虚拟切片在病理学实验教学中的应用

2014-03-22施懿凌陈海滨

大理大学学报 2014年10期

施懿凌，陈海滨

（大理学院基础医学院，云南大理 671000）

1 背景和目的

虚拟切片（virtual slices），又称数字切片（digital slices），是利用全自动显微镜扫描平台把传统组织学HE染色切片进行全新、全方位高精度扫描、无缝拼接，生成新一代数字化病理切片。虚拟切片并非一张静态图片，它包含了组织学切片的所有病变信息，可以利用虚拟切片阅读软件观测切片上任何一个位置，也可以在电脑上进行不同倍率观察4×，10×，20×，40×，100×等，并可在一定范围内（1-100×）进行无级倍率连续浏览〔1〕。

在医学中，病理学既是一门基础学科，同时又是一门实践性很强的具有临床性质的学科，一直被形象地喻为“桥梁学科”和“权威性诊断”，而病理学实验是一门检验对病理学理论知识掌握程度，以及应用相关理论知识阐述各种疾病病理变化，并尝试初步诊断的学科。传统的病理学实验教学通过使用显微镜观察切片，教学内容较为枯燥乏味，教学方式较为保守，教学方法和手段相对落后，教学资源存在一定的浪费。在观察切片时学生和老师的互动性不高，且学生和老师在观察组织切片时范围和角度不同，导致视野下的组织形态不同，学生在学习观察切片时较易产生视觉疲劳，不利于对各知识点的理解，以及纵向和横向知识的融合，一定程度上影响学习积极性和教学质量〔2〕。为解决传统病理学实验教学存在的问题，我们利用现代化技术手段和信息资源，使用虚拟切片，改变病理学传统实验教学模式，从而提高教学效率和质量，增强学生综合应用知识、解决问题的能力，为学生将来成为一名合格的医务工作者打下坚实的基础〔3〕。

本文以2012年大理学院病理学教研室采购相关硬件设备之后自主研发应用的虚拟切片为例，阐述该技术用于病理学实验教学的优势、局限性和相应的对策，同时概述近两年来实验室实际使用虚拟切片的情况。

2 在病理学实验中使用虚拟切片的优势和局限性以及相应的对策

2.1 使用虚拟切片进行实验教学的优势

2.1.1 实现资源共享，提高学习积极性应用虚拟切片进行实验教学，上传扫描后的病理切片，放弃对显微镜的依赖，学生和教师突破设备、地域、时间限制，通过大理学院校园网络连接，使用本人电脑、智能手机、ipad等常规移动设备进入本校病理学教研室网页随意进行浏览学习，平滑放大观察图片，附有相关文字叙述。传统教学，学生必须借助显微镜才能对组织切片进行观察，无法在实验室以外的地点进行阅片复习、自由学习，现在在图书馆、宿舍、校园任何地方，通过网络浏览就可以进行学习，实现资源共享，促进学生主动学习，培养学生的自学能力，提高学习积极性。

2.1.2 多切片对比示教，提高学习效率通过电脑屏幕应用虚拟切片实现网络教学，利用相关软件浏览图像，点击鼠标进行不同倍数放大显示、任意方向移动观察，观察过程中图像信息不会失真，方便教师教学〔4〕。教学中可同时点开多张切片，从不同角度进行对比教学，利于学生掌握和理解各知识点。传统教学，只能通过教师在显微镜下逐一讲解各个知识点，课堂教学需要花费较多时间观察组织切片，使学生在接受病理知识要点过程中易产生枯燥、乏味的焦躁情绪。对于同种疾病因学生和老师观察切片不是同张，观察图像会不同，需要授课教师逐一解答，有限的课堂时间无法辅导所有学生。数字化虚拟切片与Motic显微数码互动系统相结合应用于教学，不仅利于学生较快地找到典型病变，且可对比示教。在教学中不依赖显微镜，实现教师和学生统一视图，激发师生的互动性、实现讨论式实验教学，从而提高学生学习效率。

2.1.3 易于保存和使用，节约教学成本虚拟切片技术实现了传统显微镜切片数字化，理想的虚拟切片在质量上和分辨率上与真实的病理标本没有明显差异〔5〕。玻璃片不易保存，在教学过程中存在褪色、磨损、破裂等现象，需要不断的更新、补充、制作切片，增加教学中不必要的费用支出。虚拟实验系统软件供实验教学使用，永久避免玻璃片损耗，为学院节省购买显微镜、切片、大体标本的资金。尤其在学期末使用实验设备学生人数较多，当超过现有硬件资源时，学生可以使用wifi手机浏览实验切片，为实验教学节省大笔经费开支，提高教学资源有效利用率。

2.1.4 扩宽教学内容虚拟切片不仅操作简单、变换灵敏、图像清晰，且针对稀缺病症，结构典型的切片，可以永久储存，无限使用。传统教学存在示教标本资源有限的问题，伴随医疗技术的发展，某些疾病（如流行性脑脊髓膜炎、小叶性肺炎、伤寒等）发病率明显下降，在教学过程中大体标本及组织切片破损，现有的传统教学切片已不能满足教学需要。虚拟切片可大范围建立病理切片教学库，实现最大限度使用，无论对于病理切片的使用率还是对于提高学生学习积极性，丰富学生阅片量，扩宽教学内容都有很大帮助。

2.1.5 改进实验教学手段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，有助于培养学生自主学习能力和创新精神〔6〕。本实验采用Motic数字切片扫描系统进行病理学数字教学切片扫描制备，建立一个整合资源平台，根据教学内容可随时进行调整。以树型目录的形式按照学年、专业、实习内容进行分类，教师讲授每一节实习内容后，学生可根据个人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，大体标本静态图片和数字切片，附有相应文字说明，配备中英文互译，累计制作和更新虚拟实验系统子网页600多个。针对多专业（包括南亚留学生）教学，手段更新加快知识更新，加大在有效时间内获得的知识量。

2.1.6 转变教学模式随着医学教育理念的进步，临床思维能力培养愈来愈受到重视〔7〕，甚至提前到医学基础课阶段〔8〕。虚拟切片的方便使用可在病理学实验教学中结合相关病例讨论、图片分析、临床病理诊断，综合提高学生的临床思维能力，使得基础课教学更加贴近临床。

2.2 使用虚拟切片的局限性以及相应对策

2.2.1 网络联通性虚拟切片的使用依赖于计算机网络联通性，是否可以顺畅地使用该设备取决于流畅的网络联通，使用校园网，存在网络联通性不稳定的现象，如何克服网络限制，在病理实验教学中更加流畅的使用虚拟切片，使这项技术更大更广地服务于教学，这需要和学校相关网络部门进一步协商，采取更符合该设备的网络服务器。

2.2.2 学生无法熟练使用显微镜学生在学习中过度依赖虚拟切片，无法进一步掌握显微镜的正确使用方法。虚拟切片不能替代显微镜的操作，学会正确使用显微镜是医学生基本的操作要求，掌握显微镜的使用方法也是病理学实验教学的目的。此外，当学生在使用显微镜独立观察教研室教学库以外的切片时，也会因使用设备存在差异（虚拟切片观察切片的组织形态是通过电脑屏幕，显微镜是通过目镜）而造成视觉不适应，以至出现判断误差。针对于此，在学生掌握基本的病理观测技术之后，可以开设开放性实验课，让学生掌握使用显微镜观察组织切片的方法，进一步深入学习病理学实验的相关操作技能，强化理论知识。

2.2.3 教师操作多媒体切片的技术虚拟切片的实验教学要求授课教师有一定的多媒体操作技巧，可以通过电脑以及虚拟切片配备的相应软件进行教学，在必要时候具有应对基本技术故障的处理方法，为提高教学水平可以组织授课教师进行多媒体系统操作技能的培训学习。

3 在教研室实验教学中虚拟切片的具体应用效果

3.1 教研室工作效率提高虚拟实验教学系统是对实验教学的有力补充，便于学生自主学习。现阶段主要用于基础医学院全日制本科生、研究生、南亚留学生的病理学实验教学。经过2个学年（4个学期）的运用，累计实验机时达4897学时，使用学生人数达2880人，有效提高工作效率。尤其是在阶段性小测验及期末总复习考试时，大量学生可以同时使用虚拟切片，减轻形态学实验中心工作压力，保护现有病理学教学资源，深受学生和老师的好评。目前针对不同学制学生在保障人均使用机时后全天开放，经过2个学年在使用方面未出现故障，仪器设备完好率达100%。

3.2 学生学习成绩提高通过教学发现使用虚拟切片之后，学生在课堂提问的人数明显增多，对学习病理切片的积极性提高，对切片的认识度提高。在2个学年中，学生的病理学实验考试成绩明显提高，在2012至2013第二学期期末病理学实验考试中及格率为98.0%，第三学期为97.8%，2013至2014第二学期为98.7%，第三学期为98.8%。