医学影像虚拟仿真教学平台实践教学中的应用研究

摘  要： 虚拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。医学影像学学生实践能力的培养仅依靠附属医院有限的仪器和相对传统的实验教学手段是不能达到应用型人才培养目标的，它弥补了传统医学影像实验教学中的诸多不足，学生可通过模拟的方式反复练习，并与传统教学模式相互补充、相互促进。医学影像教育中实验室开放和自主学习需要大量学习资源，模拟医学影像教育避免了医疗设备的不足和辐射等负面影响，虚拟仿真实验教学中心的建设便应运而生。开展模拟医学影像教育现已成为国际医学影像学教育的研究前沿和发展方向。

关键词： 虚拟仿真;医学影像;实践教学

中图分类号： TP311.52    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.05.019

本文著录格式：孙维洋，韩杨，胡霖霖，等. 医学影像虚拟仿真教学平台实践教学中的应用研究[J]. 软件，2019，40（5）：98101

【Abstract】： Virtual simulation experiment teaching is an important part of the construction of higher education informatization and experimental teaching demonstration center， and is the product of the deep integration of disciplines and information technology. The training of medical imaging students" practical ability cannot reach the training goal of applied talents only by relying on the limited instruments of affiliated hospitals and relatively traditional experimental teaching methods. It makes up for many deficiencies in traditional medical imaging experimental teaching. Students can practice repeatedly through simulation and complement and promote each other with traditional teaching mode. In medical imaging education， laboratory opening and autonomous learning require a large amount of learning resources. Simulated medical imaging education avoids the negative effects of medical equipment shortage and radiation， and the construction of virtual simulation experiment teaching center arises at the historic moment. Developing simulated medical imaging education has now become the research frontier and development direction of international medical imaging education.

【Key words】： Virtual simulation; Medical imaging; Practice teaching

0  引言

醫学影像学是现代医学领域发展最快、涉及范围最广的学科之一。现代医学影像学不仅要掌握丰富的专业内容，而且要具备一定基础理论知识，掌握临床相关学科知识与技能。并能熟练的掌握操作影像诊疗设备。为贯彻落实《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》（教高〔2012〕4号）精神，根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，2013年8月13日，国家教育部印发了《关于开展国家级虚拟仿真实验教学中心建设工作的通知》。其中虚拟仿真实验教学的管理和共享平台是中心建设的重要内容之一。

目前，医学影像学专业学生实践能力的培养仅依靠附属医院有限的仪器和相对传统的实验教学手段是不能达到应用型人才培养目标的。实验手段较落后，仪器有限，学生较多，极大地减少了学生的动手机会，学生在出科考试及毕业考试环节，实践动手能力不达标，严重影响了我校学生的培养质量，无法达到培养目标的要求。

近年来，随着现代信息技术、网络技术、多媒体技术的飞速发展，模拟医学影像教育在全球迅速兴起。它弥补了传统医学影像实验教学中的诸多不足，学生可通过模拟的方式反复练习，并与传统教学模式相互补充、相互促进。医学影像教育中实验室开放和自主学习需要大量学习资源，模拟医学影像教育避免了医疗设备的不足和辐射等负面影响，虚拟仿真实验教学中心的建设便应运而生。开展模拟医学影像教育现已成为国际医学影像学教育的研究前沿和发展方向。

本课题目的是展现医院影像科、超声科、介入、核医学等科室的场景再现，利用计算机、虚拟软件等设备来虚拟仿真磁共振内部结构基本工作原理、磁共振成像和后处理。利用计算机软件等设备来虚拟X线机的工作站，无需X线产生及成像的相关设备，对其数字化的医学影像进行仿真和后处理。开设图像灰度变换、数字减影技术、窗口技术、图像重建、后处理技术等虚拟仿真实验，超声类型成像原理虚拟仿真，人体部位B超影像成像。提高学生对设备操作的规范性和流程性，满足医学对学生实际操作的要求。医学影像虚拟仿真模块平台支持多方协作，与第三方教学软件无缝对接。开放性平台，支持多系统，多资源。虚拟仿真可以避免辐射危害，在进行实训之前，学生和教师先进行场景化和具有沉浸感的演练和操作。虚拟仿真实验教学平台，紧扣国家教学大纲，以人卫社为标准，学生不受教学场地、教学时间和空间的限制，随时随地对医学知识进行预习、复习、练习和考试。丰富的题库，满足学生在线练习和考试，教师管理端可进行作业批改，后台弹性删减和增加教学试题等。实验教学平台具有学生与教师的实时交流互动、实验室预约、在线考试、在线作业等功能。后台大数据分析，实时掌握学生知识的难点，突破授课的瓶颈。积极探索虚拟仿真教学的新模式，构建新的医学影像学实践教学体系。拟仿真实验教学是高等教育信息化建设和实验教学示范中心建设的重要内容，是学科专业与信息技术深度融合的产物。

1  研究现状与分析

1.1  教材内容无法满足目前的教学需要

随着医学影像的快速发展，尤其是近些年的超声、CT、数字化X线机、MRI、ECT和DSA等技术的出现，现在世界上每年都会涌现许多新的影像成果和专著。而我们的影像学教材，因教学教材的批量印刷及纸质载体限制，很难进行内容的变更与及时更新。无法与最新的前沿技术及成果无缝对接。

1.2  学生动手实践能力欠缺

影像专业的实践性很强。对学生的动手能力及实践能力要求很高。但是在现有教学条件下。除了仅有的几所将医学影像专业作为品牌专业的院校投入了比较完善的设备外，多数影像专业的学生更多的是“纸上谈兵”，缺乏动手实践能力，无法快速适应毕业后的工作融入，运用该平台提高实战性。

1.3  硬件设备教学投入大，软件投入少

众所周知，医学影像设备昂贵，但影像技术确在不断的发展更新。购置所有新设备接轨最新最优的技术是不现实的。且对于成像原理等课程的内容涉及，教师在教授时也无法准确的描述内部构造等关键内容，造成教学晦涩，授课效果不佳。且鉴于设备的养护成本、折旧等因素，造成了教学投入利用率较低等现实问题。运用此医学影像教学平台，每年定时更新即可，仅存在升级维护费用，大大降低了成本。

1.4  现有医学影像设备存在辐射的危害

得益于现有设备的飞速发展，及保护措施得当。部分影像设备已经大大的降低了授线量及危害性。但由于影像专业对于操作实践性的操作熟练及精度的特殊要求，无论对于教学还是初入工作的工作者来说，对于设备的熟悉程度、操作流程、规范化操作等环节，都显得尤为重要，以健康为代价换取水平提升的问题急需破解。

2  医学影像虚拟仿真实验教学模式及其特点

将医院CT、MRI、DR、超声、X射线、核医学等设备的观察学习应用到教学实践中，该模块实验教学的目的是训练学生熟悉医学影像学诊疗设备的操作流程、掌握影像各种设备的成像原理，图像示教与分析，影像报告书写规范练习等实验项目，搭建了与真实医院工作环境一致的虛拟教学医院，学生可以在实验室网络中任何一台计算机上操作仿真，通过实验模拟医院场景漫游、设备认知、操作流程、检查技术、检查实战、在线考核等不同角色的学习内容。实验贴近实践与工作环境挂钩，便于激发学生兴趣，进入实验室后能将理论课学习的内容应用于具体操作，提前培养学生面向不同问题并解决实际困难的能力。医院实习中，不可能给予学生完全的自由活动机会和独立思考空间，医院的特殊环境要求操作不容犯错，虚拟仿真实验则是开放性和允许反复尝试，这也是其优势所在。实验涉及影像诊断学、超声诊断学、影像（X线）技术检查学、影像核医学、医学图像处理、介入放射学等课程。

3  医学影像虚拟仿真实验教学平台的构建

利用虚拟技术充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能，通过形象生动的操作画面，真实地模拟了常规X线机、数字X线机、X线计算机体层、磁共振、超声和核医学等成像设备的工作原理和操作过程，灵活运用计算机技术和虚拟技术来辅助教学，使理论授课和实验教学达到完美融合，改善教学效果。

3.1  医学影像虚拟仿真实验教学平台架构

医学影像虚拟仿真实验教学平台主要包括教学管理、教务管理、内容系统三大部分（如图1）。

3.2  医学影像虚拟仿真平台主要功能模块

【中心门户】模块（图2）可包括首页、中心概况、虚拟仿真、在线课程、教学成果、统计中心、交流互动、校企合作等。

【虚拟仿真】可包含：场景漫游、设备认知、设备操作流程、检查技术、检查实战、在线考核等（图3）。

4  医学影像虚拟仿真实验的应用展望

围绕医学影像虚拟仿真系统将医院CT、MRI、DR、超声、X射线、核医学等设备的观察学习应用到教学实践中，该模块实验教学的目的是训练学生熟悉医学影像学诊疗设备的操作流程、掌握影像各种设备的成像原理，图像示教与分析，影像报告书写规范练习等实验项目，搭建了与真实医院工作环境一致的虚拟教学医院，学生可以在实验室网络中任何一台计算机上操作仿真，通过实验模拟医院场景漫游、设备认知、操作流程、检查技术、检查实战、在线考核等不同角色的学习内容。实验贴近实践与工作环境挂钩，便于激发学生兴趣，进入实验室后能将理论课学习的内容应用于具体操作，提前培养学生面向不同问题并解决实际困难的能力。医院实习中，不可能给予学生完全的自由活动机会和独立思考空间，医院的特殊环境要求操作不容犯错，虚拟仿真实验则是开放性和允许反复尝试，这也是其优势所在。实验涉及影像诊断学、超声诊断学、影像（X线）技术检查学、影像核医学、医学图像处理、介入放射学等课程。探索和构建新的医学影像实践教学体系，在同类院校中起到示范带头作用。

5  结语

实验教学改革对提高医学影像学的教学质量起着重要作用。医学影像虚拟仿真实验教学平台将学生引入一个充满新奇的实验王国，不仅激发了学生的学习兴趣，还实现了学校资源的优化配置与开放共享，有效解决了教学需求和实验资源不足之间的矛盾。通过实验教学模式的调整，真正做到了学以致用，帮助学生将理论知识与实践相整合，为目前医学影像学专业教学改革提供了新的思路和范本。

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