前列腺疾病磁共振診斷的智能教學平臺設計

王靜雯，王偉，唐俊軍，黃宗良，王培軍

同濟大學附屬同濟醫院醫學影像科，上海 200065

前列腺增生、前列腺炎及前列腺腫瘤是男性前列腺常見疾病。近年來，前列腺疾病發病率逐年增高，危害最大的是前列腺腫瘤，病死率在男性惡性腫瘤中居第6 位[1-3]。磁共振在軟組織檢查方面有較高分辨力，可準確顯示前列腺的內部組織結構。隨著磁共振設備的發展和成像序列、參數及影像分辨率的不斷優化，磁共振檢查逐步成為發現病灶和腫瘤分類、分級、分型的重要影像學檢查方法，在前列腺癌的診斷及鑒別診斷上具有顯著作用[4-6]。

1 前列腺疾病磁共振影像診斷的教學現狀

目前醫學影像學教學大多采用傳統教學方式，理論教學通過電子課件PPT 形式，教師將大量書本中的理論知識凝練后進行教學，實踐教學通過解讀典型病例圖片，教師針對疾病解剖、功能與影像征象等知識進行教學。因前列腺磁共振的實踐教學課時相對較短，且前列腺癌的磁共振診斷難度大及病例資源有限，學員無法進行大量的讀片實踐訓練，致使其疾病的診斷及鑒別診斷能力提升緩慢[7-10]。

2 提高前列腺疾病磁共振診斷及鑒別診斷的水平

隨著數字化轉型給教學改革帶來的機遇，基于傳統前列腺磁共振教學方式面臨的瓶頸問題[11-13]，整合互聯網、大數據、人工智能等技術研發出“前列腺疾病磁共振診斷智能教學平臺”，幫助學員提高前列腺疾病磁共振診斷及鑒別診斷的水平。

3 前列腺疾病磁共振診斷智能教學平臺設計

本平臺以學習效果評級及反饋為導向，以教學管理保障體系為依托，借助人工智能技術優化教學內容，高效協同理論與實踐，構建前列腺疾病磁共振智能教學庫，通過“自我分級學習”“個性化訓練”及“師生互動”三種教學融合模式，合力調動學員的學習積極性，從而快速、高效地提高臨床醫學五年制、七年制、八年制、留學生的前列腺磁共振診斷教學質量，見圖1。

圖1 前列腺疾病磁共振診斷的智能教學平臺設計

3.1 構建標準化、多中心、大樣本前列腺智能數據庫

為避免參數不同認定和客觀量化標準這個學術性的問題對診斷教學帶來影響，前列腺智能數據庫采用標準的采集參數和標準的數據收集流程，融合前列腺磁共振多模態影像的特點，建立標準化的影像和臨床數據管理流程及統一的影像和非影像數據結合的數據庫。統一規范多模態磁共振影像掃描參數，標準化掃描系統與掃描要求，例如錄入數據統一采用西門子3.0T Verio、16 通道的體部線圈磁共振成像掃描系統，T2加權成像（T2weighted imaging，T2WI）掃描參數選擇快速自旋回波序列橫斷位高分辨T2WI，彌散加權成像掃描參數選擇平面回波成像序列橫斷位彌散加權成像及相應表觀彌散系數，層面內分辨率、層厚、視野、激勵次數等參數一致，掃描完畢后生成時間-信號強度曲線。

3.2 構建多層次、多維度、全過程理論知識數據庫

遵循影像醫學與核醫學課程教學大綱編制前列腺磁共振板塊理論知識庫，針對臨床醫學五年制、七年制、八年制、影像學碩士、博士研究生及規培生等不同層次學員特點，對不同生源臨床醫學培養過程中所需要的前列腺磁共振板塊理論知識進行劃分；既注意相互銜接，又避免重復或遺漏。為保證學科體系的完整性，在編制知識庫時，從教學計劃的全局出發，注重本科生與研究生及規培生階段的銜接與配合，建立整體優化的知識庫體系。

3.3 智能教育系統

3.3.1 自我分級學習模式 本模式實現臨床理論與閱片能力從訓練至考核周期閉環的混合教學場景，運用病例為基礎的教學法，貫穿前列腺磁共振理論與實踐教學全過程。通過病例的篩選，完成前期電子病歷和理論知識點的錄入，按照前列腺癌、前列腺增生和前列腺炎等進行疾病分類，并構建前列腺癌分類、分級、分型和前列腺癌治療方案的知識圖譜知識體系，對前列腺癌進行分級評判。教學過程中調整以往理論學習與實踐訓練相等的傳統模式，以病例為導向，加大實踐教學的權重，教學過程中可打開標注好的病例圖像，觀察病灶的大小、位置及病灶呈現的不同信號特征，調閱相應的理論知識，幫助學員掌握前列腺磁共振影像的理論知識和診斷及鑒別診斷的能力[14-18]。

3.3.2 個性化訓練模式 本模式實現自我訓練與檢測的教學場景，本系統拆解知識點難度、解剖組織結構、常見疾病、教材章節、學員類型，按各難度區間和各系統章節試題、圖片的比例和題量等的設定，針對不同層次的學員自動生成文字試題及讀片試題，并對生成的試題進行自動存檔。通過K-means算法構建學員數字畫像，采集不同生源的學習背景、學習進度、訓練成績、知識點掌握度、規培評分等多維度信息，協同過濾算法精準推送個性化的理論訓練題及實踐訓練病例。學員在讀片實踐訓練中可在圖像上對病灶位置、大小、邊界及信號特征進行描述及診斷，答題后學員可看到正確的診斷結果及標準的結構化報告。在實踐訓練模式下，平臺為每位學員建立學習檔案，通過ABtest 技術原理將容易出錯的病例圖像進行推送訓練，以快速提高診斷及鑒別診斷的能力和水平。

3.3.3 師生互動模式 本模式實現師生在線互動教學場景，設有“讀片直播互動”“評論區互動”及“課程視頻云錄制”功能。在“讀片直播互動”功能下，教師運用直播形式定期發布病例進行讀片討論學習。為加強學員臨床思維訓練，病例下方有“評論區互動”功能，教師通過消息提醒實時解答學員的疑惑。在“課程視頻云錄制”功能下，教師可實現視頻課程的云錄制及上傳，充分滿足疫情防控形勢下在線備課、在線上課及課后點評的教學工作，同時便于學員反復觀看鞏固知識點。

“前列腺疾病磁共振診斷智能教學平臺”在基于課程體系的頂層設計下，通過“自我分級學習”“個性化訓練”及“師生互動”三種教學模式的有機融合，提高學員對教學內容的掌握，對知識點、難點的理解，對影像征象的分析，從而提高學員的臨床診斷準確率及報告書寫的水平。

3.4 軟件和實現平臺

項目以 Python 作為開發語言，采用 OHIF DICOM Viewer 開源軟件為交互式界面設計，基于瀏覽器的遠程訪問協議（支持 360 安全瀏覽器、Microsoft Edge、Safari 等主流瀏覽器）。通過ImageJ、Convert3D、Slicer、ITK-snap 和Python 等算法，構建前列腺癌影像組學分析環境，并通過自定義接口關聯影像組學和深度學習的算法。

4 結語

“前列腺疾病磁共振診斷智能教學平臺”的設計，為數字化方式賦能前列腺疾病磁共振影像診斷的教學構建了藍圖，為下一步項目的應用奠定了基礎。未來隨著數字化技術的高速發展，運用大數據、人工智能、虛擬現實等創新技術，將開創醫學影像學“沉浸式”教育新篇章。學員為中心的個性化教學實踐，自主讀片訓練可鞏固理論知識消化，使學員的學習興趣得以強化、師生互動更為便捷、知識點掌握更加扎實，臨床思維能力大幅提升。