数字切片扫描系统在病理解剖学实验教学中的应用与体会

孙瑜嬬，李 涛，应小平

（陕西中医药大学，陕西咸阳 712046）

教学研究

数字切片扫描系统在病理解剖学实验教学中的应用与体会

孙瑜嬬，李 涛，应小平

（陕西中医药大学，陕西咸阳 712046）

数字切片扫描系统；数字切片；病理学；实验教学

近年来，随着计算机技术的飞速发展，数字切片扫描与应用系统被逐渐应用于医学教学与科研领域。较之传统切片制作成本高昂、效率低下及不易保存等局限，数字切片因其操作便捷和标准化教学等优点，已经成为病理学实验教学的趋势［1］。合理利用数字切片，使之与传统实验教学模式整合发展，将成为病理学实验教学改革的必经之路，本文对此进行了分析和探讨。

1 数字切片扫描系统的组成和工作原理

数字切片扫描系统由全自动扫描显微平台和控制扫描软件两部分组成。全自动扫描显微平台通过专业级真彩色CCD摄像装置对传统玻璃切片进行全自动X/Y轴扫描移动、Z轴自动稳定聚焦、高精度物镜转换、全视野高分辨率快速扫描，无缝拼接后生成全视野数字化切片，从而完整、精确地复制切片中的组织图像信息，并转化为数字化病理切片，可在一定范围内对数字切片进行光学无极变倍浏览，且能长期、永久地保存或上传于共享网络。通过控制与扫描软件对扫描硬件系统进行全自动智能控制，自动或多层聚焦，实现不同倍率、不同区域的快速、稳定扫描，并对扫描好的数字切片进行存储、管理、观察、分析、标注、编辑，以及进行远程传输与交流。

2 传统病理切片在实验教学中的局限性

病理学是基础医学与临床医学之间的桥梁学科，以形态研究为主，对于医学本科生来说，学好病理学非常必要［2］。作为一门重要的医学基础学科，病理学具有知识点多、内容枯燥等特点［3］。在病理学的教学过程中，实验教学是其中重要的一环，具有很强的实践性［4］。实验教学通过指导学生观察大体标本和切片，以加深学生对理论知识的理解，从而锻炼学生观察、思考及分析和解决问题的能力［5］。但在实验教学中，传统的病理切片存在一定的局限性：①实验效率较低，教学效果较差。传统实验教学，学生利用显微镜对病理切片进行观察，切片的分发、回收，显微镜镜头转换、对焦调节等都耗费大量课时，而且一次只能观察一张切片，学生无法直观对切片进行对比，病变特点不易理解；教师对切片的讲述也无法直接呈现，遇到具体问题，只能在显微镜下进行一对一解答，同样的问题往往要重复多次讲解，教学效率低下。②主观因素干扰。由于受到显微镜操作和镜下视野的局限，学生往往看不到切片全貌，甚至错失典型病变，影响判读结果。③教学成本高昂，切片质量不均。为了满足大量学生的实验教学，往往需要制作很多切片，在人力、物力、财力上耗费巨大；同时，病变组织个体存在差异且切片制作过程繁杂，无法保证每张切片的质量，无法实现标准化教学。④病变组织难寻，稀有切片缺失。临床上，像白喉等一些病例已极其罕见，小叶性肺炎等一些常见疾病也不易得到病变组织，直接导致切片数量有限，无法制作大量切片满足实验需求。⑤切片易损易老化。病理切片的制作耗资耗时耗力，但使用起来却极易损毁；长期保存会出现老化、褪色，同时，大批量切片建档、分类、归存也极为不易。

3 数字切片在实验教学中的优越性

通过建立病理学数字切片库，配合网络教学服务器，将数字切片同时运行于多台学生终端，实现病理实验教学数字化，具有不可比拟的优越性：①操作简便易行，实验效率高。全自动显微镜扫描得到的高精度、高分辨率、全视野数字切片，通过计算机显示器进行观察。实验课上，学生通过鼠标或键盘操作，可自由观察切片的任意位置，进行任意倍数放大、缩小或连续变倍观察，既能看到切片全貌，又能从细微处观察病理变化，不受视野局限也省去镜头转换、对焦调节的麻烦。②实现标准化教学。通过多台终端显示器，学生可同时观察一张切片，教师选择具有典型病理特征的切片进行讲解，不再是传统的一对一解答，既提高了实验教学效果，也实现了标准化教学。③整合多张切片同时观察。实验课上可同时察看多张切片，学生既能对比正常组织和病变组织，又能对比同一病变的不同类型；既巩固了学生的理论知识，又培养了学生自主学习的兴趣，能达到事半功倍的效果。④保护稀有切片，实现资源共享。数字切片不但能轻松满足大规模实验教学的要求，同时保护了珍稀切片，从而充分发挥有限资源的效用。通过局域网和建立数字切片库，不但提供了共享的学习平台，也为教师多媒体课件和精品课程建设提供了丰富的宝贵资源。⑤数字信息可处理，能满足个性化需求。通过图像处理软件，对数字切片进行裁剪、编辑，对典型病变进行圈点、标注，使病变特征一目了然，能深化学生对切片的理解和认识。⑥便于开展实验测试。传统病理学实验测试多采用发放切片的方式，切片的归类整理、隐藏标签、重新标序等繁冗工作耗费大量的人力和时间，几轮考试下来，考题容易被猜测，测试结果大打折扣。运用数字切片进行考试，既省去了发放切片的麻烦，又排除了显微镜操作的干扰。通过对数字切片进行剪裁、缩放，设计出形式多样且难度不一、考察面不同的试题，可以有针对性地进行实验考核。⑦长期储存，随时查看。数字切片可存放在电脑、移动硬盘、光盘等存储器里，不但具有存储方便、不易损坏、永久保存的特点，在没有显微镜和切片的条件下也能自由观察，随时随地进行交流、讨论。

4 数字切片扫描系统的操作与应用体会

4.1 切片的选择和数字切片库的建立 数字切片是将传统玻璃切片扫描后得到的数字化图像信息，信息化的图片质量取决于玻璃切片的质量。因此，制作出具有典型性强、染色均衡、颜色鲜艳、无明显褶皱、刀痕的切片显得尤为重要。这对教师的要求较高，除了具有专业扎实的业务水平和技能外，还要有高度的责任心和耐心，只有这样才能建立起一个种类齐全、制作精美的数字切片库。同时，还需要专人进行管理与安全维护，才能确保切片库的正常开放与使用。

4.2 扫描放大倍数的选择 为了保证数字切片达到光学放大与缩小的效果，通常在低倍物镜（2×）下扫描整张切片，系统根据切片的组织结构自动生成相对应的建模基点，随后在高倍物镜（40×）下依次以基点为坐标，逐层、逐点进行扫描。虽然高倍物镜（40×）扫描较4×、10×或20×扫描的时间明显延长，但因建模基点数的增多，使得扫描更精细，无缝拼接生成的数字切片也更清晰，在计算机上观察更流畅，并能在一定范围内（2×-40×）无极倍率变化，连续浏览。

4.3 切片扫描操作注意事项 通常情况下，切片扫描的所有操作都通过计算机上的控制软件完成。进行常规设置后运行，显微镜开始复位，此时禁止任何手动操作，所有操作都必须等复位完成后进行，否则会影响显微镜定位，并可能损坏显微镜。此外，显微镜定位扫描过程常持续数分钟不等（具体时间取决于物镜的放大倍数），在此过程中，除了严禁操作显微镜外，还要避免桌面的晃动，轻微的桌面晃动都有可能影响显微镜的扫描和数字信息的采集、拼接。

4.4 数字切片使用中存在的问题与展望 数字切片扫描系统真正实现了数字化、信息化、网络化实验教学，取得了令人满意的教学效果。与此同时，也暴露出了一些不容忽视的问题：只需要借助计算机显示器就能察看切片，长此以往，学生对显微镜使用操作生疏，出现不会使用显微镜、不会在显微镜视野下观察切片，甚至连切片正反面放置都屡屡出错等问题。

因此，病理学实验教学应灵活采用教学方法，融合传统切片教学和数字切片教学，并有所取舍地使用数字切片。对常见疾病且易得的病理切片应在显微镜下观察，数字切片主要用于重点观察珍稀切片和实验测试考查，使实验教学更加灵活多样，从而更加合理地利用各种教学资源，更加符合学生的学习需求。

［1］Martina JD， Simmons C， Jukic DM. High-def inition hematoxylin and eosin staining in a transition to digital pathology ［J］. J Pathol Inform， 2011， 2:45.

［2］周建华，文继舫，李景和，等.教学方法与手段多样化，提高病理学教学质量［J］.中国高等医学教育，2004，（4）：50-52.

［3］李建红.病理实验教学的改革及优化探讨［J］.当代医学，2014，20（10）：162-163.

［4］危晓莉，姚根有，周韧，等.病理学实验教学体系的创新［J］.基础医学与临床，2010，30（8）：889-891.

［5］李洪梅，姚运生，邹振宁，等.灵活应用教学方法，提高病理学实验教学效果［J］.基础医学教育，2011，13（7）：649-651.

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1004-6879（2016）03-0259-03

（2015-07-08）