郑楠 庞学明 李军 张洪清 崔长欢

摘  要：信息技术与高等教育实验教学的深度融合是当代高等教育的重要发展趋势之一，符合实验教学改革的发展趋势和人才培养的实际需要。将虚拟仿真技术应用于医学影像学实验教学，能有效解决“高投入、高危險、难实现”的传统实验教学问题。结合天津医科大学医学影像学虚拟仿真实验教学实际，简述了虚拟仿真在医学影像学实验教学中的应用优势，同时分析了医学影像学虚拟仿真项目发展的制约因素，从整体谋划、学科融合、校企合作方面提出了针对性发展策略。

关键词：虚拟仿真;医学影像学;实验教学

中图分类号：G642.0;R331      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）15-0088-03

Practice and Thinking on Virtual Imaging Experiment Teaching Project of

Medical Imaging

ZHENG Nan1，PANG Xueming2，LI Jun1，ZHANG Hongqing1，CUI Changhuan1

（1.Laboratory and Asset Management Department，Tianjin Medical University，Tianjin  300070，China;

2.School of Medical Imaging，Tianjin Medical University，Tianjin  300070，China）

Abstract：The deep integration of information technology and experimental teaching in higher education is one of the important development trends of contemporary higher education，which is in line with the development trend of experimental teaching reform and the actual needs of personnel training. Applying virtual simulation technology to medical imaging experiment teaching can effectively solve the traditional experimental teaching problem of “high investment，high risk，difficult to achieve”. Combined with the practical teaching of medical imaging virtual simulation experiment in Tianjin Medical University，the application advantages of virtual simulation in medical imaging experimental teaching are briefly described. At the same time，the constraints of the development of medical imaging virtual simulation project are analyzed. Targeted development strategies are put forward from the aspects of overall planning，discipline integration and school-enterprise cooperation.

Keywords：virtual reality;medical imaging;experimental teaching

0  引  言

医学影像学在临床医学和基础研究的应用上如同“侦察兵”，肩负着为临床科学诊治、揭示病因病理及循证医学等医学工作提供影像信息依据的任务。这也要求影像医学人才除具备全面的医学理论体系和医学思维外，更要有过硬的“实战”能力，以应对复杂繁重的临床任务及研究工作。所以影像医学人才必须通过大量的实践才能获得足够的基本操作技能和临床能力。

信息技术与高等教育实验教学的深度融合是当代高等教育的重要发展趋势之一，《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中指出，“大力推动互联网、大数据、人工智能、虚拟现实等现代技术在教学和管理中的应用，探索实施网络化、数字化、智能化、个性化的教育，以现代信息技术推动高等教育质量提升的‘变轨超车’”[1]。《教育部办公厅关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》中提出，“以提高学生实践能力和创新精神为核心，以现代信息技术为依托，以相关专业类急需的实验教学信息化内容为指向，建设示范性虚拟仿真实验教学项目，推动高校积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式”[2]。

1  虚拟仿真技术应用于医学影像学实验教学的优势

虚拟仿真技术是借助计算机集成理念和技术，在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，能使用户具有身临其境的沉浸感，具有与环境完善的交互作用能力，并有助于启发构思[3]。虚拟仿真实验摆脱了实验试剂、标本、器械、场地的限制，可随时随地开展虚拟实验，并且可反复训练，无实验成本的增加，极大地拓展了学生学习的内容和空间[4]。

1.1  有效突破传统实验教学模式瓶颈

由于传统的医学技术教学环境和模式所限，部分实验教学内容无法实现或与临床实际存有差距，例如：实验成本过高、涉及辐射等高危环境，实验条件难以满足教学规模要求，不符合医学伦理要求等[5]。涉及医学影像学传统实验教学模式，则存在高投入、高危险和难实现的发展瓶颈。

高投入：包括X射线设备、超声设备、磁共振设备、CT设备等。由于这些设备的价值动辄上百万甚至上千万元，目前教学经费的投入远远达不到教学规模需求，且部分贵重仪器设备的运行与维护成本较大。为了控制成本，大部分医学院校的影像设备都是从附属医院淘汰下来的。由于老化过时，这些设备只能用于讲解基础的设备原理、影像技术的摆位等，学生接触不到较为高端的图像后处理部分。

高危险：X射线设备和CT设备都是利用X射线成像，由于X射线对人体有辐射危害，从保护师生安全的角度出发，传统的实验过程中不会用到实际的X射线操作，只能是“照猫画虎”或“纸上谈兵”。

难实现：目前影像设备都是大型数字化成像设备，成像过程复杂，原理抽象，自动化程度高。从教学角度来看，不利于学生对成像过程与原理的理解[6]。信息网络技术的应用也突破了空间与时间的限制，教师可以通过虚拟仿真系统将课堂内容通过网络延伸，客观系统地进行学生操作评价和作业批改。虚拟仿真平台更符合现代大学生成长的新特点，符合信息化时代教育教学的新规律，学生可以随时登陆平台进行反复实验操作学习，这也提高了学生自主学习与创新能力[7，8]。

1.2  虚拟仿真在医学影像学实验教学中的应用

天津医科大学医学影像学院成立于1984年，是我国第一个独立的医学影像学专业。影像学院实验教学中心在2012年成立了虚拟仿真实验教学中心，下设：电子仿真实验室、磁共振成像虚拟仿真实验室、PACS实验室、图像处理实验室、图像分析实验室、功能成像实验室。2015年中心被评为天津市虚拟仿真实验教学中心，中心申报的“CT检查技术虚拟仿真实验”被评为“2018年度国家虚拟仿真实验教学项目”。

中心利用PACS系统将实际的临床影像资料进行采集、整理、存储并实现与附属医院的PACS资源共享。在大数据平台上帮助师生模拟医疗方案制定和治疗效果预测全过程，浏览复杂病案和最佳治疗案例，通过模拟操作来获取模拟治疗结果并进行评判。凭借虚拟仿真技术的优势，功能磁共振成像技术等前沿技术的原理与应用也被纳入到实验教学课程体系，增强了学生今后解决临床实际问题的能力。中心近年来与部分大型医疗研发企业合作开发了“磁共振虚拟数据采集与图像处理软件”，解决了困扰医学影像学教育同行多年的无法用临床磁共振设备讲解磁共振成像原理的教学问题。利用PACS教学平台开发了心血管图像处理系统、肺结节分析系统、虚拟内窥镜系统，与企业联合开发了X射线虚拟仿真操作系统等，极大丰富了虚拟仿真实验教学资源。中心还通过互联网与西部高校如北方民族大学、甘肃中医药大学、河西学院等实现共享教学，几所高校的师生可以同时通过各种终端访问实验教学项目进行自主学习，真正实现优势教学资源的共享互促。

2  医学影像学虚拟仿真实验教学项目发展的制约因素

2.1  经费投入因素

不可否认，建设虚拟仿真实验教学项目需要投入一定的经费用于服务器、网络交换机、计算机终端、图像工作站、投影显示系统等信息化硬件购置和医学影像资料库、图形处理等软件以及网络平台的建设。这些专业设备和软件比较昂贵，应用到教学中如每人或每组配备虚拟设备进行操作，资金的需求就更有压力[9]。另外资金分散投入，学校和医院间无法资源共享，导致设备重复购置，低端软硬件难与医学影像行业趋同而造成浪费[10]。

2.2  实验教师队伍因素

虚拟仿真技术作为近些年发展起来的新兴技术，对开展相关实验教学的教师的知识储备和探索精神提出了更高的要求[11]。实验教师队伍年龄结构偏大，主动接受实验教学信息化理念和知识的内在动力不足，利用虛拟仿真技术促进实验教学改革创新的抓手不够丰富。且实验教师的教学科研任务繁重，进行虚拟仿真项目开发的时间相对不足。

2.3  学科融合因素

医学虚拟仿真实验教学项目的实施需要医学、教育学、工学等相关学科的协同合作：医学提供理论基础、内涵及建设目标，工学提供技术支撑和运行维护，项目的设计与建设还要符合教育学原则规律，这样的融合才能达到建设效果。这就要求相关建设团队主要成员均掌握医学、教育学、工学的基础性认知，便于顺畅沟通和智力的无缝对接，共同参与项目的设计和研发等各个环节。

2.4  虚拟仿真教学内容因素

当前的虚拟仿真实验教学普遍缺乏行业专家的指导，在一定程度上限制了教学内容的扩充和更新，这也使得选择适合医学生的虚拟现实教材受到限制，大部分都不能满足实际教学需求，内容过于理论化[12]。

当前虚拟现实行业发展的短板之一是内容匮乏、针对性不强，直接购置的软件与本专业的培养计划和课程设计差异明显，难以真正激发学生对实验内容的深刻理解和学习热情。

3  医学影像学虚拟仿真实验教学项目发展对策

3.1  科学谋划，注重学生能力培养

做好医学影像学实验教学的发展谋划和顶层设计，课程内容、实验教学设备购置、实验教材选择和编制均要与医学影像学行业发展现实趋同，实践操作与学生今后的临床实际有效契合。

根据“能实不虚，虚实结合”的建设原则，做好虚拟仿真实验教学项目的选题;规划好虚拟仿真内容在实验教学中的比例，注重传统实验与虚拟仿真实验教学资源的共同建设。注重实验教学的线上线下有机结合，学生在线上完成原理学习和虚拟操作;线下通过网络继续教育、操作评测和反馈等让学生自主学习的能力得到培养[13]。

利用好多渠道经费为信息化建设提供保障;发挥医学院校和附属医院的协同优势，整合贵重仪器设备和临床影像医学资源，避免重复建设造成资源浪费。

3.2  实验教师队伍因素

医学院校建设高水平的虚拟仿真实验教学团队要“内外兼修”。院系层面要注重教学团队的年龄层次和学缘结构，积极吸纳具有交叉学科背景、年富力强的理论课教师和实验教师加入团队。学校层面应在人才引进、考评、培训、激励等方面建立完整的制度体系，将实验教学成果纳入教师的年终考评与职称晋升评定以及教学成果奖励体系，将信息技术与医学深度融合作为教师继续教育的主题之一，全方位激励教师开展信息化建设与应用。

同时应邀请有在医学相关领域合作经验的信息化工程师、网络工程师等工学高级人才作为指导专家、顾问加入医学虚拟仿真实验教学团队，参与到虚拟仿真实验教学项目建设和教材编写的各个环节。

3.3  促进校企合作，加强网络共享

校企合作是学校和企业依据双方需求，整合各自资源优势，从教育形式、教育平台等多方面进行合作，是当今高等学校人才培养的重要途径和有效平台[14]。企业具有专业的信息化研发实验室和技术团队等工学技术优势，并且具备信息化平台开发的软硬件基础条件，节约了研发的前期投入[15]。医学院校具备医学、教育学资源优势，能为项目研发提供理论基础、医学素材和建设思路。师生参与到医学虚拟产品的设计、研发、测试过程，可以从使用者的角度对产品提出设计和改进意见。通过校企双方的强强联合，优势互补，将信息化建设成果有效应用于医学人才培养，实现了合作共赢。

4  结  论

虚拟仿真实验教学项目的建设能弥补传统实验存在的不足，重点解决实际实验、实训中资源限制、条件限制、实际训练效果不佳等客观问题，同时兼顾课程整合，完全符合国家教学改革方向，符合实验教学改革的发展趋势和人才培养的实际需要。医学影像学虚拟仿真实验教学项目能有效解决“高投入、高危险、难实现”的教学问题，模拟真实的临床影像设备和操作环境，与行业发展趋同，更有利于医学影像学专业学生“实战”能力和医学思维的培养。

参考文献：

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[2] 中华人民共和国教育部.教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知（教高厅〔2017〕4号） [EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7945/s7946/201707/t20170721_309819.html，2017-07-13.

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[14] 尚妍，刘晓华，东明，等.校企合作的虚拟实践教学平台建设 [J].实验室科学，2017，20（5）：186-189.

[15] 高巍，宋玮华，陈淑芳.基于校企合作的虚拟仿真教学实践探讨 [J].通讯世界，2019，26（2）：308-309.

作者简介：郑楠（1982.01-），男，汉族，天津人，硕士，助理研究员，研究方向：实验室建设与管理;庞学明（1986.06-），男，汉族，天津人，硕士，实验师，研究方向：医学影像技术;李军（1987.03-），男，汉族，天津人，硕士，研究实习员，研究方向：实验室建设与管理;张洪清（1965.12-），男，汉族，天津人，硕士，研究员，研究方向：实验室建设与管理;通讯作者：崔长欢（1979.08-），男，满族，北京人，硕士，助理研究员，研究方向：实验室建设与管理。