醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究

孫維洋 韓楊 胡霖霖

摘 ?要： 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。醫(yī)學(xué)影像學(xué)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)僅依靠附屬醫(yī)院有限的儀器和相對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段是不能達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的，它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的諸多不足，學(xué)生可通過(guò)模擬的方式反復(fù)練習(xí)，并與傳統(tǒng)教學(xué)模式相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)。醫(yī)學(xué)影像教育中實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放和自主學(xué)習(xí)需要大量學(xué)習(xí)資源，模擬醫(yī)學(xué)影像教育避免了醫(yī)療設(shè)備的不足和輻射等負(fù)面影響，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)便應(yīng)運(yùn)而生。開(kāi)展模擬醫(yī)學(xué)影像教育現(xiàn)已成為國(guó)際醫(yī)學(xué)影像學(xué)教育的研究前沿和發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞： 虛擬仿真;醫(yī)學(xué)影像;實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)： TP311.52 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.019

本文著錄格式：孫維洋，韓楊，胡霖霖，等. 醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用研究[J]. 軟件，2019，40（5）：98101

【Abstract】： Virtual simulation experiment teaching is an important part of the construction of higher education informatization and experimental teaching demonstration center， and is the product of the deep integration of disciplines and information technology. The training of medical imaging students' practical ability cannot reach the training goal of applied talents only by relying on the limited instruments of affiliated hospitals and relatively traditional experimental teaching methods. It makes up for many deficiencies in traditional medical imaging experimental teaching. Students can practice repeatedly through simulation and complement and promote each other with traditional teaching mode. In medical imaging education， laboratory opening and autonomous learning require a large amount of learning resources. Simulated medical imaging education avoids the negative effects of medical equipment shortage and radiation， and the construction of virtual simulation experiment teaching center arises at the historic moment. Developing simulated medical imaging education has now become the research frontier and development direction of international medical imaging education.

【Key words】： Virtual simulation; Medical imaging; Practice teaching

0 ?引言

醫(yī)學(xué)影像學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最快、涉及范圍最廣的學(xué)科之一。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像學(xué)不僅要掌握豐富的專業(yè)內(nèi)容，而且要具備一定基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握臨床相關(guān)學(xué)科知識(shí)與技能。并能熟練的掌握操作影像診療設(shè)備。為貫徹落實(shí)《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)》（教高〔2012〕4號(hào)）精神，根據(jù)《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，2013年8月13日，國(guó)家教育部印發(fā)了《關(guān)于開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的通知》。其中虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理和共享平臺(tái)是中心建設(shè)的重要內(nèi)容之一。

目前，醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)僅依靠附屬醫(yī)院有限的儀器和相對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段是不能達(dá)到應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的。實(shí)驗(yàn)手段較落后，儀器有限，學(xué)生較多，極大地減少了學(xué)生的動(dòng)手機(jī)會(huì)，學(xué)生在出科考試及畢業(yè)考試環(huán)節(jié)，實(shí)踐動(dòng)手能力不達(dá)標(biāo)，嚴(yán)重影響了我校學(xué)生的培養(yǎng)質(zhì)量，無(wú)法達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，模擬醫(yī)學(xué)影像教育在全球迅速興起。它彌補(bǔ)了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的諸多不足，學(xué)生可通過(guò)模擬的方式反復(fù)練習(xí)，并與傳統(tǒng)教學(xué)模式相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)。醫(yī)學(xué)影像教育中實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放和自主學(xué)習(xí)需要大量學(xué)習(xí)資源，模擬醫(yī)學(xué)影像教育避免了醫(yī)療設(shè)備的不足和輻射等負(fù)面影響，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)便應(yīng)運(yùn)而生。開(kāi)展模擬醫(yī)學(xué)影像教育現(xiàn)已成為國(guó)際醫(yī)學(xué)影像學(xué)教育的研究前沿和發(fā)展方向。

本課題目的是展現(xiàn)醫(yī)院影像科、超聲科、介入、核醫(yī)學(xué)等科室的場(chǎng)景再現(xiàn)，利用計(jì)算機(jī)、虛擬軟件等設(shè)備來(lái)虛擬仿真磁共振內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本工作原理、磁共振成像和后處理。利用計(jì)算機(jī)軟件等設(shè)備來(lái)虛擬X線機(jī)的工作站，無(wú)需X線產(chǎn)生及成像的相關(guān)設(shè)備，對(duì)其數(shù)字化的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行仿真和后處理。開(kāi)設(shè)圖像灰度變換、數(shù)字減影技術(shù)、窗口技術(shù)、圖像重建、后處理技術(shù)等虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，超聲類型成像原理虛擬仿真，人體部位B超影像成像。提高學(xué)生對(duì)設(shè)備操作的規(guī)范性和流程性，滿足醫(yī)學(xué)對(duì)學(xué)生實(shí)際操作的要求。醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真模塊平臺(tái)支持多方協(xié)作，與第三方教學(xué)軟件無(wú)縫對(duì)接。開(kāi)放性平臺(tái)，支持多系統(tǒng)，多資源。虛擬仿真可以避免輻射危害，在進(jìn)行實(shí)訓(xùn)之前，學(xué)生和教師先進(jìn)行場(chǎng)景化和具有沉浸感的演練和操作。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，緊扣國(guó)家教學(xué)大綱，以人衛(wèi)社為標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生不受教學(xué)場(chǎng)地、教學(xué)時(shí)間和空間的限制，隨時(shí)隨地對(duì)醫(yī)學(xué)知識(shí)進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、練習(xí)和考試。豐富的題庫(kù)，滿足學(xué)生在線練習(xí)和考試，教師管理端可進(jìn)行作業(yè)批改，后臺(tái)彈性刪減和增加教學(xué)試題等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)具有學(xué)生與教師的實(shí)時(shí)交流互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、在線考試、在線作業(yè)等功能。后臺(tái)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)掌握學(xué)生知識(shí)的難點(diǎn)，突破授課的瓶頸。積極探索虛擬仿真教學(xué)的新模式，構(gòu)建新的醫(yī)學(xué)影像學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系。擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育信息化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)的重要內(nèi)容，是學(xué)科專業(yè)與信息技術(shù)深度融合的產(chǎn)物。

1 ?研究現(xiàn)狀與分析

1.1 ?教材內(nèi)容無(wú)法滿足目前的教學(xué)需要

隨著醫(yī)學(xué)影像的快速發(fā)展，尤其是近些年的超聲、CT、數(shù)字化X線機(jī)、MRI、ECT和DSA等技術(shù)的出現(xiàn)，現(xiàn)在世界上每年都會(huì)涌現(xiàn)許多新的影像成果和專著。而我們的影像學(xué)教材，因教學(xué)教材的批量印刷及紙質(zhì)載體限制，很難進(jìn)行內(nèi)容的變更與及時(shí)更新。無(wú)法與最新的前沿技術(shù)及成果無(wú)縫對(duì)接。

1.2 ?學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力欠缺

影像專業(yè)的實(shí)踐性很強(qiáng)。對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力及實(shí)踐能力要求很高。但是在現(xiàn)有教學(xué)條件下。除了僅有的幾所將醫(yī)學(xué)影像專業(yè)作為品牌專業(yè)的院校投入了比較完善的設(shè)備外，多數(shù)影像專業(yè)的學(xué)生更多的是“紙上談兵”，缺乏動(dòng)手實(shí)踐能力，無(wú)法快速適應(yīng)畢業(yè)后的工作融入，運(yùn)用該平臺(tái)提高實(shí)戰(zhàn)性。

1.3 ?硬件設(shè)備教學(xué)投入大，軟件投入少

眾所周知，醫(yī)學(xué)影像設(shè)備昂貴，但影像技術(shù)確在不斷的發(fā)展更新。購(gòu)置所有新設(shè)備接軌最新最優(yōu)的技術(shù)是不現(xiàn)實(shí)的。且對(duì)于成像原理等課程的內(nèi)容涉及，教師在教授時(shí)也無(wú)法準(zhǔn)確的描述內(nèi)部構(gòu)造等關(guān)鍵內(nèi)容，造成教學(xué)晦澀，授課效果不佳。且鑒于設(shè)備的養(yǎng)護(hù)成本、折舊等因素，造成了教學(xué)投入利用率較低等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。運(yùn)用此醫(yī)學(xué)影像教學(xué)平臺(tái)，每年定時(shí)更新即可，僅存在升級(jí)維護(hù)費(fèi)用，大大降低了成本。

1.4 ?現(xiàn)有醫(yī)學(xué)影像設(shè)備存在輻射的危害

得益于現(xiàn)有設(shè)備的飛速發(fā)展，及保護(hù)措施得當(dāng)。部分影像設(shè)備已經(jīng)大大的降低了授線量及危害性。但由于影像專業(yè)對(duì)于操作實(shí)踐性的操作熟練及精度的特殊要求，無(wú)論對(duì)于教學(xué)還是初入工作的工作者來(lái)說(shuō)，對(duì)于設(shè)備的熟悉程度、操作流程、規(guī)范化操作等環(huán)節(jié)，都顯得尤為重要，以健康為代價(jià)換取水平提升的問(wèn)題急需破解。

2 ?醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式及其特點(diǎn)

將醫(yī)院CT、MRI、DR、超聲、X射線、核醫(yī)學(xué)等設(shè)備的觀察學(xué)習(xí)應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，該模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生熟悉醫(yī)學(xué)影像學(xué)診療設(shè)備的操作流程、掌握影像各種設(shè)備的成像原理，圖像示教與分析，影像報(bào)告書(shū)寫(xiě)規(guī)范練習(xí)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，搭建了與真實(shí)醫(yī)院工作環(huán)境一致的虛擬教學(xué)醫(yī)院，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上操作仿真，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M醫(yī)院場(chǎng)景漫游、設(shè)備認(rèn)知、操作流程、檢查技術(shù)、檢查實(shí)戰(zhàn)、在線考核等不同角色的學(xué)習(xí)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)貼近實(shí)踐與工作環(huán)境掛鉤，便于激發(fā)學(xué)生興趣，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后能將理論課學(xué)習(xí)的內(nèi)容應(yīng)用于具體操作，提前培養(yǎng)學(xué)生面向不同問(wèn)題并解決實(shí)際困難的能力。醫(yī)院實(shí)習(xí)中，不可能給予學(xué)生完全的自由活動(dòng)機(jī)會(huì)和獨(dú)立思考空間，醫(yī)院的特殊環(huán)境要求操作不容犯錯(cuò)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則是開(kāi)放性和允許反復(fù)嘗試，這也是其優(yōu)勢(shì)所在。實(shí)驗(yàn)涉及影像診斷學(xué)、超聲診斷學(xué)、影像（X線）技術(shù)檢查學(xué)、影像核醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理、介入放射學(xué)等課程。

3 ?醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建

利用虛擬技術(shù)充分利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源，配以獨(dú)特設(shè)計(jì)的軟硬件，實(shí)現(xiàn)普通儀器的全部功能，通過(guò)形象生動(dòng)的操作畫(huà)面，真實(shí)地模擬了常規(guī)X線機(jī)、數(shù)字X線機(jī)、X線計(jì)算機(jī)體層、磁共振、超聲和核醫(yī)學(xué)等成像設(shè)備的工作原理和操作過(guò)程，靈活運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬技術(shù)來(lái)輔助教學(xué)，使理論授課和實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到完美融合，改善教學(xué)效果。

3.1 ?醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)架構(gòu)

醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)主要包括教學(xué)管理、教務(wù)管理、內(nèi)容系統(tǒng)三大部分（如圖1）。

3.2 ?醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真平臺(tái)主要功能模塊

【中心門戶】模塊（圖2）可包括首頁(yè)、中心概況、虛擬仿真、在線課程、教學(xué)成果、統(tǒng)計(jì)中心、交流互動(dòng)、校企合作等。

【虛擬仿真】可包含：場(chǎng)景漫游、設(shè)備認(rèn)知、設(shè)備操作流程、檢查技術(shù)、檢查實(shí)戰(zhàn)、在線考核等（圖3）。

4 ?醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用展望

圍繞醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真系統(tǒng)將醫(yī)院CT、MRI、DR、超聲、X射線、核醫(yī)學(xué)等設(shè)備的觀察學(xué)習(xí)應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中，該模塊實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是訓(xùn)練學(xué)生熟悉醫(yī)學(xué)影像學(xué)診療設(shè)備的操作流程、掌握影像各種設(shè)備的成像原理，圖像示教與分析，影像報(bào)告書(shū)寫(xiě)規(guī)范練習(xí)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，搭建了與真實(shí)醫(yī)院工作環(huán)境一致的虛擬教學(xué)醫(yī)院，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)中任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)上操作仿真，通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)M醫(yī)院場(chǎng)景漫游、設(shè)備認(rèn)知、操作流程、檢查技術(shù)、檢查實(shí)戰(zhàn)、在線考核等不同角色的學(xué)習(xí)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)貼近實(shí)踐與工作環(huán)境掛鉤，便于激發(fā)學(xué)生興趣，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后能將理論課學(xué)習(xí)的內(nèi)容應(yīng)用于具體操作，提前培養(yǎng)學(xué)生面向不同問(wèn)題并解決實(shí)際困難的能力。醫(yī)院實(shí)習(xí)中，不可能給予學(xué)生完全的自由活動(dòng)機(jī)會(huì)和獨(dú)立思考空間，醫(yī)院的特殊環(huán)境要求操作不容犯錯(cuò)，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)則是開(kāi)放性和允許反復(fù)嘗試，這也是其優(yōu)勢(shì)所在。實(shí)驗(yàn)涉及影像診斷學(xué)、超聲診斷學(xué)、影像（X線）技術(shù)檢查學(xué)、影像核醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理、介入放射學(xué)等課程。探索和構(gòu)建新的醫(yī)學(xué)影像實(shí)踐教學(xué)體系，在同類院校中起到示范帶頭作用。

5 ?結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)提高醫(yī)學(xué)影像學(xué)的教學(xué)質(zhì)量起著重要作用。醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)將學(xué)生引入一個(gè)充滿新奇的實(shí)驗(yàn)王國(guó)，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還實(shí)現(xiàn)了學(xué)校資源的優(yōu)化配置與開(kāi)放共享，有效解決了教學(xué)需求和實(shí)驗(yàn)資源不足之間的矛盾。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的調(diào)整，真正做到了學(xué)以致用，幫助學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐相整合，為目前醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)教學(xué)改革提供了新的思路和范本。

參考文獻(xiàn)

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