CT檢查技術虛擬仿真實驗教學實踐與探索

熊英 郁仁強

[摘 要] CT檢查技術常規實驗教學由于設備價格昂貴、數目配置稀缺、占地面積大，且具有潛在的電離輻射損傷危害，實驗教學開展難度大。作者團隊采用虛擬仿真開展CT檢查技術實驗教學，通過對參與CT檢查技術虛擬仿真實驗學生的訪談及問卷進行分析，提出CT檢查技術虛擬仿真實驗教學存在問題，并針對存在問題進行整改。通過開展CT檢查技術虛擬仿真實驗，醫學影像技術專業學生可以自主獲取CT檢查的理論知識和實踐技能，體驗醫學科學探究的過程和方法、提高創新意識、樹立科學的價值觀，為學生創設了親身參與實踐的情境，同時還具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培養醫學影像技術專業學生的批判性思維和問題分析能力的重要途徑。

[關鍵詞] 虛擬仿真;實驗教學;醫學影像技術;計算機體層成像

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-9324（2022）10-0095-04 [收稿日期] 2021-07-07

計算機體層成像（Computed Tomography，CT）檢查技術是醫學影像技術專業學生必須要掌握的核心技術之一，但由于CT設備價格昂貴、數目配置稀缺、占地面積大，且具有潛在的電離輻射危害，加之臨床CT檢查工作繁重，CT實驗教學開展難度大，國內大多數高校以開展CT臨床見習代替實驗教學。臨床見習教學以“現場觀摩”及教師講解為主[1]，對學生的基本操作技能及臨床思維能力的培養幫助較小[2]。

虛擬仿真是借助網絡信息技術與計算機技術，采用3D建模、人機交互、虛擬現實等技術手段搭建的一個與現實環境相似的虛擬環境，沒有傳統的實驗教學器材，通過在計算機上用仿真軟件模擬現實的效果和實驗條件。學生在預先設定的條件下進行實驗操作，感受虛擬環境及實時交互反應的逼真性[3]。虛擬仿真具有交互性、構想性等特征，能夠把復雜問題簡單化、抽象概念直觀化等優點，目前已成功應用于醫學實踐操作教學[4-6]，并取得了一定的教學效果。

重慶醫科大學醫學影像技術學系在課程改革和課堂革命的理念下，運用計算機虛擬仿真技術，開發了具有自主知識產權的CT虛擬仿真教學軟件，用于醫學影像技術專業的CT檢查技術實驗教學實踐。

一、CT檢查技術虛擬仿真實驗教學安排

根據四年制醫學影像技術專業本科生培養計劃，我們擬定顱腦CT檢查技術、胸部CT檢查技術、腹部CT檢查技術及四肢脊柱CT檢查技術等4項虛擬仿真實驗。虛擬仿真實驗在教師的引導下，學生動手操作并完成實驗報告。線上自主學習1學時，主要內容包括虛擬仿真實驗室使用注意事項、虛擬仿真實驗平臺的使用說明、虛擬仿真實驗的基本要求和實驗報告作業;虛擬仿真實驗教學1學時，在重慶醫科大學醫學影像技術虛擬仿真實驗室上課，每次最多可供60名學生同時上機實訓操作，在每次實驗課程結束一周內完成實驗報告。

二、CT檢查技術虛擬仿真實驗教學流程

虛擬仿真實驗教學課程前，教學秘書在開學一周內將虛擬仿真實驗室使用注意事項、虛擬仿真實驗平臺的使用說明上傳至線上教學平臺;負責每一項虛擬仿真實驗的教師在實驗課前一周將虛擬仿真實驗的基本要求和實驗報告作業上傳至線上教學平臺。線上部分要求學生在課前自主學習并完成，占一定比例的平時成績納入最終實驗結業考核。

虛擬仿真實驗教學課程中，要求在教師的引導下，學生動手操作，完成CT檢查技術，基本步驟包括：開機準備、患者準備、檢查前準備、檢查過程、圖像后處理及膠片打印等。學生在“練習模式”下，可以自己探索完成以上步驟，實驗結束后，系統可以對每一步進行評分，學生可以反復多次練習。如果某一部分掌握不好，可以在相應的操作部分針對性練習操作，直至學習滿意。課后可以在網絡支持的環境下，遠程訪問虛擬仿真教學平臺，再次進行學習鞏固。在“考核模式”下，教師可以實現對學生學習情況的考核，同時可以對CT虛擬仿真進行管理，可在考核模塊添加任意一項CT檢查技術的考核，同時可查看學生考核信息（如考試時間、成績、操作步驟）。管理員可以實現對教師管理、學生管理及班級管理，統計教師的指導工作量、學生的學習時長和實踐成績等。

虛擬仿真實驗教學課程后，教師針對實驗教學情況，布置實驗報告作業，作業內容主要針對CT檢查前準備工作、CT檢查的注意事項、CT檢查的掃描范圍、CT檢查的曝光參數、圖像后處理及膠片制作等內容，重點考查學生對CT檢查技術的理解和臨床思維培養。鼓勵學生在課程結束后，遠程登錄虛擬仿真教學平臺再次溫習實驗內容，思考CT檢查技術中容易出現的不規范或者錯誤的地方，為今后的臨床工作打下堅實基礎。

三、CT檢查技術虛擬仿真實驗的優勢

采用CT檢查技術虛擬仿真教學軟件進行實驗教學，一方面，可以加強醫學影像技術專業學生的臨床技能，能為學生早期接觸臨床提供機會和條件，提高學生臨床技能的操作能力和臨床思維能力，同時也避免了以患者為教學案例帶來的各種問題;另一方面，虛擬仿真實驗的實現將有效緩解高校在實驗場地和實驗器材等方面普遍面臨的困難和壓力，能夠突破傳統實驗對“時、空”的限制，并有助于提高實驗教學質量。虛擬仿真教學彌補了傳統醫學實驗教學中的不足，解決標準化演示操作與順序性、程序性、規范性問題;解決實驗教學與考試考核的問題，實現教育公平。目前已成為國際醫學教育的研究前沿和發展方向，成為未來卓越醫務人員實踐能力培養的重要技術保障。

通過虛擬仿真來模擬整個CT檢查過程，不但可以實現無輻射操作，而且給學生創造反復、多次親自動手操作的機會。虛擬仿真將抽象的知識轉化為具體的仿真過程，有助于醫學影像技術專業的學生理解掌握CT檢查技術，實現可持續發展能力的培養，再結合課堂理論教學，與新的教學方法和教學手段相融合，培養具備扎實的專業理論知識和過硬的實踐技術的新時代醫學影像技術專業人才[7]。

四、CT檢查技術虛擬仿真實驗教學存在問題

虛擬仿真實驗教學是近幾年新興的教學模式，在CT檢查技術虛擬仿真實驗中，可以解決CT設備價格昂貴、數目配置稀缺、占地面積大等問題，同時實驗時不會出現電離輻射損傷，是一種比較容易被學生接受的教學手段。但通過對參與CT檢查技術虛擬仿真實驗學生的訪談及問卷進行分析，發現尚存在以下問題。

（一）虛擬仿真度低嚴重影響實驗效果

CT檢查技術虛擬仿真軟件，包括虛擬CT設備軟件系統、操作的人機交互界面、控制虛擬場景內CT設備及放射科CT檢查室的操作環境，以上項目虛擬仿真度的要求高，尤其是高度仿真CT設備、CT檢查環境和CT檢查流程，其成本高、難度大。如果虛擬仿真度低，會造成學生體驗感差。在虛擬仿真實驗中，學習主動性就會受影響，最終影響實驗效果。

（二）部分教師教學方式仍采用傳統的教授方式

在虛擬仿真實驗中，學生可以進行自主學習和反復學習等學習活動。但在教學過程中，教師也發揮著重要作用。在虛擬仿真實驗前，教師要設計教學活動，提前準備好線上學習資料，提前了解學生情況與需求，做好學習引導與問題思考，在實際虛擬仿真實驗時，還要注意觀察虛擬仿真實驗效果，做好教學記錄及教學反饋。但受傳統臨床示教教學的影響，部分虛擬仿真實驗教學的教師還是采用講解式教學，沒有積極采用新式教學手段和教學思維，使得虛擬仿真實驗教學無法達到最優效果[8]。

（三）虛擬仿真軟件交互簡單

雖然虛擬仿真教學應用發展迅速，受到眾多學者和教師的研究和關注，但虛擬仿真軟件的交互性設計較為復雜。在實際的虛擬仿真軟件設計工作中，交互性設計的難度高、成本大，對計算機配置的要求高，導致大多數虛擬仿真軟件交互性不強。目前虛擬仿真實驗面臨著交互簡單、吸引力差等諸多問題，使得虛擬仿真實驗教學效果不理想。以CT檢查技術為例，多表現為學生只能單純跟著設計的流程實驗下去，如果與原本設計的實驗步驟或者實驗腳本不一致，將提示錯誤，過于機械化。另外，還存在關鍵步驟中掃描范圍很難與最終呈現的掃描圖像交互、相應的操作很難和相應的輸出結果交互等問題。

（四）虛擬仿真的案例教學設計薄弱

為了便于標準化教學和考核，降低軟件開發難度，目前主流的虛擬仿真的設計是基于標準檢查流程和標準檢查案例設計。虛擬仿真的病例相對比較固定，甚至很多設計是單一的標準病例，沒有出現臨床個性化病例和特殊意義的病例，導致學生學習每次學習到的病例重復，學習積極性下降。

五、虛擬仿真實驗教學改進措施

針對以上存在的教學問題，一一對應做出以下改進。

1.設備的仿真要做到外形相似，是最基礎的要求，更高的要求是將核心功能做到相似。CT虛擬仿真軟件仿真度制作中難度最大的是一些聯動效果，比如掃描范圍與呈現圖像的聯動。操作者與檢查者的對話，以及檢查者的形態與動作都會影響著整體軟件的仿真度。通過軟件開發人員與專業的CT技術人員、實驗課程教師的積極溝通和改進，不斷提高虛擬仿真軟件的仿真度。

2.對虛擬仿真實驗課程的教師進行定期培訓，尤其是對其教學能力和教學手段進行培訓、訓練。虛擬仿真實驗教學，需要對軟件熟悉、對計算機操作熟練，同時還需要教師具有豐富的臨床經驗與虛擬仿真教學相結合，對教師的綜合能力要求更高。

3.通過對學生使用體驗調查，合理設計虛擬仿真實驗的交互流程及交互方案，能夠為使用虛擬仿真實驗教學的學生提供多種互動模式，可以設計外延的硬件設置，讓學生可以通過硬件有更加順暢的操作和愉悅的體驗。

4.在日常工作中注意收集典型案例、疑難案例及有教育意義的案例，包括患者的基本信息、申請單信息、掃描信息和掃描流程信息等，可以用圖像、文字、音頻或視頻的形式呈現。將案例庫建設與虛擬仿真平臺有機結合，讓學生通過多種案例的練習，達到臨床勝任力培養的要求。

最后，改進虛擬仿真教學效果評價的方式，學生在完成虛擬仿真實驗后，可以通過查閱文獻及小組討論，完成實驗報告。教師對學生提交的實驗方案、實驗匯報、實驗結果和實驗總結等進行綜合考核與評價，重點關注學生綜合知識應用與自主創新能力[9，10]。

結語

2017年，在教育部辦公廳關于開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知中，鼓勵推進信息技術與高等教育實驗教學的深度融合，利用虛擬仿真技術，不斷加強高等教育的實驗教學建設與應用，提高我國高等院校實驗教育的教學質量和實踐育人水平。

構建虛擬仿真的CT檢查設備、檢查環境和檢查病例等[11]，可以培養學生醫療安全觀念和實踐操作技能，同時還可以在線管理學生的學習情況，實現學生在線自主練習、操作軌跡全程記錄、錯誤分析統計等信息化管理模式，充分調動學生的主觀能動性，極大地提高了學生的學習效率[12]。

總之，開展CT檢查技術虛擬仿真實驗，醫學影像技術專業學生可以自主地獲取CT檢查的理論知識和實踐技能，體驗醫學科學探究的過程和方法，提高創新意識，樹立科學的價值觀，為學生創設了親身參與實踐的情境。同時還具有獲知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培養醫學影像技術專業學生的批判性思維和問題分析能力的重要途徑。

參考文獻

[1]郁仁強，張志偉，呂發金，等.計算機體層成像虛擬仿真教學平臺的設計與開發[J].衛生職業教育，2018，36（21）：41-42.

[2]肖進蓮，王映月，鄒亮，等.醫學生臨床見習現狀調查及解決途徑探討[J].教育教學論壇，2016（18）：6-8.

[3]吳靜，李新華，劉娜，等.傳染病相關的虛擬仿真實驗教學項目現況及應用分析[J].實驗技術與管理，2020，37（5）：5-8.

[4]鄒巖，唐子圣，陶丹英，等.虛擬仿真教學系統應用于口腔醫學住院醫師規范化培訓的實踐與探索[J].中華醫學教育探索雜志，2021，20（3）：319-322.

[5]袁重陽，王曉燕，董艷梅，等.數字化虛擬仿真培訓系統用于髓腔冠部預備臨床前教學的效果評價[J].中華口腔醫學雜志，2021，56（5）：479-484.

[6]陳曦.眼科學虛擬仿真實驗教學系統的設計與應用[J].教育教學論壇，2019（47）：271-272.

[7]王紫薇，陳國勇，蔡磊，等.醫學影像技術虛擬仿真教學實踐[J].中國醫學教育技術，2020，34（1）：80-84.

[8]徐詩瑤，樂濤.免疫學實驗教學存在的問題及其虛擬仿真實驗的應用探討[J].教育教學論壇，2020（36）：387-388.

[9]謝桂珍，黃文文，董繆武，等.基于虛實結合的病理學多元化實驗教學模式的探索與實踐[J].衛生職業教育，2021，39（7）：96-98.

[10]杜坤，傅媛媛，郭賓會，等.虛擬切片系統在植物學實驗教學中的應用[J].生物學雜志，2020，37（2）：107-109.

[11]呂秀玲，平學軍，李炯，等.虛擬仿真CT技術智能訓練系統在醫學影像實踐教學中的應用[J].中國繼續醫學教育，2021，13（5）：100-103.

[12]侯建林，王韻，蒲丹，等.新形勢下對我國臨床醫學教育的反思[J].中華醫學教育雜志，2021，41（3）：197-200.

Practice and Exploration on Virtual Simulation Experiment Teaching of CT Examination Technology

XIONG Ying1， 2， YU Ren-qiang2， 3

（1.Department of Oncology， Chongqing General Hospital， University of Chinese Academy of Sciences， Chongqing 400013， China; 2.Department of Medical Imaging Technology，Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China;3.Department of Radiology， The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China）

Abstract： The conventional experimental teaching of CT examination technology is difficult to carry out because of the high price of equipment， the scarcity of number and configuration， the large floor area and the potential harm of ionizing radiation. The authors team uses virtual simulation to carry out CT examination technology experiment teaching. Through the interview and questionnaire analysis of students participating in CT examination technology virtual simulation experiment， this paper puts forward the existing problems in CT examination technology virtual simulation experiment teaching， and solves the existing problems. Through the virtual simulation experiment of CT examination technology， students majoring in medical imaging technology can independently obtain the theoretical knowledge and practical skills of CT examination， experience the process and methods of medical scientific exploration， improve their awareness of innovation， and establish scientific values. It creates a situation for students to participate in practice. At the same time， it also has the educational functions of learning， stimulating interest， seeking truth， following reason and cultivating morality. It is an important way to independently explore and cultivate the critical thinking and problem analysis ability of students majoring in medical imaging technology.

Key words： virtual reality; experimental teaching; medical imaging technology; computed tomography