù)實驗教學，通過對參與CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗學生的訪談及問卷進行分析，提出CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗教學存在問題，并針對存在問題進行整改。通過開展CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗，醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)學生可以自主獲取CT檢查的理論知識和實踐技能，體驗醫(yī)學科學探究的過程和方法、提高創(chuàng)新意識、樹立科學的價值觀，為學生創(chuàng)設(shè)了親身參與實踐的情境，同時還具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培養(yǎng)醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)學生的批判性思維和問題分析能力的重要途徑。

[關(guān)鍵詞] 虛擬仿真;實驗教學;醫(yī)學影像技術(shù);計算機體層成像

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）10-0095-04 [收稿日期] 2021-07-07

計算機體層成像（Computed Tomography，CT）檢查技術(shù)是醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)學生必須要掌握的核心技術(shù)之一，但由于CT設(shè)備價格昂貴、數(shù)目配置稀缺、占地面積大，且具有潛在的電離輻射危害，加之臨床CT檢查工作繁重，CT實驗教學開展難度大，國內(nèi)大多數(shù)高校以開展CT臨床見習代替實驗教學。臨床見習教學以“現(xiàn)場觀摩”及教師講解為主[1]，對學生的基本操作技能及臨床思維能力的培養(yǎng)幫助較小[2]。

虛擬仿真是借助網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與計算機技術(shù)，采用3D建模、人機交互、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)手段搭建的一個與現(xiàn)實環(huán)境相似的虛擬環(huán)境，沒有傳統(tǒng)的實驗教學器材，通過在計算機上用仿真軟件模擬現(xiàn)實的效果和實驗條件。學生在預(yù)先設(shè)定的條件下進行實驗操作，感受虛擬環(huán)境及實時交互反應(yīng)的逼真性[3]。虛擬仿真具有交互性、構(gòu)想性等特征，能夠把復(fù)雜問題簡單化、抽象概念直觀化等優(yōu)點，目前已成功應(yīng)用于醫(yī)學實踐操作教學[4-6]，并取得了一定的教學效果。

重慶醫(yī)科大學醫(yī)學影像技術(shù)學系在課程改革和課堂革命的理念下，運用計算機虛擬仿真技術(shù)，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CT虛擬仿真教學軟件，用于醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)的CT檢查技術(shù)實驗教學實踐。

一、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗教學安排

根據(jù)四年制醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)本科生培養(yǎng)計劃，我們擬定顱腦CT檢查技術(shù)、胸部CT檢查技術(shù)、腹部CT檢查技術(shù)及四肢脊柱CT檢查技術(shù)等4項虛擬仿真實驗。虛擬仿真實驗在教師的引導下，學生動手操作并完成實驗報告。線上自主學習1學時，主要內(nèi)容包括虛擬仿真實驗室使用注意事項、虛擬仿真實驗平臺的使用說明、虛擬仿真實驗的基本要求和實驗報告作業(yè);虛擬仿真實驗教學1學時，在重慶醫(yī)科大學醫(yī)學影像技術(shù)虛擬仿真實驗室上課，每次最多可供60名學生同時上機實訓操作，在每次實驗課程結(jié)束一周內(nèi)完成實驗報告。

二、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗教學流程

虛擬仿真實驗教學課程前，教學秘書在開學一周內(nèi)將虛擬仿真實驗室使用注意事項、虛擬仿真實驗平臺的使用說明上傳至線上教學平臺;負責每一項虛擬仿真實驗的教師在實驗課前一周將虛擬仿真實驗的基本要求和實驗報告作業(yè)上傳至線上教學平臺。線上部分要求學生在課前自主學習并完成，占一定比例的平時成績納入最終實驗結(jié)業(yè)考核。

虛擬仿真實驗教學課程中，要求在教師的引導下，學生動手操作，完成CT檢查技術(shù)，基本步驟包括：開機準備、患者準備、檢查前準備、檢查過程、圖像后處理及膠片打印等。學生在“練習模式”下，可以自己探索完成以上步驟，實驗結(jié)束后，系統(tǒng)可以對每一步進行評分，學生可以反復(fù)多次練習。如果某一部分掌握不好，可以在相應(yīng)的操作部分針對性練習操作，直至學習滿意。課后可以在網(wǎng)絡(luò)支持的環(huán)境下，遠程訪問虛擬仿真教學平臺，再次進行學習鞏固。在“考核模式”下，教師可以實現(xiàn)對學生學習情況的考核，同時可以對CT虛擬仿真進行管理，可在考核模塊添加任意一項CT檢查技術(shù)的考核，同時可查看學生考核信息（如考試時間、成績、操作步驟）。管理員可以實現(xiàn)對教師管理、學生管理及班級管理，統(tǒng)計教師的指導工作量、學生的學習時長和實踐成績等。

虛擬仿真實驗教學課程后，教師針對實驗教學情況，布置實驗報告作業(yè)，作業(yè)內(nèi)容主要針對CT檢查前準備工作、CT檢查的注意事項、CT檢查的掃描范圍、CT檢查的曝光參數(shù)、圖像后處理及膠片制作等內(nèi)容，重點考查學生對CT檢查技術(shù)的理解和臨床思維培養(yǎng)。鼓勵學生在課程結(jié)束后，遠程登錄虛擬仿真教學平臺再次溫習實驗內(nèi)容，思考CT檢查技術(shù)中容易出現(xiàn)的不規(guī)范或者錯誤的地方，為今后的臨床工作打下堅實基礎(chǔ)。

三、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗的優(yōu)勢

采用CT檢查技術(shù)虛擬仿真教學軟件進行實驗教學，一方面，可以加強醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)學生的臨床技能，能為學生早期接觸臨床提供機會和條件，提高學生臨床技能的操作能力和臨床思維能力，同時也避免了以患者為教學案例帶來的各種問題;另一方面，虛擬仿真實驗的實現(xiàn)將有效緩解高校在實驗場地和實驗器材等方面普遍面臨的困難和壓力，能夠突破傳統(tǒng)實驗對“時、空”的限制，并有助于提高實驗教學質(zhì)量。虛擬仿真教學彌補了傳統(tǒng)醫(yī)學實驗教學中的不足，解決標準化演示操作與順序性、程序性、規(guī)范性問題;解決實驗教學與考試考核的問題，實現(xiàn)教育公平。目前已成為國際醫(yī)學教育的研究前沿和發(fā)展方向，成為未來卓越醫(yī)務(wù)人員實踐能力培養(yǎng)的重要技術(shù)保障。

通過虛擬仿真來模擬整個CT檢查過程，不但可以實現(xiàn)無輻射操作，而且給學生創(chuàng)造反復(fù)、多次親自動手操作的機會。虛擬仿真將抽象的知識轉(zhuǎn)化為具體的仿真過程，有助于醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)的學生理解掌握CT檢查技術(shù)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展能力的培養(yǎng)，再結(jié)合課堂理論教學，與新的教學方法和教學手段相融合，培養(yǎng)具備扎實的專業(yè)理論知識和過硬的實踐技術(shù)的新時代醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)人才[7]。

四、CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗教學存在問題

虛擬仿真實驗教學是近幾年新興的教學模式，在CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗中，可以解決CT設(shè)備價格昂貴、數(shù)目配置稀缺、占地面積大等問題，同時實驗時不會出現(xiàn)電離輻射損傷，是一種比較容易被學生接受的教學手段。但通過對參與CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗學生的訪談及問卷進行分析，發(fā)現(xiàn)尚存在以下問題。

（一）虛擬仿真度低嚴重影響實驗效果

CT檢查技術(shù)虛擬仿真軟件，包括虛擬CT設(shè)備軟件系統(tǒng)、操作的人機交互界面、控制虛擬場景內(nèi)CT設(shè)備及放射科CT檢查室的操作環(huán)境，以上項目虛擬仿真度的要求高，尤其是高度仿真CT設(shè)備、CT檢查環(huán)境和CT檢查流程，其成本高、難度大。如果虛擬仿真度低，會造成學生體驗感差。在虛擬仿真實驗中，學習主動性就會受影響，最終影響實驗效果。

（二）部分教師教學方式仍采用傳統(tǒng)的教授方式

在虛擬仿真實驗中，學生可以進行自主學習和反復(fù)學習等學習活動。但在教學過程中，教師也發(fā)揮著重要作用。在虛擬仿真實驗前，教師要設(shè)計教學活動，提前準備好線上學習資料，提前了解學生情況與需求，做好學習引導與問題思考，在實際虛擬仿真實驗時，還要注意觀察虛擬仿真實驗效果，做好教學記錄及教學反饋。但受傳統(tǒng)臨床示教教學的影響，部分虛擬仿真實驗教學的教師還是采用講解式教學，沒有積極采用新式教學手段和教學思維，使得虛擬仿真實驗教學無法達到最優(yōu)效果[8]。

（三）虛擬仿真軟件交互簡單

雖然虛擬仿真教學應(yīng)用發(fā)展迅速，受到眾多學者和教師的研究和關(guān)注，但虛擬仿真軟件的交互性設(shè)計較為復(fù)雜。在實際的虛擬仿真軟件設(shè)計工作中，交互性設(shè)計的難度高、成本大，對計算機配置的要求高，導致大多數(shù)虛擬仿真軟件交互性不強。目前虛擬仿真實驗面臨著交互簡單、吸引力差等諸多問題，使得虛擬仿真實驗教學效果不理想。以CT檢查技術(shù)為例，多表現(xiàn)為學生只能單純跟著設(shè)計的流程實驗下去，如果與原本設(shè)計的實驗步驟或者實驗?zāi)_本不一致，將提示錯誤，過于機械化。另外，還存在關(guān)鍵步驟中掃描范圍很難與最終呈現(xiàn)的掃描圖像交互、相應(yīng)的操作很難和相應(yīng)的輸出結(jié)果交互等問題。

（四）虛擬仿真的案例教學設(shè)計薄弱

為了便于標準化教學和考核，降低軟件開發(fā)難度，目前主流的虛擬仿真的設(shè)計是基于標準檢查流程和標準檢查案例設(shè)計。虛擬仿真的病例相對比較固定，甚至很多設(shè)計是單一的標準病例，沒有出現(xiàn)臨床個性化病例和特殊意義的病例，導致學生學習每次學習到的病例重復(fù)，學習積極性下降。

五、虛擬仿真實驗教學改進措施

針對以上存在的教學問題，一一對應(yīng)做出以下改進。

1.設(shè)備的仿真要做到外形相似，是最基礎(chǔ)的要求，更高的要求是將核心功能做到相似。CT虛擬仿真軟件仿真度制作中難度最大的是一些聯(lián)動效果，比如掃描范圍與呈現(xiàn)圖像的聯(lián)動。操作者與檢查者的對話，以及檢查者的形態(tài)與動作都會影響著整體軟件的仿真度。通過軟件開發(fā)人員與專業(yè)的CT技術(shù)人員、實驗課程教師的積極溝通和改進，不斷提高虛擬仿真軟件的仿真度。

2.對虛擬仿真實驗課程的教師進行定期培訓，尤其是對其教學能力和教學手段進行培訓、訓練。虛擬仿真實驗教學，需要對軟件熟悉、對計算機操作熟練，同時還需要教師具有豐富的臨床經(jīng)驗與虛擬仿真教學相結(jié)合，對教師的綜合能力要求更高。

3.通過對學生使用體驗調(diào)查，合理設(shè)計虛擬仿真實驗的交互流程及交互方案，能夠為使用虛擬仿真實驗教學的學生提供多種互動模式，可以設(shè)計外延的硬件設(shè)置，讓學生可以通過硬件有更加順暢的操作和愉悅的體驗。

4.在日常工作中注意收集典型案例、疑難案例及有教育意義的案例，包括患者的基本信息、申請單信息、掃描信息和掃描流程信息等，可以用圖像、文字、音頻或視頻的形式呈現(xiàn)。將案例庫建設(shè)與虛擬仿真平臺有機結(jié)合，讓學生通過多種案例的練習，達到臨床勝任力培養(yǎng)的要求。

最后，改進虛擬仿真教學效果評價的方式，學生在完成虛擬仿真實驗后，可以通過查閱文獻及小組討論，完成實驗報告。教師對學生提交的實驗方案、實驗匯報、實驗結(jié)果和實驗總結(jié)等進行綜合考核與評價，重點關(guān)注學生綜合知識應(yīng)用與自主創(chuàng)新能力[9，10]。

結(jié)語

2017年，在教育部辦公廳關(guān)于開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設(shè)的通知中，鼓勵推進信息技術(shù)與高等教育實驗教學的深度融合，利用虛擬仿真技術(shù)，不斷加強高等教育的實驗教學建設(shè)與應(yīng)用，提高我國高等院校實驗教育的教學質(zhì)量和實踐育人水平。

構(gòu)建虛擬仿真的CT檢查設(shè)備、檢查環(huán)境和檢查病例等[11]，可以培養(yǎng)學生醫(yī)療安全觀念和實踐操作技能，同時還可以在線管理學生的學習情況，實現(xiàn)學生在線自主練習、操作軌跡全程記錄、錯誤分析統(tǒng)計等信息化管理模式，充分調(diào)動學生的主觀能動性，極大地提高了學生的學習效率[12]。

總之，開展CT檢查技術(shù)虛擬仿真實驗，醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)學生可以自主地獲取CT檢查的理論知識和實踐技能，體驗醫(yī)學科學探究的過程和方法，提高創(chuàng)新意識，樹立科學的價值觀，為學生創(chuàng)設(shè)了親身參與實踐的情境。同時還具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培養(yǎng)醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)學生的批判性思維和問題分析能力的重要途徑。

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Practice and Exploration on Virtual Simulation Experiment Teaching of CT Examination Technology

XIONG Ying1， 2， YU Ren-qiang2， 3

（1.Department of Oncology， Chongqing General Hospital， University of Chinese Academy of Sciences， Chongqing 400013， China; 2.Department of Medical Imaging Technology，Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China;3.Department of Radiology， The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China）

Abstract： The conventional experimental teaching of CT examination technology is difficult to carry out because of the high price of equipment， the scarcity of number and configuration， the large floor area and the potential harm of ionizing radiation. The authors team uses virtual simulation to carry out CT examination technology experiment teaching. Through the interview and questionnaire analysis of students participating in CT examination technology virtual simulation experiment， this paper puts forward the existing problems in CT examination technology virtual simulation experiment teaching， and solves the existing problems. Through the virtual simulation experiment of CT examination technology， students majoring in medical imaging technology can independently obtain the theoretical knowledge and practical skills of CT examination， experience the process and methods of medical scientific exploration， improve their awareness of innovation， and establish scientific values. It creates a situation for students to participate in practice. At the same time， it also has the educational functions of learning， stimulating interest， seeking truth， following reason and cultivating morality. It is an important way to independently explore and cultivate the critical thinking and problem analysis ability of students majoring in medical imaging technology.

Key words： virtual reality; experimental teaching; medical imaging technology; computed tomography