醫(yī)學影像虛擬仿真教學平臺實踐教學中的應用研究

孫維洋 韓楊 胡霖霖

摘 ?要： 虛擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產物。醫(yī)學影像學學生實踐能力的培養(yǎng)僅依靠附屬醫(yī)院有限的儀器和相對傳統(tǒng)的實驗教學手段是不能達到應用型人才培養(yǎng)目標的，它彌補了傳統(tǒng)醫(yī)學影像實驗教學中的諸多不足，學生可通過模擬的方式反復練習，并與傳統(tǒng)教學模式相互補充、相互促進。醫(yī)學影像教育中實驗室開放和自主學習需要大量學習資源，模擬醫(yī)學影像教育避免了醫(yī)療設備的不足和輻射等負面影響，虛擬仿真實驗教學中心的建設便應運而生。開展模擬醫(yī)學影像教育現(xiàn)已成為國際醫(yī)學影像學教育的研究前沿和發(fā)展方向。

關鍵詞： 虛擬仿真;醫(yī)學影像;實踐教學

中圖分類號： TP311.52 ? ?文獻標識碼： 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)學影像虛擬仿真教學平臺實踐教學中的應用研究[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)學影像學是現(xiàn)代醫(yī)學領域發(fā)展最快、涉及范圍最廣的學科之一。現(xiàn)代醫(yī)學影像學不僅要掌握豐富的專業(yè)內容，而且要具備一定基礎理論知識，掌握臨床相關學科知識與技能。并能熟練的掌握操作影像診療設備。為貫徹落實《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》（教高〔2012〕4號）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，國家教育部印發(fā)了《關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知》。其中虛擬仿真實驗教學的管理和共享平臺是中心建設的重要內容之一。

目前，醫(yī)學影像學專業(yè)學生實踐能力的培養(yǎng)僅依靠附屬醫(yī)院有限的儀器和相對傳統(tǒng)的實驗教學手段是不能達到應用型人才培養(yǎng)目標的。實驗手段較落后，儀器有限，學生較多，極大地減少了學生的動手機會，學生在出科考試及畢業(yè)考試環(huán)節(jié)，實踐動手能力不達標，嚴重影響了我校學生的培養(yǎng)質量，無法達到培養(yǎng)目標的要求。

近年來，隨著現(xiàn)代信息技術、網絡技術、多媒體技術的飛速發(fā)展，模擬醫(yī)學影像教育在全球迅速興起。它彌補了傳統(tǒng)醫(yī)學影像實驗教學中的諸多不足，學生可通過模擬的方式反復練習，并與傳統(tǒng)教學模式相互補充、相互促進。醫(yī)學影像教育中實驗室開放和自主學習需要大量學習資源，模擬醫(yī)學影像教育避免了醫(yī)療設備的不足和輻射等負面影響，虛擬仿真實驗教學中心的建設便應運而生。開展模擬醫(yī)學影像教育現(xiàn)已成為國際醫(yī)學影像學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)學等科室的場景再現(xiàn)，利用計算機、虛擬軟件等設備來虛擬仿真磁共振內部結構基本工作原理、磁共振成像和后處理。利用計算機軟件等設備來虛擬X線機的工作站，無需X線產生及成像的相關設備，對其數(shù)字化的醫(yī)學影像進行仿真和后處理。開設圖像灰度變換、數(shù)字減影技術、窗口技術、圖像重建、后處理技術等虛擬仿真實驗，超聲類型成像原理虛擬仿真，人體部位B超影像成像。提高學生對設備操作的規(guī)范性和流程性，滿足醫(yī)學對學生實際操作的要求。醫(yī)學影像虛擬仿真模塊平臺支持多方協(xié)作，與第三方教學軟件無縫對接。開放性平臺，支持多系統(tǒng)，多資源。虛擬仿真可以避免輻射危害，在進行實訓之前，學生和教師先進行場景化和具有沉浸感的演練和操作。虛擬仿真實驗教學平臺，緊扣國家教學大綱，以人衛(wèi)社為標準，學生不受教學場地、教學時間和空間的限制，隨時隨地對醫(yī)學知識進行預習、復習、練習和考試。豐富的題庫，滿足學生在線練習和考試，教師管理端可進行作業(yè)批改，后臺彈性刪減和增加教學試題等。實驗教學平臺具有學生與教師的實時交流互動、實驗室預約、在線考試、在線作業(yè)等功能。后臺大數(shù)據(jù)分析，實時掌握學生知識的難點，突破授課的瓶頸。積極探索虛擬仿真教學的新模式，構建新的醫(yī)學影像學實踐教學體系。擬仿真實驗教學是高等教育信息化建設和實驗教學示范中心建設的重要內容，是學科專業(yè)與信息技術深度融合的產物。

1 ?研究現(xiàn)狀與分析

1.1 ?教材內容無法滿足目前的教學需要

隨著醫(yī)學影像的快速發(fā)展，尤其是近些年的超聲、CT、數(shù)字化X線機、MRI、ECT和DSA等技術的出現(xiàn)，現(xiàn)在世界上每年都會涌現(xiàn)許多新的影像成果和專著。而我們的影像學教材，因教學教材的批量印刷及紙質載體限制，很難進行內容的變更與及時更新。無法與最新的前沿技術及成果無縫對接。

1.2 ?學生動手實踐能力欠缺

影像專業(yè)的實踐性很強。對學生的動手能力及實踐能力要求很高。但是在現(xiàn)有教學條件下。除了僅有的幾所將醫(yī)學影像專業(yè)作為品牌專業(yè)的院校投入了比較完善的設備外，多數(shù)影像專業(yè)的學生更多的是“紙上談兵”，缺乏動手實踐能力，無法快速適應畢業(yè)后的工作融入，運用該平臺提高實戰(zhàn)性。

1.3 ?硬件設備教學投入大，軟件投入少

眾所周知，醫(yī)學影像設備昂貴，但影像技術確在不斷的發(fā)展更新。購置所有新設備接軌最新最優(yōu)的技術是不現(xiàn)實的。且對于成像原理等課程的內容涉及，教師在教授時也無法準確的描述內部構造等關鍵內容，造成教學晦澀，授課效果不佳。且鑒于設備的養(yǎng)護成本、折舊等因素，造成了教學投入利用率較低等現(xiàn)實問題。運用此醫(yī)學影像教學平臺，每年定時更新即可，僅存在升級維護費用，大大降低了成本。

1.4 ?現(xiàn)有醫(yī)學影像設備存在輻射的危害

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

2 ?醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學模式及其特點

將醫(yī)院CT、MRI、DR、超聲、X射線、核醫(yī)學等設備的觀察學習應用到教學實踐中，該模塊實驗教學的目的是訓練學生熟悉醫(yī)學影像學診療設備的操作流程、掌握影像各種設備的成像原理，圖像示教與分析，影像報告書寫規(guī)范練習等實驗項目，搭建了與真實醫(yī)院工作環(huán)境一致的虛擬教學醫(yī)院，學生可以在實驗室網絡中任何一臺計算機上操作仿真，通過實驗模擬醫(yī)院場景漫游、設備認知、操作流程、檢查技術、檢查實戰(zhàn)、在線考核等不同角色的學習內容。實驗貼近實踐與工作環(huán)境掛鉤，便于激發(fā)學生興趣，進入實驗室后能將理論課學習的內容應用于具體操作，提前培養(yǎng)學生面向不同問題并解決實際困難的能力。醫(yī)院實習中，不可能給予學生完全的自由活動機會和獨立思考空間，醫(yī)院的特殊環(huán)境要求操作不容犯錯，虛擬仿真實驗則是開放性和允許反復嘗試，這也是其優(yōu)勢所在。實驗涉及影像診斷學、超聲診斷學、影像（X線）技術檢查學、影像核醫(yī)學、醫(yī)學圖像處理、介入放射學等課程。

3 ?醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學平臺的構建

利用虛擬技術充分利用現(xiàn)有計算機資源，配以獨特設計的軟硬件，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、數(shù)字X線機、X線計算機體層、磁共振、超聲和核醫(yī)學等成像設備的工作原理和操作過程，靈活運用計算機技術和虛擬技術來輔助教學，使理論授課和實驗教學達到完美融合，改善教學效果。

3.1 ?醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學平臺架構

醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學平臺主要包括教學管理、教務管理、內容系統(tǒng)三大部分（如圖1）。

3.2 ?醫(yī)學影像虛擬仿真平臺主要功能模塊

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

【虛擬仿真】可包含：場景漫游、設備認知、設備操作流程、檢查技術、檢查實戰(zhàn)、在線考核等（圖3）。

4 ?醫(yī)學影像虛擬仿真實驗的應用展望

圍繞醫(yī)學影像虛擬仿真系統(tǒng)將醫(yī)院CT、MRI、DR、超聲、X射線、核醫(yī)學等設備的觀察學習應用到教學實踐中，該模塊實驗教學的目的是訓練學生熟悉醫(yī)學影像學診療設備的操作流程、掌握影像各種設備的成像原理，圖像示教與分析，影像報告書寫規(guī)范練習等實驗項目，搭建了與真實醫(yī)院工作環(huán)境一致的虛擬教學醫(yī)院，學生可以在實驗室網絡中任何一臺計算機上操作仿真，通過實驗模擬醫(yī)院場景漫游、設備認知、操作流程、檢查技術、檢查實戰(zhàn)、在線考核等不同角色的學習內容。實驗貼近實踐與工作環(huán)境掛鉤，便于激發(fā)學生興趣，進入實驗室后能將理論課學習的內容應用于具體操作，提前培養(yǎng)學生面向不同問題并解決實際困難的能力。醫(yī)院實習中，不可能給予學生完全的自由活動機會和獨立思考空間，醫(yī)院的特殊環(huán)境要求操作不容犯錯，虛擬仿真實驗則是開放性和允許反復嘗試，這也是其優(yōu)勢所在。實驗涉及影像診斷學、超聲診斷學、影像（X線）技術檢查學、影像核醫(yī)學、醫(yī)學圖像處理、介入放射學等課程。探索和構建新的醫(yī)學影像實踐教學體系，在同類院校中起到示范帶頭作用。

5 ?結語

實驗教學改革對提高醫(yī)學影像學的教學質量起著重要作用。醫(yī)學影像虛擬仿真實驗教學平臺將學生引入一個充滿新奇的實驗王國，不僅激發(fā)了學生的學習興趣，還實現(xiàn)了學校資源的優(yōu)化配置與開放共享，有效解決了教學需求和實驗資源不足之間的矛盾。通過實驗教學模式的調整，真正做到了學以致用，幫助學生將理論知識與實踐相整合，為目前醫(yī)學影像學專業(yè)教學改革提供了新的思路和范本。

參考文獻

[1] 王曜暉， 周萬津， 姚新生， 等. 醫(yī)學虛擬仿真實驗教學中心的建設與探索[J]， 基礎醫(yī)學教育， 2018（12）： 113-115.

[2] 何春燕， 任安利， 劉欣， 等. 開放實驗室高端儀器虛擬仿真實驗構建與應用[J]， 基礎醫(yī)學教育， 2018（10）： 190.