基于虚拟技术的超声影像学在线教育系统设计

基于虚拟技术的超声影像学在线教育系统设计

王妍 1 ，姜涛 2 ，燕飞宇 2

1 黑龙江中医药大学附属第三医院，黑龙江哈尔滨； 2 哈尔滨电力职业技术学院， 黑龙江哈尔滨

摘要：结合超声医学教学的特点与现状，以及当前国内外超声医学教学系统的特点，提出采用现代计算机与信息技术进行构建虚拟教学系统，以自主学习为指导，将系统包括超声室三维建模、超声仪器虚拟操作、虚拟人体超声检查、超声虚拟病人库、在线考核及超声资源库等特色功能模块，实现超声临床教学的数字化、网络化、信息化，实现对超声医学教学模式的创新和突破，弥补教学培训资源的不足，缓解学生临床工作与专业学习的矛盾，全面促进学生医疗业务能力的提升。

关键词：超声医学；虚拟技术；在线教育

1. 前言

超声医学在临床中发挥着重要的作用，但教学中却存在诸多困难。超声诊断疾病时强调实时性、连续性、多切面、多角度、多模式、多参数观察病变的特征，但目前超声影像学的教学模式仍是脱离实践的静态教学模式。本文借助于计算机与信息技术构建虚拟系统，使学习者在虚拟环境中进行各系统超声检查，缓解学生临床工作与专业学习的矛盾，全面促进学生医疗业务能力的提升。

2. 系统设计

超声医学在线教育系统是一个基于互联网的虚拟仿真学习平台，系统设计思路是结合超声医学专业特点，总体架构采用服务器/客户机模式，服务器主要用于存储数据库及其相关资源，进行授权认证和数据管理，客户端通过网络及其通信协议与服务器进行数据交互和各模块功能实现。超声医学虚拟系统既可以在学校或者医院的局域网及Internet互联网上完成多媒体点播、在线测试和在线作业等学习活动，也可以直接在教学大屏幕及客户端上进行实时视频教学。系统的拓扑结构如图1所示。

图 1 系统网络拓扑结构框图

3. 系统基本功能模块

超声医学在线教育系统根据在线教育的特点和要求，以学习者为中心，进行系统构建。系统分为学员中心、培训管理、超声教学资源库三大功能，其中超声教学资源库包含数字图书馆、影音资料库、病理库及由超声室三维模型、超声仪器虚拟操作、虚拟人体超声检查、超声虚拟病人等模块构成的虚拟系统。学习者可以通过网页浏览器访问虚拟系统进行学习，管理员也可以通过后台管理系统进行管理。

学员中心，包含与学员相关的各类功能，例如在课程列表功能中，主要包括该学生的已选课程、待选课程及已完成课程等，方便学生安排学习进程。新闻公告用来发布最新的教学活动信息。学员可以通过该模块进行网上选课、课程预习、课件点播、在线课程学习、在线测试、在线作业、课程评价及个人信息设置等。

培训管理，为培训管理者和相应课程教师提供管理功能。本模块将超声医学课程体系按照国家统编教材《超声诊断学》划分为教学模块，各模块根据教学安排进行顺序排列；在课件管理中，设置有明确的教学目标，，充分发挥课件的多媒体特性，加入丰富的超声动态图像和操作过程演示视频等教学素材，保证学生能够通过课件，学习获取直观而准确的超声诊断学知识；为了增强学习效果，在各个主要的课程模块中均关联了在线作业和在线测试等考核模块。

超声教学资源库，收集了大量临床病例超声影像资料，如术中摄影、病理标本及图像，影像资料为拍摄的部分病人和正常图像超声操作过程；文字资料是专业教师依年《超声诊断学》授课教案和教材内容编写并整理，并加入相关人体解剖学、影像诊断学及临床相关学科内容。超声教学资源库还包含超声室三维模型、超声仪器虚拟操作、虚拟人体超声检查、超声虚拟病人等模块。超声室三维模型是按照医院超声科的真实布局，进行数字化的三维超声室场景构建。构建的三维场景包含超声预约登记台、候诊大厅、超声检查室、诊室外等候区、医生办公室等。三维模型可以让学生在三维空间里，熟悉科室结构分布和功能分区，让学生在进入实习前，提前熟悉医院超声医学科真实环境、了解工作设备及相关注意事项等情况。三维模型也可服务于患者，患者通过三维模型了解超声医学科的就诊流程、注意事项，缓解患者的就诊焦虑。超声仪器虚拟操作模块通过构建超声仪器的三维模型，设计交互式的虚拟操作程序，虚拟使用超声仪。该模块用于虚拟训练超声仪器的模拟参数变化、规范标准的超声图像获取、测量、分析等方面的操作及相关注意事项的处理。解决实践教学中，学生多而超声仪器资源相对不足，学生难以满足操作实践需求的问题，学生可以不受时间、场所、设备等限制，随时随地进行反复练习。虚拟人体超声检查模块通过三维人体进行模拟检查，当检测探头移动到人体相关检查部位时，检查仪器屏幕即显示该部位的检查图像，并可分析诊断结果。系统的虚拟人体超声检查包含产科、妇科、腹部、泌尿系统、腹腔肿块及血流、胸腔积液定位、甲状腺、乳腺、浅表肿块、睾丸等，基本能做到与临床需求一致，满足学生的学习需求。超声虚拟病人库模块以虚拟病人为中心，构建超声病例库，拓展学生学习的宽度与深度。每一个虚拟病人包含病人基本信息、病例摘要、超声检查影像资料、超声检查报告及检查分析等部分，学生可以通过虚拟病人库进行大量病例学习，积累临床经验。

4. 结束语

随着计算机多媒体技术和网络技术的迅速发展，必须将现代教育技术与学科特点及教学改革进程密切结合，从制度上和资源投入上积极开展在线教育试验，优化并重组传统教学资源，探索构建现代临床教学新模式。超声医学的教学具有特殊性，教材理论必须与视觉影像实践相结合，才能达到满意的教学效果。目前，大部分超声医学教材都是以文字为主，图像较少且不够清晰，教学手段单一，病例资料不够完备，教学质量难以保证。通过构建在线形式的虚拟系统，能够有效拓展超声医学临床教学的形式和内容，弥补临床教学资源的不足，适应了当代超声医学教育向素质教育和以学生为中心的教育方式的转变，为超声医学教学提供了一条全新的途径，特别是对实时更新学习理念和提升各级超声医师的业务水平具有十分重要的意义，使广大超声医学工作者不断加强超声图像识别的能力，更重要的是提高规范标准的超声图像获取、测量和分析的能力。随着现代医疗对超声诊断需求的不断增大，基于虚拟系统的在线教育将是教育教学改革的必然发展方向。

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基金项目：2020年度黑龙江省高等职业教育教学改革研究一般研究项目 （SJGZY2020283 ）