虚实相结合的医学影像技术专业实验室建设初步探讨

    赵晓晔 成静 查干花

    

    

    

    摘? 要 为满足培养高素质应用型医学影像技术专业人才的需求，北方民族大学医学影像技术专业采取虚实结合、注重信息化的方式建立专业实验室，在实践课程教学中注重知识点的关联性，结合微课和信息化工具实现线上线下混合式教学。

    关键词 医学影像技术;实验室;虚拟仿真实验;混合式教学;微课;实验系统;PACS系统

    中图分类号：G482? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）08-0016-04

    Abstract In order to meet the demand for cultivating high-quality and practical talents of medical imaging technology， the author of the department of Medical Imaging Technology in Beifang University of Nationalities preliminarily explores how to establish the professional laboratory based on the combination of virtual and actual circum-stances. At the same time， the informatization is the other vital aspect of laboratory construction. The relevance of knowledge points is paid attention to and online and offline hybrid teaching is realized by utili-zing micro-teaching and information tools in the practical teaching.Key words medical imaging technology; laboratory; virtual simula-tion experiment; hybrid teaching; micro lecture; experiment system; PACS system

    1 前言

    实验教学是医学教育的重要组成部分，在培养高素质应用型医学技术人才方面发挥着十分重要的作用。实验室是进行实验教学的重要场所，担负着培养学生创新、独立工作和实践等能力的重要任务。医学影像技术专业本身具有较强的实践性，实践训练是提高学生专业技能的重要抓手，因此，医学影像技术专业的实验教学应制定更高的标准。必须要打破传统的教学模式，向着更加科学化、数字化和信息化的方向发展[1]。加强医学影像技术专业实验室的建设和教学模式改革，推动该专业实验教学方法和手段的改革，提高教学效率和质量。

    2 实验室建设和实验教学中存在的问题

    综合性大学无医学类实验室? 2012—2017年，教育部共审批同意48所高校设置医学影像技术专业，其中六所为综合性大学，无医学类专业。因此，无医学类专业综合性大学建设医学实验室，需要解决传统依赖真实尸体医学解剖实验室建设周期长、维护成本高、尸体来源少的问题。

    医学影像设备成本高? 该专业涉及医学影像设备种类多，每种医学影像检查设备又可分为不同种，如MRI（Magnetic Resonance Imaging，磁共振成像）有0.5 T、1.0 T、

    1.5 T和3.0 T等，生产厂家多，设备型号多。大型影像设备价格昂贵，X线设备存在的电离辐射和MRI中的高磁场强度，对场地和防护要求高，因此，仅靠学校投入，成本高，无法承担。

    对医院设备依赖性大? 由于学校难以投入大量资金购置检查设备，因此与专业技能相关的实验一般需要在医院进行，学生只能利用周末或者节假日进行练习，以避免影响医院正常运行。在此情况下，一方面需要频繁调课，另一方面由于学生人数多、时间紧，每位学生操作的时间有限，影响教学效果。

    知识点孤立? 解剖学教学中存在缺乏形态基础的从影像到影像和缺乏实用性的从断层标本到断层标本的教学方法。在影像诊断教学中一般以检查方法为单元授课，难以建立同种疾病多种检查方法的综合分析。因此，学生在学习过程中感觉知识点孤立，综合分析能力不强。

    3 实验室建设思路

    北方民族大学医院影像技术专业在校内实验室建设中以夯实学生基础、为进入临床实习做好准备为目的，采取软硬、虚实相结合的方式，重视信息化和数字化，建立实验中心，如图1所示。在教学中，采取先虚拟后实际，以实际为主，以虚拟为辅，借助虛拟实验直观、便于反复操作优势，让学生形成感性认识，掌握标准化操作流程，以便在实际操作中更快进入状态，后通过实际操作训练加深对概念、理论的理解，掌握实际操作流程。

    基础医学实验系统? 在现有生理学、生物化学实验室的基础上，引入虚拟仿真实验模块。虚拟仿真实验模块包括医学基础机能学实验、生物化学实验、形态学实验、显微互动实验，配备电子显微镜和一定数量的切片，完成从动物实验到细胞形态学的观察。通过虚拟仿真软件，学生可按照步骤完成相应的实验。目前可承担生理学、病理学、生物化学和组织胚胎学的实验教学任务。

    解剖学实验系统? 采取“虚拟+模型+标本”的方式，以虚拟解剖系统为纽带，以为学生建立系统、断层及影像之间直观、立体的联系为原则，直接为医学影像技术学科服务，如图2所示。

    在系统解剖学方面，以模型为主，兼有正常人体消化、泌尿、生殖、呼吸、神经系统的概观标本、人体骨架、主要脏器、骨关节、韧带标本以及各系统典型病理解剖学标本。模型包括人体全身解剖层次分解模型、透明半身躯干附血管神经模型、微电脑人体心动周期与大小循环演示仪、透明半身躯干附内脏模型等大型模型，以及各系统、脏器、骨关节等模型近500件。教学模型和标本以每个系统内器官的生理性连接顺序摆放，有利于学生的记忆和理解[2]。

    多点触控虚拟解剖系统（简称虚拟解剖系统）是真实尸体数据3D重建的解剖模型与立体化数字冷冻切片图像技术结合而成。通过该系统，学生不仅可多角度观察器官之间的毗邻关系，而且可观察解剖部位与影像的关联关系。学生可对3D解剖模型进行正向和逆向解剖与旋转缩放;可观察组织、器官乃至单个神经、血管等;通过对模型的切割，可观察矢状面、冠状面、横断面及任意切面解剖结构。此外，在该系统中将解剖模型及断面与X线、CT（Computed Tomo-graphy，X线计算机体层成像）影像图像进行融合，如图3所示。

    人体断层解剖学方面，以真实尸体标准为主，配备正常人体头颈躯干水平断面标本78片、正常人体头颈躯干下肢矢状断面标本16片、正常人体头颈躯干下肢冠状断面标本12片。对断层标本进行DR扫描和拍照，将影像和对应的图片上传到虚拟解剖系统图片库中。断层解剖学是直接为影像学科服务的，建设实验室时随时能获取相关教学资源和外部相关信息[3]。该实验室的交互式一体机与教学PACS系统连接，在教学过程中可隨时调取影像资料。

    在实验教学模式中，探索以人体影像断层解剖学为核心，以系统解剖学基础，通过解剖技能实训，利用人体美学概论建立解剖美学的概念，帮助学生进一步了解人体。在实验教学过程中以虚拟解剖系统和PACS为纽带，将系统解剖、断层解剖与临床影像三者结合，使三者建立形象、感性、直观、立体的链接，避免缺乏形态基础的从影像到影像和缺乏实用性的从断层标本到断层标本的教学方法，使得解剖学教学与影像专业教学紧密结合。

    医学影像检查技能实验系统? 该系统主要由综合实训中心和医学影像虚拟仿真操作模块组成。在实验教学中采取先让学生自行操作虚拟仿真系统、后实际操练的方式。

    虚拟仿真实验包括模拟DR训练系统与DR、MRI和CT虚拟操作模块。模拟DR实验室为仿真实验室，配有模拟X线机和DR工作站、影像库管理模块、练习与考核模块、教师机和学生机等，其功能和布局仿照医院DR，但使用过程中不产生X线，无辐射危害。学生可反复练习DR检查中的摆位及相应参数的选择，多种常见及罕见病例诊断及考核等。

    DR、MRI和CT虚拟操作模块将影像检查过程形成标准化流程，学生可按照步骤完成从开机、接收患者、摆放体位到完成检查的全过程，练习不同检查部分的扫描参数选择、体位摆放等。经过训练后使临床的衔接更加顺利，可用于学生影像检查投照体位的实验教学和实践操作训练。

    综合实训中心充分利用医院旧设备，将CT、DR和MRI拆卸安装后建立实训中心，供学生操作。

    医学影像设备实验系统? 在虚拟方面，该系统主要包括成像原理模块和设备安装模块。在成像原理模块中，将DR、MRI和CT的成像过程以动画形式演示成像，学生通过按钮可改变参数，观察不同参数对成像的影响。在设备安装模块中，学生可观察DR、MRI和CT三种设备分解过程，安装调试设备和进行机房布局。

    在实训方面，将合作医院旧彩超、CR、CT、胃肠机、乳腺机、口腔全景等影像设备和X线球管、影像增强器、高压发生器等部件搬迁至学校，可供学生拆卸、安装。

    在教学过程中，学生首先利用虚拟模块学习成像过程，对设备进行拆解、调试和故障分析;而后进行实地拆卸、安装，再利用虚拟软件进行机房布局;最后利用合作医院设备安装、拆卸或者维护的机会，实地动手学习。

    图像分析实验系统? 目前医院中使用的影像设备（CR、DR、CT、MRI）等都配有丰富的图像后处理软件，可以对形成的影像进行处理，满足诊断要求，因此，图像处理成为影像专业学生必须要掌握的基本技能之一[4]。

    该实验系统主要包括MATLAB、示教PACS/RIS系统及病例库。引入示教PACS/RIS系统，配备教师机、学生机、多媒体投影设备、交换机、拼接屏显示器、教师机图文工作站和CT/MRI专用医用显示屏，配备50台学生机图文工作站及同等数量的2 M灰阶医用显示器和2 M彩色医用显示器。目前，已经建立1000多例完整病例，包括影像资料，如DR、CT、MRI、超声和核医学影像，如图4所示。

    该实验系统承担医学图像处理、医学影像图像后处理和医学影像诊断学的实验内容。在图像处理学习中，在MATLAB 2010环境下，紧密结合临床影像应用，学生通过编写程序实现图像读取、变换、增强、重建、分割等基本图像处理的操作，如图5所示，加深对相关概念与理论的理解。之后，学生以临床病例影像为资源，练习胶片打印、三维重建、体重建、仿真内窥镜、最大密度与最小密度投影、多平面三维切片重建和多平面重建影像后处理的方法。并承担了“教学型PACS系统中的医学影像图像后处理技术在影像技术学实习教学中的应用”和“院校合作办学模式下《PACS技术》教学与实践”两项省部级教学改革与研究项目。

    在影像诊断教学中，尝试以病种为中心，开展多模态影像病例分析。选取典型病例，结合临床症状，分析疾病在不同种类影像检查中的图像表现，从而将多模影像分析有机结合，提高学生综合分析问题的能力，拓展学生思考问题的广度。

    其他实验系统? 主要是卫生统计系统和开放多媒体实验系统。其中，卫生统计系统安装SPSS 25软件，供医学统计学实验教学使用，为学生和教师科研服务;开放式解剖学多媒体教学系统配有解剖学图谱、文字、视频资料和考试题，开放式影像多媒体教学系统配有医学影像成像原理视频资料，一定数量CT、MRI和DR影像及病例，断层标本及注释和考试题。这些系统供学生自主学习。

    4 实验信息化建设助力教学模式改革

    对实验室实施全网覆盖，在实验室中心配有多媒体广播教学系统，可完成在线考核、抢答及分组讨论等，配备内置文件速递和即时交流工具。在每个实验室都配备教学中控台，安装摄像头和触摸式教学系统，教师在教学中不仅可实时录像，而且可以调用学校MOOC教学平台课程。

    开发基于安卓智能端的实验室管理和教学辅助软件。实验室管理软件实现用户登录、实验室介绍、实验室预约、实验室预约查询、信息发布、设备管理、学生电子签到等功能，实现实验室管理的信息化。通过教学辅助软件，教师可在课前发布调查问卷和试题进行学情分析，在课中发布试题和讨论，现场考核学生对知识的掌握情况，及时调整教学方法和内容。

    系统解剖学、超声诊断学、医学影像设备学等多门课程制作微课，在此基础上借助实验室信息化工具可方便地开展线上线下混合式教学，实现以学生学为中心的教学模式改革。

    5 结语

    通过虚实相结合的实验系统，利用信息化工具，北方民族大学医学影像技术专业采取虚实结合、注重信息化的方式建立专业实验室，开展线上线下混合式教学，减少实验教学过程中对医院设备的依赖，并将相关知识点有效衔接，提高了学生综合分析问题和解决问题的能力。

    参考文献

    [1]田丰.医学影像技术学实验教学改革之我见[J].才智，2016（2）：95.

    [2]王小亮.加强实验室建设，提供良好教学环境[J].现代医药卫生，2009（7）：1112-1113.

    [3]饶利兵，杨懿农，谢正兰，等.断层影像解剖学实验室的建设与思考[J].解剖科学进展，2013，19（5）：491，493.

    [4]陈建方，石波，曹明娜，等.虚实结合的影像专业实验模式构建[J].实验室研究与探索，2017，26（9）：189-192.