醫學影像虛擬仿真實驗平臺的運用實踐探索

鐘 依 張思雨 鄒親玉*

（1.長沙醫學院醫學影像學院，湖南 長沙，410219；2.長沙醫學院口腔醫學院，湖南 長沙，410219）

醫學影像虛擬仿真實驗平臺有效融合了真實實驗、現場實習實訓和虛擬仿真實驗，從而打造出帶有學校特色的虛擬仿真實驗平臺，可以有效實施多個專業課程的實驗項目。在現實操作過程當中，往往會遇到實驗無法進行的情況，這些實驗往往具有不可替代性、高危險性、極端環境需求性、高成本性、高消耗性以及不可逆轉性等特點，這也極大地增加了教師的教學難度，降低了學生的直觀理解度。此平臺有效應用了先進的技術手段，包括虛擬現實、人機交互、仿真軟件以及數據庫等，可以合理構建虛擬實驗環境，并且包含相關的實驗對象，可以極大地滿足相關教學需求，使醫學影像的實驗教學水平得到有效提高。

1 系統總體設計

醫學影像學作為一門重要的實驗科學，需要通過具體實驗來發現相關的規律現象。通過有效開展醫學影像實驗課程，可以使學生的科學素質、研究能力和創新能力得到有效培養。但實驗設備的耗資往往相對較大，而且還需要做好輻射防護工作，這也對醫學影像實驗的順利開展造成阻礙。在此背景下，學校需要有效打造醫學影像虛擬仿真實驗平臺，有效實施仿真實驗教學，其可以有效彌補實驗教學中的相關缺陷。在醫學影像仿真實驗開展過程中，利用計算機編程可以營造良好的仿真實驗環境氛圍，具體包括X 射線影像、磁共振影像、超聲波影像以及紅外線成像等[1]。

1.1 X 線機模塊

X 線機模塊主要采用計算機、軟件等相關設備，從而建設X 線機的工作站，不需要X 線的產生和成像設備，可以對醫學影像實現數字化仿真，并優化其后期處理。具體來說，需要變換圖像灰度，并應用數字剪影技術、后處理技術以及窗口技術，對圖像有效重建，從而有效開展虛擬仿真實驗。

1.2 磁共振模塊

磁共振模塊具體需要利用虛擬軟件以及計算機等相關設備，通過磁共振的結構原理，有效實現虛擬仿真處理，完成磁共振成像以及后期處理。通過對虛擬仿真的有效學習，可以更為深刻地了解磁共振的模塊工作原理，具體包括梯度磁場的調節與測量、反轉恢復序列側縱向持續時間、連續譜磁共振[2]。

1.3 醫學超聲模塊

針對醫學超聲模塊展開分析，其超聲成像原理具體而言包括兩種類型的虛擬仿真。通過此模塊，可以利用虛擬仿真技術，有效訓練學生對超聲儀器的使用，從而使學生能夠有效掌握A、B 超的相關工作原理。除此之外，通過合理利用人體部位的B 超成像，可以進一步保證相關設備操作的流程性以及規范性。

2 醫學影像虛擬仿真實驗平臺建設的必要性

首先，目前一些醫學生的實踐動手能力還相對較弱，而且缺乏臨床思維，未能樹立起良好的創新意識，專業能力相對較弱，這也對應用型醫學人才的培養造成了嚴重制約。而之所以出現以上問題，主要與受到相關因素的影響有關，具體包括實驗成本、實驗特殊條件、動物實驗不可逆性以及醫學倫理等。對此需要有效應用現代信息技術，并對具有共享性、開放性以及交互性的教學系統進行研究，開發出虛擬化和網絡化的實驗教學系統，有效搭建虛擬仿真實驗教學平臺，以此來促進實驗教學改革，學生能夠充分了解實驗內容，并為學生提供良好的動手操作機會，有效打破醫學生在學習時受到的時空限制，有效突破醫學人才的培養瓶頸，推動醫學教育的健康發展[3]。

其次，近年來醫療衛生行業的準入制度已實現了深化改革，對相關醫療人員的專業能力也提出了更高要求。實習醫生并不具有職業醫生資格，所以在法律層面上不被允許從事相關臨床實踐操作。從法律層面展開分析，實習醫生所進行的臨床實踐行為是一種違法行醫。而我國相關部門對執業醫師的資格考試改革也進行了分段實施，從而使此類問題得到解決。在醫院的各項工作開展過程中，上級醫師對實習醫生不敢完全放手，擔心其獨自操作無法順利完成，容易產生相關的醫療事故，引起醫療糾紛，這也降低了醫學生的臨床實踐能力，無法有效提高其職業素質。因此，在學校教育階段應全面強化學生的臨床實驗教學，對此需要有效構建醫學虛擬仿真實驗教學平臺，從而醫學生畢業后的工作能力得到有效提高。

最后，通過相關實踐可以發現，虛擬仿真教學具有十分顯著的教學成果，通過科學合理的搭建虛擬仿真實驗教學平臺，能夠充分發揮帶動與示范作用。但目前一些院校在此方面的資源還比較分散，未對其展開合理規劃和科學管理。因此，現階段需要有效創建基礎教育和醫學實驗的虛擬仿真教學平臺，并有效整合和集成平臺資源，使其集中于統一管理平臺，從而打破學科與課程的限制，結合專業教學和實驗教學改革需求建立起完善的教學體系，系統化地實施虛擬實驗，發揮出該類實驗的重要優勢[4]。

3 醫學影像虛擬仿真實驗平臺的實際應用對策

3.1 醫學影像實驗室的一體化建設

在醫學專業課程教學期間，需要對實驗教學更加重視，而實驗室建設對于提高實驗教學質量有著重要作用。通過有效開展實驗教學，可以有效培養學生觀察病變、動手操作以及疾病診斷等方面的能力，因此要高度重視實驗教學工作，使學生能夠有效結合所學理論與實踐，全面提高學生的專業水平。在實際建設專業實驗室時，需要結合實際情況，并樹立起長遠的發展目光，從整體角度考慮，有效加強醫學影像實驗室的一體化建設，從而使信息化教學需求得到滿足。在傳統醫學影像的實驗室中，由于受到當時條件的限制，所以實驗室布局相對分散，在功能上也比較單一，相關的實驗儀器和設備較為落后，未能得到有效匹配，因此無法使信息化教學需求得到滿足。為了使此局面得到改變，學校需要針對各課程教研組以及相關實驗室進行一體化改造，具體包括醫學電子、醫學影像（如超聲）診斷等實驗室。對一體化改造的有效落實可以使實驗室承擔多門專業課的實驗教學，使其滿足信息化背景下的實驗課程教學要求，從而使打造出的新型實驗室會全面提高實驗教學水平[5]。

3.2 優化醫學影像實驗室的硬件設施配置

對于醫學影像應有效構建數字仿真教學系統，需要有效整合校園網信息系統、服務器，從而打造出全新的管理信息系統。該系統可以對局域網中的實時影像加以利用，合理優化科研工作，并通過校園網提供傳輸服務，采用一致且簡單的瀏覽器接口，有效采集和匯總相關的音頻、視頻以及圖像等信息，實現信息的有效共享。醫學影像數字仿真教學系統通常包括三個部分，分別為測試系統、實習系統及多媒體網絡教室。在多媒體網絡教室當中，需要對教師所采用的多媒體計算機主機、學生使用的計算機分機、程控交換機、投影儀、多媒體電子講臺以及電子白板等進行配備。網絡覆蓋需要具體覆蓋所有的辦公樓、宿舍以及教學樓，使網絡能夠暢通運行。這樣一來，學生可通過網絡資源實現自主學習。在實習系統當中儲存了大量影像資料，同時還包括編寫的病歷版，其具有影像報告模板、閱片工具以及看圖工具等相關教學軟件，需要安排指導教師對其專門負責。在測試系統當中則需要對標準化題庫進行設置，并要能夠隨機合成試卷，配備相關的分析工具，學生在學習后可自行選擇實習或測試，以此來檢驗自身的學習成果[6]。

3.3 創新醫學教育基礎與臨床結合的虛擬仿真實踐教育平臺

通過加強醫學的基礎教育，可以全面提高醫學生的學習能力和專業水平。因此需要對醫學生的教育基礎進行有效創新，并要充分結合虛擬仿真教育平臺，有效提高學生的專業知識水平，使其掌握相關技能。通過虛擬仿真教學手段結合專業基礎知識和臨床實踐技能，并將機能、虛擬、形態、實踐等有效融合，實現跨學科整合，從而使各個學科實現統一管理、有效的資源共享，全面提高醫學生的臨床實操能力，培育學生的臨床思維。在實際開展教育工作時，需要將器官功能、臨床技能、思維結構等有效結合，同時還需要設計出具有特色的實驗教育系統，其需要對醫學影像的仿真虛擬平臺以及形態學仿真教育平臺等進行配置[7]。在平臺群設計過程中，需要按照由簡到繁和由高到低的原則，使其逐步過渡，確保能夠有效契合學生的臨床思維、符合學生的認知規律。在對教育內容進行設計時，學生在前期應對相關臨床知識和技能進行學習，而到后期則應回歸到基礎教育，有效整合學生的所有學科內容，使知識系統得到完善。在資源建設過程中，需要對相關實驗室、實驗教材、實驗課程以及教育資源等進行整合，并采取科學有效的激勵措施，充分調動教師開發與設計虛擬項目的積極性，并與高水準教師加強交流和學習活動。通過采用此資源建設模式，一方面可以使平臺的實效性和可持續性得到有效提升，另一方面還能夠使教師的綜合素質得到有效提高[8]。

3.4 在實踐教育中引進網絡技術和多媒體技術

在實踐教育過程中，需要對以往的教育模式有效創新，具體應在實踐教育中引進多媒體和網絡技術，以此來有效創新和改革教育模式。具體來說，在對虛擬仿真教育平臺進行創建時，需要對實踐教育的信息化建設工作進行強化。在具體的教學過程中，任課教師需要充分利用平臺的多元化功能，從而使以往的教育模式得到創新。例如，在教育平臺中，教師可以在線布置任務并進行測試，通過平臺遠程訪問學生[9]。教師在平臺當中能夠批改學生的實驗報告，并將學生成績自動統計；同時在教育平臺中可以有效強化師生間的交流互動，有效保證醫學影像實踐教育、記錄、評價、互動傳輸等過程的可視化，為教師的教育和學生的學習提供了全新渠道，使實踐教育資源庫得到有效豐富。在實踐教育期間，需要以學生為中心，合理優化與改進教學模式。在實驗教學過程中可以有效應用智能技術、網絡技術以及多媒體技術，使實驗教學的信息化建設水平得到有效提升。在此期間，學校自身需要加大資金投入，使平臺得到升級與改造，全面打造一體化的實驗教學信息化云平臺。而平臺應具有遠程指導、自主學習、師生互動、質量控制與評價、可視化錄播等相關功能。除此之外，學校應和附屬醫院加強合作，共同打造相應的資源共享平臺，在實際教學過程中，附屬醫院中的相關典型臨床病例可以為學校教育提供幫助，從而使虛擬教育資源得以充實，并有效落實大規模、共享以及在線等實驗教育活動，極大地創新了傳統教育模式[10]。

3.5 自主研發虛擬仿真實驗項目

學?？赏ㄟ^有效開展科研工作促進提高教學水平，結合教學需求引進和購置虛擬仿真項目，同時還需要加大自主設計和研發力度，有效轉化相關的科研成果，使其轉變為實驗教學方面的相關內容[11]。近些年，隨著我國科學技術的快速發展，醫學影像虛擬仿真實驗教學中心也自主研發了PCS 網絡教學系統等，這使中心獲得了大量教育資源。為了使相關教學內容能夠與學校的教學要求相匹配，并緊隨教學改革的步伐，需要有效開展自主設計相關的綜合型和創新型實驗項目，并將其在帶有學校特色的系列實驗教材中編入，如臨床技能學實訓、人體顯微機構學、實驗醫學機能實驗學以及人體解剖學實驗等[12]。

4 醫學影像虛擬仿真實驗平臺實踐運用的整體效益分析

在學校醫學影像技術專業中，醫學影像診斷學是一門十分重要的專業課程。伴隨著我國影像診斷技術的快速發展，對此課程的教學也有了全新要求。需要對醫學影像虛擬仿真教學系統進行有效開發和應用，可以為廣大師生提供方便[13]。

首先，教師通過利用此網絡平臺，可以有效應用多媒體技術和網絡技術為學生在線上課。具體來說，在教學過程中可以為學生展現圖文并茂的CAI 課件，特別是病歷版的CAI課件十分受學生歡迎。

其次，在全新的教育環境中，學生不再被動接受學習，也不再孤立，而是可以以小組成員角色在協商式的學習活動中積極參與，并發表自己意見。有效開發此系統可以打破傳統教學模式的時空限制，教學活動的開展也不再局限于課堂，教師和學生之間的互動得到了明顯增強，成為了積極合作者。

再次，無論是在學校教室，還是在學生宿舍，學生都可以通過教學課件來完成學習和復習活動。而且此系統的開發與利用，可以充分體現出以學生為主的全新教育理念，可以由學生自己來控制學習時間與空間，極大地強化了學生的自主學習。在對此系統進行應用后，學生可以通過此系統有效進行自習和復習，極大地提高了學生的創新和實踐能力，使其能夠更快地承擔起實習工作[14]。

最后，在醫學院校專業教學過程中，通過合理構建醫學影像虛擬仿真實驗教學平臺，學生的學習效果得到明顯提高，對學生就業能力的培養也具有重要作用。與此同時，通過有效融合此教學平臺和專業課程教學，可以極大地提高教學質量。通過相關調研可以發現，在某校的醫學專業教學過程中，通過合理利用此平臺，對專業學生未來就業起到了明顯幫助，學生畢業后的就業率對比往年明顯提高。

5 結語

綜上所述，通過對醫學影像虛擬仿真實驗教學平臺進行搭建，可以引導學生完成相關的仿真模擬訓練，有效掌握臨床影像技術的相關知識和技能，并使當前階段醫學影像技術在實踐教學過程中的不足得到有效彌補，進一步提高教學效果。在全新的社會發展時期，醫學教育改革也在持續深入當中，通過有效創新實踐教育，可以使醫學影像的教育質量得到提升。通過運用醫學影像虛擬仿真實驗教學平臺，學生能夠進入到一個全新的實驗空間當中，不僅可以激發其積極性和創造性，還能夠進一步促進學校資源的開放與共享，使學校的教育需求得到滿足，全面提高教育質量。