医学形态学数字切片教学网络平台的建设及应用

成少利，张秉义，郑黎明，张耀杰，柴 云

西安交通大学医学部基础医学院本科实验中心， 西安 710061

数字切片是指通过切片扫描系统采集的包含了玻璃切片上的所有信息(包括标签、组织)的图片文件。这个图片文件如同一张真实的切片标本，可以通过电脑自由选取想观察的部位，可以任意地放大或缩小，如同在光学显微镜下进行观察。医学形态学涵盖生物学、组织学、病理学、微生物学和寄生虫学，实验课教学为其重要的组成部分，实验课时占全部课程教学的一半，实践与理论同等重要。实践教学环节主要是切片标本的观察。传统的实验教学模式为教师利用玻璃切片标本进行示教、讲解、观察要点，然后学生通过光学显微镜进行切片的观察。这种教学模式对于学生熟练使用显微镜，训练其动手能力发挥了积极的作用[1]。但是传统实验教学模式存在几点不足[2]：①教师对学生的指导是通过学生显微镜进行的，学生和教师轮换观察显微镜下目标进行交流，交流费时，甚至发生针对错误的观察目标交流，效果明显不佳；②玻璃切片标本随着使用时间的延长，会存在切片褪色、破损而减少；③随着现代诊疗技术的发展，一些常见病在未能经历全部的病程即被治愈，也有一些疾病彻底绝迹或罕见，难以获得标本，一旦破损,难以补充；④教师对学生的指导只能局限于上课时间并且必须在教学实验室进行，因而切片教学手段的革新必将对教学产生深远的影响。将数字切片扫描系统[3]引入传统教学必将产生教学技术的风暴，全面提升形态学实验课的教学质量。

为了提高形态学实验课程教学效果、节省课堂教学时间，也为了学生综合能力培养提供时间保障，全面提升实验教学的质量，本科实验中心于2017年9月建设了该教学平台并应用于医学部各专业形态学基础实验课的教学，取得了较好的教学效果，得到了师生的一致好评，现介绍如下。

1 数字切片教学网络平台的建设

1.1 数字切片教学网络及硬件构架

①利用网络控制室和学生实验室校园网标准布局，经过反复调试，依托学校校园网布局完全可以达到该系统的要求，无需另行组建局域网[4]；

②每个实验室均由1台路由器将1台教师用计算机与24台学生用计算机连接成网；

③数字切片服务器通过校园网接入网络；

④数字切片扫描系统由网线与服务器连接，切片扫描完成后直接传输到服务器(如图1所示)。

图1 数字切片网络系统网络连接示意图

1.2 数字切片教学网络系统

该系统主要由安装在数字切片服务器内的DSE系统和数字切片库构成。借助数字切片教学网络系统，可通过IE浏览器进行数字切片网络浏览、数字切片网络化后台管理。登录地址：http://202.117.227.18/DSE

用管理员身份登录后可以设置用户名以及登录密码，同时可以赋予不同用户以不同权限(如是否具有修改权限)。

数字切片库需按教学大纲要求进行标注，界面目录可以按照电子书的方式翻页观察，操作便捷。数字切片库后台图像处理功能，可对数字切片进行颜色调节、清晰度调节、颜色增强调节、伽玛校正等操作。该系统提供拍照功能，制成数字切片文件。一张数字切片可生成任意数量的JPG、BMP图像。

在教师或学生的服务器终端计算机，通过IE浏览器可用两种模式观察数字切片，模拟显微镜固定放大倍率观察，包括4倍、10倍、20倍、40倍、100倍；无极变倍观察，通过鼠标滚轮上下滚动任意调节的连续变倍，调节范围为0.4倍至80倍[5]。

1.3 全自动扫描显微平台及数字切片库的建设

全自动数字切片扫描系统由一台全自动数字显微镜以及与它相连的专业控制盒组成。通过全自动扫描平台的扫描与控制软件系统，将传统的玻璃切片进行逐行逐列扫描，通过软件进行无缝拼接，生成包括传统玻璃切片内预取的兴趣区所有信息，即一整张全视野的数字化切片图像文件[6-7]。

根据教学大纲的要求，我们与相关专业授课教师反复商讨确定切片内容，并由经验丰富的教师精心挑选结构典型、染色最佳的玻璃切片进行扫描，扫描完成后，上传服务器数字切片库内，最后通过数字切片教学网络系统的专业软件对切片库中数字切片按照课程的章节分门别类进行归类。所有切片按照实验教学进度设置子目录，以方便对切片进行管理和学习。待这些工作完成后，组织专业课教师对每张数字切片进行标注，便于学生自学。总计完成组织学数字切片62张，14 947MB(15G)。包括上皮、固有结缔组织、骨和软骨、血液、肌组织、神经组织；神经、循环、免疫、内分泌、消化、呼吸、泌尿、男女生殖等章节。病理学切片75张，总共45 251MB(45G)，包括肿瘤、循环、消化、呼吸、泌尿、女性生殖系统、传染病、变性、血液循环障碍、炎症和适应等章节(如图2所示)。

2 应用效果

该系统于2017年上半年建成病理学切片库，并应用于医学部2015级临床医学、口腔、预防、法医专业和2014级留学生临床医学专业，共计35个班级，600余名学生的病理学实验课教学，目前共完成28 096人时数；2017年下半年建成组织学切片库，用于对2016级临床医学、口腔、预防、法医专业以及八年制临床医学专业，共计32个班级，600余名学生的组织学实验课教学中，共完成17 256人时数，取得了较好的教学效果，受到授课教师和学生的一致好评：98%的学生对该系统非常满意；90%的学生认为该系统明显提高了教学效果；95%的学生表示该系统节省了实验学习时间。实验课教师也普遍反映数字切片网络教学系统提高了实验课教学效果，学生的学习兴趣明显提高。

3 讨论与总结

医学教育的目标是不断提高教学质量，提高学生的学习兴趣和分析问题、解决问题的能力，为社会培养创新型、实用型的医学人才。在医学院校的形态学教学中，应根据科学技术的发展，不断革新教育教学手段，克服传统教学中的不足之处是教学发展的主题。西安交通大学医学部充分利用学校互联网环境和原有的显微数码互动系统，将传统的形态学病理切片数字化，建成医学形态学数字切片教学网络平台并应用于2015级、2016级临床医学、口腔、预防、法医等专业的组织学和病理学形态学教学，得到师生一致好评。

图2 数字切片网络教学系统

该系统的优势主要体现在：① 建立形态学数字切片实验教学平台，进行数字切片库管理、教师授课与学生学习等，使教师与管理员更专注于教学本身，减少了在教室与课程管理上的精力与时间，方便了学生的自学，提高了练习效果[8]。也可应用于病理医师的在职远程教育和学习。②与Motic数码互动系统一体化整合，进行传统数码显微镜与数字切片互动教学和学习，既注重了学生的操作能力，也培养了学习的简便性与兴趣性[9]。③将传统切片数字化，有利于检索与实验教学。通过局域网教学，使实验教学更方便，提高了教学效果及效率。玻璃切片标本数字化与传统的切片示教系统相比，切片的清晰度改善十分突出，对切片的细节观察具有明显优势[10]。④该系统使用十分方便，省去了诸多环节，如切片发放、显微镜调节、兴趣目标寻找等，可以增加原来示教切片的浏览，使实验内容得到扩充，为教学改革、学生综合能力和分析能力的培养提供了可能。⑤传统教学中由于切片数量所限，有些切片标本不足以每人一张，只能示教。使用该系统，每个学生均可以通过网络系统浏览。⑥在计算机上可以多张切片同时打开，以便对不同切片标本的比较观察和学习。⑦通过Internet跨越时空进行数字切片的浏览，有助于克服传统的在“规定时间、规定地点的实验室”学习的限制。

通过数字切片网络应用与管理系统的建设，克服了传统实验室课学习的限制，实现了以学生为主的教育理念。方便、人性化的教学提升了医学形态学实验教学的效果，进而全面提升形态学实验教学的质量。