劉宇飛 汪慧娟 胡余昌 魯 華 黃益玲 郎博娟

(1.三峽大學病理學研究所&宜昌市中心人民醫(yī)院病理科 宜昌 443003；2.宜昌市中心人民醫(yī)院財務(wù)科 宜昌 443003；3.三峽大學病理學研究所&三峽大學醫(yī)學院病理學系 宜昌 443000)

病理學是臨床醫(yī)學與基礎(chǔ)醫(yī)學的橋梁學科，在臨床醫(yī)療實踐中，依靠直觀地觀察疾病的形態(tài)學改變來作出病理學診斷，是迄今診斷疾病的最可靠的方法。作為一門直觀性很強的形態(tài)學課程，病理學實驗課教學居于非常重要的地位，其教學效果直接影響著臨床醫(yī)學生對病理學知識的理解和掌握，以及運用病理學知識分析疾病的能力。傳統(tǒng)教學模式中基于顯微鏡下觀察病理切片，辨識病變組織的形態(tài)特征是病理學實驗課教學的重點和難點。然而，目前傳統(tǒng)的病理實驗教學實踐中卻存在以下一些問題：(1)囿于宏觀和微觀的巨大差異，學生往往不能準確辨認出病變組織的鏡下特點；(2)傳統(tǒng)病理學實驗教學所用的玻璃切片數(shù)量少、易毀損且缺乏特殊染色和稀缺標本；(3)組織來源不一、玻片制作水平不一，染色深淺各異，制作切片標本的蠟塊也會由于切片深度不一，導致形態(tài)結(jié)構(gòu)不一致，切片的質(zhì)量難以保證；(4)學生學習必須依賴于顯微鏡和實驗室觀察標本，需在專業(yè)實驗室內(nèi)進行，受時間和空間的限制。以上問題導致了學生在病理學實驗中處于被動接受為主的地位，缺少獨立思考和強化訓練的過程，不利于發(fā)揮學生學習的主動性，教學效果不佳，難以培養(yǎng)學生團隊協(xié)作和創(chuàng)新能力。

隨著信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展及新的教學理念的轉(zhuǎn)換，將普通HE或特殊染色的玻片掃描、重構(gòu)成數(shù)字化切片，以圖像的方式呈現(xiàn)給學生，模擬顯微鏡觀察切片全過程的全數(shù)字病理切片技術(shù)給傳統(tǒng)的病理學實驗教學帶來全新模式的變革。而結(jié)合網(wǎng)絡(luò)教學平臺的應(yīng)用可以實現(xiàn)病理教學資源的共享，克服了傳統(tǒng)病理實驗教學依賴實驗室顯微鏡才能觀察切片的固有弊端，打破了時間和空間限制，方便學生進行主動學習。因此，構(gòu)建病理學數(shù)字切片庫并用于教學可有效利用和整合資源、創(chuàng)建新的實驗教學體系，推動教學改革和信息化進程。本文結(jié)合近年來的工作經(jīng)驗探討網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下病理數(shù)字切片庫的構(gòu)建以及在實際教學中的應(yīng)用，現(xiàn)報道如下。

1 材料和方法

1.1 材料

根據(jù)人民衛(wèi)生出版社全國統(tǒng)編教材《病理學》(第8版)的內(nèi)容，結(jié)合作者所在單位三峽大學病理學研究所的實驗教學大綱和教學內(nèi)容，挑選病變形態(tài)特征典型、染色均衡鮮艷、無明顯褶皺和刀痕的切片為數(shù)字切片的母版，從100余張教學切片中精選80張不同類型典型病例的HE染色切片。

1.2 方法

應(yīng)用國產(chǎn)全自動數(shù)字切片掃描儀(江豐生物科技有限公司，型號：KF-PRO-005)掃描成數(shù)字切片。制備過程如下：首先使用全自動顯微掃描平臺，在低倍物鏡(2倍)下快速掃描整張切片，掃描系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上自動生成建?；c，再在高倍物鏡(40倍)下以基點為坐標進行逐層逐點掃描，這樣就能獲得一張無縫拼接的高精度、高分辨率全視野的數(shù)字切片，其內(nèi)包含了玻璃切片上的所有信息；再借助Motic DigiLab II 軟件系統(tǒng)在電腦上觀察，通過鼠標或鍵盤操作，可自由觀察圖像的任意位置，不僅能夠在2～40 倍的縮放范圍內(nèi)無極倍率變化，還能同時保證瀏覽的流暢性；將制作完成的數(shù)字切片標注病變名稱或編碼，建立適合三峽大學病理學實驗教學的數(shù)字切片庫。

1.3 構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)病理數(shù)字切片平臺

將掃描的數(shù)字切片，上傳至三峽大學病理研究所數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)平臺(http:3xia.kfbio.cn/login.aspx)，實現(xiàn)了切片數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。

1.4 數(shù)字切片教學實施和評價

我們在2016級臨床醫(yī)學專業(yè)本科病理學實驗教學采用數(shù)字切片和傳統(tǒng)玻璃切片相結(jié)合的實驗教學。經(jīng)三大中文和Web of Science數(shù)據(jù)庫檢索發(fā)現(xiàn)，數(shù)字切片教學效果評價指標一般選取以下方面: 學生成績( 理論或?qū)嶒? 、學生主觀感受和其他指標如學生學習時間和教師投入時間等[1]。因此，把2016級臨床醫(yī)學本科1班作為對照組，采用傳統(tǒng)病理組織玻璃切片進行實驗教學與考核；將2016級臨床本科2班40 人作為實驗組，由同一位教師用數(shù)字切片進行實驗教學與考核。我們在病理實驗教學課程結(jié)束后向所有參加教學改革8名教師和160名本科生學生發(fā)放調(diào)查問卷，問卷內(nèi)容包括與傳統(tǒng)教學模式相比，數(shù)字切片新實驗教學模式是否更能激發(fā)學習興趣、學習是否更主動積極、是否更有利于討論交流等。

1.5 統(tǒng)計學方法

2 結(jié)果

2.1 數(shù)字切片掃描結(jié)果

根據(jù)傳統(tǒng)HE染色玻片和掃描設(shè)備的特點，挑選符合規(guī)格的數(shù)字教學切片，逐一掃描，共計80張。

2.2 病理數(shù)字切片庫建立

病理數(shù)字切片庫主要由3部分組成: 容量為1T移動硬盤、80張數(shù)字切片和瀏覽軟件。瀏覽軟件為江豐生物科技有限公司提供的Motic DigiLab II軟件系統(tǒng)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)字病理切片平臺應(yīng)用

本所內(nèi)的教師、醫(yī)生和學生可用不同的賬號和密碼登陸，無需安裝軟件即可隨時直接瀏覽、學習本網(wǎng)絡(luò)平臺上的數(shù)字切片。

2.4 數(shù)字切片教學效果評價

統(tǒng)計分析學期末兩組學生實驗考試成績。結(jié)果顯示，實驗組學生的實驗考試成績?yōu)?90.93±6.69)分，優(yōu)于對照組的(86.35±9.12)分，差異有統(tǒng)計學意義(t=1.994，P=0.012)，見表1。通過調(diào)查問卷結(jié)果顯示，88.24%參與數(shù)字切片教學的學生和100%的實驗課教師認為數(shù)字切片教學要優(yōu)于傳統(tǒng)玻璃切片教學模式。數(shù)字切片方便操作，提高了教師的教學質(zhì)量同時也激發(fā)學生的學習興趣，學習更主動積極，有利于討論交流，見表2～3。

3 討論

病理大體標本、光學生物顯微鏡和HE染色玻片是主要的傳統(tǒng)的病理學實驗教學的載體，教學載體陳舊單調(diào)，學生操作機會少，實驗教學方法較為單一，學生與老師之間的共享信息量相對較少，實驗中的典型形態(tài)結(jié)構(gòu)無法及時展示給所有學生且需耗費教師大量的精力，導致學生學習的主觀能動性不夠，不利于培養(yǎng)和提高學生的臨床思維、綜合分析解決問題和創(chuàng)新的能力。因此，改革現(xiàn)有陳舊的實驗教學模式迫在眉睫。

目前包括數(shù)字切片在內(nèi)病理學虛擬資源的發(fā)展，更新了病理學實驗教學手段，為解決當前病理學實驗教學中所遇到的問題提供可能。病理學數(shù)字切片庫具有以下諸多優(yōu)點：(1)解決了教學資源日益匱乏的難題，虛擬切片將原始切片轉(zhuǎn)化為電子資源，便于永久儲存和管理；數(shù)字切片不會褪色、磨損，還包含原玻璃切片的全部信息，分辨率高，圖像清晰，便于復(fù)制和攜帶，保證了教學的一致性。尤其是一些少見病變組織掃描后可以永久使用，提高了教學資源的利用率；(2)可通過外加相應(yīng)的熒光光源和更換濾光鏡掃描玻璃熒光切片，克服了熒光切片易褪色、不宜長久保存的缺點；(3)節(jié)省了切片制作過程中的人力、物力和財力，節(jié)約教學成本，可有助于緩解目前實驗技術(shù)人員短缺的難題；(4)數(shù)字切片可利用專用圖像瀏覽軟件模擬顯微鏡觀察模式，不受顯微鏡和場地限制；(5)通過將成熟的虛擬資源上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，教師和學生在任何地方都可以借助一臺電腦、智能手機和網(wǎng)絡(luò)進入病理實驗室進行自主學習，突破了實驗教學上時間和空間的限制，滿足了學生個性化學習方式的需求，大大提高了學習效果；(6)數(shù)字切片可通過全景導航圖迅速直觀地幫學生定位病變區(qū)域，從而節(jié)約教師的精力，教師可以有充足的時間來引導學生開展自主式學習、合作式學習及探究式學習，使學生上升到學習的“主體”地位上，真正以主角身份參與教學過程；學生還可以通過觀察已編輯標注好的數(shù)字病理切片，更快更好地理解和掌握病變特點，提高了學習效率；(7)病理學數(shù)字切片庫還可以幫助學生復(fù)習，教師答疑時針對學生的疑問利用數(shù)字切片進行解答，學生易于理解，尤其是帶有普遍性的問題，教師可以一同解答，非常方便、高效；(8)應(yīng)用數(shù)字切片進行實驗考試，考試內(nèi)容統(tǒng)一，不受切片質(zhì)量影響，確保了考試的客觀性；(9)各院校之間虛擬資源共享能校際間的合作和交流，互通有無，豐富教學內(nèi)容，使病理學教學得以快速發(fā)展。

表1 數(shù)字切片實驗教學成績比較

表2 數(shù)字病理切片教學效果調(diào)查表(教師)

表3 數(shù)字病理切片教學效果調(diào)查表(學生)

決定了數(shù)字切片未來的走向的是其在實際教學的效果，而通過考試形式獲得的學生成績是重要的評價指標之一。在數(shù)字病理教學平臺初步構(gòu)建完成后，我們針對學生進行了試探性教學。調(diào)查問卷結(jié)果顯示大多數(shù)學生充分肯定了數(shù)字病理教學的優(yōu)點，認為數(shù)字病理教學有益于提高他們對病理學知識的學習掌握，網(wǎng)絡(luò)數(shù)字病理平臺的開放對他們預(yù)習或復(fù)習病理知識有很大的作用。與對照組比較，實驗組病理實驗切片考核成績得到了顯著的提高(P=0.012)，表明數(shù)字切片教學有利于提高學生的學習成績。國內(nèi)外的研究結(jié)果顯示數(shù)字切片相比于傳統(tǒng)玻片教學能促進學生成績上調(diào)[2]，雖然可能只是適度提高[3]，但病理學數(shù)字切片教學所展示出的優(yōu)越性毋庸置疑。數(shù)字切片單用于實驗教學也存在著一定的問題:(1)虛擬資源完全替代實際玻片會降低學生動手能力及顯微鏡使用能力，而光學顯微鏡系統(tǒng)在病理、臨床診斷、科研等方面是需要的，尤其在科研的探索中需要使用光學顯微鏡先去發(fā)現(xiàn)和尋找有價值信息，然后才是數(shù)字化的記錄；并且光鏡觀察同一器官結(jié)構(gòu)的多個標本，容易發(fā)現(xiàn)標本間的差異，有利于空間結(jié)構(gòu)的建立，而一般數(shù)字切片庫所含的標本數(shù)目較少；(2)數(shù)字切片容易使學生把精力浪費在瀏覽切片文件上，而對課程內(nèi)容無法深入學習；(3)實驗技術(shù)人員制作切片的實驗技術(shù)流失，不利于病理學的長遠發(fā)展；(4)購買掃描系統(tǒng)、建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)字切片庫的費用相對昂貴；(5)對于某些特殊規(guī)格的切片，如前列腺大尺寸切片等，有一定的掃描難度，需要不斷地摸索；(6)目前尚無油鏡掃描設(shè)備，對需要放大倍數(shù)更高才能觀察清楚的精細結(jié)構(gòu)或細胞目前通過數(shù)字切片還達不到要求[4]；(7)熒光切片需要外加相應(yīng)的熒光光源和更換濾光鏡，費用也不菲。鑒于數(shù)字切片和傳統(tǒng)光學顯微鏡這兩種系統(tǒng)有各自的優(yōu)勢，我們認為在教學中混合使用是不錯的選擇。此外，雖然在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下學生可以利用數(shù)字切片自主學習，突破時間和空間的限制，但有報道更傾向于使用電子學習資源及課堂外自學的美國密西根大學醫(yī)學生中自學學生的學習成績卻低于那些使用課堂教學資源的學生，這表明學生使用不同的學習資源和學習方式對其學習成績的影響[5]。因此，實驗課堂教學仍不可或缺[1]。

總之，病理學數(shù)字化教學切片數(shù)據(jù)庫的建立和推廣使用為教學工作提供有效的工具和交流平臺，我們將繼續(xù)完善、補充該數(shù)據(jù)庫，并將基于該平臺進行相關(guān)形態(tài)學實驗教學的改革和信息化進程，真正實現(xiàn)以學生為中心的學習，為學生打造優(yōu)質(zhì)的自主學習平臺。