梁明輝，王曉東，夏力丁

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006

數(shù)字化仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

梁明輝，王曉東，夏力丁

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161006

目的：探討醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。方法以4大網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主要載體和工具[P2P網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體技術(shù)、協(xié)同交互技術(shù)（CSCW）、基于Web Service的虛擬展示技術(shù)、基于DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)的影像傳輸與處理技術(shù)]將病例膠片轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式,把醫(yī)學(xué)影像學(xué)理論課件和自制多媒體實(shí)驗(yàn)課件存儲(chǔ)于服務(wù)器中，建立數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。結(jié)果建立具備仿真實(shí)驗(yàn)操作、病例圖像檢索與瀏覽、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交、教師批閱等功能的影像學(xué)資料庫,在客戶端利用IE瀏覽器調(diào)閱相關(guān)資料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。結(jié)論改革影像學(xué)實(shí)習(xí)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性,加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。系統(tǒng)具有操作方便、直觀、互動(dòng)性好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。充分利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)醫(yī)學(xué)影像學(xué)實(shí)習(xí)課進(jìn)行教學(xué)，能夠提高學(xué)生的實(shí)習(xí)效率。

仿真；數(shù)字化；醫(yī)學(xué)影像學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)平臺(tái)

大型醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在21世紀(jì)發(fā)展迅速，醫(yī)學(xué)影像學(xué)已成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要學(xué)科之一，在臨床醫(yī)療工作中離不開醫(yī)學(xué)影像對(duì)疾病進(jìn)行診斷。醫(yī)學(xué)影像學(xué)擁有的理論體系是信息科學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科相互交叉的學(xué)科。PACS系統(tǒng)的出現(xiàn)將醫(yī)學(xué)影像學(xué)帶入了數(shù)字化影像時(shí)代，把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)中，將醫(yī)學(xué)影像技術(shù)以數(shù)字仿真形式傳授給學(xué)生，將是未來主要的教學(xué)手段和教學(xué)改革方向。

醫(yī)學(xué)影像學(xué)中影像技術(shù)是教學(xué)中的重要組成部分，醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)的核心是為臨床提供含有最大信息量的圖像，協(xié)助臨床醫(yī)生對(duì)疾病做出正確的診斷[1]，基礎(chǔ)理論知識(shí)、基本實(shí)踐技能，是學(xué)生掌握不同的影像技術(shù)的堅(jiān)強(qiáng)后盾，為他們?nèi)蘸蟪浞肿匀绲卦谂R床工作中更好地為患者服務(wù)、為臨床工作服務(wù)打下基礎(chǔ)[2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)踐教育的主要組成部分之一，對(duì)于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力有著不可替代的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠理解鞏固理論教學(xué)內(nèi)容和增加感性認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生感受、理解知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過程，而且能夠?qū)W習(xí)和掌握必要的影像設(shè)備工程技術(shù)、影像成像原理、先進(jìn)設(shè)備和學(xué)科的基本研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，是影像醫(yī)學(xué)生從理論學(xué)習(xí)走向臨床實(shí)踐的一個(gè)過渡階段。以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，將X線原理實(shí)習(xí)課、CT原理實(shí)習(xí)課、MR原理實(shí)習(xí)課，大量、系統(tǒng)的經(jīng)病理或臨床證實(shí)的病例實(shí)現(xiàn)影像醫(yī)學(xué)資源共享。采用學(xué)生互動(dòng)、師生互動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)形式，建立高效的運(yùn)行機(jī)制，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造個(gè)性化學(xué)習(xí)的環(huán)境。

1 材料與方法

1.1 材料

校園網(wǎng)主干為萬兆，連接桌面信息點(diǎn)全部為百兆。全網(wǎng)采用的是銳捷產(chǎn)品，服務(wù)器近40臺(tái)，采用2臺(tái)8610交換機(jī)做核心設(shè)備，3臺(tái)7606和2臺(tái)57系列交換機(jī)作為匯聚設(shè)備，出口路由采用的是銳捷的NPE50-40可以提供≥200萬并發(fā)NAT會(huì)話數(shù)量，2臺(tái)1600防火墻分別放在出口和服務(wù)器群前面，保證了網(wǎng)絡(luò)的安全。采用3臺(tái)IDS設(shè)備很好的保證了對(duì)異常流量的監(jiān)控，全網(wǎng)的GSN安全解決方式保證了用戶網(wǎng)絡(luò)的安全?？蛻魴C(jī)為30臺(tái)聯(lián)想臺(tái)式計(jì)算機(jī)（CPU Intel Pentium4 516主頻2.93 GHz、二級(jí)緩存1 MB、800 MHz前端總線、內(nèi)存256MB、80 GB SATA硬盤、17英寸液晶顯示器）；操作系統(tǒng)為MicrosoftWindows XP。

1.2 方法

1.2.1 建立醫(yī)學(xué)影像資源庫

筆者主要通過附屬醫(yī)院和自己制作多媒體課件，共收集了200多種影像類別、300余病例、30 000余幅圖像和醫(yī)學(xué)物理學(xué)、醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)、醫(yī)用電子學(xué)、影像設(shè)備學(xué)、物理學(xué)課程教學(xué)課件。在基礎(chǔ)實(shí)踐教學(xué)有X線原理實(shí)習(xí)課、CT原理實(shí)習(xí)課、MR原理實(shí)習(xí)課等。診斷實(shí)踐教學(xué)有病例討論課模塊：神經(jīng)系統(tǒng)病例討論課，五官及頸部病例討論課，呼吸系統(tǒng)病例討論課，循環(huán)系統(tǒng)病例討論課，消化系統(tǒng)病例討論課，泌尿系統(tǒng)病例討論課，生殖系統(tǒng)病例討論課，骨、關(guān)節(jié)和軟組織病例討論課，乳腺、腎上腺及腹膜后腫瘤病例討論課，介入放射學(xué)病例討論課。教學(xué)互動(dòng)形式活潑、操作方便。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1.2.2.1 P2P網(wǎng)絡(luò)視頻流媒體技術(shù)通過直接信息交換，共享計(jì)算機(jī)資源和服務(wù)，對(duì)等計(jì)算機(jī)兼有客戶機(jī)和服務(wù)器的功能，各對(duì)等計(jì)算機(jī)之間通過直接互聯(lián)實(shí)現(xiàn)信息、處理器、存儲(chǔ)甚至高速緩存等資源的全面共享，無需依賴集中式服務(wù)器支持，消除信息孤島和資源孤島。

1.2.2.2 計(jì)算機(jī)協(xié)同交互技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體環(huán)境下，一個(gè)群體協(xié)同工作完成一項(xiàng)共同的任務(wù)，它的目標(biāo)是要設(shè)計(jì)支持各種各樣的協(xié)同工作的應(yīng)用系統(tǒng)。CSCW技術(shù)在中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的成功應(yīng)用，為在時(shí)空上分散的師生提供了一個(gè)“互視”和“同步”的協(xié)同工作仿真環(huán)境，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

1.2.2.3 基于Web Service的虛擬展示技術(shù)Web Service是將軟件做成服務(wù)，遵從相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，讓不同的系統(tǒng)可以跨平臺(tái)，彼此相互兼容，具有無縫通信和數(shù)據(jù)共享的能力。Web Service技術(shù)通過結(jié)構(gòu)化的XML文檔，采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，能夠方便快捷準(zhǔn)確地傳遞信息、交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)信息資源的有效整合?；赪eb Service的虛擬展示技術(shù)在中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，為學(xué)生提供了豐富的數(shù)字仿真醫(yī)學(xué)影像知識(shí)，豐富的教學(xué)手段與內(nèi)容。

1.2.2.4 基于DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)的影像傳輸與處理技術(shù)DICOM 3.0是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，是允許醫(yī)學(xué)圖像在檢查儀器、電腦和醫(yī)院之間進(jìn)行交換的一組規(guī)則，能滿足高速傳輸圖像、文字、表格、數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)圖像以及聲音的需要[3-5]。所有病例圖像在其存儲(chǔ)、傳輸以及顯示的過程中都是完全遵循DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)，可以達(dá)到完美的無失真效果，并能在客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)行自如的數(shù)字化操作。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)組件

系統(tǒng)組件包括2個(gè)服務(wù)器房，多媒體電子閱片室（共30臺(tái)計(jì)算機(jī)）。軟件系統(tǒng)部署在服務(wù)器上，具備圖像上傳、圖像管理、圖像檢索與瀏覽、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交、教師批閱等功能。實(shí)驗(yàn)課程以及與實(shí)驗(yàn)課程相關(guān)的《醫(yī)學(xué)影像學(xué)》網(wǎng)絡(luò)課件、醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)網(wǎng)站、醫(yī)學(xué)影像網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫、自己制作的多媒體課件等均以數(shù)字信息的形式在網(wǎng)上發(fā)布。實(shí)驗(yàn)教學(xué)圖像資源按設(shè)備分X線、CT、MRI、核醫(yī)學(xué)、超聲5個(gè)大類，各大類按人體系統(tǒng)分呼吸、循環(huán)、消化、泌尿、生殖、骨關(guān)節(jié)、中樞神經(jīng)、五官、內(nèi)分泌9個(gè)部分；數(shù)據(jù)庫內(nèi)錄入了3萬多圖像及文本資料?？蛻舳送ㄟ^IE瀏覽器訪問服務(wù)器，實(shí)行內(nèi)網(wǎng)完全開放、外網(wǎng)授權(quán)開放的管理辦法，方便學(xué)生上網(wǎng)實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)還具備其他多媒體教學(xué)系統(tǒng)、資源庫的共同優(yōu)點(diǎn)[6]。

2.2 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用

2.2.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

學(xué)生在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作簡便，會(huì)使用計(jì)算機(jī)就會(huì)使用本系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)動(dòng)手能力，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能，深化物理知識(shí)的目的，實(shí)驗(yàn)中待測(cè)的物理量可以隨機(jī)產(chǎn)生，以適應(yīng)同時(shí)實(shí)驗(yàn)的不同學(xué)生和同一學(xué)生的不同次操作，見圖1。對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差也進(jìn)行了模擬，以評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量的優(yōu)劣，見圖2。

2.2.2 臨床實(shí)踐教學(xué)

系統(tǒng)平臺(tái)臨床實(shí)踐部分由12個(gè)模塊組成，涵蓋了醫(yī)學(xué)影像的各個(gè)范疇，收集了300余病例、30 000余幅圖像里都是經(jīng)過精選并經(jīng)病理學(xué)檢查證實(shí)的病例，重點(diǎn)以常見病多發(fā)病為主，罕少見病及誤診病例亦屬重要組成部分，具有全文查找功能，分類索引功能和標(biāo)題分類進(jìn)行內(nèi)容檢索，見圖3。以同病異影，異病同影，同病不同的檢查手段，各自的影像特點(diǎn)，診斷與鑒別診斷要點(diǎn)加以描述比較，以圖為主，描述為輔，以求達(dá)到圖文并茂，簡捷明了。在網(wǎng)上不但可自主實(shí)驗(yàn)，還可在學(xué)生與學(xué)生之間展開合作實(shí)驗(yàn)，如多名學(xué)生可遠(yuǎn)程共同完成某個(gè)病例的報(bào)告書寫，而且學(xué)生與學(xué)生同時(shí)還可有老師參與的情況下開展一些探索性的實(shí)驗(yàn)，如總結(jié)某個(gè)病種的發(fā)病規(guī)律及影像學(xué)特點(diǎn)，見圖4。

3 討論

為實(shí)現(xiàn)教育部提倡的“自主型學(xué)習(xí)、創(chuàng)新型學(xué)習(xí)”宗旨，利用醫(yī)學(xué)影像存檔與通訊系統(tǒng)（Picture Archive and Communication System，PACS）進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)也成為醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)方法改革和創(chuàng)新的一種新的趨勢(shì)[3，6]。筆者確立了“以醫(yī)工結(jié)合為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，將醫(yī)學(xué)影像知識(shí)以數(shù)字仿真的形式傳給學(xué)生”的教學(xué)改革新思路。通過計(jì)算機(jī)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的操作有機(jī)地融合為一體，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的模擬，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的物理思想和方法、儀器的結(jié)構(gòu)及原理的理解，并加強(qiáng)對(duì)儀器功能和使用方法的訓(xùn)練，培養(yǎng)設(shè)計(jì)思考能力和比較判斷能力，可以達(dá)到實(shí)際實(shí)驗(yàn)難以實(shí)現(xiàn)的效果，對(duì)不同年級(jí)不同專業(yè)的醫(yī)學(xué)生有不同的實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，同時(shí)學(xué)生還可在網(wǎng)上開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)施個(gè)性化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)啟迪學(xué)生科學(xué)思維和培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)有積極的意義。該系統(tǒng)還具備其他多媒體教學(xué)系統(tǒng)、資源庫的共同優(yōu)點(diǎn)[7-8]。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)充分發(fā)揮了學(xué)生為學(xué)習(xí)主體的功能，數(shù)字化仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，將以前的學(xué)生跟著學(xué)校走的教學(xué)模式轉(zhuǎn)換成學(xué)校跟著學(xué)生走的新模式，是將醫(yī)學(xué)影像知識(shí)以數(shù)字化仿真的形式傳給學(xué)生的教學(xué)改革新思路，通過這種形式，學(xué)生的影像知識(shí)得到了逐步提高。

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App lication research of digital simulation system in medical imaging teaching

LIANGMinghui,WANG Xiaodong,XIA Liding
Qiqihar Medical University Institute of Technology,Heilongjiang Province,Qiqihar 161006,China

Objective:To discuss the advantages of experimental platform of digital in the medical imaging teaching. M ethods:The authors maked the four network technologies as major carriers and the main tool[P2P network video streamingmedia technology,computer supported collaborative work(CSCW),web service-based virtual display technology, standards-based DICOM 3.0 image transferring and processing technology]to change the case film into digital format. Courseware ofmedical imaging theory and self-made multimedia experimental courseware were stored on the servers,a digital platform for experimental teaching was created.ResultsThe author created the imaging database including simulation experiment operations,case retrieval and browsing,experimental report,teachers'examinations and other functions, and used the IE browser client access to relevant information for experimental teaching.ConclusionThe authors consider we should reform practice model of imaging,mobilize the students to enhance practical ability of students.The system bears the following advantages as easy to operate,intuitive,interactive,safe and reliable.To fully use modern medical imaging network platform for teaching practical lessons can improve their practice efficiency.

Simulation;Digital;Medical imaging;Experimental teaching;Teaching platform

G423.06

C

1673-7210（2011）04（b）-122-03

齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院2008年教育科學(xué)研究“十一五”課題（課題名稱：影像物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件的制作；課題編號(hào)：JY0828）。

2011-02-15）