虛實相結合的醫學影像技術專業實驗室建設初步探討

趙曉曄 成靜 查干花

摘? 要 為滿足培養高素質應用型醫學影像技術專業人才的需求，北方民族大學醫學影像技術專業采取虛實結合、注重信息化的方式建立專業實驗室，在實踐課程教學中注重知識點的關聯性，結合微課和信息化工具實現線上線下混合式教學。

關鍵詞 醫學影像技術;實驗室;虛擬仿真實驗;混合式教學;微課;實驗系統;PACS系統

中圖分類號：G482? ? 文獻標識碼：B

文章編號：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

實驗教學是醫學教育的重要組成部分，在培養高素質應用型醫學技術人才方面發揮著十分重要的作用。實驗室是進行實驗教學的重要場所，擔負著培養學生創新、獨立工作和實踐等能力的重要任務。醫學影像技術專業本身具有較強的實踐性，實踐訓練是提高學生專業技能的重要抓手，因此，醫學影像技術專業的實驗教學應制定更高的標準。必須要打破傳統的教學模式，向著更加科學化、數字化和信息化的方向發展[1]。加強醫學影像技術專業實驗室的建設和教學模式改革，推動該專業實驗教學方法和手段的改革，提高教學效率和質量。

2 實驗室建設和實驗教學中存在的問題

綜合性大學無醫學類實驗室? 2012—2017年，教育部共審批同意48所高校設置醫學影像技術專業，其中六所為綜合性大學，無醫學類專業。因此，無醫學類專業綜合性大學建設醫學實驗室，需要解決傳統依賴真實尸體醫學解剖實驗室建設周期長、維護成本高、尸體來源少的問題。

醫學影像設備成本高? 該專業涉及醫學影像設備種類多，每種醫學影像檢查設備又可分為不同種，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，生產廠家多，設備型號多。大型影像設備價格昂貴，X線設備存在的電離輻射和MRI中的高磁場強度，對場地和防護要求高，因此，僅靠學校投入，成本高，無法承擔。

對醫院設備依賴性大? 由于學校難以投入大量資金購置檢查設備，因此與專業技能相關的實驗一般需要在醫院進行，學生只能利用周末或者節假日進行練習，以避免影響醫院正常運行。在此情況下，一方面需要頻繁調課，另一方面由于學生人數多、時間緊，每位學生操作的時間有限，影響教學效果。

知識點孤立? 解剖學教學中存在缺乏形態基礎的從影像到影像和缺乏實用性的從斷層標本到斷層標本的教學方法。在影像診斷教學中一般以檢查方法為單元授課，難以建立同種疾病多種檢查方法的綜合分析。因此，學生在學習過程中感覺知識點孤立，綜合分析能力不強。

3 實驗室建設思路

北方民族大學醫院影像技術專業在校內實驗室建設中以夯實學生基礎、為進入臨床實習做好準備為目的，采取軟硬、虛實相結合的方式，重視信息化和數字化，建立實驗中心，如圖1所示。在教學中，采取先虛擬后實際，以實際為主，以虛擬為輔，借助虛擬實驗直觀、便于反復操作優勢，讓學生形成感性認識，掌握標準化操作流程，以便在實際操作中更快進入狀態，后通過實際操作訓練加深對概念、理論的理解，掌握實際操作流程。

基礎醫學實驗系統? 在現有生理學、生物化學實驗室的基礎上，引入虛擬仿真實驗模塊。虛擬仿真實驗模塊包括醫學基礎機能學實驗、生物化學實驗、形態學實驗、顯微互動實驗，配備電子顯微鏡和一定數量的切片，完成從動物實驗到細胞形態學的觀察。通過虛擬仿真軟件，學生可按照步驟完成相應的實驗。目前可承擔生理學、病理學、生物化學和組織胚胎學的實驗教學任務。

解剖學實驗系統? 采取“虛擬+模型+標本”的方式，以虛擬解剖系統為紐帶，以為學生建立系統、斷層及影像之間直觀、立體的聯系為原則，直接為醫學影像技術學科服務，如圖2所示。

在系統解剖學方面，以模型為主，兼有正常人體消化、泌尿、生殖、呼吸、神經系統的概觀標本、人體骨架、主要臟器、骨關節、韌帶標本以及各系統典型病理解剖學標本。模型包括人體全身解剖層次分解模型、透明半身軀干附血管神經模型、微電腦人體心動周期與大小循環演示儀、透明半身軀干附內臟模型等大型模型，以及各系統、臟器、骨關節等模型近500件。教學模型和標本以每個系統內器官的生理性連接順序擺放，有利于學生的記憶和理解[2]。

多點觸控虛擬解剖系統（簡稱虛擬解剖系統）是真實尸體數據3D重建的解剖模型與立體化數字冷凍切片圖像技術結合而成。通過該系統，學生不僅可多角度觀察器官之間的毗鄰關系，而且可觀察解剖部位與影像的關聯關系。學生可對3D解剖模型進行正向和逆向解剖與旋轉縮放;可觀察組織、器官乃至單個神經、血管等;通過對模型的切割，可觀察矢狀面、冠狀面、橫斷面及任意切面解剖結構。此外，在該系統中將解剖模型及斷面與X線、CT（Computed Tomo-graphy，X線計算機體層成像）影像圖像進行融合，如圖3所示。

人體斷層解剖學方面，以真實尸體標準為主，配備正常人體頭頸軀干水平斷面標本78片、正常人體頭頸軀干下肢矢狀斷面標本16片、正常人體頭頸軀干下肢冠狀斷面標本12片。對斷層標本進行DR掃描和拍照，將影像和對應的圖片上傳到虛擬解剖系統圖片庫中。斷層解剖學是直接為影像學科服務的，建設實驗室時隨時能獲取相關教學資源和外部相關信息[3]。該實驗室的交互式一體機與教學PACS系統連接，在教學過程中可隨時調取影像資料。

在實驗教學模式中，探索以人體影像斷層解剖學為核心，以系統解剖學基礎，通過解剖技能實訓，利用人體美學概論建立解剖美學的概念，幫助學生進一步了解人體。在實驗教學過程中以虛擬解剖系統和PACS為紐帶，將系統解剖、斷層解剖與臨床影像三者結合，使三者建立形象、感性、直觀、立體的鏈接，避免缺乏形態基礎的從影像到影像和缺乏實用性的從斷層標本到斷層標本的教學方法，使得解剖學教學與影像專業教學緊密結合。

醫學影像檢查技能實驗系統? 該系統主要由綜合實訓中心和醫學影像虛擬仿真操作模塊組成。在實驗教學中采取先讓學生自行操作虛擬仿真系統、后實際操練的方式。

虛擬仿真實驗包括模擬DR訓練系統與DR、MRI和CT虛擬操作模塊。模擬DR實驗室為仿真實驗室，配有模擬X線機和DR工作站、影像庫管理模塊、練習與考核模塊、教師機和學生機等，其功能和布局仿照醫院DR，但使用過程中不產生X線，無輻射危害。學生可反復練習DR檢查中的擺位及相應參數的選擇，多種常見及罕見病例診斷及考核等。

DR、MRI和CT虛擬操作模塊將影像檢查過程形成標準化流程，學生可按照步驟完成從開機、接收患者、擺放體位到完成檢查的全過程，練習不同檢查部分的掃描參數選擇、體位擺放等。經過訓練后使臨床的銜接更加順利，可用于學生影像檢查投照體位的實驗教學和實踐操作訓練。

綜合實訓中心充分利用醫院舊設備，將CT、DR和MRI拆卸安裝后建立實訓中心，供學生操作。

醫學影像設備實驗系統? 在虛擬方面，該系統主要包括成像原理模塊和設備安裝模塊。在成像原理模塊中，將DR、MRI和CT的成像過程以動畫形式演示成像，學生通過按鈕可改變參數，觀察不同參數對成像的影響。在設備安裝模塊中，學生可觀察DR、MRI和CT三種設備分解過程，安裝調試設備和進行機房布局。

在實訓方面，將合作醫院舊彩超、CR、CT、胃腸機、乳腺機、口腔全景等影像設備和X線球管、影像增強器、高壓發生器等部件搬遷至學校，可供學生拆卸、安裝。

在教學過程中，學生首先利用虛擬模塊學習成像過程，對設備進行拆解、調試和故障分析;而后進行實地拆卸、安裝，再利用虛擬軟件進行機房布局;最后利用合作醫院設備安裝、拆卸或者維護的機會，實地動手學習。

圖像分析實驗系統? 目前醫院中使用的影像設備（CR、DR、CT、MRI）等都配有豐富的圖像后處理軟件，可以對形成的影像進行處理，滿足診斷要求，因此，圖像處理成為影像專業學生必須要掌握的基本技能之一[4]。

該實驗系統主要包括MATLAB、示教PACS/RIS系統及病例庫。引入示教PACS/RIS系統，配備教師機、學生機、多媒體投影設備、交換機、拼接屏顯示器、教師機圖文工作站和CT/MRI專用醫用顯示屏，配備50臺學生機圖文工作站及同等數量的2 M灰階醫用顯示器和2 M彩色醫用顯示器。目前，已經建立1000多例完整病例，包括影像資料，如DR、CT、MRI、超聲和核醫學影像，如圖4所示。

該實驗系統承擔醫學圖像處理、醫學影像圖像后處理和醫學影像診斷學的實驗內容。在圖像處理學習中，在MATLAB 2010環境下，緊密結合臨床影像應用，學生通過編寫程序實現圖像讀取、變換、增強、重建、分割等基本圖像處理的操作，如圖5所示，加深對相關概念與理論的理解。之后，學生以臨床病例影像為資源，練習膠片打印、三維重建、體重建、仿真內窺鏡、最大密度與最小密度投影、多平面三維切片重建和多平面重建影像后處理的方法。并承擔了“教學型PACS系統中的醫學影像圖像后處理技術在影像技術學實習教學中的應用”和“院校合作辦學模式下《PACS技術》教學與實踐”兩項省部級教學改革與研究項目。

在影像診斷教學中，嘗試以病種為中心，開展多模態影像病例分析。選取典型病例，結合臨床癥狀，分析疾病在不同種類影像檢查中的圖像表現，從而將多模影像分析有機結合，提高學生綜合分析問題的能力，拓展學生思考問題的廣度。

其他實驗系統? 主要是衛生統計系統和開放多媒體實驗系統。其中，衛生統計系統安裝SPSS 25軟件，供醫學統計學實驗教學使用，為學生和教師科研服務;開放式解剖學多媒體教學系統配有解剖學圖譜、文字、視頻資料和考試題，開放式影像多媒體教學系統配有醫學影像成像原理視頻資料，一定數量CT、MRI和DR影像及病例，斷層標本及注釋和考試題。這些系統供學生自主學習。

4 實驗信息化建設助力教學模式改革

對實驗室實施全網覆蓋，在實驗室中心配有多媒體廣播教學系統，可完成在線考核、搶答及分組討論等，配備內置文件速遞和即時交流工具。在每個實驗室都配備教學中控臺，安裝攝像頭和觸摸式教學系統，教師在教學中不僅可實時錄像，而且可以調用學校MOOC教學平臺課程。

開發基于安卓智能端的實驗室管理和教學輔助軟件。實驗室管理軟件實現用戶登錄、實驗室介紹、實驗室預約、實驗室預約查詢、信息發布、設備管理、學生電子簽到等功能，實現實驗室管理的信息化。通過教學輔助軟件，教師可在課前發布調查問卷和試題進行學情分析，在課中發布試題和討論，現場考核學生對知識的掌握情況，及時調整教學方法和內容。

系統解剖學、超聲診斷學、醫學影像設備學等多門課程制作微課，在此基礎上借助實驗室信息化工具可方便地開展線上線下混合式教學，實現以學生學為中心的教學模式改革。

5 結語

通過虛實相結合的實驗系統，利用信息化工具，北方民族大學醫學影像技術專業采取虛實結合、注重信息化的方式建立專業實驗室，開展線上線下混合式教學，減少實驗教學過程中對醫院設備的依賴，并將相關知識點有效銜接，提高了學生綜合分析問題和解決問題的能力。

參考文獻

[1]田豐.醫學影像技術學實驗教學改革之我見[J].才智，2016（2）：95.

[2]王小亮.加強實驗室建設，提供良好教學環境[J].現代醫藥衛生，2009（7）：1112-1113.

[3]饒利兵，楊懿農，謝正蘭，等.斷層影像解剖學實驗室的建設與思考[J].解剖科學進展，2013，19（5）：491，493.

[4]陳建方，石波，曹明娜，等.虛實結合的影像專業實驗模式構建[J].實驗室研究與探索，2017，26（9）：189-192.