數字化仿真實驗系統在醫學影像學教學中的應用研究

梁明輝，王曉東，夏力丁

齊齊哈爾醫學院醫學技術學院，黑龍江齊齊哈爾 161006

數字化仿真實驗系統在醫學影像學教學中的應用研究

梁明輝，王曉東，夏力丁

齊齊哈爾醫學院醫學技術學院，黑龍江齊齊哈爾 161006

目的：探討醫學影像學數字化實驗平臺在教學中的優勢。方法以4大網絡技術為主要載體和工具[P2P網絡視頻流媒體技術、協同交互技術（CSCW）、基于Web Service的虛擬展示技術、基于DICOM 3.0標準的影像傳輸與處理技術]將病例膠片轉化為數字格式,把醫學影像學理論課件和自制多媒體實驗課件存儲于服務器中，建立數字化實驗教學平臺。結果建立具備仿真實驗操作、病例圖像檢索與瀏覽、實驗報告提交、教師批閱等功能的影像學資料庫,在客戶端利用IE瀏覽器調閱相關資料進行實驗教學。結論改革影像學實習模式，調動學生的主觀能動性,加強學生的實際動手能力。系統具有操作方便、直觀、互動性好、安全可靠等優點。充分利用現代網絡平臺對醫學影像學實習課進行教學，能夠提高學生的實習效率。

仿真；數字化；醫學影像學；實驗教學；教學平臺

大型醫學影像設備在21世紀發展迅速，醫學影像學已成為醫學領域中的重要學科之一，在臨床醫療工作中離不開醫學影像對疾病進行診斷。醫學影像學擁有的理論體系是信息科學、物理學、醫學、工程學等多學科相互交叉的學科。PACS系統的出現將醫學影像學帶入了數字化影像時代，把計算機網絡技術應用到實踐教學中，將醫學影像技術以數字仿真形式傳授給學生，將是未來主要的教學手段和教學改革方向。

醫學影像學中影像技術是教學中的重要組成部分，醫學影像學技術的核心是為臨床提供含有最大信息量的圖像，協助臨床醫生對疾病做出正確的診斷[1]，基礎理論知識、基本實踐技能，是學生掌握不同的影像技術的堅強后盾，為他們日后充分自如地在臨床工作中更好地為患者服務、為臨床工作服務打下基礎[2]。實驗教學作為實踐教育的主要組成部分之一，對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力有著不可替代的作用。實驗教學不僅能夠理解鞏固理論教學內容和增加感性認識，幫助學生感受、理解知識的產生和發展過程，而且能夠學習和掌握必要的影像設備工程技術、影像成像原理、先進設備和學科的基本研究方法，培養學生的科學精神、動手能力和創新能力，是影像醫學生從理論學習走向臨床實踐的一個過渡階段。以計算機網絡為實驗環境，將X線原理實習課、CT原理實習課、MR原理實習課，大量、系統的經病理或臨床證實的病例實現影像醫學資源共享。采用學生互動、師生互動的網絡形式，建立高效的運行機制，激勵學生自主學習，自主設計實驗，創造個性化學習的環境。

1 材料與方法

1.1 材料

校園網主干為萬兆，連接桌面信息點全部為百兆。全網采用的是銳捷產品，服務器近40臺，采用2臺8610交換機做核心設備，3臺7606和2臺57系列交換機作為匯聚設備，出口路由采用的是銳捷的NPE50-40可以提供≥200萬并發NAT會話數量，2臺1600防火墻分別放在出口和服務器群前面，保證了網絡的安全。采用3臺IDS設備很好的保證了對異常流量的監控，全網的GSN安全解決方式保證了用戶網絡的安全。客戶機為30臺聯想臺式計算機（CPU Intel Pentium4 516主頻2.93 GHz、二級緩存1 MB、800 MHz前端總線、內存256MB、80 GB SATA硬盤、17英寸液晶顯示器）；操作系統為MicrosoftWindows XP。

1.2 方法

1.2.1 建立醫學影像資源庫

筆者主要通過附屬醫院和自己制作多媒體課件，共收集了200多種影像類別、300余病例、30 000余幅圖像和醫學物理學、醫學影像物理學、醫用電子學、影像設備學、物理學課程教學課件。在基礎實踐教學有X線原理實習課、CT原理實習課、MR原理實習課等。診斷實踐教學有病例討論課模塊：神經系統病例討論課，五官及頸部病例討論課，呼吸系統病例討論課，循環系統病例討論課，消化系統病例討論課，泌尿系統病例討論課，生殖系統病例討論課，骨、關節和軟組織病例討論課，乳腺、腎上腺及腹膜后腫瘤病例討論課，介入放射學病例討論課。教學互動形式活潑、操作方便。

1.2.2 實驗系統網絡技術

1.2.2.1 P2P網絡視頻流媒體技術通過直接信息交換，共享計算機資源和服務，對等計算機兼有客戶機和服務器的功能，各對等計算機之間通過直接互聯實現信息、處理器、存儲甚至高速緩存等資源的全面共享，無需依賴集中式服務器支持，消除信息孤島和資源孤島。

1.2.2.2 計算機協同交互技術計算機網絡和多媒體環境下，一個群體協同工作完成一項共同的任務，它的目標是要設計支持各種各樣的協同工作的應用系統。CSCW技術在中心實驗教學中的成功應用，為在時空上分散的師生提供了一個“互視”和“同步”的協同工作仿真環境，達到了良好的教學效果。

1.2.2.3 基于Web Service的虛擬展示技術Web Service是將軟件做成服務，遵從相應的標準，讓不同的系統可以跨平臺，彼此相互兼容，具有無縫通信和數據共享的能力。Web Service技術通過結構化的XML文檔，采用標準網絡協議，能夠方便快捷準確地傳遞信息、交換數據，實現信息資源的有效整合。基于Web Service的虛擬展示技術在中心實驗教學中的應用，為學生提供了豐富的數字仿真醫學影像知識，豐富的教學手段與內容。

1.2.2.4 基于DICOM 3.0標準的影像傳輸與處理技術DICOM 3.0是一個通用的標準，是允許醫學圖像在檢查儀器、電腦和醫院之間進行交換的一組規則，能滿足高速傳輸圖像、文字、表格、數據、動態圖像以及聲音的需要[3-5]。所有病例圖像在其存儲、傳輸以及顯示的過程中都是完全遵循DICOM 3.0標準，可以達到完美的無失真效果，并能在客戶端實現對圖像進行自如的數字化操作。

2 結果

2.1 數字化實驗系統平臺組件

系統組件包括2個服務器房，多媒體電子閱片室（共30臺計算機）。軟件系統部署在服務器上，具備圖像上傳、圖像管理、圖像檢索與瀏覽、實驗報告提交、教師批閱等功能。實驗課程以及與實驗課程相關的《醫學影像學》網絡課件、醫學影像學教學網站、醫學影像網絡教學資源庫、自己制作的多媒體課件等均以數字信息的形式在網上發布。實驗教學圖像資源按設備分X線、CT、MRI、核醫學、超聲5個大類，各大類按人體系統分呼吸、循環、消化、泌尿、生殖、骨關節、中樞神經、五官、內分泌9個部分；數據庫內錄入了3萬多圖像及文本資料。客戶端通過IE瀏覽器訪問服務器，實行內網完全開放、外網授權開放的管理辦法，方便學生上網實驗，該系統還具備其他多媒體教學系統、資源庫的共同優點[6]。

2.2 數字化實驗系統在教學中的應用

2.2.1 基礎實驗教學

學生在數字化實驗系統教學平臺進行基礎實驗時，操作簡便，會使用計算機就會使用本系統，實現了培養動手能力，學習實驗技能，深化物理知識的目的，實驗中待測的物理量可以隨機產生，以適應同時實驗的不同學生和同一學生的不同次操作，見圖1。對實驗誤差也進行了模擬，以評價實驗質量的優劣，見圖2。

2.2.2 臨床實踐教學

系統平臺臨床實踐部分由12個模塊組成，涵蓋了醫學影像的各個范疇，收集了300余病例、30 000余幅圖像里都是經過精選并經病理學檢查證實的病例，重點以常見病多發病為主，罕少見病及誤診病例亦屬重要組成部分，具有全文查找功能，分類索引功能和標題分類進行內容檢索，見圖3。以同病異影，異病同影，同病不同的檢查手段，各自的影像特點，診斷與鑒別診斷要點加以描述比較，以圖為主，描述為輔，以求達到圖文并茂，簡捷明了。在網上不但可自主實驗，還可在學生與學生之間展開合作實驗，如多名學生可遠程共同完成某個病例的報告書寫，而且學生與學生同時還可有老師參與的情況下開展一些探索性的實驗，如總結某個病種的發病規律及影像學特點，見圖4。

3 討論

為實現教育部提倡的“自主型學習、創新型學習”宗旨，利用醫學影像存檔與通訊系統（Picture Archive and Communication System，PACS）進行醫學影像學教學也成為醫學影像學教學方法改革和創新的一種新的趨勢[3，6]。筆者確立了“以醫工結合為基礎，以計算機網絡為實驗教學平臺，將醫學影像知識以數字仿真的形式傳給學生”的教學改革新思路。通過計算機把實驗設備、教學內容、教師指導和學生的操作有機地融合為一體，通過對實驗環境的模擬，加強學生對實驗的物理思想和方法、儀器的結構及原理的理解，并加強對儀器功能和使用方法的訓練，培養設計思考能力和比較判斷能力，可以達到實際實驗難以實現的效果，對不同年級不同專業的醫學生有不同的實驗方案與實驗項目，同時學生還可在網上開展實驗，實施個性化實驗教學，對啟迪學生科學思維和培養創新意識有積極的意義。該系統還具備其他多媒體教學系統、資源庫的共同優點[7-8]。數字化實驗系統充分發揮了學生為學習主體的功能，數字化仿真實驗系統具有很強的實踐性，將以前的學生跟著學校走的教學模式轉換成學校跟著學生走的新模式，是將醫學影像知識以數字化仿真的形式傳給學生的教學改革新思路，通過這種形式，學生的影像知識得到了逐步提高。

[1]李昆成.PACS在臨床及教學工作中的應用[J].醫療設備信息,2005,2: 1-4.

[2]唐艷隆.醫學影像學實驗教學改革探討[J].中華現代影像學雜志,2007, 4(8):764-765.

[3]魏渝清,童娟,宋玲玲,等.利用醫學影像存檔與通訊系統進行醫學影像學教學[J].貴陽醫學院學報,2002,27(4):367-369.

[4]吳政光,浩純,歐景才,等.基于PACS的交互式CR影像教學系統的創建與應用研究[J].中國CT和MRI雜志,2007,5(3):35-37.

[5]孫勇,夏曉玲,濮進敏,等.昆明醫學院臨床醫學本科實習生醫學影像學局域網教學[J].昆明醫學院學報,2007,28(3B):43-45.

[6]劉紅梅,吳鳳林,李穎嘉,等.醫學影像學專業教學中PACS的應用與優勢[J].西北醫學教育,2008,16(1):189-190.

[7]黃祥國,徐芳.醫學影像學教學科研圖像資源庫的構建策略[J].衛生職業教育,2006,24(8):34-36.

[8]吳政光,浩純,歐景才,等.基于PACS的交互式CR影像教學系統的創建與應用研究[J].中國CT和MRI雜志,2007,5(3)35-37.

App lication research of digital simulation system in medical imaging teaching

LIANGMinghui,WANG Xiaodong,XIA Liding
Qiqihar Medical University Institute of Technology,Heilongjiang Province,Qiqihar 161006,China

Objective:To discuss the advantages of experimental platform of digital in the medical imaging teaching. M ethods:The authors maked the four network technologies as major carriers and the main tool[P2P network video streamingmedia technology,computer supported collaborative work(CSCW),web service-based virtual display technology, standards-based DICOM 3.0 image transferring and processing technology]to change the case film into digital format. Courseware ofmedical imaging theory and self-made multimedia experimental courseware were stored on the servers,a digital platform for experimental teaching was created.ResultsThe author created the imaging database including simulation experiment operations,case retrieval and browsing,experimental report,teachers'examinations and other functions, and used the IE browser client access to relevant information for experimental teaching.ConclusionThe authors consider we should reform practice model of imaging,mobilize the students to enhance practical ability of students.The system bears the following advantages as easy to operate,intuitive,interactive,safe and reliable.To fully use modern medical imaging network platform for teaching practical lessons can improve their practice efficiency.

Simulation;Digital;Medical imaging;Experimental teaching;Teaching platform

G423.06

C

1673-7210（2011）04（b）-122-03

齊齊哈爾醫學院2008年教育科學研究“十一五”課題（課題名稱：影像物理實驗教學課件的制作；課題編號：JY0828）。

2011-02-15）