摘 要：针对医学影像技术专业实验教学现状,构建虚实结合的影像专业实验教学体系,弥补了传统医学影像技术实验教学中的诸多不足。学生可通过仿真和模拟实训的方式反复练习,并与传统教学模式相互补充、相互促进,较好地解决了医学影像技术专业实验教学中的问题,在高素质实用型人才的培养过程中发挥了重要作用。
关键词:虚实结合;医学影像技术专业;实验模式;
首都医科大学四年制医学影像技术专业的目标是培养医学与理学、工学相结合的,能在各级医疗机构从事医学影像技术的临床、科研和教学工作的高素质实用型人才,学生的实践教学离不开大型医学影像设备。专业的实践教学基地包括北京7所大型三甲医院的医学影像中心或者放射科。医学影像成像技术软硬件的发展日新月异,并且几乎集成了当今最新的科学技术。学生在实践过程中学习这些包含最新技术的医学仪器设备的原理和使用技术时,不可避免遇到实验难以安排的情况,例如高危险性、高消耗性、环境需求特殊性、不可替代性、操作训练频次太少等[1],给学生的直观理解和教师教学带来困难。
由于实践条件、指导教师和学生需求可能脱节[2],学生动手实践不充分,往往导致临床思维欠缺,专业能力不足,成为制约人才培养的重要因素[3]。虚拟仿真实验和模拟实训实验弥补了传统医学影像实验教学中的诸多不足[4,5],避免了医疗设备的不足和辐射危害、高运行成本等负面影响,成为实验教学研究的热点[6]。学生可通过仿真和模拟实训的方式反复练习,在开放、自主、交互的环境中开展这些特殊的学习活动,增加学习训练的机会。
现场真实实验与虚拟仿真实验和模拟实训实验的教学模式相结合,可以相互补充、相互促进[7,8],使实践教学与职业目标融合,能够全面提升专业教育的教学质量。国内已经有人在医学影像检查技术的单项[9,10]或多项[11]实践教学中进行了虚实结合教学的实例,或者虚拟、模拟、实训相结合的实践教学模式[1],取得了不错的效果。
为此,我们根据“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则,构建并实施以真实实验与虚拟仿真和模拟实训实验相融合的专业实践课模式。
1 虚实结合的专业实践场所建设
学生专业实践场所包括专业实验室、计算机虚拟仿真实验室、模拟实训实验室和临床实践教学基地。
1.1 专业实验室是重要的基础实验场所。
医学影像断层实验室内包含矢状面、冠状面和横断面3个方向的实体包埋标本和虚拟解剖系统,让学生既能够辨识3个方向的解剖结构,也能配合虚拟软件识别各种组织的三维结构、空间相邻状况以及任意角度的断面情况,满足人体影像解剖学的教学需要。
影像归档和通信系统(picturearchiving and communication systems,PACS)包括由6个模块:图像处理模块,实现图像测量、变换、重建、分割等功能;诊断报告模块,学习编写图库病例的诊断报告;读片考核模块,考核读片和诊断报告的填写能力;理论考核模块,包括试题库管理、考试的组织、在线模拟考试和在线考试功能;图库模块,实现上传病历、修改病历与诊断报告功能;其他功能,包括教学文件管理、图库检索、互动交流与局域网教学等功能。
台式磁共振实验室内两台台式磁共振实验仪可以完成小型物体的各种扫描参数、多种扫描序列和加权算法的磁共振成像和波谱分析功能。
超声诊断实验室一台彩超推车可以完成各种组织器官的超声成像和测量。
实验中心还购购置了一具X射线模拟人,由真人骨骼和人工软组织构成,可以代替患者在真实环境进行X射线计算机断层扫描(computed tomography,CT),学习医学影像的形成过程,以及身体摆位与所形成影像的关系。
1.2 计算机虚拟仿真实验室
计算机虚拟仿真实验室包括:(1)数字X射线摄影(digitalradiography,DR)仿真实验仪模拟了DR拍片过程和X射线穿过患者身体的各种特征过程,模拟DR人体检查技术,模拟计算患者的照射剂量。(2)CT仿真实验仪结合了数字人和虚拟CT实验技术,可调节层面参数、采集参数、采集矩阵大小、扫描方向、病人体位,演示常见伪影和滤波反投影过程,显示重建图像效果。(3)磁共振成像(magneticresonance imaging,MRI)仿真实验仪,以标准数字人的头部数据模型作为虚拟扫描样本,可实现各种可调成像序列参数、多种磁场强度、多种扫描序列和加权磁共振成像。(4)台式核磁共振技术仿真实验仪,实现多种成像序列的数据采集与图像重建功能,伪影分析功能,弛豫谱的数据采集和二维反演功能。
1.3 模拟实训实验室
模拟实训实验室包括:(1)DR模拟实训机可以实现DR成像的各种摆位和防护、操控X射线球管、选择IP板的操作,以及准备、曝光操作和图像形成、处理、确认、传输等操作。(2)CT模拟实训机可以进行患者俯仰卧位选择、检查床升起和进床、基线对准的练习,以及设置扫描参数,模拟扫描,图像获取和处理、确认和传输等过程的学习。(3)MRI模拟实训机可以学习各种常见的磁共振操作技能,如金属异物的探测、禁忌证的了解和患者安抚、辅助线圈的选择、成像参数和序列的选择、扫描的过程、图像处理和传输等。模拟实训系统的组成详见表1。
表1 模拟实训系统组成
1.4 临床实践教学基地
本专业的实践教学基地是北京市7所知名医院的影像中心或放射科。这些实践教学基地都有合格的带教老师,现代的管理经验,先进的影像设备和优质的临床教学资源,承担课程见习、临床实验和专业实习任务。
2 虚实结合的专业课程实践安排
专业课程的实践课总体按照见习-实验-实习这几个环节进行。在专业学习早期,安排几次医院见习。在专业课学习阶段,根据不同课程特征和需要,实践课可结合多种方式,既有仿真实验,还有模拟实训实验,以及真实实验。最后一学年在实践教学基地的轮转实习,根据实习方案完成各部分专业实习任务。主要专业课程实践课的实施安排见表2。
表2 主要专业课程实践课的实施安排表
在第一学期,我们开设了医学影像技术导论课程,由专家授课,引导学生了解专业内涵特点和课程体系、与社会经济发展的关系等。导论课设置了到影像中心见习的环节,接触医院影像中心最新的影像设备,聆听临床技师讲解设备的特点、操作方法和注意事项,观察影像科医生阅读影像、书写提交诊断报告的过程。
医学影像成像理论的实践课采用见习、真实实验和仿真实验相结合的方式。(1)见习课上,带领学生观察医学影像仪器的面板和操作方法,了解成像的过程。(2)利用台式磁共振实验仪进行磁共振信号检测、梯度回波和平面回波序列成像等实验。(3)开设仿真实验完成DR的曝光参数、模体厚度、滤线栅的成像实验和图像处理练习,模体CT成像时分辨率的调整、窗口技术、图像色调处理,模体的多种参数和序列的磁共振成像。
医学影像检查技术学课程跨学期设置,它的实践课是专业实践课的教学重点,采用包括仿真实验、模拟实训和真实动手实验的虚实结合的实践教学方式。(1)仿真实验包括DR仿真、CT仿真和MRI仿真,利用计算机仿真软件来熟悉医学成像操作流程、体位的选择、参数的设置和图像的存储与传输过程。(2)模拟实训利用DR、CT和MRI成像三套模拟实训教学系统,具有与真实机器相同的模型和相似的操作环境,操作模拟机进行设备调整、摆位设计、成像和传输等方面的学习。(3)在课程的后部,还会安排学生到医院影像中心,观摩临床医学影像的成像过程,利用X射线模拟人进行真实机器的X射线和CT成像实验,以及磁共振真机操作成像实验。
人体影像解剖学实践课在断层影像实验室进行,医学影像信息学、医学影像诊断学等课程的实践课在PACS实验室进行,超声检查技术与诊断学的实践课在超声诊断实验室。
学习专业课后,医学影像技术专业的学生还需要进行为期一年的临床实习,根据实习方案完成各部分内容的轮转实习任务。在实习期间还要进行临床科研训练和撰写毕业论文。
3 虚实结合的实验模式的优势
我们在实验中心建设过程中,一边建设,一边实施虚实结合的实验教学模式。学生刚步入大学,在医学影像技术专业导论课的见习,能够让学生初步接触医学影像设备,了解临床影像工作的环节和环境。
医学影像成像理论的实践课开设了见习课、真实实验和仿真实验。(1)见习课可以达到熟悉影像仪器面板和成像过程的目的。(2)通过真实实验,学生能够加深对磁共振成像原理、成像序列选择、成像参数设置的认识。(3)在仿真实验中,学生能够多角度掌握DR、CT和磁共振这些仪器的参数设置方法,加深对医学影像成像原理的掌握,为后续专业课程学习提供深厚的理论基础。
医学影像检查技术学的实践课采用仿真实验、模拟实训和真实动手实验相结合的实践教学方式,层层递进,逐步接近临床。(1)仿真实验包括DR、CT、和MRI仿真。利用DR仿真实验仪来完成病例输入、参数设置、X射线管的控制、图像质量控制等操作练习;利用CT仿真实验仪来完成旋转角度、步进角度、探测器宽度、反投影算法等的设置练习,学习X射线质量与对比度的关系、窗宽窗位调节效果;利用MRI仿真实验仪来学习各种可调成像序列参数、多种磁场强度、多种扫描序列和加权磁共振成像方法。(2)模拟实训包括常见的DR、CT和磁共振成像的操作模拟训练。利用DR模拟实训机进行控制面板操作、球管和探测床的移动、标记放置、照射野设置、体位的定位、防护方式选择等方面的学习;用CT模拟实训机来练习患者准备、机器面板操作、体位选择和对准、曝光扫描、图像处理和传输等操作;利用MRI模拟实训机练习金属异物排查、面板和扫描床操作、线圈的选择、序列和参数选择、扫描等功能。(3)真实动手实验是到医院影像中心或放射科者进动手成像实验,逐渐熟悉影像设备性能,掌握操作方法,提升专业技能。
在断层影像实验室完成人体影像解剖学实验,在PACS实验室进行的医学影像信息学、医学影像诊断学等课程的实践课,在超声诊断实验室进行的超声检查技术与诊断学实验,都圆满实现了教学目的,达到预期的教学效果。
通过3年的基础和临床学习,在充分动员情况下,学生进入临床实习的情绪非常高涨,对于临床实习满是憧憬,期望在未来一年的实习过程中掌握专业本领,磨练科研技能,迎接升学和就业。
4 结语
我们为了不断探索医学影像技术专业实践教学的新模式,为提高创新型人才的培养质量,提升学生实践水平,理论结合实际提出了虚实结合的实验教学模式的建设方案。学生通过实践课,认识掌握各型医学影像仪器设备的性能和操作方法,提升了专业操作能力。对于真实实验难以安排的实验,可以通过虚拟仿真和模拟实训实验加以完善,实现资源效益的最大化和集约化。虚实结合的实验教学模式解决了医学影像技术专业实践教学中的一些问题,真正做到了学以致用,既有虚拟仿真实验教学时空无限和真实实验教学身临其境的优点,又互补了各自的不足,能提高学生自主学习能力和满意度,满足了专业对高素质实用型、创新型人才培养的需求[10,12]。
利益冲突作者声明不存在利益冲突
作者贡献声明胡贵祥:提出研究思路,设计规划、实施研究,撰写论文
[1] 潘玉梅,张雪君,于春水,等.立德树人背景下医技类人才培养体系的构建与研究———以天津医科大学医学影像技术本科生培养为例[J].医学教育管理, 2020, 6(1):24-27.
[2] 王宏宇,丁建宁,许桢英,等.虚实结合实践教学的现状分析与发展探究[J].实验技术与管理,2021, 38(7):11-16.
[3] 王亚文,王长元.设计思维导向的虚实结合工程实践教学探讨[J].高等工程教育研究, 2021(5):71-75, 93.
[4] 李晓东,曲本全,陈晖,等.虚拟仿真软硬件技术在实践教学的应用与探索[J].实验技术与管理,2017, 34(3):130-133, 137.
[5] 何磊,陈欣,唐建军,等.虚实结合的生态学实验教学体系构建[J].实验室研究与探索, 2021, 40(6):187-190, 196.
[6] 王国平,叶韶华,刘迎宾,等.磁共振成像虚拟仿真实验平台建设[J].实验科学与技术, 2021, 19(3):131-135.
[7] 陈建方,石波,曹明娜,等.虚实结合的影像专业实验模式构建[J].实验室研究与探索, 2017, 36(9):189-192.
[8] 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):98-101.
[9] 吕秀玲,平学军,李炯,等.虚拟仿真CT技术智能训练系统在医学影像实践教学中的应用[J].中国继续医学教育, 2021, 13(5):100-103.
[10] 董晓军,陈宗桂,杜红梅,等.虚实结合的实践教学模式在磁共振检查技术教学中的应用及效果分析[J].高教学刊, 2020(18):114-116, 119.
[11] 赵晓晔,成静,查干花.虚实相结合的医学影像技术专业实验室建设初步探讨[J].中国教育技术装备, 2020(8):16-19.
[12] 杨滕,范丽莎,谭利娟,等.虚实结合下的医学影像技术实验室建设分析[J].黑龙江科学, 2021,12(17):148-149.