(徐州醫(yī)科大學(xué) 醫(yī)學(xué)信息學(xué)院，江蘇 徐州 221004)

0 引言

醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)是臨床醫(yī)學(xué)的重要分支學(xué)科，隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的進(jìn)步，其在疾病的診療過程中發(fā)揮越來越重要的作用。在以往的醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，多采用以書本為中心的教學(xué)模式，形式死板難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)是一門實(shí)踐性比較強(qiáng)的學(xué)科，需要接觸大量的臨床病例進(jìn)行鞏固學(xué)習(xí)，然而學(xué)生臨床見習(xí)時間比較少，見習(xí)時學(xué)生比較多，大多走馬觀花，實(shí)踐教學(xué)效果不夠理想[1-3]。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與醫(yī)療設(shè)備的迅猛發(fā)展,數(shù)字化圖像技術(shù)與現(xiàn)代通訊及計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合,形成了PACS(Picture Archiving and Communication System,影像存儲及傳輸系統(tǒng))。利用計(jì)算機(jī)對醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行采集、存儲、管理、處理及傳輸，使得圖像資料得以有效管理和充分利用。在更好地為臨床醫(yī)療服務(wù)的同時，也為醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)提供了更先進(jìn)的手段，使醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)在原有的基礎(chǔ)上又提高了一個層次。以學(xué)校附屬醫(yī)院PACS服務(wù)器為基礎(chǔ)，邀請醫(yī)學(xué)影像學(xué)診斷專家對海量病歷資源進(jìn)行整合歸類，建立以系統(tǒng)和病歷為主線的醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)新模式。

通過設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，學(xué)生可直接通過瀏覽器訪問，獲取海量的病人影像資料，并能夠?qū)D像進(jìn)行處理和標(biāo)注，操作快捷方便。同時教師則可從大量繁雜的重復(fù)性工作中“解放"出來，全力注重于教學(xué)內(nèi)容、技巧和教學(xué)質(zhì)量的探討與改革[4-5]。醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)有利于學(xué)生課外自習(xí)和復(fù)習(xí)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生可以在電子閱覽室和多媒體教室等地自主學(xué)習(xí)，可以在任何時間對沒有掌握的內(nèi)容反復(fù)學(xué)練。醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用云端存儲，將影像資料和學(xué)習(xí)記錄存儲在云端，既保證了數(shù)據(jù)的安全也做到了隨到隨用，在任何一臺計(jì)算機(jī)上只要登錄自己的賬號就能查看自己的所有學(xué)習(xí)記錄。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

系統(tǒng)采用PHP語言進(jìn)行編寫，部署在Linux服務(wù)器上。為了提高服務(wù)器的訪問速度，增強(qiáng)學(xué)生在線學(xué)習(xí)的體驗(yàn)，研究設(shè)計(jì)了一種單用戶獨(dú)占服務(wù)器的方案。這就需要較多的服務(wù)器資源，傳統(tǒng)的物理服務(wù)器不僅占用空間，而且資源得不到合理的優(yōu)化，浪費(fèi)了人力物力[6-7]。為了解決這個問題，服務(wù)器端采用VMware vSphere虛擬化解決方案。VMware vSphere 是業(yè)界領(lǐng)先且最可靠的虛擬化平臺。vSphere將應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)從底層硬件分離出來，從而簡化了IT操作。vSphere利用虛擬化在較少的服務(wù)器上運(yùn)行多種工作負(fù)載，使難以管理的服務(wù)器數(shù)量劇增現(xiàn)象得到控制，減少對物理服務(wù)器的需求，降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營成本[8-9]。

如圖1所示，服務(wù)器端以vSphere為基礎(chǔ)進(jìn)行搭建，包括平臺層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層。平臺層包括三臺物理服務(wù)器，每臺服務(wù)器上安裝ESXi系統(tǒng)，通過虛擬化每臺物理服務(wù)器可將其劃分為多個虛擬服務(wù)器，將虛擬服務(wù)器的內(nèi)網(wǎng)端口映射到物理服務(wù)器的外網(wǎng)端口，即可通過外網(wǎng)訪問虛擬服務(wù)器。系統(tǒng)層主要包括原型機(jī)和執(zhí)行機(jī)，原型機(jī)負(fù)責(zé)存儲系統(tǒng)的影像教學(xué)資源、試題資源，專家利用醫(yī)院PACS中的海量影像資料，以系統(tǒng)和病歷為主線歸類整理PACS影像資料，上傳到原型機(jī)中(教學(xué)PACS服務(wù)器)，執(zhí)行機(jī)從原型機(jī)中獲取課程資源與考試題庫展示給用戶。學(xué)生通過應(yīng)用層與服務(wù)器端進(jìn)行交互，進(jìn)行在線影像診斷學(xué)習(xí)與在線考試。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次清晰，分工明確，運(yùn)行平穩(wěn)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過可行性分析和需求分析，充分考慮系統(tǒng)的實(shí)用性，按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)的要求，醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要分為用戶模塊、專家標(biāo)注模塊、在線學(xué)習(xí)模塊、在線考試模塊。用戶模塊包括用戶注冊、用戶登錄；專家標(biāo)注模塊包括影像分類、影像標(biāo)注、報告書寫；在線學(xué)習(xí)模塊包括圖像學(xué)習(xí)、報告學(xué)習(xí)、病歷學(xué)習(xí)；在線考試模塊包括試題管理、試卷管理、錯題管理、練習(xí)模式、考試模式。幾大模塊相輔相成，共同構(gòu)成了一個完整的醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，從自主學(xué)習(xí)到自主測驗(yàn)，形成了一個閉環(huán)的學(xué)習(xí)過程，教學(xué)效果顯著提高。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖

2.1 用戶模塊設(shè)計(jì)

2.1.1 用戶權(quán)限設(shè)計(jì)

醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的用戶包括醫(yī)學(xué)影像專家、學(xué)生、教師，不同角色擁有不同的系統(tǒng)功能，因此有必要對用戶的權(quán)限進(jìn)行設(shè)計(jì)。在數(shù)據(jù)庫中設(shè)計(jì)用戶權(quán)限字段，包括專家權(quán)限、學(xué)生權(quán)限、教師權(quán)限，根據(jù)不同的權(quán)限執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊，如圖3所示，專家負(fù)責(zé)醫(yī)學(xué)影像圖像的分類整理，擁有影像資料分類、圖像標(biāo)注、報告書寫的權(quán)限；教師負(fù)責(zé)提供在線考試試題，擁有試題管理與試卷管理的權(quán)限；學(xué)生登錄系統(tǒng)，要具備在線影像診斷學(xué)習(xí)與在線考試的權(quán)限。

圖3 用戶權(quán)限圖

2.1.2 用戶登錄設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，系統(tǒng)采用多服務(wù)器策略，單用戶獨(dú)占一臺服務(wù)器，用戶在使用服務(wù)器期間，會定時發(fā)送心跳包(心跳時間設(shè)置為1分鐘，采用javascript的定時器向服務(wù)器端發(fā)送http請求，更新服務(wù)器活動時間),告訴其他用戶這臺服務(wù)器正在被獨(dú)占，請選擇其他空閑的服務(wù)器進(jìn)行學(xué)習(xí)。登錄流程如圖4所示。

步驟1：用戶輸入網(wǎng)址進(jìn)入系統(tǒng)登錄界面；

步驟2：輸入用戶名密碼點(diǎn)擊登錄；

步驟3：系統(tǒng)判斷用戶是否在server表(記錄服務(wù)器活動狀態(tài))中，如果在則查看對應(yīng)的服務(wù)器活動時間是否小于一分鐘(小于一分鐘表明此用戶已登錄服務(wù)器，自動跳轉(zhuǎn)到登錄界面；大于1分鐘，登錄到此服務(wù)器，驗(yàn)證成功進(jìn)入系統(tǒng)，驗(yàn)證失敗返回登錄界面)

步驟4：如果用戶不在server表中，選擇服務(wù)器活動時間大于一分鐘的進(jìn)行登錄，重復(fù)步驟3。經(jīng)過以上的幾步操作，用戶方可進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的自主學(xué)習(xí)。

圖4 系統(tǒng)登錄流程圖

2.2 專家標(biāo)注模塊設(shè)計(jì)

專家標(biāo)注模塊在醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)中處于核心地位，為系統(tǒng)提供了學(xué)習(xí)資源，是學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)與在線考試的基礎(chǔ)。利用學(xué)校附屬醫(yī)院PACS中的海量影像資源，以系統(tǒng)和病歷為主線將影像病歷分為呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)6大系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上對每個系統(tǒng)中病歷的難易程度進(jìn)行劃分，分為初級、中級、高級。專家對每個系統(tǒng)中的影像圖像進(jìn)行標(biāo)注并書寫標(biāo)準(zhǔn)診斷報告，并上傳到教學(xué)PACS服務(wù)器中，作為學(xué)生在線學(xué)習(xí)的病歷資源。

2.3 在線學(xué)習(xí)模塊設(shè)計(jì)

學(xué)生登錄進(jìn)入醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可以進(jìn)行圖像學(xué)習(xí)、報告學(xué)習(xí)、病歷學(xué)習(xí)。圖像學(xué)習(xí)主要學(xué)習(xí)影像圖像的后處理操作，每個學(xué)生使用一個電腦終端，實(shí)時調(diào)閱PACS圖像，利用系統(tǒng)的圖像處理模塊對圖像的位置、窗寬、窗位、灰度、偽彩色、正相反相及比例的調(diào)整，使圖像獲得最佳的效果。如模糊不清的原始圖像不利于對微小病灶的顯示，直接影響診斷的準(zhǔn)確率，而通過調(diào)整，則可以避免這一消極影響，提高準(zhǔn)確性，避免誤診和漏診。報告學(xué)習(xí)主要學(xué)習(xí)報告的書寫規(guī)范及注意事項(xiàng)，學(xué)生利用系統(tǒng)進(jìn)行模擬讀片，書寫影像診斷報告，并可以與專家報告進(jìn)行核對，以檢查自己診斷報告中的不足與錯誤。對自己有疑問或者認(rèn)為重要的診斷報告，可以添加收藏，在個人中心的我的收藏里可以找到，方便下次快速進(jìn)行鞏固學(xué)習(xí)。同時學(xué)生的診斷報告可以上傳到云端，記錄到個人報告學(xué)習(xí)記錄中，方便教師和個人的查閱與批改。這大大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，增強(qiáng)了其實(shí)踐動手能力，為以后進(jìn)入臨床工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。病歷學(xué)習(xí)模塊提供了疾病的影像及病理資料，通過此模塊的學(xué)習(xí)讓學(xué)生對該病歷有一個全面系統(tǒng)的認(rèn)識，在不進(jìn)入臨床診療現(xiàn)場的情況下增加學(xué)生的臨床診療經(jīng)驗(yàn)。病歷的學(xué)習(xí)會記錄到病歷學(xué)習(xí)記錄中，形成個人的學(xué)習(xí)曲線，為系統(tǒng)的智能化提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行相關(guān)病歷的推薦。

圖5 圖像學(xué)習(xí)界面

圖6 報告學(xué)習(xí)界面

2.4 在線考試模塊設(shè)計(jì)

在線考試模塊包括試題管理模塊、試卷管理模塊、錯題管理模塊、練習(xí)模塊、考試模塊。在線考試模塊按照試題的難易等級、系統(tǒng)等分類，以圖形化的方式查看各系統(tǒng)的考題比例。

教師角色：教師輸入用戶名密碼，進(jìn)入在線考試模塊進(jìn)行題庫的建設(shè)、考試組卷、答案分值的設(shè)置、統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生答題的正確率。學(xué)生角色：在線考試、自主練習(xí)(可根據(jù)需要進(jìn)入系統(tǒng)中去選擇題目)、錯題復(fù)習(xí)[10-11]。

專家標(biāo)注模塊已經(jīng)為在線考試模塊打下了基礎(chǔ)，教師可以利用專家分類好的影像資料進(jìn)行題庫的建設(shè)。具體建設(shè)方法及步驟：(1)在教學(xué)PACS服務(wù)器中按照系統(tǒng)和難易等級進(jìn)行影像資料的檢索，找到合適的圖片進(jìn)行分類保存。(2)點(diǎn)擊新建考題，輸入題干(包括問題描述和影像圖片)、選項(xiàng)、正確答案、試題解析，選擇試題的難易等級、所屬系統(tǒng)、分值，然后單擊保存按鈕進(jìn)行保存。(3)所以題目都錄入好后，題庫建立完成，接下來可以教師手工組卷或者系統(tǒng)智能組卷。構(gòu)建考卷的方法及步驟：(1)點(diǎn)擊建試卷，輸入試卷的名稱及考試時間，單擊保存。(2)點(diǎn)擊選擇試題，從系統(tǒng)中選擇合適的試題添加到該試卷中，完成組卷。學(xué)生可以進(jìn)入系統(tǒng)點(diǎn)擊相應(yīng)的考卷進(jìn)行在線考試。

學(xué)生登錄系統(tǒng)進(jìn)行在線考試，點(diǎn)擊開始考試，系統(tǒng)自動計(jì)時，學(xué)生可以考試開始20分鐘后提前交卷，如果答題時間超過系統(tǒng)設(shè)置時間，系統(tǒng)自動提交答卷。考試結(jié)束后，系統(tǒng)會自動給出考試成績，并繪制餅形圖對考生的考試情況進(jìn)行分析。教師在試卷統(tǒng)計(jì)分析中，查看所有學(xué)生的答題情況，針對錯誤率比較高的知識點(diǎn)加強(qiáng)之后的教學(xué)。學(xué)生的錯題會記錄到錯題管理中，學(xué)生可以進(jìn)行錯題的練習(xí)，加強(qiáng)薄弱知識點(diǎn)的再學(xué)習(xí)。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生的錯題情況會自動推薦相關(guān)練習(xí)給學(xué)生，學(xué)生點(diǎn)擊相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，避免以后再出現(xiàn)類似的錯誤，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

圖7 考試界面

3 系統(tǒng)操作步驟

第一步，下載最新版本的chrome瀏覽器，點(diǎn)擊安裝，完成基礎(chǔ)環(huán)境的搭建；

第二步，在chrome瀏覽器中輸入醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的訪問網(wǎng)址，該系統(tǒng)部署在公網(wǎng)服務(wù)器中，任何一臺聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)都可以訪問。網(wǎng)址輸入正確后，跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)登錄界面；

第三步，輸入用戶名密碼，點(diǎn)擊登錄按鈕，系統(tǒng)自動分配空閑服務(wù)器給用戶，登錄成功后進(jìn)入系統(tǒng)主界面；

第四步，選擇在線學(xué)習(xí)模塊，進(jìn)行影像診斷學(xué)在線學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)模塊按照系統(tǒng)進(jìn)行組織，包括呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、骨關(guān)節(jié)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)6大系統(tǒng)，學(xué)生可按系統(tǒng)和難易等級進(jìn)行圖像的學(xué)習(xí)、報告的學(xué)習(xí)、病歷的學(xué)習(xí)；

第五步，選擇在線考試模塊，根據(jù)自己的需要，可進(jìn)行專項(xiàng)智能練習(xí)、階段測試、錯題智能練習(xí)；

第六步，結(jié)束學(xué)習(xí)，點(diǎn)擊退出系統(tǒng)按鈕退出醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

系統(tǒng)操作簡單便捷，除了課題教學(xué)外，在課余時間面向全校學(xué)生開放，只要有一臺聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，學(xué)生就能進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，突破了時間和空間的限制，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

采用該系統(tǒng)進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，由于系統(tǒng)采用的B/S架構(gòu)，無需安裝多余的軟件，只需下載安裝chrome瀏覽器，簡單便捷。系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，操作過程中暫未出現(xiàn)客觀性問題。

在系統(tǒng)試運(yùn)行兩周后，通過對使用過醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)查隨訪發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠加深學(xué)生對于醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的了解，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際閱片能力，獲得學(xué)生和老師的一致好評。

該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)：(1)采用多服務(wù)器策略，單個用戶獨(dú)占一個服務(wù)器，提高了服務(wù)器的響應(yīng)速度，為用戶帶來良好的體驗(yàn)；(2)系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，學(xué)生通過瀏覽器即可登錄進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的學(xué)習(xí)，操作便捷；(3)醫(yī)學(xué)影像資料按照系統(tǒng)和病歷為主線進(jìn)行組織歸類，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律；(4)系統(tǒng)權(quán)限明確，不同的角色使用系統(tǒng)不同的功能；(5)從在線學(xué)習(xí)到自主練習(xí)再到在線考試，形成了一個閉環(huán)的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生學(xué)習(xí)效率顯著提高。

5 結(jié)束語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與影像技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的以課本為中心的醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，急需開發(fā)一套符合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)習(xí)的系統(tǒng)。本論文在對醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的功能需求與專業(yè)知識的綜合調(diào)研的基礎(chǔ)上，論述了醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐。重點(diǎn)介紹了系統(tǒng)的總體架構(gòu)、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、系統(tǒng)的操作步驟。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PACS與醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的融合，系統(tǒng)的病歷資源完全采用學(xué)校附屬醫(yī)院的真實(shí)影像數(shù)據(jù)。學(xué)生通過此系統(tǒng)能夠?qū)︶t(yī)學(xué)影像圖片進(jìn)行處理、模擬報告書寫、在線病歷學(xué)習(xí)、在線智能考試。由于采用都是真實(shí)影像數(shù)據(jù)，使學(xué)生獲得親臨醫(yī)院現(xiàn)場的感受，提高了自身學(xué)習(xí)、實(shí)踐和創(chuàng)新的能力。系統(tǒng)符合現(xiàn)代影像診斷學(xué)的教學(xué)改革趨勢，有很好的應(yīng)用前景。