郭 飛 謝 力 李賢富

（1.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放療科，四川 南充637000；2.川北醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像系，四川 南充637000）

在放射治療技術(shù)學(xué)中，后裝放射治療技術(shù)是利用放射源治療腫瘤的近距離治療技術(shù)，治療時(shí)先將不帶放射源的治療容器(施源器)置于治療部位，然后在安全防護(hù)條件下用遙控裝置將放射源通過導(dǎo)管送到已安裝在患者體腔內(nèi)的施源器內(nèi)進(jìn)行放射治療，由于放射源是后來裝上去的，故稱之為“后裝”[1]。婦科后裝放射治療是將放射源放入貼近女性宮頸口位置的施源器中進(jìn)行無創(chuàng)性治療的放療技術(shù)，在治療過程中涉及諸多問題：①女性病人隱私需要進(jìn)行保護(hù)；②放射源出罐治療屬于輻射高危環(huán)境[2]；③后裝置管術(shù)要在無菌環(huán)境中進(jìn)行；基于上述問題，傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)生幾乎沒有機(jī)會(huì)到現(xiàn)場觀摩，更不用說臨床操作，但虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)茌^好解決這一問題。

因此，為了適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)以及高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新要求，以建設(shè)一流專業(yè)、一流課程為目標(biāo)[3]，本團(tuán)隊(duì)依托川北醫(yī)學(xué)院放射治療虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室、上海夢(mèng)之路虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在醫(yī)學(xué)影像學(xué)院實(shí)驗(yàn)室管理中心的大力支持下共同研發(fā)了《婦科后裝放射治療虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件》。

1 軟件總體框架與設(shè)計(jì)思路

1.1 軟件設(shè)計(jì)思路

婦科后裝放射治療虛擬仿真教學(xué)軟件應(yīng)以學(xué)習(xí)者了解婦科后裝全部流程為目的，利用虛擬放療場所參觀，仿真治療設(shè)備操作、施源器無菌植入術(shù)為互動(dòng)手段，讓學(xué)習(xí)者在高度逼真的環(huán)境中認(rèn)識(shí)后裝放射治療設(shè)備、施源器無菌植入需要的工具及整體操作流程。于是，本團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)讓互動(dòng)者置身于一個(gè)虛擬放療場所中，為某虛擬宮頸癌病人治療全過程為任務(wù)契機(jī)，通過使用各種相關(guān)工具和操作各種相關(guān)設(shè)備來完成整個(gè)后裝放射治療，圖1為軟件設(shè)計(jì)思路。為提高學(xué)習(xí)者興趣，整個(gè)實(shí)驗(yàn)軟件使用游戲圖形引擎Unity3D開發(fā)，其中不乏趣味性和挑戰(zhàn)性。

圖1 軟件設(shè)計(jì)思路

1.2 任務(wù)模塊化

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，該軟件將婦科后裝放射治療全過程分解為七大任務(wù)模塊（圖2）：①任務(wù)一：術(shù)前準(zhǔn)備。②任務(wù)二：接待病患。③任務(wù)三：安裝施源器。④任務(wù)四：CT掃描。⑤任務(wù)五：制定后裝放療方案。⑥任務(wù)六：安裝患者的放療導(dǎo)管。⑦任務(wù)七：操作后裝放療主機(jī)。其中，每個(gè)任務(wù)菜單欄又分為各種互動(dòng)操作支任務(wù)并設(shè)置其相應(yīng)操作工具，圖2為窗口化互動(dòng)模塊及對(duì)應(yīng)工具欄。所有任務(wù)需依次逐步進(jìn)行，完成上一任務(wù)，才開放下一任務(wù)操作權(quán)限。每個(gè)任務(wù)板塊對(duì)應(yīng)其所需虛擬仿真場景，場景中包含患者注意事項(xiàng)和相關(guān)設(shè)備使用說明，并以觸發(fā)彈窗形式顯示。各種互動(dòng)操作中設(shè)置操作提示，以減小任務(wù)執(zhí)行難度。

圖2 窗口化互動(dòng)模塊及對(duì)應(yīng)工具欄

1.3 軟件開發(fā)

在上述任務(wù)架構(gòu)下，采用3DMax制作三維模型，使用Unity3D制作三維場景，互動(dòng)窗口采用Adobe Flash顯示。本軟件按任務(wù)模塊開發(fā)，最后再封裝打包設(shè)計(jì)為可執(zhí)行文件，運(yùn)行環(huán)境為Windows7及以上版本。

2 軟件應(yīng)用

該軟件已在川北醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)放射治療技術(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行了推廣應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)了以下優(yōu)勢(shì)：①提供了一套完整系統(tǒng)、直觀形象、經(jīng)濟(jì)安全的立體化教程及虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)，解決了以往婦科后裝放射治療實(shí)踐教學(xué)資源短缺等問題。②學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室，自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，完成虛擬實(shí)驗(yàn)，打破了實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)場地、設(shè)備、師資、經(jīng)費(fèi)的依賴。③將實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、臨床問題所涉及的理論知識(shí)統(tǒng)一規(guī)劃并納入統(tǒng)一平臺(tái)管理，保證了理論教學(xué)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相互銜接與貫通，任務(wù)模塊的通關(guān)方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的動(dòng)態(tài)跟蹤與考核。④借助虛擬仿真技術(shù)將臨床后裝放療案例轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，是將其科研成果向教學(xué)資源進(jìn)行了轉(zhuǎn)化[4]。

在軟件應(yīng)用一段時(shí)間后，我們讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)問卷方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，整體好評(píng)率達(dá)91.8%。大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為能夠幫助理解理論課知識(shí)，認(rèn)為該軟件的實(shí)用性很強(qiáng)。只有極少數(shù)學(xué)生認(rèn)為該軟件操作復(fù)雜（見圖3）。

圖3 學(xué)生對(duì)該軟件評(píng)價(jià)結(jié)果顯示

3 軟件制作的關(guān)鍵問題及維護(hù)改進(jìn)

婦科后裝放射治療具有很強(qiáng)的專業(yè)性，虛擬仿真軟件制作的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是內(nèi)容的科學(xué)性和嚴(yán)密性。婦科后裝放射治療技術(shù)的流程比較復(fù)雜，我們?cè)诶碚撜n上課過程中發(fā)現(xiàn)，操作性極強(qiáng)的課程用理論去描述，學(xué)生是極其難以理解的，只有通過實(shí)際操作，學(xué)生才能加深印象，幫助理解。該軟件的任務(wù)模塊目標(biāo)在于準(zhǔn)確、清晰地描述相關(guān)內(nèi)容，讓初學(xué)者能夠看懂，讓再學(xué)者能加深理解。我們的團(tuán)隊(duì)中有專門從事臨床后裝放射治療的教師，專門負(fù)責(zé)軟件的內(nèi)容設(shè)計(jì)、資料查詢和腳本撰寫。比如，后裝治療機(jī)和其控制臺(tái)的操作界面，我們用3DMax軟件1∶1建模，建模時(shí)表面采用高清照片貼圖，盡量做到逼真。動(dòng)畫制作由上海夢(mèng)之路公司專業(yè)的軟件工程師完成，由于軟件工程師缺乏臨床后裝放射治療的知識(shí)背景，因此制作過程經(jīng)歷了多次溝通和修改。最后定稿前，我們又請(qǐng)了相關(guān)的專家對(duì)軟件內(nèi)容進(jìn)行核驗(yàn)，避免存在科學(xué)性錯(cuò)誤。軟件開發(fā)的最后環(huán)節(jié)也是最重要的部分之一，就是在運(yùn)行中進(jìn)行修改和更新。我們團(tuán)隊(duì)教師進(jìn)行了多次試驗(yàn)，同時(shí)在學(xué)生中進(jìn)行了試運(yùn)行。我們積極地與學(xué)生溝通，聽取他們的反饋，并與軟件開發(fā)人員溝通，及時(shí)修改存在的問題。目前通過生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)及學(xué)生對(duì)軟件的反饋信息，我們歸納了軟件開發(fā)和運(yùn)行方面存在的不足，計(jì)劃在后續(xù)的軟件更新中進(jìn)行完善。其主要包括幾個(gè)方面：①軟件3D圖形流暢性還需要對(duì)低配機(jī)型電腦的顯卡進(jìn)行優(yōu)化。②軟件主要是通過操作任務(wù)化流程互動(dòng)菜單來運(yùn)行，存在任務(wù)卡殼BUG，需要進(jìn)一步優(yōu)化任務(wù)過渡模式。③緊跟學(xué)科發(fā)展的前沿，后續(xù)準(zhǔn)備加入后裝放射源的運(yùn)輸、審批虛擬場景模塊和后裝治療機(jī)質(zhì)量控制管理模塊等任務(wù)。

4 結(jié)語

以學(xué)生為中心的虛實(shí)結(jié)合的互動(dòng)教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究和解決科學(xué)問題的能力，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的目的，這也是高等院校現(xiàn)代化教育教學(xué)建設(shè)的必然趨勢(shì)[5]。本軟件下一步準(zhǔn)備上傳國家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)[6]，供感興趣的全國范圍內(nèi)的醫(yī)學(xué)生及放療同行在線學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在的顯示平臺(tái)是二維的，下一步計(jì)劃是三維顯示互動(dòng)，使用人員帶上VR眼鏡將能更好展示虛擬空間，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)感，對(duì)后裝放射治療場所、醫(yī)療器械、醫(yī)用材料等認(rèn)識(shí)更為清楚，對(duì)治療過程掌握得更加具體。