《臨床微生物學檢驗》虛擬實驗室的建設及應用

陳 晶，芮勇宇，王 前，裘宇容

（南方醫科大學南方醫院 檢驗科，廣東 廣州 510515）

VR（Virtual laboratory）技術最早是在1989年由美國University of Virginia的William Wolf教授提出的［1］，用來描述計算機網絡化的虛擬實驗室環境，它是綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術，模擬人的視覺聽覺、觸覺等感覺器官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的三維逼真的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然的方式與之進行實時交互，創建了一種適人化的多維信息空間。通過虛擬實驗室，學生能夠在網絡中模擬實驗現場，通過鼠標、鍵盤或屏幕觸摸等操作，在實驗室自由走動、操作儀器和完成實驗，“身臨其境”的觀察實驗現象。

南方醫院是南方醫科大學附屬第一臨床醫學院，我院從2003年開始培養檢驗醫學專業本科生，一直采取檢驗醫學系和檢驗醫學科“科系合一”的管理模式，分為臨床檢驗基礎、臨床血液學檢驗、臨床生物化學檢驗、臨床免疫學檢驗、臨床微生物學檢驗共5個分支。其中臨床微生物學檢驗教研室的教員均由碩士以上學歷及中級職稱人員共7人組成，并且大部分教師都在臨床一線工作，教學的同時身兼臨床工作。近幾年我們根據《臨床微生物學檢驗》教學的需要，針對本課程的特點及難點，同時考慮到學生的學習興趣，建立了《臨床微生物學檢驗》虛擬實驗室，并應用到教學中，在培養學生科學思維能力、動手能力、分析問題能力及創新能力等方面取得了很好的效果。

1 《臨床微生物學檢驗》虛擬實驗室模塊群簡介

針對《臨床微生物學檢驗》這門課各章節理論知識點相對分散，但操作技能貫穿整個課程的特點，并緊密結合日常臨床微生物檢驗的實際工作流程，我們將虛擬實驗室共建設成三個母模塊群，分別是“基本技能”模塊群、“臨床常見病原體檢驗”模塊群、“臨床常用儀器使用”模塊群，每個模塊群下又分支若干模塊，整個構建樹結構清晰，層次分明。

1.1 《臨床微生物學檢驗》“基本技能”模塊群建設

在“基本技能”模塊群的子目錄下再建立4個子模塊，分別是“臨床常見染色方法及涂片圖譜庫”模塊、“臨床常用培養基、接種方法及培養圖譜庫”模塊、“臨床常用鑒定試驗”模塊建設、“臨床常用藥敏試驗”模塊。每個模塊的表現形式多樣化，可以是文字表格、圖譜、視頻、Flash動畫、電子講稿和電子教材等。

1.1.1 “臨床常見染色方法及涂片圖譜庫”模塊建設 臨床常見的染色方法主要包括革蘭染色、抗酸染色、墨汁染色。三種染色方法的原理都用電子文稿形式描述，具體操作過程配以視頻教材（由我系微生物教研室制作的《臨床細菌學檢驗》系列視頻教材已由人民衛生電子音像出版社2010年9月出版），所有操作演示要求標準化規范化。同時我系通過在臨床工作中近8年的收集積累拍攝，完成了臨床常見各種微生物涂片圖譜庫的建設，收錄各類微生物涂片圖譜近2000張。在這一模塊的學習中，學生基本可以對三種染色情況下的各種常見微生物形態有很直觀深刻的認識，避免了以往一些珍貴的臨床特殊微生物涂片因保存不當丟失或形態模糊，或一些稀有菌種無法常規保存下來，或因生物安全隱患無法保留等等。

1.1.2 “臨床常用培養基、接種方法及培養圖譜庫”模塊建設 緊密結合臨床實際工作，不同的標本接種在相應不同的培養基上，每種培養基的顏色、內容物都有電子文稿描述，接種操作方法配以視頻教材。標本在實際操作中需培養18－24小時后，各種微生物在相應培養基上的生長形態特點、是否產色素及是否溶血才能明顯表現出來，而我們利用平時臨床工作收集拍攝建立了培養圖譜庫（收錄培養圖譜達2000多張），每個菌株及所用的培養基都有相應標注。在這個模塊里，學生只需點擊鼠標就可以看到某類標本在孵箱中培養18小時后在培養基上的表現形態，并且我們還將同一菌株接種在不同相應的培養基上，各自的形態大小及產色素情況不一樣，利于學生比較記憶，節約大量時間并資源共享。例如同一株傷寒沙門菌在SS培養基、血培養基和MAC培養基上同時培養后，生長形態特點不盡相同。

1.1.3 “臨床常用鑒定試驗”模塊建設 《臨床微生物學檢驗》這門課操作技能貫穿每個章節的學習中，有些生化試驗是腸桿菌科細菌的特異性鑒定試驗，同時也可用于非發酵菌的鑒定，具有共性與特性雙重特點，因此將臨床常用鑒定試驗單獨建立成一個模塊。生化鑒定管的接種操作方式都配以視頻演示，生化鑒定管的補充添加反應及生化反應后顏色變化以Flash動畫形式體現。臨床常用鑒定試驗群類別見表1

表1 “臨床常用鑒定試驗”模塊群類別、主要內容及采用主要方法

1.1.4 “臨床常用藥敏試驗”模塊建設 臨床微生物學檢驗還是一門跨學科課程，它綜合了病原微生物學、臨床抗生素學等多方面的知識與技能。學生不僅要掌握微生物菌屬的鑒定技能，還要熟悉抗生素合理選擇及應用原則。我們建立了臨床常用藥敏試驗模塊群，分為以下幾個模塊：腸桿菌科紙片擴散法藥物敏感試驗、假單胞菌屬細菌紙片擴散法藥物敏感試驗、不動桿菌屬紙片擴散法藥物敏感試驗、嗜麥芽窄食單胞菌紙片擴散法藥物敏感試驗、洋蔥伯克霍爾德菌紙片擴散法藥物敏感試驗、葡萄球菌屬紙片擴散法藥物敏感試驗、腸球菌屬紙片擴散法法藥物敏感試驗、鏈球菌屬紙片擴散法法藥物敏感試驗、深部真菌藥物敏感試驗，都以Flash動畫形式展現每一個菌屬必須做哪些抗菌藥物的藥敏試驗，并用電子文稿標注ESBL、MRS的判斷標準，視頻演示如何測量藥敏紙片抑菌圈直徑。

1.2 “臨床常見病原體檢驗”模塊群建設

在“基本技能”模塊群的學習后，學生對微生物學檢驗這門課的操作技能基本可以全部掌握，接下來就是綜合應用能力的培養。如何使用這些基本技能在臨床疑似感染性疾病的標本中去做微生物種屬的鑒定及藥敏試驗呢？這就是微生物學檢驗這門課的重點及難點，為此我們建立了“臨床常見病原體檢驗”模塊群，引導學生靈活運用微生物檢驗技能。這個模塊群主要以文字表格、圖譜和視頻結合的形式表現，見表2

1.3 “臨床常用儀器使用”模塊群建設

檢驗醫學發展突飛猛進，儀器自動化程度日漸增高，教學也需與時俱進。學生不能只局限于書本知識和手工操作，還需掌握檢驗發展的最新動態，新生代的儀器使用狀況。我們將臨床常用的新代的自動化檢測儀器建立了“臨床常用儀器使用”模塊群，使學生開拓視野，了解微生物學檢驗的最新資訊。模塊群包括的儀器：血液自動培養檢測儀、微生物自動鑒定藥敏分析儀、結核分枝桿菌培養鑒定儀、酶標儀、熒光定量PCR儀。這個模塊群的建設方法主要是文字和動畫演示，電子文稿描述基本理論，動畫演示整個基本操作過程，同時配有操作細節的解說配音，使得學生獲得感官上的認識，并且在觀摩儀器設備操作的每個步驟與細節的同時，達到身臨其境的效果。

2 《臨床微生物學檢驗》虛擬實驗室的應用

臨床微生物學檢驗這門課對動手能力要求比較高，通過虛擬實驗室的建設和應用，學生對每個試驗操作步驟不僅做到了標準化規范化，還了解每個試驗的基本原理，知其然并知其所以然。我們將理論知識與實踐操作融為一體并分層次構建知識體系，不斷的鞏固與綜合知識點，使學生靈活應用所學的知識去檢驗臨床送來的病患樣本，接受完整的臨床實踐教學過程，實現由學生身份轉變為臨床檢驗工作者的良好過渡。一整套培訓學習完成后，學生基本可以掌握臨床微生物檢驗工作的流程，綜合分析問題與解決問題的能力都有大幅提高。

表2 “臨床常見病原體檢驗”模塊群的模塊名稱、主要內容及采用主要方法

［1］H Goldberg.What is virtual instrument［J］.IEEE Instrumentation＆ Measurement Magazine，2000，3（4）：10.

［2］曾 怡，黃干榮，唐華英，等.將虛擬現實技術應用于醫學微生物學實驗教學的體會［J］.現代醫藥衛生，2011，27（9）：1436.

［3］孫銘娟，王梁華，黃才國，等.分子生物學虛擬實驗教學軟件的設計與應用探索［J］.中國醫學教育技術，2011，25（3）：283.

［4］杜雪飛，姜曉峰，梁紅艷等.實驗診斷學實驗課教學的改革與實踐［J］.中國實驗診斷學，2011，15（6）：1120.