數(shù)字切片庫在病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課中的應(yīng)用

翟小潤,聶運(yùn)娟,車慧連,柴高尚

(江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)系, 無錫 214122)

病理學(xué)是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床醫(yī)學(xué)的橋梁學(xué)科,其重要程度不言而喻[1]。病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課是形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生觀察病理組織切片,以觀察該疾病的鏡下特點(diǎn),是臨床專業(yè)本科生非常重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容[2,3]。江南大學(xué)已有的“捷數(shù)字切片庫”系統(tǒng)到期需要繳納高額的續(xù)費(fèi)金。此系統(tǒng)中的很多病變不能滿足教學(xué)的要求,且無法按照教學(xué)章節(jié)分類。所以“捷達(dá)數(shù)字切片”在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中起輔助作用。江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院在病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,仍然使用傳統(tǒng)的病理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式帶教實(shí)驗(yàn)課程。

傳統(tǒng)病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的帶教是給予學(xué)生觀察染色制作成的玻璃切片[4]。江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院在病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn),玻璃切片在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際使用中,易破損,難補(bǔ)充。如風(fēng)濕性心肌炎這張切片非常難得,有典型的風(fēng)濕小體等特征的切片更是難以獲得。因此,我們更需要數(shù)字化的手段將這一切片永久保存,便于今后學(xué)生的觀察和理解。而且,傳統(tǒng)的玻片方式教學(xué)受時(shí)間空間條件限制,不能滿足病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行,還限制了學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

因此,江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院自主建設(shè)線上符合自身教學(xué)模式的數(shù)字切片庫,使用顯微成像系統(tǒng)將已有的教學(xué)切片進(jìn)行掃描,從而獲得高分辨率的圖像。后經(jīng)過教師的梳理標(biāo)記,將已成像的圖像進(jìn)行分類標(biāo)注,按照教學(xué)大綱分類匯總,便于學(xué)生在自主學(xué)習(xí)。我們?cè)谑褂脭?shù)字切片過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)數(shù)字切片的接受度非常高。學(xué)生普遍認(rèn)為數(shù)字切片更加清晰明確,且能夠打破實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)場所的限制。我們現(xiàn)將數(shù)字切片掃描方法和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下。

1 選擇樣本

目前,江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院現(xiàn)有的玻璃切片涵蓋約90種不同疾病,共計(jì)約2 000張玻璃切片。其中包含了許多現(xiàn)在稀少的病例切片,例如大葉性肺炎、風(fēng)濕性心肌炎、感染性心內(nèi)膜炎等切片。由于切片數(shù)量較多,有些切片存在顏色老化、病變部位不典型的問題。江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院先由經(jīng)驗(yàn)豐富的教師,在光鏡下進(jìn)行切片篩選,選擇出最具代表性的切片,并將切片按照章節(jié)進(jìn)行編號(hào),以便進(jìn)行下一步掃描。比如大葉性肺炎這張切片,不僅在呼吸系統(tǒng)章節(jié)中需要觀察,炎癥章節(jié)中也會(huì)觀察,所以學(xué)生選擇切片時(shí)不僅要看到清晰的炎癥細(xì)胞,也要看到纖維性炎癥的特征,如肺泡間隔之間有纖維素性網(wǎng)的連接等。

2 掃描方法

江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院數(shù)字切片的制作,使用匈牙利3DHISTECH公司研制的Pannoramic MIDI數(shù)字切片掃描與應(yīng)用系統(tǒng)[5]。該系統(tǒng)由真彩CCD攝像頭、全自動(dòng)顯微鏡、掃描控制系統(tǒng)組成[6]。

在掃描切片時(shí),為了獲得更高分辨率的數(shù)字切片,江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院選用Z軸景深拓展的掃描方式,先將全視野低倍下掃描,再將每個(gè)區(qū)域高倍鏡掃描,可以保證數(shù)字切片的清晰與無級(jí)放大[7,8]。日常病理切片的觀察一般只會(huì)放大20×,但是江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院在掃描切片的時(shí)候選擇放大40×。盡管掃描時(shí)間會(huì)增長,但能保證學(xué)生在各種放大倍數(shù)下看清細(xì)胞形態(tài)。掃描的圖片會(huì)被系統(tǒng)無縫拼接和處理,保留切片的真實(shí)色彩的同時(shí),保證了較高的分辨率。

3 成像觀察

掃描好的數(shù)字切片保存在電腦里。學(xué)生使用配套的CaseViewer軟件,可以看到切片的全景,也可以自由選擇切片的放大倍數(shù)。由于有些切片不在同一層面,甚至厚薄不一,所以掃描出來的圖片有些部位清晰,有些部位模糊。此時(shí)教師需要先大致檢查篩選。對(duì)于篩選后的切片,教師將內(nèi)容進(jìn)行解釋描述,并在不同放大倍數(shù)下做好標(biāo)記,并按照教材章節(jié)內(nèi)容歸類。

4 重點(diǎn)難點(diǎn)

構(gòu)建數(shù)字切片庫的主要目的是減少在病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程帶教的過程中對(duì)玻璃切片的依賴。江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院發(fā)現(xiàn),構(gòu)建的數(shù)字切片庫具有以下重點(diǎn)難點(diǎn):①切片的收集和篩選:教學(xué)大綱中,疾病種類甚多,相關(guān)切片的數(shù)量巨大,質(zhì)量不一。教師篩選切片時(shí),要挑選教材涉及且滿足教學(xué)需要的高質(zhì)量切片[9]。這個(gè)工作量非常大,需要教師花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。②數(shù)字切片要求:掃描后的數(shù)字切片要求圖片清晰,分辨率高[10,11],典型的病變部位結(jié)構(gòu)要清晰。掃描倍數(shù)要足夠,放大后才不會(huì)模糊。③典型結(jié)構(gòu)的標(biāo)注:特征性病變的標(biāo)注需要多名教師合作進(jìn)行,認(rèn)真辨別,仔細(xì)標(biāo)記,直觀易懂。標(biāo)記好的切片,教師再按照教學(xué)章節(jié)分類歸類。這些都需要教師投入大量的時(shí)間精力。④校園網(wǎng)的接入:數(shù)字切片庫的使用需要鏈接校園網(wǎng)。學(xué)生登錄校園網(wǎng),用電腦下載CaseViewer軟件,打開圖片庫,觀察圖片時(shí)可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖片任意位置,滾動(dòng)鼠標(biāo)進(jìn)行放大或縮小觀察,便于自主學(xué)習(xí)。⑤保密要求:數(shù)字切片非常珍貴,其安全性十分重要,可以選擇加密狗、口令密碼等方式對(duì)切片進(jìn)行瀏覽、閱讀、掃描。

5 數(shù)字切片的優(yōu)勢

數(shù)字切片成像是將玻璃切片數(shù)字化,進(jìn)而制作成圖像清晰、顏色保真、能永久保存的數(shù)字切片。另外,掃描的數(shù)字切片能夠按學(xué)生需求,放大任意倍數(shù),不受顯微鏡物鏡倍數(shù)限制。對(duì)于一些罕見的切片,師生更是能夠共享共用,豐富了病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)資源。學(xué)生在宿舍或者校園外,都可以通過登錄校園網(wǎng)學(xué)習(xí),打破了實(shí)驗(yàn)課對(duì)空間的限制性,增加了學(xué)習(xí)的靈活性。

6 數(shù)字切片使用效果問卷調(diào)查

為充分了解學(xué)生對(duì)病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的需求,即時(shí)知曉學(xué)生數(shù)字切片的接受程度,江南大學(xué)無錫醫(yī)學(xué)院采用調(diào)查問卷的形式,聽取學(xué)生的反饋意見,問卷內(nèi)容如下:①學(xué)生平時(shí)使用光鏡觀察玻璃切片能否滿足對(duì)課程的需要?選項(xiàng)為滿足、不滿足和不知道;②病理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中,學(xué)生更傾向于選擇光鏡觀察玻璃切片還是選擇電腦觀察數(shù)字切片?選項(xiàng)為光鏡觀察、數(shù)字切片和無所謂;③學(xué)生以往有無接觸過數(shù)字切片?選項(xiàng)為有和沒有;④數(shù)字切片是否能滿足學(xué)生對(duì)課程的需要?選項(xiàng)為滿足、不滿足和不知道;⑤數(shù)字切片是否能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性?選項(xiàng)為是、不是和不知道。

本研究發(fā)放問卷92份,回收問卷85份,回收率92.5%。教師對(duì)回收結(jié)果進(jìn)行描述性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),95%的醫(yī)學(xué)生認(rèn)為數(shù)字切片能夠滿足課程需要,并且能夠提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字系統(tǒng)的發(fā)展,極大改革了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式。實(shí)驗(yàn)教師要在新形勢下,研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò),設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,以學(xué)生為中心,改革創(chuàng)新,方便學(xué)生學(xué)習(xí)。大多形態(tài)學(xué)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以充分利用數(shù)字圖庫,完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)[12,13]。

病理學(xué)數(shù)字切片庫在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮重要作用,高清晰度的數(shù)字切片系統(tǒng)全天24 h全面開放。師生均可通過校園網(wǎng),跨時(shí)空觀察標(biāo)注數(shù)字切片[14,15]?？偠灾?病理學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)字切片庫可以讓學(xué)生將自學(xué)和自測融為一體,高效完成實(shí)驗(yàn)教學(xué),是符合形勢的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源。