醫(yī)學影像虛擬仿真實驗平臺的運用實踐探索

鐘 依 張思雨 鄒親玉*

（1.長沙醫(yī)學院醫(yī)學影像學院，湖南 長沙，410219；2.長沙醫(yī)學院口腔醫(yī)學院，湖南 長沙，410219）

醫(yī)學影像虛擬仿真實驗平臺有效融合了真實實驗、現(xiàn)場實習實訓和虛擬仿真實驗，從而打造出帶有學校特色的虛擬仿真實驗平臺，可以有效實施多個專業(yè)課程的實驗項目。在現(xiàn)實操作過程當中，往往會遇到實驗無法進行的情況，這些實驗往往具有不可替代性、高危險性、極端環(huán)境需求性、高成本性、高消耗性以及不可逆轉(zhuǎn)性等特點，這也極大地增加了教師的教學難度，降低了學生的直觀理解度。此平臺有效應用了先進的技術(shù)手段，包括虛擬現(xiàn)實、人機交互、仿真軟件以及數(shù)據(jù)庫等，可以合理構(gòu)建虛擬實驗環(huán)境，并且包含相關(guān)的實驗對象，可以極大地滿足相關(guān)教學需求，使醫(yī)學影像的實驗教學水平得到有效提高。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

醫(yī)學影像學作為一門重要的實驗科學，需要通過具體實驗來發(fā)現(xiàn)相關(guān)的規(guī)律現(xiàn)象。通過有效開展醫(yī)學影像實驗課程，可以使學生的科學素質(zhì)、研究能力和創(chuàng)新能力得到有效培養(yǎng)。但實驗設(shè)備的耗資往往相對較大，而且還需要做好輻射防護工作，這也對醫(yī)學影像實驗的順利開展造成阻礙。在此背景下，學校需要有效打造醫(yī)學影像虛擬仿真實驗平臺，有效實施仿真實驗教學，其可以有效彌補實驗教學中的相關(guān)缺陷。在醫(yī)學影像仿真實驗開展過程中，利用計算機編程可以營造良好的仿真實驗環(huán)境氛圍，具體包括X 射線影像、磁共振影像、超聲波影像以及紅外線成像等[1]。

1.1 X 線機模塊

X 線機模塊主要采用計算機、軟件等相關(guān)設(shè)備，從而建設(shè)X 線機的工作站，不需要X 線的產(chǎn)生和成像設(shè)備，可以對醫(yī)學影像實現(xiàn)數(shù)字化仿真，并優(yōu)化其后期處理。具體來說，需要變換圖像灰度，并應用數(shù)字剪影技術(shù)、后處理技術(shù)以及窗口技術(shù)，對圖像有效重建，從而有效開展虛擬仿真實驗。

1.2 磁共振模塊

磁共振模塊具體需要利用虛擬軟件以及計算機等相關(guān)設(shè)備，通過磁共振的結(jié)構(gòu)原理，有效實現(xiàn)虛擬仿真處理，完成磁共振成像以及后期處理。通過對虛擬仿真的有效學習，可以更為深刻地了解磁共振的模塊工作原理，具體包括梯度磁場的調(diào)節(jié)與測量、反轉(zhuǎn)恢復序列側(cè)縱向持續(xù)時間、連續(xù)譜磁共振[2]。

1.3 醫(yī)學超聲模塊

針對醫(yī)學超聲模塊展開分析，其超聲成像原理具體而言包括兩種類型的虛擬仿真。通過此模塊，可以利用虛擬仿真技術(shù)，有效訓練學生對超聲儀器的使用，從而使學生能夠有效掌握A、B 超的相關(guān)工作原理。除此之外，通過合理利用人體部位的B 超成像，可以進一步保證相關(guān)設(shè)備操作的流程性以及規(guī)范性。

2 醫(yī)學影像虛擬仿真實驗平臺建設(shè)的必要性

首先，目前一些醫(yī)學生的實踐動手能力還相對較弱，而且缺乏臨床思維，未能樹立起良好的創(chuàng)新意識，專業(yè)能力相對較弱，這也對應用型醫(yī)學人才的培養(yǎng)造成了嚴重制約。而之所以出現(xiàn)以上問題，主要與受到相關(guān)因素的影響有關(guān)，具體包括實驗成本、實驗特殊條件、動物實驗不可逆性以及醫(yī)學倫理等。對此需要有效應用現(xiàn)代信息技術(shù)，并對具有共享性、開放性以及交互性的教學系統(tǒng)進行研究，開發(fā)出虛擬化和網(wǎng)絡化的實驗教學系統(tǒng)，有效搭建虛擬仿真實驗教學平臺，以此來促進實驗教學改革，學生能夠充分了解實驗內(nèi)容，并為學生提供良好的動手操作機會，有效打破醫(yī)學生在學習時受到的時空限制，有效突破醫(yī)學人才的培養(yǎng)瓶頸，推動醫(yī)學教育的健康發(fā)展[3]。

其次，近年來醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的準入制度已實現(xiàn)了深化改革，對相關(guān)醫(yī)療人員的專業(yè)能力也提出了更高要求。實習醫(yī)生并不具有職業(yè)醫(yī)生資格，所以在法律層面上不被允許從事相關(guān)臨床實踐操作。從法律層面展開分析，實習醫(yī)生所進行的臨床實踐行為是一種違法行醫(yī)。而我國相關(guān)部門對執(zhí)業(yè)醫(yī)師的資格考試改革也進行了分段實施，從而使此類問題得到解決。在醫(yī)院的各項工作開展過程中，上級醫(yī)師對實習醫(yī)生不敢完全放手，擔心其獨自操作無法順利完成，容易產(chǎn)生相關(guān)的醫(yī)療事故，引起醫(yī)療糾紛，這也降低了醫(yī)學生的臨床實踐能力，無法有效提高其職業(yè)素質(zhì)。因此，在學校教育階段應全面強化學生的臨床實驗教學，對此需要有效構(gòu)建醫(yī)學虛擬仿真實驗教學平臺，從而醫(yī)學生畢業(yè)后的工作能力得到有效提高。

最后，通過相關(guān)實踐可以發(fā)現(xiàn)，虛擬仿真教學具有十分顯著的教學成果，通過科學合理的搭建虛擬仿真實驗教學平臺，能夠充分發(fā)揮帶動與示范作用。但目前一些院校在此方面的資源還比較分散，未對其展開合理規(guī)劃和科學管理。因此，現(xiàn)階段需要有效創(chuàng)建基礎(chǔ)教育和醫(yī)學實驗的虛擬仿真教學平臺，并有效整合和集成平臺資源，使其集中于統(tǒng)一管理平臺，從而打破學科與課程的限制，結(jié)合專業(yè)教學和實驗教學改革需求建立起完善的教學體系，系統(tǒng)化地實施虛擬實驗，發(fā)揮出該類實驗的重要優(yōu)勢[4]。

3 醫(yī)學影像虛擬仿真實驗平臺的實際應用對策

3.1 醫(yī)學影像實驗室的一體化建設(shè)

在醫(yī)學專業(yè)課程教學期間，需要對實驗教學更加重視，而實驗室建設(shè)對于提高實驗教學質(zhì)量有著重要作用。通過有效開展實驗教學，可以有效培養(yǎng)學生觀察病變、動手操作以及疾病診斷等方面的能力，因此要高度重視實驗教學工作，使學生能夠有效結(jié)合所學理論與實踐，全面提高學生的專業(yè)水平。在實際建設(shè)專業(yè)實驗室時，需要結(jié)合實際情況，并樹立起長遠的發(fā)展目光，從整體角度考慮，有效加強醫(yī)學影像實驗室的一體化建設(shè)，從而使信息化教學需求得到滿足。在傳統(tǒng)醫(yī)學影像的實驗室中，由于受到當時條件的限制，所以實驗室布局相對分散，在功能上也比較單一，相關(guān)的實驗儀器和設(shè)備較為落后，未能得到有效匹配，因此無法使信息化教學需求得到滿足。為了使此局面得到改變，學校需要針對各課程教研組以及相關(guān)實驗室進行一體化改造，具體包括醫(yī)學電子、醫(yī)學影像（如超聲）診斷等實驗室。對一體化改造的有效落實可以使實驗室承擔多門專業(yè)課的實驗教學，使其滿足信息化背景下的實驗課程教學要求，從而使打造出的新型實驗室會全面提高實驗教學水平[5]。

3.2 優(yōu)化醫(yī)學影像實驗室的硬件設(shè)施配置

對于醫(yī)學影像應有效構(gòu)建數(shù)字仿真教學系統(tǒng)，需要有效整合校園網(wǎng)信息系統(tǒng)、服務器，從而打造出全新的管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對局域網(wǎng)中的實時影像加以利用，合理優(yōu)化科研工作，并通過校園網(wǎng)提供傳輸服務，采用一致且簡單的瀏覽器接口，有效采集和匯總相關(guān)的音頻、視頻以及圖像等信息，實現(xiàn)信息的有效共享。醫(yī)學影像數(shù)字仿真教學系統(tǒng)通常包括三個部分，分別為測試系統(tǒng)、實習系統(tǒng)及多媒體網(wǎng)絡教室。在多媒體網(wǎng)絡教室當中，需要對教師所采用的多媒體計算機主機、學生使用的計算機分機、程控交換機、投影儀、多媒體電子講臺以及電子白板等進行配備。網(wǎng)絡覆蓋需要具體覆蓋所有的辦公樓、宿舍以及教學樓，使網(wǎng)絡能夠暢通運行。這樣一來，學生可通過網(wǎng)絡資源實現(xiàn)自主學習。在實習系統(tǒng)當中儲存了大量影像資料，同時還包括編寫的病歷版，其具有影像報告模板、閱片工具以及看圖工具等相關(guān)教學軟件，需要安排指導教師對其專門負責。在測試系統(tǒng)當中則需要對標準化題庫進行設(shè)置，并要能夠隨機合成試卷，配備相關(guān)的分析工具，學生在學習后可自行選擇實習或測試，以此來檢驗自身的學習成果[6]。

3.3 創(chuàng)新醫(yī)學教育基礎(chǔ)與臨床結(jié)合的虛擬仿真實踐教育平臺

通過加強醫(yī)學的基礎(chǔ)教育，可以全面提高醫(yī)學生的學習能力和專業(yè)水平。因此需要對醫(yī)學生的教育基礎(chǔ)進行有效創(chuàng)新，并要充分結(jié)合虛擬仿真教育平臺，有效提高學生的專業(yè)知識水平，使其掌握相關(guān)技能。通過虛擬仿真教學手段結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)知識和臨床實踐技能，并將機能、虛擬、形態(tài)、實踐等有效融合，實現(xiàn)跨學科整合，從而使各個學科實現(xiàn)統(tǒng)一管理、有效的資源共享，全面提高醫(yī)學生的臨床實操能力，培育學生的臨床思維。在實際開展教育工作時，需要將器官功能、臨床技能、思維結(jié)構(gòu)等有效結(jié)合，同時還需要設(shè)計出具有特色的實驗教育系統(tǒng)，其需要對醫(yī)學影像的仿真虛擬平臺以及形態(tài)學仿真教育平臺等進行配置[7]。在平臺群設(shè)計過程中，需要按照由簡到繁和由高到低的原則，使其逐步過渡，確保能夠有效契合學生的臨床思維、符合學生的認知規(guī)律。在對教育內(nèi)容進行設(shè)計時，學生在前期應對相關(guān)臨床知識和技能進行學習，而到后期則應回歸到基礎(chǔ)教育，有效整合學生的所有學科內(nèi)容，使知識系統(tǒng)得到完善。在資源建設(shè)過程中，需要對相關(guān)實驗室、實驗教材、實驗課程以及教育資源等進行整合，并采取科學有效的激勵措施，充分調(diào)動教師開發(fā)與設(shè)計虛擬項目的積極性，并與高水準教師加強交流和學習活動。通過采用此資源建設(shè)模式，一方面可以使平臺的實效性和可持續(xù)性得到有效提升，另一方面還能夠使教師的綜合素質(zhì)得到有效提高[8]。

3.4 在實踐教育中引進網(wǎng)絡技術(shù)和多媒體技術(shù)

在實踐教育過程中，需要對以往的教育模式有效創(chuàng)新，具體應在實踐教育中引進多媒體和網(wǎng)絡技術(shù)，以此來有效創(chuàng)新和改革教育模式。具體來說，在對虛擬仿真教育平臺進行創(chuàng)建時，需要對實踐教育的信息化建設(shè)工作進行強化。在具體的教學過程中，任課教師需要充分利用平臺的多元化功能，從而使以往的教育模式得到創(chuàng)新。例如，在教育平臺中，教師可以在線布置任務并進行測試，通過平臺遠程訪問學生[9]。教師在平臺當中能夠批改學生的實驗報告，并將學生成績自動統(tǒng)計；同時在教育平臺中可以有效強化師生間的交流互動，有效保證醫(yī)學影像實踐教育、記錄、評價、互動傳輸?shù)冗^程的可視化，為教師的教育和學生的學習提供了全新渠道，使實踐教育資源庫得到有效豐富。在實踐教育期間，需要以學生為中心，合理優(yōu)化與改進教學模式。在實驗教學過程中可以有效應用智能技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)以及多媒體技術(shù)，使實驗教學的信息化建設(shè)水平得到有效提升。在此期間，學校自身需要加大資金投入，使平臺得到升級與改造，全面打造一體化的實驗教學信息化云平臺。而平臺應具有遠程指導、自主學習、師生互動、質(zhì)量控制與評價、可視化錄播等相關(guān)功能。除此之外，學校應和附屬醫(yī)院加強合作，共同打造相應的資源共享平臺，在實際教學過程中，附屬醫(yī)院中的相關(guān)典型臨床病例可以為學校教育提供幫助，從而使虛擬教育資源得以充實，并有效落實大規(guī)模、共享以及在線等實驗教育活動，極大地創(chuàng)新了傳統(tǒng)教育模式[10]。

3.5 自主研發(fā)虛擬仿真實驗項目

學?？赏ㄟ^有效開展科研工作促進提高教學水平，結(jié)合教學需求引進和購置虛擬仿真項目，同時還需要加大自主設(shè)計和研發(fā)力度，有效轉(zhuǎn)化相關(guān)的科研成果，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶒灲虒W方面的相關(guān)內(nèi)容[11]。近些年，隨著我國科學技術(shù)的快速發(fā)展，醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學中心也自主研發(fā)了PCS 網(wǎng)絡教學系統(tǒng)等，這使中心獲得了大量教育資源。為了使相關(guān)教學內(nèi)容能夠與學校的教學要求相匹配，并緊隨教學改革的步伐，需要有效開展自主設(shè)計相關(guān)的綜合型和創(chuàng)新型實驗項目，并將其在帶有學校特色的系列實驗教材中編入，如臨床技能學實訓、人體顯微機構(gòu)學、實驗醫(yī)學機能實驗學以及人體解剖學實驗等[12]。

4 醫(yī)學影像虛擬仿真實驗平臺實踐運用的整體效益分析

在學校醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)中，醫(yī)學影像診斷學是一門十分重要的專業(yè)課程。伴隨著我國影像診斷技術(shù)的快速發(fā)展，對此課程的教學也有了全新要求。需要對醫(yī)學影像虛擬仿真教學系統(tǒng)進行有效開發(fā)和應用，可以為廣大師生提供方便[13]。

首先，教師通過利用此網(wǎng)絡平臺，可以有效應用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)為學生在線上課。具體來說，在教學過程中可以為學生展現(xiàn)圖文并茂的CAI 課件，特別是病歷版的CAI課件十分受學生歡迎。

其次，在全新的教育環(huán)境中，學生不再被動接受學習，也不再孤立，而是可以以小組成員角色在協(xié)商式的學習活動中積極參與，并發(fā)表自己意見。有效開發(fā)此系統(tǒng)可以打破傳統(tǒng)教學模式的時空限制，教學活動的開展也不再局限于課堂，教師和學生之間的互動得到了明顯增強，成為了積極合作者。

再次，無論是在學校教室，還是在學生宿舍，學生都可以通過教學課件來完成學習和復習活動。而且此系統(tǒng)的開發(fā)與利用，可以充分體現(xiàn)出以學生為主的全新教育理念，可以由學生自己來控制學習時間與空間，極大地強化了學生的自主學習。在對此系統(tǒng)進行應用后，學生可以通過此系統(tǒng)有效進行自習和復習，極大地提高了學生的創(chuàng)新和實踐能力，使其能夠更快地承擔起實習工作[14]。

最后，在醫(yī)學院校專業(yè)教學過程中，通過合理構(gòu)建醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學平臺，學生的學習效果得到明顯提高，對學生就業(yè)能力的培養(yǎng)也具有重要作用。與此同時，通過有效融合此教學平臺和專業(yè)課程教學，可以極大地提高教學質(zhì)量。通過相關(guān)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，在某校的醫(yī)學專業(yè)教學過程中，通過合理利用此平臺，對專業(yè)學生未來就業(yè)起到了明顯幫助，學生畢業(yè)后的就業(yè)率對比往年明顯提高。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學平臺進行搭建，可以引導學生完成相關(guān)的仿真模擬訓練，有效掌握臨床影像技術(shù)的相關(guān)知識和技能，并使當前階段醫(yī)學影像技術(shù)在實踐教學過程中的不足得到有效彌補，進一步提高教學效果。在全新的社會發(fā)展時期，醫(yī)學教育改革也在持續(xù)深入當中，通過有效創(chuàng)新實踐教育，可以使醫(yī)學影像的教育質(zhì)量得到提升。通過運用醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學平臺，學生能夠進入到一個全新的實驗空間當中，不僅可以激發(fā)其積極性和創(chuàng)造性，還能夠進一步促進學校資源的開放與共享，使學校的教育需求得到滿足，全面提高教育質(zhì)量。