影像医学教学中的新方法—眼动跟踪技术

通讯作者：廖承德(1974-)，男，博士，副教授，主要从事医学影像学教学及科研工作。

影像医学教学中的新方法—眼动跟踪技术

蒋洁智,张娅,李卓琳,丁莹莹,廖承德

(昆明医科大学 第三附属医院放射科(影像教研室)，云南 昆明650118)

摘要：眼球运动能够反映人的学习和认知过程，通过眼动跟踪技术记录医学生在阅读医学影像时的停留点及时长、对比经教师培训与否学生的眼动差异、分析他们在视觉信息加工中的难点，能有效提高教师影像教学的效率，为更加科学、差异化的实施影像医学教育提供重要的数据和行为学试验方法。同时，这一研究也可被扩展至教学改革中其他重要的领域。

关键词：影像医学；医学教育；眼动跟踪

收稿日期：2015-06-21

基金项目：2014年昆明医科大学校级教研教改课题----眼动跟踪技术在影像医学教学中的应用(2014JY-Y-55)资助

作者简介：蒋洁智(1987-)，男，硕士, 住院医师，主要从事肿瘤影像诊断及医学影像学教学。

中图分类号：G642

DOI:10.13555/j.cnki.c.m.e.2015.05.052

“眼睛是心灵的窗户”眼球运动能够传达与精神状态有关的重要信息。眼动跟踪技术的研究被认为是视觉信息加工研究中最有效的手段，吸引了心理学、工效学及计算机科学等领域的普遍关注，其研究成果在工业、商业及军事等领域已得到广泛应用。另一方面，影像医学重在研究如何判读、解释与诊断医学影像，在实际教学和培养中往往需要学生在一定时间内分析和处理大量复杂的图像信息。以往研究中常用学生对影像诊断的“正确率”评估学习效果，极少有人关注初学者在判读过程中的行为学特点。

1　医学教学中的难点----“正确浏览 + 精细判读和分析”

在医学教育实践中，教师通常容易总结出初学者入门的几个难点：培养好的影像判读习惯、关注影像中复杂且难于理解的解剖结构、避免过长阅片时间。比如，普通X线胸部平片中的肺门结构，由于正常情况下左右肺门不对称且形态多变，医学实习生常常会花费较长时间进行分辨，常会将正常的血管结构怀疑为

占位病灶；而对于确实有肺门(淋巴结)增大的影像，却又误判为正常。涉及到断面影像时情况常常更为复杂，一次胸或腹部的CT或MRI扫描图像多达40副至上百幅，每一层面的解剖结构都有一定的差别，即使在学校完成了《断层影像解剖》半年学习的实习生，仍要在实习阶段花费大量的时间熟悉正常影像，若需要辨认异常所需的学习时间和精力将成数倍的增加[1]。

那么传统的影像课堂和实习教学是怎样进行的呢？传统中教师一般会从解剖到基本病变、从正常影像到疾病的特征表现依次讲解，学生也能掌握授课的要点，并且取得合格的成绩。但往往是一到临床、接触实际患者的影像就不知所措，常常对于复杂和庞大的影像信息缺乏分析的信心，无从下手，盲目的对所有影像毫无目的地浏览而无法发现病灶；对于需要重点分析的部位，学生们常常遗漏或视而不见。因此，首先要在影像教学中尽早的引入“问题式学习”(Problem-based Learning，PBL)的概念和方法，让学生在真实病例的情境中，对驱动问题(该患者的影像学异常是什么？为何会有这些改变？这些改变符合病人的临床表现吗？)展开探究，实际分析归纳影像特点和做出综合诊断。其次，要格外了解并重视学生在浏览、关注一系列指定的医学图像过程中发生的认知行为过程。譬如浏览和阅读影像的顺序，能够分辨正常的解剖结构、发现异常的影像表现。对于有临床教学和培训的教师，常常通过对初学者与经过2年规范化培训的影像诊断医师的观察过程进行对比，分析和发现学生判读过程

等医学教育,2003(2):5,35.

[2]陈自强,颜伟,孙梯业，等.综合性人学附属医院临床实践教学的现状与对策[J].中华医学教育杂志，2006,26(4):65-68.

[3]黄鲁豫,胡蕴玉,贾英.骨科进修医师临床教学探讨[J].山西医科大学学报:基础医学教育版，2006,8(2)：178- 180.

[4]张亮.以问题为基础实施医德教学[J].中国高等医学教育,2003(3):43,57.

(编辑：陈新东)

中停留时间最长、重复注视或被忽略掉的影像细节，进而帮助他们改进学习方法和提高学习效果。“正确浏览 + 精细判读和分析”是我们在长期临床工作中总结的方法，运用到教学中后常能帮助临床及影像医学实习生正确理解和分析病例，但这样的教学技巧能否得到合理的解释和进行推广一直困扰着我们。

由此，我们正在探索一种新的医学教学评价方法，能够汲取传统影像医学教育中的经验和精髓，摈弃既往注重影像诊断正确率、轻视分析和判读过程、主观耗时的学习评价体系，真正关注教学中的教师-学生互动、使学生真正在“主动及互动式教学”中受益。

2　眼动分析技术与影像医学教学

眼动仪是心理学基础研究的重要仪器，可佩戴于受试者头部或放置于受试者与被观察物之间，用于记录人在处理视觉信息时的眼动轨迹特征，被广泛用于注意、视知觉、阅读等领域的研究。一般包括四个主要系统，即光学系统、瞳孔中心坐标提取系统、视景与瞳孔坐标迭加系统和图像与数据的记录分析系统[2]。大家所熟悉的“谷歌眼镜(Google Project Glass)”就具有部分眼动仪的功能，但心理学研究中使用的多是由瑞典Tobii公司生产的专业眼动仪。阅读医学影像跟观察图片、浏览网页等其他平面载体相似，眼睛需要通过三种基本运动来观察对象：注视(fixation)，扫视(saccades)和追随运动(pursuit movement)，而这与影像判读中的心理活动过程密不可分。“注视”常常是在发现了影像异常(比如：结构改变、密度改变、病灶等后)影像医师集中精力的观察过程，此时眼球移动较少、在某一位置停留时间延长。“扫视”常常是对整幅或同一系列多张图像进行浏览的过程，如果在普通X线平片或CT/MRI断层图像中浏览范围不够，很容易忽视或遗漏影像中异常的部分。“追随运动”在影像判读中也很重要，包括在同一副影像中眼睛追随某一解剖结构(如血管、脏器边缘、骨骼形态等)或是在多幅断面图像间追溯同一个病灶的范围及特点等，如果没有注意到需观察的结构在图像中所具有的连续性，往往会表现为眼球没有追随运动或运动较弱。因此，在观察特定医学影像时，眼动仪可以客观记录下受试者眼球的上述运动，并且转换为眼动轨迹、停留点及时长等参数，直接生成统计图表，并用与被观察图像重叠的热点或轨迹图等方式，将受试者在测试期间的眼动特点客观、精确地呈现出来。

我们如何依靠眼动仪获取的数据来提高影像医学教学的效果呢？客观来说，眼动仪所获取的数据并不能直接让老师在课堂教学中更加生动和吸引人，但它可以在临床实习和住院医师规范化培训中发挥特长。通过眼动轨迹、停留点及时长等参数，可以量化评估医学生在影像判读中的眼球活动，分析眼动轨迹与学习行为、结果之间是否存在必然的联系。使用眼动跟踪技术后将可以获取医学生在判读影像过程中的行为学特点[3]，如对复杂解剖结构、细小影像细节耗时较长，容易出错等，从而能够更好地分析和总结教学中的难点、疑点。学生或是低年资医师通过临床训练后，对比经教师培训前后学生的阅片时间、眼动轨迹和热点是否存在差异，可以更加客观的评价教学的效果，进而制订有针对性的教学和培训内容，从而提高他们的影像分析能力。

3　目前的限制和未来运用展望

目前眼动跟踪技术在交通及航空心理学研究、网站可用性、用户浏览习惯等研究中，获得了广泛的应用。拥有“操作者视野”的谷歌眼镜等高科技硬件，被用于手术直播和游戏研发中，这些都使这项技术逐渐的为大众所了解。

医学影像几乎具有与网页、心理学图片相同的特点----需对客观图像进行主观的观察和分析。对医学影像的判读过程也同样涉及了信息搜素、视觉信息加工等复杂的心理活动，所以比较适合开展认知过程的研究。在另一方面，对于医学本科生和住院医师规范化受训者，影像医学的临床教学在客观上存在内容多、培训周期短的限制，也导致了学生/住院医师对常见疾病的影像表现理解和掌握程度较低、教学效果不理想等问题。因此，以影像医学为开端，利用眼动跟踪技术所具有的交互式、解析学习行为过程的特点，将会有助于它在医学教育的其他领域开展类似的研究和应用，甚至将有利于医疗设备改进和研发以及医学的进步。

目前，购买专业的眼动仪软硬件费用仍然较高，后期数据分析需要参与研究的人员兼具较高的计算机、心理学、统计学知识等，在一定程度上限制了这项技术在医学教育中的推广。但是，随着互联网出版物、网络购物的迅速发展，将有更多的厂家和使用者关注眼动跟踪技术，价格相对易于接受、使用性能更佳的软硬件设备也将会被推向市场，眼动跟踪技术也将会在医学教育中展现更大的应用空间。

参考文献：

[1]Drew T, Evans K, Võ M L H, et al. Informatics in radiology:what can you see in a single glance and how might this guide visual search in medical images?[J]. Radiographics, 2013, 33(1):263-274.

[2]武媛媛. 眼动跟踪技术研究[D]. 西安:西安电子科技大学, 2009.

[3]王雪. 多媒体学习研究中眼动跟踪实验法的应用[J]. 实验室研究与探索, 2015,34(3):190-193.

(编辑：杨俊武)

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