病理学虚拟实验教学系统的建设与应用

高 航,陈 霞,程丕显,王建伟＊

(1.吉林大学白求恩医学院病理学系;2.吉林大学基础医学实验教学中心,吉林 长春 130021)

一、背景和目的

虚拟显微镜(Virtual Microscopes,VM)是将现代虚拟技术与光学显微镜有机结合,利用程控扫描方式采集高分辨数字成像完成图像拼接制作虚拟切片、通过计算机和互联网络构建虚拟环境。随着数字信息化时代的到来,采用全自动切片扫描仪,使建立数字化切片数据库,形态学教学、远程教学成为可能。目前虚拟显微镜系统正逐步应用于形态学的实验教学和病理学诊断[1-2]。

病理学是基础医学和临床医学的桥梁课程,是医学学习的必修课之一。目前病理学教学遇到的严峻问题是随着生活水平的提高和疾病谱的改变,一些疾病标本很难得到新的补充,使病理学实验教学工作陷入了艰难的境地,并严重影响了教学效果。与此同时,由于教学规模的不断扩大,亦使教学资源相对短缺。

常规的多媒体教学手段并不能满足学生对知识的需求。在病理学实验教学方面,如何使学生不仅仅局限于在理论课、实习课进行学习,而是发挥学生主观能动性,通过虚拟实验室进行自学、复习,做到形态学知识的融会贯通。目前以学生为主体的主动学习模式是现代医学教育教学方法改革的主要方向,通过课程建设,培养出具有良好形态学基础的高水平,高素质的医学创新人才。形态学虚拟实验教学系统的建立,将给形态学教学带来实际的应用价值和广阔的发展空间。

二、病理学实验教学现状分析

常规的病理学实验课教学模式仍为学生通过观察的人体标本及组织切片掌握理论课的知识点,目前存在着一些标本获取困难的问题,某些疾病(如风湿性心肌炎、亚急性感染性心内膜炎、大叶性肺炎、伤寒等)的发病率明显下降,而且随着在教学过程中大体标本及组织切片的破损,现有的教学切片已不能满足教学需要。随着计算机技术的不断发展,常规的多媒体教学手段并不能满足学生对知识的需求,亦不能有效调动学生的学习积极性。在形态学教学方面,如何使学生不仅仅局限于在理论课、实习课进行学习,而且能够通过虚拟实验室或者局域网进行自学、复习,基于此,虚拟实验教学系统应运而生,亦是病理学实验教学的发展趋势[3-4]。

三、病理学虚拟实验室教学系统的建设及特色

作者先后试用了多家公司生产的数字切片扫描系统,经比较后采用滨松光子学株式会社的数字切片扫描系统进行了病理学数字教学切片的扫描制备,采用TDI(Time Delay and Integration)线性扫描技术建立了数字切片库。经过反复论证,与软件公司合作进行了虚拟实验教学系统软件的编写,采用VB.net(Visual Basic.NET)编程。设计理念是建立一个整合资源平台,根据教学内容需要可以随时进行调整。主导思想为:首先以目录树的形式按照学科、章节进行分类,学生根据需要选择相关内容进行学习,每个章节均标有实习目的及要求,大体及切片标本均有相应的文字说明,并按静态图片※数字切片※教学视频排列。病理学虚拟实验教学系统在原有应用Authorware软件制作的多媒体教学课件基础上,将大体标本、镜下切片的视频套入数据库中,实现其与虚拟显微镜的完美结合,便于学生利用虚拟实验教学系统进行自学和复习,提高学习兴趣。病理学虚拟实验教学系统目前使用大体标本/镜下图309张,大体标本/镜下录像244个,镜下虚拟数字切片78个,总硬盘容量达29.5G。

病理学虚拟实验教学系统的特色在于不仅仅拘泥于图像浏览,还将大体标本应用高清数码摄像机录制成DV视频、镜下切片采用Olympus DP72 CCD录制视频,经剪切、编辑,配音后整合到虚拟教学系统中,通过教师细致入微的讲解便于学生自学和复习,促进学生对病理变化的理解,有效提高了学习效率。

四、虚拟实验教学系统的优点

虚拟实验教学系统将给传统的病理学实验教学带来全新模式:(1)数字切片,可以替代传统显微镜,进行切片的教学/诊断等;(2)无需大量重复制作教学用切片,减少切片的管理和分发;(3)数字切片保存方便,不再担心切片破碎、丢失、退色等;(4)数字切片内容统一,用于实验课考试可确保考试切片的公正性和客观性;(5)建立大量的数字切片库,配合教学内容,动态读片,直观易懂,增加交流功能,大大提高了学生的学习兴趣。(6)利用数字切片软件具有的诊断标注功能,可以使学生直接将诊断标注在数字切片上,实现多媒体考试功能,亦可用于学生进行自评自测。

五、病理学虚拟实验教学系统的应用效果

虚拟实验教学系统是对实验教学的有力补充,便于学生进行自主学习。现阶段主要用于本科生的实验教学及PBL教学;并对吉林大学病理生物学教育部重点实验室的研究生开放并进行科研技能培训。经过两个学年(四个学期)的运行,累计实验机时达7382学时,使用学生人数达1962人,有效的提高了学生的学习效率。尤其是在阶段性或期末复习时学生使用率很高,减轻了形态学实验中心的工作压力,有效的保护了现有的病理学教学资源,深受学生好评。目前针对不同学制的学生在保障人均使用机时后全天开放。由于本虚拟实验教学系统在建设时已经安装了系统还原保护卡并设置了教师端和学生端入口,并进行了相应的加密处理,在保护知识产权的同时提高了系统的稳定性,经过两个学年的运行,在使用方面未出现故障,仪器设备完好率达100%。

六、结 语

虚拟实验室以先进的计算机技术为基础,使得前沿科学知识走进实验教学课堂成为可能;虚拟实验室采用软硬件结合、功能模块重组配置的方式是增加教学平台适用性和实验技术可扩展性的有效手段,有助于培养学生的自主学习能力和创新精神。

[1]Paulsen FP,Eichhorn M,Brauer L:Virtual microscopy-The future of teaching histology in the medical curriculum?[J].Ann Anat,2010,192:378-382.

[2]傅雅静,郭丽洁,高 建,等.虚拟显微镜技术及其在医学领域的应用[J].解剖科学进展,2007,13(3):283-285.

[3]耿 舰,丁彦青,李学农.病理学远程虚拟实验室的建设及应用[J].中国医学教育技术,2005,19(4):256-257.

[4]蓝永洪,牛海艳,李 群,等.虚拟显微镜系统在形态学实验教学的应用[J].中国高等医学教育,2011,4:74-75.