网络环境下形态学数字切片库的建立与应用探索
汪洁 伊雪 巫佳翠 石莺 于述伟
摘 要：作者通过数字切片扫描系统与应用系统将200张形态学教学切片扫描成数字切片，将数字切片和真实玻片相结合进行实验教学，开展网络环境下形态数字切片库的建立与应用探索，研究表明：数字切片与显微数码互动系统相结合的实验教学取得了较好的教学效果，也方便了教学工作的展开。形态学数字切片库的建立在很大程度上弥补了传统切片与显微数码互动系统相结合的实验教学的不足，也丰富了学校教学资源库。
关键词：形态学实验教学;数字切片;教学改革
中图分类号：R329.4，R361+.2 ? ? ?文献标志码：A ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2019）12-0086-03
数字切片（digital slide）又称虚拟切片（virtual slide），它是将传统的玻璃切片通过全自动显微镜或数字切片系统全方位快速扫描而得到的高分辨数字图像。通过计算机对得到的高分辨数字图像自动进行高精度多视野无缝隙拼接和处理，最终形成了一张张包含了整个载玻片全部信息的可视化数据。将大量的数字切片分类归档存储在服务器中，这样建立一个资源库，即为数字切片库。
随着计算机图像技术的发展，数字切片技术为形态学切片的学习提供了新思路[1] 。数字切片目前已经应用于形态学实验教学及临床病理远程会诊等领域中。一、传统形态学实验教学的特点
组织胚胎学与病理学都是医学形态学的基础课程，因内容涉及的是人体的微细结构，内容相对抽象难懂，单凭肉眼无法观察，必须借助显微镜将微观世界呈现出来，将抽象的概念变得真实而具体。为方便学生对理论知识的理解和记忆，同时培养学生分析和解决问题的能力，其实验课程就显得尤为重要。寻求更高效的实验教学模式已经成为提高形态学实验教学质量和教学效率的迫切要求[2]。
传统的形态学实验教学是教师利用图谱、幻灯片等对组织、器官的形态和功能进行讲解，学生则在光学显微镜下观察玻璃教学切片以加深对理论知识的理解和记忆。经过多年的教学实践，教师和学生发现用玻璃切片进行实验教学存在很大的局限性。随着医药卫生条件的改善和医疗技术的发展， 人类的传染病、寄生虫病已经逐渐得到控制，与此同时各种疾病的治愈率也明显提高，这就使得教学切片标本来源受到很大限制。一些典型病变的教学切片多依赖于老一辈专家的积累，但随着时间的推移，切片出现褪色、老化、破损[3]，这些诸多因素制约了形态学实验教学的发展，也不利于学生自主学习的形成及学习习惯的培养[4]。因此，人们一直在寻找一种新的形态学实验教学方法来弥补传统实验教学的不足。
随着时代的发展和科技的进步，教育理念和教学方式正加速革新。2013年以来，随着国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的全面启动[5]，虚拟仿真实验教学得到广泛的应用与发展。对于形态学实验教学而言，数字切片库的建立与应用契合了形态学虚拟仿真教学的趋势和要求。通过高质量的学习资源库、多种形式的师生互动方式，提高了教学能力，丰富了教学内容，便于有效地管理实验教学资源及实现校内外实验教学的资源共享。2.形态学数字切片库在实验教学中的应用
我校形态学实验室由四间显微数码互动室组成。其中两间显微数码互动室配备64+1套显微数码互动系统，另两间配备35+1套显微数码互动系统，可分别容纳64名和35名学生同时观察不同切片，每位学生都配备一套组织胚胎学与病理学的教学切片，通过电脑网络系统，利用声、像、文字形式在师生之间、学生之间互相动态交流学习。2015年实验室新购置的组织胚胎学与病理学教学切片共计200张，2017年初将这200张教学切片通过Motic数字切片扫描系统与应用系统扫描成数字切片。
具体操作如下：先在高倍物镜（40×）下预览整张切片的图像，自动采集数字化显微图像，然后根据需要选择扫描切片的模式（标准、高分辨、景深扩展），通过数字切片系统，结合控制与扫描软件，把传统玻璃切片进行全方位快速扫描而得到高分辨数字图像，通过计算机对得到的高分辨数字图像自动进行高精度多视野无缝隙拼接和处理，生成一张全视野的数字化切片并进行储存[6][7]。观察时可利用配套的免费浏览软件Motic DSAssistant Lite对采集好的数字切片在计算机上进行0.04-40倍范围内的任意倍数的观察，并可实现无极倍率变化连续浏览切片[8]。如图1所示， Motic DSAssistant Lite下可同时观察六张不同切片，并可随意切换图像。图1左上方为全景导航图，可点击菜单选项中相应按钮调整图像大小，进行标注、测量、拍照等一系列操作。图1为病理学切片-高分化鳞癌在10倍物镜下观察的图像。图2为高分化鳞癌40倍物镜下观察的图像，癌巢中央可见层状的角化物，称角化珠，细胞间可见细胞间桥。
目前已对我校5个医学专业本科和专科约1500名学生进行试用。经过一年多近4万人时数的数字切片实验教学，与传统的玻璃切片实验教学相比较，达到了较好的教学效果，也方便了教学工作的展开。
我们把2017级临床本科1、2班40人作为对照组，用传统的组织学玻璃切片和显微数码互动系统结合进行实验教学与考核;另将2017级临床本科3、4班40人作为实验组，由同一位教师用数字切片和显微数码互动系统结合进行实验教学与考核。
传统切片和显微数码互动系统结合与数字切片和显微数码互动系统结合的实验考核成绩的比较如表1所示，对照组班级的实验成绩平均分为80.63分，实验组班级的实验成绩平均分为87.37分，经成对样本T检验得出t值为-5.303，P<0.01。提示实验组班级的实验成绩高于对照组班级，差异具有统计学意义。
另外，我们还对使用数字切片和显微数码互动系统结合进行实验教学的班级进行了问卷调查，其中教师10份，学生50份，共60份调查表，回收60份，回收率100%。对使用数字切片和显微数码互动系统结合进行实验教学的50名学生进行实验教学评价调查的结果见表2， 对使用数字切片和显微数码互动系统结合进行实验教学的10名教师进行实验教学评价的调查结果见表3。
通过调查可知，92%的学生认为数字切片和显微数码互动系统结合方便了课前预习及课后复习，86%的学生认为可增强实验课的趣味性，82%的学生认为加深了对理论知识的理解和记忆，96%的学生对整体实验教学比较满意。另外，100%的教师认为数字切片和显微数码互动系统结合提高了备课的效率，方便教学资源的存储和管理，同时也提高了教学资源的利用率。90%的教师认为教学质量得到了提高。三、形态学数字切片库建立的优势与价值?1.方便对形态学实验教学进行指导
授课教师可通过全景导航图迅速、直观地帮助学生定位所观察的组织形态或病变区域，从低倍下的组织形态动态地过渡到高倍下的细胞结构，还可连续地展示正常组织与病变区域的过渡情况，并进行直观地对比，从而更高效率地指导学生对典型区域的辨认和掌握[9]。2.有利于提高学生积极性及学习能力
数字切片的使用不依赖于显微镜并通过校园网全天候开放数字切片网络浏览平台，操作简单，易于使用，极大地方便了学生课前预习及课后复习，同时也增强了实验课的趣味性，加深了学生对理论知识的理解和记忆，提高独立阅片的技能。3.提高了教师的备课效率及教学质量
随着数字切片库不断更新、内容不断丰富，教师可不依赖于显微镜并通过校园网观察到数字切片，使得备课更加有效，有助于年轻教师的培养。此外，利用图像编辑软件，将数字切片进行剪接、编辑、标注等处理，教师备课更加方便，教学方式灵活多样，有助于提高教学质量[10] [11]。
数字切片与显微数码互动系统结合，在形态学实验考试中提供了极大的便利。通过对数字切片进行编辑、标注等处理，教师可以针对不同专业的学生设计不同侧重点的考核题型。学生则可选择符合教师要求的图像，并对图像加以处理，再通过电脑提交给教师电脑的服务器端。这样既考察了学生对知识的了解程度，同时也考察学生的动手能力和实践技能，简化了操作流程，体现了实验课的实践性[4] [12]。实现数字化实验考试，解决了以往切片标本考试不便的难题，为学校节省了大量人力物力。5.提高了实验资源的管理与共享
数字切片的出现改变了传统教学资源的存储和管理方式。数字切片库的建立可对珍贵切片进行可视化数据的存储与管理，也降低了因玻璃切片褪色、老化、破损等而重新制作切片的成本，有效提高了教学资源的管理工作，同时也有利于教学资源的共享。四、数字切片的不足之处
尽管数字切片具有很大的优势，但在实际教学过程中仍然存在一些不足之处：①数字切片可能存在图像失真、有色差和分辨率不足等缺点。加之标本的来源、处理的方式、制片的流程、染色的方式以及疾病的病理变化复杂且具有多样性等特点，因此，部分数字切片不能准确地反映其真实的特征[13]。②数字切片对一些案例教学存在缺陷，如心肌和骨骼肌的横纹，在显微镜下转动细准焦螺旋可以看到明显的明暗变化，但在数字切片中则无法呈现其动态过程。③过分依赖数字切片，使得部分学生未能很好地掌握显微镜的正确使用与操作。
总而言之，数字切片库的建立与应用，给形态学实验教学带来了全新的变革，使得组织胚胎学与病理学切片的观察学习得以准确、高效地进行。保存了珍贵的组织胚胎学、病理学切片信息的同时，又为医学形态学实验网络教学铺平了道路。结合显微数码互动实验室，将彻底更新教学手段，真正实现纯数字化、网络化的显微实验互动教学，更好地推进高等学校实验教学的改革。參考文献：
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