自制模拟Digital Radiography摆位教学仪技术的实现

赵 杰，陈平华，唐鹤云，胡俊峰

徐州医学院医学影像学院，江苏 徐州 221004

在医学影像领域，X线摄影被广泛应用于疾病的诊疗中，是重要的临床检查手段之一。通过选择合适的摄影体位，可以在减少X线使用剂量的同时得到更适合临床诊断的图像。体位的选择既要遵循一些基本的原理，还要根据实际情况灵活应对。因此，在X线摄影摆位的教学中，需要给学生提供可以动手反复实践的仿真操作环境。但是在具体实践教学中我们发现，一方面，过量的X线会对人体造成严重的损害;另一方面，大型X线成像设备价格昂贵，广泛应用于教学存在一定的困难。针对具体实践教学中遇到的问题和困难，我们开发了具有自主知识产权的仿真教学系统—模拟Digital Radiography摆位教学仪(以下简称模拟摆位仪，DR)，解决了教学中大型医疗设备学生“只能看，不能摸”、无法随学随练的困难［1］。

1 自制模拟Digital Radiography摆位教学仪技术实现

1．1 硬件技术实现

将图像处理技术与计算机硬件设备结合，可以模拟DR设备的摄影以及成像过程，让学生在不接触X线的情况下反复练习摆位技术。

设备的基本原理:用可见光代替X线，用摄像头替代X线接收器，通过一个与处理器连接的图像采集装置将高亮度的可见光投射到人体被照射部位，并采集该部位的照片，传输到处理器中进行图像处理，再显示到处理器屏幕上。

设备的组成(如图1所示):模拟摆位仪有图像采集装置、图像处理器与图像显示器。其中处理器采用PC机。

图1 设备组成框图

设备的硬件组成(如图2a主视图所示):图像采集装置由立柱安装在带有万向轮的底座上。立柱上装有滑道，可供图像采集头上下滑动。图像采集头与处理器连接。如图2b侧视图所示，图像采集头能够以滑道上任意位置为圆心做360°旋转，底座上留有USB数据接口，用来和计算机主机交换数据。

图2 硬件设备主、侧视图

工作过程:打开仪器，通过计算机控制图像采集头的高度及亮度，图像采集头将可见光投射到人体被照射部位，摄像头采集该部位的照片，传输到计算机中进行图像处理，处理后得到的X光图像显示到计算机屏幕上，学生能够及时看到操作结果。

1．2 软件技术实现(以足部摆位判断为例)

对足部常用摆位方式进行分析之后，我们采取引入特征点的方法来实现足部摆位正确性的判断。其步骤为:在足部标记特征点(如图3所示)，通过摄像头采集图像，将图像进行处理，判断结果［2］。

采集到的图像经过图像灰度化、标记点分割等预处理，并对预处理的结果进行进一步判断，可以得到标记点的个数，以得到的标记点个数为判断标准，决定图像的最终输出结果。具体流程图如图4所示［3-4］。

图3 加入特征点的足部图像

图4 标记点判断流程图

2 传统X线摆位教学的方法与不足

X线检查技术教学的总体目标是培养学生具有一定的X线检查技术操作技能，掌握相应的放射诊断知识［5］，其中摆位技术是教学的重点和难点。传统的X线摆位教学，需要以昂贵的X线设备为依托，在具体的临床诊疗过程中逐步培养受训者的操作技能。以徐州医学院医学影像技术专业的影像技术学教学为例:首先用课程40%的时间让学生根据教材有关摄影体位的叙述互相摆体位;然后用课程50%的时间让学生在实验室的摄影床上进行摆位操作训练，教师进行指导;最后利用10%的时间，安排学生到临床见习，通过观摩实际的临床医疗过程，学习摆位及仪器的操作。

在传统教学过程中主要存在两点不足:①学生无法亲手操作设备，无法对大型影像设备有具体的认知;②学生在训练摆位的过程中，只能由指导教师对摆位的正确与否做出判断，一方面授课效率无法提高，另一方面学生无法自主的反复练习［6］。

3 模拟摆位仪的效果

在X线摆位教学实践中，将28名学生随机分成甲、乙两组。甲组作为对照组，采用传统方法教学，乙组作为实验组采用模拟摆位仪进行教学。教学时间为:理论12学时，实验12学时。课程结束，对甲、乙两组学生进行考评。考评内容包含理论知识问答和实践操作能力两部分。其中，理论知识40分，操作技能60分，合计100分。考评结果显示，乙组学生理论知识平均分为32．5分，操作能力平均分为56分，甲组学生理论知识平均分为30分，操作能力平均分为45分。通过对比甲、乙两组学生的考评结果，可以看出运用模拟摆位仪进行教学能够有效改善教学效果。

我们自行研制的“模拟Digital Radiography摆位教学仪”是一种将计算机技术与自动化技术相结合，应用于教学的实验仪器，它可以模拟Digital Radiography的主要功能，学生可以借助该仪器，在不接触X线的基础上反复练习摆位，并且能够通过计算机显示的结果得知自己的摆位是否正确。在实际教学过程中，该仪器为学生提供了安全、仿真、可重复的实践动手机会，能够满足教学需求，针对性地解决了实践教学中的具体问题，收到了较好的实际效果。

［1］胡俊峰，武斌，唐鹤云，等．基于网络的医学影像学临床教学模式研究［J］．中国医学教育技术，2012，26(1):62-64

［2］徐正光，鲍东来，张利欣．基于递归的二值图像连通域像素标记算法［J］．计算机工程，2006，32(24):186-225

［3］赵杰，童敏明．一种基于特征点的足部摆位判断方法［J］．临床医学工程，2011，18(12):1844-1845

［4］张荣芳．基于多元图特征基元的模式识别方法研究［D］．秦皇岛:燕山大学，2009:38-39

［5］杨立辉，贾树春．目标教学法在X线检查技术教学中的应用［J］．辽宁高职学报，2004，6(4):93-94

［6］张晓康．X线摄影体位“451”教学方法的探讨［J］．卫生职业教育，2005，23(21):52-53