基于胸部病變的影像檢查技術(shù)虛擬仿真實驗*

于毅 楊楠 張業(yè)宏 任瓊瓊

1．新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)工程學(xué)院；2．新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院教務(wù)處

基于胸部病變的影像檢查技術(shù)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)利用虛擬仿真技術(shù)，模擬構(gòu)建了影像檢查場景，學(xué)生通過PC、移動端登錄進入場景，以第一視角進入模擬場景，通過人機交互操作，對臨床胸部疾病檢查過程進行實驗實訓(xùn)和考核，有效地解決了醫(yī)學(xué)影像技術(shù)實訓(xùn)開展過程中的難點和痛點。

胸部病變是國內(nèi)病死率最高的疾患之一，發(fā)病率不斷遞增，嚴重威脅著人類健康和安全。隨著醫(yī)療信息化的不斷發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)作為目前臨床診斷最重要的診斷依據(jù)，如何應(yīng)用當(dāng)前先進的影像技術(shù)為臨床服務(wù)，為當(dāng)前醫(yī)學(xué)技術(shù)實驗實訓(xùn)教學(xué)的重點探索方向。在實際影像技術(shù)實驗實訓(xùn)教學(xué)過程中，因影像設(shè)備存在高輻射、高造價等問題，實驗實訓(xùn)教學(xué)難以開展。

實驗項目以基于胸部病癥的臨床案例作為實驗核心，充分利用三維虛擬技術(shù)和現(xiàn)有計算機資源，配以獨特設(shè)計的軟硬件，虛擬仿真實現(xiàn)普通儀器的全部功能，通過形象生動的操作畫面，真實地模擬了常規(guī)X線機、計算機體層、磁共振、CT等成像設(shè)備的工作原理和操作過程，靈活運用計算機技術(shù)和虛擬技術(shù)來輔助教學(xué)，使理論授課和實驗教學(xué)達到完美融合，改善教學(xué)效果。

1 實驗設(shè)計與實驗內(nèi)容

1.1 專業(yè)與年級要求

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)、醫(yī)學(xué)影像工程、生物醫(yī)學(xué)工程、臨床等專業(yè)三年級學(xué)生。

1.2 基本知識和能力要求

正在學(xué)習(xí)或已經(jīng)掌握診斷學(xué)、影像檢查技術(shù)、影像成像原理、影像設(shè)備學(xué)、影像解剖學(xué)等相關(guān)知識。

1.3 采用的教學(xué)方法及其目的

實驗項目采用線上線下互動教學(xué)的教學(xué)模式。線上利用基于三維技術(shù)搭建的醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真教學(xué)平臺進行在線學(xué)習(xí)（如圖1所示），采用PBL教學(xué)模式，以案例導(dǎo)入情景模擬，通過設(shè)計動態(tài)的3D場景，讓學(xué)習(xí)者進入模擬的影像檢查環(huán)節(jié)，由檢查環(huán)節(jié)評估到檢查過程的實施，讓學(xué)習(xí)者在開放性的環(huán)境中掌握輔助檢查申請的技巧，并掌握對影像學(xué)結(jié)果資料、檢驗學(xué)資料結(jié)果的判讀。線下利于影像檢查設(shè)備，對線上聯(lián)系進行強化，以提高實際操作能力為主，虛實結(jié)合，充分了解儀器操作流程，增強和大型儀器的互動，如圖2所示。

圖1 實驗系統(tǒng)設(shè)計Fig.1 Experimental system design

圖2 實驗框架Fig.2 Experimental framework

2 實施過程與實施效果

實驗項目實施過程結(jié)合虛擬仿真教學(xué)平臺實驗管理系統(tǒng)，實行互動式的全景教學(xué)，課上進行實驗學(xué)習(xí)的同時，課下學(xué)生可以隨時隨地登錄影像虛擬仿真教學(xué)平臺，進行在線學(xué)習(xí)、在線預(yù)習(xí)、在線實驗、在線提問、教師在線答疑等功能，打破了教學(xué)過程中時間與空間的限制，提高教學(xué)效率和質(zhì)量。

自實驗2017年上線以來，在相關(guān)專業(yè)開展了實踐教學(xué)，涉及的專業(yè)有醫(yī)學(xué)影像技術(shù)、臨床、生物醫(yī)學(xué)工程等。通過實驗實訓(xùn)的不斷開展，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)質(zhì)量有了很大提升，虛實結(jié)合的教學(xué)模式，不再使醫(yī)學(xué)影像技術(shù)教學(xué)枯燥無味，抽象難懂。

2.1 實驗方法描述

通過PC、手機等終端登錄醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真教學(xué)平臺，選擇進入胸部病變影像檢查技術(shù)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，導(dǎo)入三維虛擬仿真實驗場景，通過1∶1全景模擬臨床醫(yī)學(xué)檢查流程進行虛擬仿真操作實驗實訓(xùn)。

2.2 學(xué)生交互性操作步驟說明（共15步）

(1)登陸進入胸部病變影像檢查技術(shù)虛擬仿真教學(xué)系統(tǒng)，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)登錄界面Fig.3 System login interface

(2)影像檢查接診。

(3)核對醫(yī)囑單。

(4)選擇更衣室，進入場景。

(5)檢查前準備工作，如去除患者身上金屬物件了解有無不適宜影像檢查癥狀。

(6)錄入患者信息，核對無誤后確認上傳。

(7)進入掃描室，協(xié)助病人穿具防護服。

(8)輔助病人，確認正確的掃描體位。

(9)選擇正確的掃描體位，如圖4所示。

圖4 模擬選擇體位Fig.4 Simulated posture selection

(10)選擇正確的掃描基線。

(11)調(diào)整設(shè)備掃描位置，如圖5所示。

圖5 調(diào)整機器位置Fig.5 Adjusting the machine position

(12)調(diào)整掃描參數(shù)；

(13)確定胸部檢查的掃描范圍，如圖6所示。

圖6 調(diào)整設(shè)備掃描位置Fig.6 Adjusting the scanning position of the equipment

(14)開始掃描，曝光出圖，如圖7所示。

圖7 掃描成像Fig.7 Image formation

(15)檢查結(jié)束，協(xié)助病人離開，如圖8所示。

圖8 交代事項Fig.8 Doctor's order

2.3 考核要求

實驗項目分為訓(xùn)練和考核2種虛擬仿真實驗?zāi)Ｊ剑?xùn)練模式下，系統(tǒng)對知識點及關(guān)節(jié)步驟予以講解和提示，考核模式下，0提示學(xué)生自主操作，操作結(jié)束由系統(tǒng)自動統(tǒng)計考核成績。

2.4 實施效果

由教師科研成果轉(zhuǎn)化的醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真實驗不但解決了醫(yī)院影像教學(xué)存在的問題，而且通過此實驗，吸引學(xué)生進入教師課題組進行相關(guān)科學(xué)研究實驗。

3 結(jié)論

實驗項目在重視學(xué)生學(xué)與練的同時，也特別重視學(xué)生實驗后的反饋，學(xué)生可在實驗結(jié)束后，在醫(yī)學(xué)影像虛擬仿真教學(xué)平臺交互互動專區(qū)，進行實驗心得體會的上傳分享，也可以發(fā)起一個問題的討論，同時也可以對一些疑問點在線向老師發(fā)起提問，老師在線予以解答。

3.1 項目持續(xù)建設(shè)與服務(wù)計劃

實驗項目將依托于河南省醫(yī)學(xué)工程虛擬仿真實驗教學(xué)中心，結(jié)合虛擬現(xiàn)實、AI等現(xiàn)代信息技術(shù)，在現(xiàn)有項目基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強虛擬仿真教學(xué)項目的建設(shè)力度，建設(shè)覆蓋整個影像技術(shù)學(xué)科的規(guī)范性的、信息化的、智能化的精品項目。

3.2 面向高校的教學(xué)推廣應(yīng)用計劃

項目基于網(wǎng)絡(luò)化的虛擬仿真教學(xué)平臺進行瀏覽訪問，不受時間、空間的共享教學(xué)平臺，未開1～2年內(nèi)擬向周邊高校加大共享力度，適時的與周邊高校共建醫(yī)學(xué)影像技術(shù)虛擬仿真實驗共享平臺，共享實驗教學(xué)項目成果。

3.3 面向社會的推廣應(yīng)用計劃

計劃在未來5年內(nèi)，在與周邊高校共建醫(yī)學(xué)影像技術(shù)虛擬仿真教學(xué)共享平臺基礎(chǔ)上，立足中原，面向基層醫(yī)院和周邊高校開放，面向社會開放，搭建一個面向醫(yī)學(xué)影像技術(shù)人才學(xué)習(xí)和培養(yǎng)的信息化平臺。