鄭旋++鄭麗娟

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.27.177

摘 要：基于虛擬儀器的醫(yī)學模擬人仿真系統(tǒng)可以根據(jù)用戶需求進行模擬病例的診斷，通過模擬大型醫(yī)學影像設(shè)備MRI、CT的臨床實踐，不僅能為學生提供生動、逼真的實踐環(huán)境，讓學生達到身臨其境的效果，而且還可以用虛擬設(shè)備和模型替代價格昂貴的實驗設(shè)備和材料。建構(gòu)了一個基于虛擬儀器的醫(yī)學模擬人仿真操作系統(tǒng)，并在相應(yīng)的臨床實驗課程中進行了應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 模擬人 臨床實驗

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）09（c）-0177-02

目前，在我國臨床醫(yī)學教育中，普遍存在以下幾個問題：第一，醫(yī)學教育對臨床實踐技能的基本要求，強調(diào)能及時、有效地診斷和處理病人。但是，臨床實踐技能的培養(yǎng)一直是醫(yī)學教育過程中的薄弱環(huán)節(jié)；第二，傳統(tǒng)的臨床實踐教學多是通過觀察或是重復(fù)老師、高年資醫(yī)生的操作來進行，學習者只能學習到接觸過的病例，而對于無法接觸到的病例只能通過書本教材去想象。第三，醫(yī)學臨床實驗一般使用活體動物較為普遍，但是，隨著近年來學生人數(shù)大幅增加，學生實際臨床實驗無法得到保證。

醫(yī)學模擬人作為一種新的臨床實踐手段，基本上可以解決以上難題。

基于虛擬儀器的醫(yī)學模擬人是計算機科學、信息科學和醫(yī)學相結(jié)合的系統(tǒng)。通過云計算數(shù)據(jù)庫技術(shù)在醫(yī)院、學校、教室以及實驗室之間建立一個可共享的病例數(shù)據(jù)庫，在客戶端實現(xiàn)醫(yī)學教學、研究和實驗的目的。

中國正式開始對模擬可視人的研究，是2001年在北京香山會議上提出的，很快被列入國家“863”啟動項目——“數(shù)字化模擬人若干關(guān)鍵技術(shù)的研究”。由于可視人體研究在與人體形態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)的眾多研究領(lǐng)域具有重要的理論意義及廣闊的應(yīng)用前景，國內(nèi)不少學者一直關(guān)注著這一研究領(lǐng)域的進展，并利用美國的VHP 數(shù)據(jù)集進行了卓有成效的研究。如清華大學利用VHP數(shù)據(jù)集，在基于模擬人體的計算機醫(yī)學研究方面， 對人體多個器官的結(jié)構(gòu)與功能進行了可視化顯示；中國科學院自動化研究所構(gòu)建了開放的虛擬人體試驗平臺， 對于數(shù)據(jù)壓縮、圖像分割、配準與融合、三維重建與繪制等算法進行了研究。

1 基于虛擬儀器的醫(yī)學模擬人的構(gòu)建

在構(gòu)建基于虛擬儀器的醫(yī)學模擬人仿真操作系統(tǒng)的過程中，具體完成了如下工作：（1）參照國內(nèi)主流醫(yī)學影像設(shè)備的操作界面來確定系統(tǒng)的功能和模式，根據(jù)相關(guān)原理、成像參數(shù)、各參數(shù)之間的關(guān)系及參數(shù)的選擇對影像質(zhì)量、顯示效果的影響，確定系統(tǒng)的具體功能。（2）根據(jù)主流設(shè)備的共性，采用模塊化設(shè)計來確定仿真系統(tǒng)的整體框架，通過編寫軟件流程圖，繪制結(jié)構(gòu)方框圖，以達到最優(yōu)化的仿真效果。（3）確定人體各成像部位圖片與軟件操作界面及各成像參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系。（4）建立仿真操作系統(tǒng)的影像圖片數(shù)據(jù)庫，確定人體各部位影像圖片的格式、適用范圍、質(zhì)量要求等。重點研究了圖像顯示、數(shù)據(jù)調(diào)用、運行速度、仿真效果等要素。

技術(shù)要求：確定了模擬軟件平臺的主界面與從屬掃描界面之間的功能鏈接，數(shù)據(jù)的調(diào)用、顯示、保存。探索軟件操作過程中與理論知識的結(jié)合點或切入點，讓學生在牢固掌握論知識的基礎(chǔ)上，正確完成各種選項和各項參數(shù)的設(shè)定，并能順利保存掃描協(xié)議，啟動仿真掃描進程；功能模塊的選項及參數(shù)的設(shè)定在符合臨床實際的同時，依照常規(guī)掃描限定參數(shù)的選取范圍。并且，各選項和參數(shù)之間按照實際情況進行準確的互動和鏈接。其模擬仿真操作界面如圖1所示。

該模擬仿真系統(tǒng)建立后，不僅能為學生提供生動、逼真的實踐環(huán)境，讓學生達到身臨其境的效果，而且還可以用虛擬設(shè)備和模型替代價格昂貴的實驗設(shè)備和材料，把具體的實驗操作轉(zhuǎn)化為使用鼠標、鍵盤等對模型的交互操作，可有效降低實驗的成本和風險。

2 基于虛擬儀器的醫(yī)學模擬人在臨床實驗中的應(yīng)用

自2013年以來，該校對原來的課程體系進行了優(yōu)化重組，增加了開設(shè)的《醫(yī)學影像原理與技術(shù)》實驗課程的學時，在以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力為核心的素質(zhì)教育方面進行了有益的探索和實踐，取得了令人滿意的效果。從技術(shù)角度提出了《醫(yī)學影像原理與設(shè)備》實踐教學中虛擬現(xiàn)實技術(shù)選擇的應(yīng)用方案，引進設(shè)計了系列化大型醫(yī)學影像設(shè)備CT、MRI、超聲等仿真操作訓練系統(tǒng)，使得實驗環(huán)境條件得到很大改善。

經(jīng)過2年臨床實踐教學應(yīng)用，該模擬仿真系統(tǒng)獲得師生的肯定。在虛擬儀器的配套仿真軟件基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了臨床理論與臨床實踐教學的有效銜接與互補，拓展了臨床實踐教學的深度和廣度、提高了學生進行仿真實驗的實效，同時也盡可能地減少了實驗成本和避免了對患者的侵擾。教師在課堂進行理論教學時，利用專業(yè)的模擬仿真平臺，采用多媒體技術(shù)，構(gòu)建了具有高度真實感、直觀性和精確性模擬仿真實驗平臺，實現(xiàn)了臨床理論教學與臨床實踐教學的有益補充和創(chuàng)新。基于虛擬儀器的模擬人仿真平臺除了在模擬MRI、CT大型設(shè)備的界面、功能、操作過程上具有高仿真度外，系統(tǒng)還具有參數(shù)設(shè)定范圍限制、必選項規(guī)定、智能糾錯、自動判斷并提示參數(shù)及選項錯誤等特點。在臨床實驗、實訓的同時促進對理論知識的理解和掌握。

該文利用贛南醫(yī)學院醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)和生物醫(yī)學工程專業(yè)的樣本數(shù)據(jù)，分析了基于虛擬儀器的醫(yī)學模擬人仿真軟件在《醫(yī)學影像原理與設(shè)備》臨床實驗教學的應(yīng)用效果。結(jié)果表明，模擬仿真軟件在《醫(yī)學影像原理與設(shè)備》臨床實驗課的使用效果受到學生計算機操作技能、軟件的仿真度、實驗教學與理論教學是否能相互配合、學生的學習興趣以及實驗室的設(shè)備情況等多種因素的影響。為了能夠更好地發(fā)揮模擬仿真系統(tǒng)在《醫(yī)學影像原理與設(shè)備》臨床實踐的效果，針對調(diào)查中的問題提出如下建議。

第一，將臨床實驗和理論同等重視，科學合理地安排臨床實驗教學課程。贛南醫(yī)學院醫(yī)學影像技術(shù)專業(yè)和生物醫(yī)學工程專業(yè)模擬軟件的使用多是設(shè)置在課程的實驗部分，而未單獨設(shè)課。通過擴充該專業(yè)實驗課的學時或單獨設(shè)置實驗課程，更能激發(fā)學生的學習興趣，充分調(diào)動學生學習的主動性和積極性。

第二，任課教師應(yīng)使學生重視臨床實驗，認識到通過模擬臨床實踐教學的訓練能夠有效地提升學生動手能力和創(chuàng)新能力，對學生今后實際工作也有所裨益。

第三，可以嘗試校企聯(lián)合開發(fā)模擬軟件，來提高操作系統(tǒng)的仿真度。通過學校與軟件公司攜手開發(fā)，一方面，企業(yè)具有的軟件設(shè)計和程序設(shè)計的專業(yè)性可以保證仿真軟件平臺的專業(yè)性；另一方面，學校任課教師能夠更準確地表述模擬仿真軟件的功能需求，從而使得理論課程與臨床實踐相匹配，從而保證了臨床實踐中教師與學生的需求。

第四，加強該學科實驗室的規(guī)劃和建設(shè)。實驗室的建設(shè)應(yīng)根據(jù)學科的辦學規(guī)模、專業(yè)設(shè)置以及教學和科研的需求，對實驗室的功能和預(yù)期效果進行準確定位和分析，讓僅有的資源效益最大化。

參考文獻

[1] 張晗.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在醫(yī)學教育中的應(yīng)用探討[J].西北醫(yī)學教育，2010，18（1）：48-51.

[2] 杜一寧.虛擬試驗的研究現(xiàn)狀以及在教學中的意義[J].浙江海洋學院學報：自然科學版，2010（4）：390-393.