汪 潔，伊 雪，巫佳翠，石 鶯，于述偉

（廈門醫(yī)學(xué)院 機(jī)能與臨床轉(zhuǎn)化福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門361023）

數(shù)字切片（digital slide）又稱虛擬切片(virtual slide)，它是將傳統(tǒng)的玻璃切片通過全自動(dòng)顯微鏡或數(shù)字切片系統(tǒng)全方位快速掃描而得到的高分辨數(shù)字圖像。通過計(jì)算機(jī)對(duì)得到的高分辨數(shù)字圖像自動(dòng)進(jìn)行高精度多視野無縫隙拼接和處理，最終形成了一張張包含了整個(gè)載玻片全部信息的可視化數(shù)據(jù)。將大量的數(shù)字切片分類歸檔存儲(chǔ)在服務(wù)器中，這樣建立一個(gè)資源庫(kù)，即為數(shù)字切片庫(kù)。

隨著計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字切片技術(shù)為形態(tài)學(xué)切片的學(xué)習(xí)提供了新思路[1]。數(shù)字切片目前已經(jīng)應(yīng)用于形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及臨床病理遠(yuǎn)程會(huì)診等領(lǐng)域中。

一、傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

組織胚胎學(xué)與病理學(xué)都是醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)課程，因內(nèi)容涉及的是人體的微細(xì)結(jié)構(gòu)，內(nèi)容相對(duì)抽象難懂，單憑肉眼無法觀察，必須借助顯微鏡將微觀世界呈現(xiàn)出來，將抽象的概念變得真實(shí)而具體。為方便學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，其實(shí)驗(yàn)課程就顯得尤為重要。尋求更高效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)成為提高形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率的迫切要求[2]。

傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教師利用圖譜、幻燈片等對(duì)組織、器官的形態(tài)和功能進(jìn)行講解，學(xué)生則在光學(xué)顯微鏡下觀察玻璃教學(xué)切片以加深對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐，教師和學(xué)生發(fā)現(xiàn)用玻璃切片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在很大的局限性。隨著醫(yī)藥衛(wèi)生條件的改善和醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展,人類的傳染病、寄生蟲病已經(jīng)逐漸得到控制，與此同時(shí)各種疾病的治愈率也明顯提高，這就使得教學(xué)切片標(biāo)本來源受到很大限制。一些典型病變的教學(xué)切片多依賴于老一輩專家的積累，但隨著時(shí)間的推移，切片出現(xiàn)褪色、老化、破損[3]，這些諸多因素制約了形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展，也不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的形成及學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)[4]。因此，人們一直在尋找一種新的形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法來彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。

二、形態(tài)學(xué)數(shù)字切片庫(kù)的建立與應(yīng)用

1.形態(tài)學(xué)數(shù)字切片庫(kù)的建立

隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，教育理念和教學(xué)方式正加速革新。2013年以來，隨著國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作的全面啟動(dòng)[5]，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。對(duì)于形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)而言，數(shù)字切片庫(kù)的建立與應(yīng)用契合了形態(tài)學(xué)虛擬仿真教學(xué)的趨勢(shì)和要求。通過高質(zhì)量的學(xué)習(xí)資源庫(kù)、多種形式的師生互動(dòng)方式，提高了教學(xué)能力，豐富了教學(xué)內(nèi)容，便于有效地管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源及實(shí)現(xiàn)校內(nèi)外實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源共享。

2.形態(tài)學(xué)數(shù)字切片庫(kù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

我校形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室由四間顯微數(shù)碼互動(dòng)室組成。其中兩間顯微數(shù)碼互動(dòng)室配備64+1套顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)，另兩間配備35+1套顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)，可分別容納64名和35名學(xué)生同時(shí)觀察不同切片，每位學(xué)生都配備一套組織胚胎學(xué)與病理學(xué)的教學(xué)切片，通過電腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用聲、像、文字形式在師生之間、學(xué)生之間互相動(dòng)態(tài)交流學(xué)習(xí)。2015年實(shí)驗(yàn)室新購(gòu)置的組織胚胎學(xué)與病理學(xué)教學(xué)切片共計(jì)200張，2017年初將這200張教學(xué)切片通過Motic數(shù)字切片掃描系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)掃描成數(shù)字切片。

具體操作如下：先在高倍物鏡（40×）下預(yù)覽整張切片的圖像，自動(dòng)采集數(shù)字化顯微圖像，然后根據(jù)需要選擇掃描切片的模式（標(biāo)準(zhǔn)、高分辨、景深擴(kuò)展），通過數(shù)字切片系統(tǒng)，結(jié)合控制與掃描軟件，把傳統(tǒng)玻璃切片進(jìn)行全方位快速掃描而得到高分辨數(shù)字圖像，通過計(jì)算機(jī)對(duì)得到的高分辨數(shù)字圖像自動(dòng)進(jìn)行高精度多視野無縫隙拼接和處理，生成一張全視野的數(shù)字化切片并進(jìn)行儲(chǔ)存[6][7]。觀察時(shí)可利用配套的免費(fèi)瀏覽軟件Motic DSAssistant Lite對(duì)采集好的數(shù)字切片在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行0.04-40倍范圍內(nèi)的任意倍數(shù)的觀察，并可實(shí)現(xiàn)無極倍率變化連續(xù)瀏覽切片[8]。如圖1所示，Motic DSAssistant Lite下可同時(shí)觀察六張不同切片，并可隨意切換圖像。圖1左上方為全景導(dǎo)航圖，可點(diǎn)擊菜單選項(xiàng)中相應(yīng)按鈕調(diào)整圖像大小，進(jìn)行標(biāo)注、測(cè)量、拍照等一系列操作。圖1為病理學(xué)切片-高分化鱗癌在10倍物鏡下觀察的圖像。圖2為高分化鱗癌40倍物鏡下觀察的圖像，癌巢中央可見層狀的角化物，稱角化珠，細(xì)胞間可見細(xì)胞間橋。

目前已對(duì)我校5個(gè)醫(yī)學(xué)專業(yè)本科和專科約1500名學(xué)生進(jìn)行試用。經(jīng)過一年多近4萬人時(shí)數(shù)的數(shù)字切片實(shí)驗(yàn)教學(xué)，與傳統(tǒng)的玻璃切片實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比較，達(dá)到了較好的教學(xué)效果，也方便了教學(xué)工作的展開。

圖1 病理學(xué)切片-高分化鱗癌在10倍物鏡下的圖像

圖2 高分化鱗癌40倍物鏡下的圖像

我們把2017級(jí)臨床本科1、2班40人作為對(duì)照組，用傳統(tǒng)的組織學(xué)玻璃切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)與考核；另將2017級(jí)臨床本科3、4班40人作為實(shí)驗(yàn)組，由同一位教師用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)與考核。

傳統(tǒng)切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合與數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)的比較如表1所示，對(duì)照組班級(jí)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)平均分為80.63分，實(shí)驗(yàn)組班級(jí)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)平均分為87.37分，經(jīng)成對(duì)樣本T檢驗(yàn)得出t值為-5.303，P＜0.01。提示實(shí)驗(yàn)組班級(jí)的實(shí)驗(yàn)成績(jī)高于對(duì)照組班級(jí)，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)比較

另外，我們還對(duì)使用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的班級(jí)進(jìn)行了問卷調(diào)查，其中教師10份，學(xué)生50份，共60份調(diào)查表，回收60份，回收率100%。對(duì)使用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的50名學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)調(diào)查的結(jié)果見表2，對(duì)使用數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的10名教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)的調(diào)查結(jié)果見表3。

表2 學(xué)生調(diào)查結(jié)果（例%）

表3 教師調(diào)查結(jié)果（例%）

通過調(diào)查可知，92%的學(xué)生認(rèn)為數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合方便了課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，86%的學(xué)生認(rèn)為可增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課的趣味性，82%的學(xué)生認(rèn)為加深了對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶，96%的學(xué)生對(duì)整體實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較滿意。另外，100%的教師認(rèn)為數(shù)字切片和顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合提高了備課的效率，方便教學(xué)資源的存儲(chǔ)和管理，同時(shí)也提高了教學(xué)資源的利用率。90%的教師認(rèn)為教學(xué)質(zhì)量得到了提高。

三、形態(tài)學(xué)數(shù)字切片庫(kù)建立的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值

1.方便對(duì)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行指導(dǎo)

授課教師可通過全景導(dǎo)航圖迅速、直觀地幫助學(xué)生定位所觀察的組織形態(tài)或病變區(qū)域，從低倍下的組織形態(tài)動(dòng)態(tài)地過渡到高倍下的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，還可連續(xù)地展示正常組織與病變區(qū)域的過渡情況，并進(jìn)行直觀地對(duì)比，從而更高效率地指導(dǎo)學(xué)生對(duì)典型區(qū)域的辨認(rèn)和掌握[9]。

2.有利于提高學(xué)生積極性及學(xué)習(xí)能力

數(shù)字切片的使用不依賴于顯微鏡并通過校園網(wǎng)全天候開放數(shù)字切片網(wǎng)絡(luò)瀏覽平臺(tái)，操作簡(jiǎn)單，易于使用，極大地方便了學(xué)生課前預(yù)習(xí)及課后復(fù)習(xí)，同時(shí)也增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)課的趣味性，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和記憶，提高獨(dú)立閱片的技能。

3.提高了教師的備課效率及教學(xué)質(zhì)量

隨著數(shù)字切片庫(kù)不斷更新、內(nèi)容不斷豐富，教師可不依賴于顯微鏡并通過校園網(wǎng)觀察到數(shù)字切片，使得備課更加有效，有助于年輕教師的培養(yǎng)。此外，利用圖像編輯軟件，將數(shù)字切片進(jìn)行剪接、編輯、標(biāo)注等處理，教師備課更加方便，教學(xué)方式靈活多樣，有助于提高教學(xué)質(zhì)量[10][11]。

4.簡(jiǎn)化了考試流程，全面客觀地考核學(xué)生

數(shù)字切片與顯微數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合，在形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)考試中提供了極大的便利。通過對(duì)數(shù)字切片進(jìn)行編輯、標(biāo)注等處理，教師可以針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)不同側(cè)重點(diǎn)的考核題型。學(xué)生則可選擇符合教師要求的圖像，并對(duì)圖像加以處理，再通過電腦提交給教師電腦的服務(wù)器端。這樣既考察了學(xué)生對(duì)知識(shí)的了解程度，同時(shí)也考察學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐技能，簡(jiǎn)化了操作流程，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課的實(shí)踐性[4][12]。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)考試，解決了以往切片標(biāo)本考試不便的難題，為學(xué)校節(jié)省了大量人力物力。

5.提高了實(shí)驗(yàn)資源的管理與共享

數(shù)字切片的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)教學(xué)資源的存儲(chǔ)和管理方式。數(shù)字切片庫(kù)的建立可對(duì)珍貴切片進(jìn)行可視化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理，也降低了因玻璃切片褪色、老化、破損等而重新制作切片的成本，有效提高了教學(xué)資源的管理工作，同時(shí)也有利于教學(xué)資源的共享。

四、數(shù)字切片的不足之處

盡管數(shù)字切片具有很大的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際教學(xué)過程中仍然存在一些不足之處：①數(shù)字切片可能存在圖像失真、有色差和分辨率不足等缺點(diǎn)。加之標(biāo)本的來源、處理的方式、制片的流程、染色的方式以及疾病的病理變化復(fù)雜且具有多樣性等特點(diǎn)，因此，部分?jǐn)?shù)字切片不能準(zhǔn)確地反映其真實(shí)的特征[13]。②數(shù)字切片對(duì)一些案例教學(xué)存在缺陷，如心肌和骨骼肌的橫紋，在顯微鏡下轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋可以看到明顯的明暗變化，但在數(shù)字切片中則無法呈現(xiàn)其動(dòng)態(tài)過程。③過分依賴數(shù)字切片，使得部分學(xué)生未能很好地掌握顯微鏡的正確使用與操作。

總而言之，數(shù)字切片庫(kù)的建立與應(yīng)用，給形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來了全新的變革，使得組織胚胎學(xué)與病理學(xué)切片的觀察學(xué)習(xí)得以準(zhǔn)確、高效地進(jìn)行。保存了珍貴的組織胚胎學(xué)、病理學(xué)切片信息的同時(shí)，又為醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)鋪平了道路。結(jié)合顯微數(shù)碼互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，將徹底更新教學(xué)手段，真正實(shí)現(xiàn)純數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的顯微實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)，更好地推進(jìn)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。