成少利，張秉義，鄭黎明，張耀杰，柴 云

西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院本科實驗中心， 西安 710061

數(shù)字切片是指通過切片掃描系統(tǒng)采集的包含了玻璃切片上的所有信息(包括標(biāo)簽、組織)的圖片文件。這個圖片文件如同一張真實的切片標(biāo)本，可以通過電腦自由選取想觀察的部位，可以任意地放大或縮小，如同在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行觀察。醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)涵蓋生物學(xué)、組織學(xué)、病理學(xué)、微生物學(xué)和寄生蟲學(xué)，實驗課教學(xué)為其重要的組成部分，實驗課時占全部課程教學(xué)的一半，實踐與理論同等重要。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要是切片標(biāo)本的觀察。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式為教師利用玻璃切片標(biāo)本進(jìn)行示教、講解、觀察要點，然后學(xué)生通過光學(xué)顯微鏡進(jìn)行切片的觀察。這種教學(xué)模式對于學(xué)生熟練使用顯微鏡，訓(xùn)練其動手能力發(fā)揮了積極的作用[1]。但是傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式存在幾點不足[2]：①教師對學(xué)生的指導(dǎo)是通過學(xué)生顯微鏡進(jìn)行的，學(xué)生和教師輪換觀察顯微鏡下目標(biāo)進(jìn)行交流，交流費時，甚至發(fā)生針對錯誤的觀察目標(biāo)交流，效果明顯不佳；②玻璃切片標(biāo)本隨著使用時間的延長，會存在切片褪色、破損而減少；③隨著現(xiàn)代診療技術(shù)的發(fā)展，一些常見病在未能經(jīng)歷全部的病程即被治愈，也有一些疾病徹底絕跡或罕見，難以獲得標(biāo)本，一旦破損,難以補(bǔ)充；④教師對學(xué)生的指導(dǎo)只能局限于上課時間并且必須在教學(xué)實驗室進(jìn)行，因而切片教學(xué)手段的革新必將對教學(xué)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。將數(shù)字切片掃描系統(tǒng)[3]引入傳統(tǒng)教學(xué)必將產(chǎn)生教學(xué)技術(shù)的風(fēng)暴，全面提升形態(tài)學(xué)實驗課的教學(xué)質(zhì)量。

為了提高形態(tài)學(xué)實驗課程教學(xué)效果、節(jié)省課堂教學(xué)時間，也為了學(xué)生綜合能力培養(yǎng)提供時間保障，全面提升實驗教學(xué)的質(zhì)量，本科實驗中心于2017年9月建設(shè)了該教學(xué)平臺并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)部各專業(yè)形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)實驗課的教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果，得到了師生的一致好評，現(xiàn)介紹如下。

1 數(shù)字切片教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)

1.1 數(shù)字切片教學(xué)網(wǎng)絡(luò)及硬件構(gòu)架

①利用網(wǎng)絡(luò)控制室和學(xué)生實驗室校園網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)布局，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，依托學(xué)校校園網(wǎng)布局完全可以達(dá)到該系統(tǒng)的要求，無需另行組建局域網(wǎng)[4]；

②每個實驗室均由1臺路由器將1臺教師用計算機(jī)與24臺學(xué)生用計算機(jī)連接成網(wǎng)；

③數(shù)字切片服務(wù)器通過校園網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)；

④數(shù)字切片掃描系統(tǒng)由網(wǎng)線與服務(wù)器連接，切片掃描完成后直接傳輸?shù)椒?wù)器(如圖1所示)。

圖1 數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接示意圖

1.2 數(shù)字切片教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由安裝在數(shù)字切片服務(wù)器內(nèi)的DSE系統(tǒng)和數(shù)字切片庫構(gòu)成。借助數(shù)字切片教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可通過IE瀏覽器進(jìn)行數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)瀏覽、數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)化后臺管理。登錄地址：http://202.117.227.18/DSE

用管理員身份登錄后可以設(shè)置用戶名以及登錄密碼，同時可以賦予不同用戶以不同權(quán)限(如是否具有修改權(quán)限)。

數(shù)字切片庫需按教學(xué)大綱要求進(jìn)行標(biāo)注，界面目錄可以按照電子書的方式翻頁觀察，操作便捷。數(shù)字切片庫后臺圖像處理功能，可對數(shù)字切片進(jìn)行顏色調(diào)節(jié)、清晰度調(diào)節(jié)、顏色增強(qiáng)調(diào)節(jié)、伽瑪校正等操作。該系統(tǒng)提供拍照功能，制成數(shù)字切片文件。一張數(shù)字切片可生成任意數(shù)量的JPG、BMP圖像。

在教師或?qū)W生的服務(wù)器終端計算機(jī)，通過IE瀏覽器可用兩種模式觀察數(shù)字切片，模擬顯微鏡固定放大倍率觀察，包括4倍、10倍、20倍、40倍、100倍；無極變倍觀察，通過鼠標(biāo)滾輪上下滾動任意調(diào)節(jié)的連續(xù)變倍，調(diào)節(jié)范圍為0.4倍至80倍[5]。

1.3 全自動掃描顯微平臺及數(shù)字切片庫的建設(shè)

全自動數(shù)字切片掃描系統(tǒng)由一臺全自動數(shù)字顯微鏡以及與它相連的專業(yè)控制盒組成。通過全自動掃描平臺的掃描與控制軟件系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的玻璃切片進(jìn)行逐行逐列掃描，通過軟件進(jìn)行無縫拼接，生成包括傳統(tǒng)玻璃切片內(nèi)預(yù)取的興趣區(qū)所有信息，即一整張全視野的數(shù)字化切片圖像文件[6-7]。

根據(jù)教學(xué)大綱的要求，我們與相關(guān)專業(yè)授課教師反復(fù)商討確定切片內(nèi)容，并由經(jīng)驗豐富的教師精心挑選結(jié)構(gòu)典型、染色最佳的玻璃切片進(jìn)行掃描，掃描完成后，上傳服務(wù)器數(shù)字切片庫內(nèi)，最后通過數(shù)字切片教學(xué)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的專業(yè)軟件對切片庫中數(shù)字切片按照課程的章節(jié)分門別類進(jìn)行歸類。所有切片按照實驗教學(xué)進(jìn)度設(shè)置子目錄，以方便對切片進(jìn)行管理和學(xué)習(xí)。待這些工作完成后，組織專業(yè)課教師對每張數(shù)字切片進(jìn)行標(biāo)注，便于學(xué)生自學(xué)。總計完成組織學(xué)數(shù)字切片62張，14 947MB(15G)。包括上皮、固有結(jié)締組織、骨和軟骨、血液、肌組織、神經(jīng)組織；神經(jīng)、循環(huán)、免疫、內(nèi)分泌、消化、呼吸、泌尿、男女生殖等章節(jié)。病理學(xué)切片75張，總共45 251MB(45G)，包括腫瘤、循環(huán)、消化、呼吸、泌尿、女性生殖系統(tǒng)、傳染病、變性、血液循環(huán)障礙、炎癥和適應(yīng)等章節(jié)(如圖2所示)。

2 應(yīng)用效果

該系統(tǒng)于2017年上半年建成病理學(xué)切片庫，并應(yīng)用于醫(yī)學(xué)部2015級臨床醫(yī)學(xué)、口腔、預(yù)防、法醫(yī)專業(yè)和2014級留學(xué)生臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)，共計35個班級，600余名學(xué)生的病理學(xué)實驗課教學(xué)，目前共完成28 096人時數(shù)；2017年下半年建成組織學(xué)切片庫，用于對2016級臨床醫(yī)學(xué)、口腔、預(yù)防、法醫(yī)專業(yè)以及八年制臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)，共計32個班級，600余名學(xué)生的組織學(xué)實驗課教學(xué)中，共完成17 256人時數(shù)，取得了較好的教學(xué)效果，受到授課教師和學(xué)生的一致好評：98%的學(xué)生對該系統(tǒng)非常滿意；90%的學(xué)生認(rèn)為該系統(tǒng)明顯提高了教學(xué)效果；95%的學(xué)生表示該系統(tǒng)節(jié)省了實驗學(xué)習(xí)時間。實驗課教師也普遍反映數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)提高了實驗課教學(xué)效果，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高。

3 討論與總結(jié)

醫(yī)學(xué)教育的目標(biāo)是不斷提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和分析問題、解決問題的能力，為社會培養(yǎng)創(chuàng)新型、實用型的醫(yī)學(xué)人才。在醫(yī)學(xué)院校的形態(tài)學(xué)教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不斷革新教育教學(xué)手段，克服傳統(tǒng)教學(xué)中的不足之處是教學(xué)發(fā)展的主題。西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部充分利用學(xué)校互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和原有的顯微數(shù)碼互動系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)病理切片數(shù)字化，建成醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)數(shù)字切片教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺并應(yīng)用于2015級、2016級臨床醫(yī)學(xué)、口腔、預(yù)防、法醫(yī)等專業(yè)的組織學(xué)和病理學(xué)形態(tài)學(xué)教學(xué)，得到師生一致好評。

圖2 數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)

該系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：① 建立形態(tài)學(xué)數(shù)字切片實驗教學(xué)平臺，進(jìn)行數(shù)字切片庫管理、教師授課與學(xué)生學(xué)習(xí)等，使教師與管理員更專注于教學(xué)本身，減少了在教室與課程管理上的精力與時間，方便了學(xué)生的自學(xué)，提高了練習(xí)效果[8]。也可應(yīng)用于病理醫(yī)師的在職遠(yuǎn)程教育和學(xué)習(xí)。②與Motic數(shù)碼互動系統(tǒng)一體化整合，進(jìn)行傳統(tǒng)數(shù)碼顯微鏡與數(shù)字切片互動教學(xué)和學(xué)習(xí)，既注重了學(xué)生的操作能力，也培養(yǎng)了學(xué)習(xí)的簡便性與興趣性[9]。③將傳統(tǒng)切片數(shù)字化，有利于檢索與實驗教學(xué)。通過局域網(wǎng)教學(xué)，使實驗教學(xué)更方便，提高了教學(xué)效果及效率。玻璃切片標(biāo)本數(shù)字化與傳統(tǒng)的切片示教系統(tǒng)相比，切片的清晰度改善十分突出，對切片的細(xì)節(jié)觀察具有明顯優(yōu)勢[10]。④該系統(tǒng)使用十分方便，省去了諸多環(huán)節(jié)，如切片發(fā)放、顯微鏡調(diào)節(jié)、興趣目標(biāo)尋找等，可以增加原來示教切片的瀏覽，使實驗內(nèi)容得到擴(kuò)充，為教學(xué)改革、學(xué)生綜合能力和分析能力的培養(yǎng)提供了可能。⑤傳統(tǒng)教學(xué)中由于切片數(shù)量所限，有些切片標(biāo)本不足以每人一張，只能示教。使用該系統(tǒng)，每個學(xué)生均可以通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)瀏覽。⑥在計算機(jī)上可以多張切片同時打開，以便對不同切片標(biāo)本的比較觀察和學(xué)習(xí)。⑦通過Internet跨越時空進(jìn)行數(shù)字切片的瀏覽，有助于克服傳統(tǒng)的在“規(guī)定時間、規(guī)定地點的實驗室”學(xué)習(xí)的限制。

通過數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與管理系統(tǒng)的建設(shè)，克服了傳統(tǒng)實驗室課學(xué)習(xí)的限制，實現(xiàn)了以學(xué)生為主的教育理念。方便、人性化的教學(xué)提升了醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)的效果，進(jìn)而全面提升形態(tài)學(xué)實驗教學(xué)的質(zhì)量。