基于胸部病变的影像检查技术虚拟仿真实验*

于毅 杨楠 张业宏 任琼琼

1．新乡医学院医学工程学院；2．新乡医学院教务处

基于胸部病变的影像检查技术虚拟仿真教学系统利用虚拟仿真技术，模拟构建了影像检查场景，学生通过PC、移动端登录进入场景，以第一视角进入模拟场景，通过人机交互操作，对临床胸部疾病检查过程进行实验实训和考核，有效地解决了医学影像技术实训开展过程中的难点和痛点。

胸部病变是国内病死率最高的疾患之一，发病率不断递增，严重威胁着人类健康和安全。随着医疗信息化的不断发展，医学影像检查技术作为目前临床诊断最重要的诊断依据，如何应用当前先进的影像技术为临床服务，为当前医学技术实验实训教学的重点探索方向。在实际影像技术实验实训教学过程中，因影像设备存在高辐射、高造价等问题，实验实训教学难以开展。

实验项目以基于胸部病症的临床案例作为实验核心，充分利用三维虚拟技术和现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，虚拟仿真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、计算机体层、磁共振、CT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。

1 实验设计与实验内容

1.1 专业与年级要求

医学影像技术、医学影像学、医学影像工程、生物医学工程、临床等专业三年级学生。

1.2 基本知识和能力要求

正在学习或已经掌握诊断学、影像检查技术、影像成像原理、影像设备学、影像解剖学等相关知识。

1.3 采用的教学方法及其目的

实验项目采用线上线下互动教学的教学模式。线上利用基于三维技术搭建的医学影像虚拟仿真教学平台进行在线学习（如图1所示），采用PBL教学模式，以案例导入情景模拟，通过设计动态的3D场景，让学习者进入模拟的影像检查环节，由检查环节评估到检查过程的实施，让学习者在开放性的环境中掌握辅助检查申请的技巧，并掌握对影像学结果资料、检验学资料结果的判读。线下利于影像检查设备，对线上联系进行强化，以提高实际操作能力为主，虚实结合，充分了解仪器操作流程，增强和大型仪器的互动，如图2所示。

图1 实验系统设计Fig.1 Experimental system design

图2 实验框架Fig.2 Experimental framework

2 实施过程与实施效果

实验项目实施过程结合虚拟仿真教学平台实验管理系统，实行互动式的全景教学，课上进行实验学习的同时，课下学生可以随时随地登录影像虚拟仿真教学平台，进行在线学习、在线预习、在线实验、在线提问、教师在线答疑等功能，打破了教学过程中时间与空间的限制，提高教学效率和质量。

自实验2017年上线以来，在相关专业开展了实践教学，涉及的专业有医学影像技术、临床、生物医学工程等。通过实验实训的不断开展，学生学习积极性和学习质量有了很大提升，虚实结合的教学模式，不再使医学影像技术教学枯燥无味，抽象难懂。

2.1 实验方法描述

通过PC、手机等终端登录医学影像虚拟仿真教学平台，选择进入胸部病变影像检查技术虚拟仿真教学系统，导入三维虚拟仿真实验场景，通过1∶1全景模拟临床医学检查流程进行虚拟仿真操作实验实训。

2.2 学生交互性操作步骤说明（共15步）

(1)登陆进入胸部病变影像检查技术虚拟仿真教学系统，如图3所示。

图3 系统登录界面Fig.3 System login interface

(2)影像检查接诊。

(3)核对医嘱单。

(4)选择更衣室，进入场景。

(5)检查前准备工作，如去除患者身上金属物件了解有无不适宜影像检查症状。

(6)录入患者信息，核对无误后确认上传。

(7)进入扫描室，协助病人穿具防护服。

(8)辅助病人，确认正确的扫描体位。

(9)选择正确的扫描体位，如图4所示。

图4 模拟选择体位Fig.4 Simulated posture selection

(10)选择正确的扫描基线。

(11)调整设备扫描位置，如图5所示。

图5 调整机器位置Fig.5 Adjusting the machine position

(12)调整扫描参数；

(13)确定胸部检查的扫描范围，如图6所示。

图6 调整设备扫描位置Fig.6 Adjusting the scanning position of the equipment

(14)开始扫描，曝光出图，如图7所示。

图7 扫描成像Fig.7 Image formation

(15)检查结束，协助病人离开，如图8所示。

图8 交代事项Fig.8 Doctor's order

2.3 考核要求

实验项目分为训练和考核2种虚拟仿真实验模式，训练模式下，系统对知识点及关节步骤予以讲解和提示，考核模式下，0提示学生自主操作，操作结束由系统自动统计考核成绩。

2.4 实施效果

由教师科研成果转化的医学影像虚拟仿真实验不但解决了医院影像教学存在的问题，而且通过此实验，吸引学生进入教师课题组进行相关科学研究实验。

3 结论

实验项目在重视学生学与练的同时，也特别重视学生实验后的反馈，学生可在实验结束后，在医学影像虚拟仿真教学平台交互互动专区，进行实验心得体会的上传分享，也可以发起一个问题的讨论，同时也可以对一些疑问点在线向老师发起提问，老师在线予以解答。

3.1 项目持续建设与服务计划

实验项目将依托于河南省医学工程虚拟仿真实验教学中心，结合虚拟现实、AI等现代信息技术，在现有项目基础上，继续加强虚拟仿真教学项目的建设力度，建设覆盖整个影像技术学科的规范性的、信息化的、智能化的精品项目。

3.2 面向高校的教学推广应用计划

项目基于网络化的虚拟仿真教学平台进行浏览访问，不受时间、空间的共享教学平台，未开1～2年内拟向周边高校加大共享力度，适时的与周边高校共建医学影像技术虚拟仿真实验共享平台，共享实验教学项目成果。

3.3 面向社会的推广应用计划

计划在未来5年内，在与周边高校共建医学影像技术虚拟仿真教学共享平台基础上，立足中原，面向基层医院和周边高校开放，面向社会开放，搭建一个面向医学影像技术人才学习和培养的信息化平台。