基于人工智能的数字病理教学平台

万君 杨倩颖 祖文玲 蒋龙棋

摘要：目前，学校或医院的病理、组织、细胞等形态学切片的实验教学中，仍旧采用传统的黑板教学模式，且不同学校有着不同的形态学切片资源。现有的这种教学模式存在很大的局限性。文章针对现有技术存在的问题，提出一种数字化显微互动平台模式。本平台将数字化切片的权限公开，让学生的学习脱离传统的黑板教学模式，且解决了不同学校学生沟通的距离问题。

关键词：数字病理;教学平台;显微互动;医学教育

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）37-0123-02

病理学是基础医学与临床医学的桥梁，主要以观察病理状态下的细胞，组织器官的形态为主，以解剖学、生理学等基础医学学科为基础，揭示疾病的病因、发病机制和转归的医学学科[1，2]。病理学是基础医学课程中的难点[3]，且传统的病理教学模式不能满足学生实际的需求，因此，本文尝试将基于人工智能的数字病理教学平台引入病理教学中，以加强学生学习的交互性及学习兴趣，提高病理知识应用能力。

一、传统的病理教学——黑板教学模式

在我国，传统病理教学模式具有显著的局限性，课程设置死板、教师填鸭式教学，各医学院的病理切片数量质量较差，保存起来不方便，与临床实时病理差距甚远。医学院之间没有实现资源共享，导致更优更好的资源无法进行交互，难以提高整体的病理教学水平。因此，学生学习思维停滞及综合能力严重缺乏。在临床中常用到病理学理论知识，但在医院的实际工作中不能随身携带一本厚重教材，且教材一直在更新，难以将理论知识与实际相结合。目前，病理实验教学是以观察各系统疾病的玻片展开的，学生利用传统显微镜对病理切片进行观察，玻璃切片的分发、回收、镜头转换、对焦调节等都浪费大量的时间[4]。病理系统结构单一，单纯的玻片无法从不同角度帮助学生理解，学生经常无法分辨病变区域，且玻片存在易碎、易脱色、不典型、学生使用的时间与空间受限制、影响学生自主性等问题，在平时巩固复习时很难再想到切片的模样[5]。

20世纪初，在美国部分医学院，传统的显微镜已经被数字病理技术取代。之后至少有1/2的医学院校已经引入数字病理切片系统，或者是已经开始筹备引入该技术[6]。随着数字病理技术的发展，将其引入病理教学中，改变传统的病理教学模式已然成為趋势。

二、新型的病理教学——基于人工智能的数字病理教学平台

随着计算机技术的快速发展，大数据影响着人们的日常生活方式和行为习惯，成为学术界及各行各业研究的热点[7]。病理切片是二维医学图像，是一种典型的结构化数据，非常适合人工智能的深度学习。基于人工智能的数字病理教学平台，包括中央处理器、学生端、教师端和专家端，主要用于学校、医院的病理、组织、细胞等形态学切片的实验教学。平台具有完善的病理教学知识图谱。知识图谱是一种智能、高效的知识集成的方式，能够帮助用户迅速、准确地查询到自己需要的信息。基于人工手动更新的知识图谱具有更高准确率，因此更新依赖于专业的专家团队。教师与学生可视化完成理论知识学习与测验、数字切片分析、临床思维培养，解除师生在时间与空间上的限制。

平台主要组成模块（见下图）：（1）在平台内，切片统一扫描成WSI格式储存在云平台，并在数字病理图像上加入二维码。二维码内有对应组织的正常和异常的形态描述、相关病例，如高血压数字切片，二维码内有正常和异常的切片图及高血压的病例和临床治疗。后台管理或专家会将数字病理图像提前标注好，如淋巴细胞浸区、吸收空泡等。（2）以学校进行划分，学校下设各科教师，教师管理班级，学生注册，自动归到所在学校班级，方便教师布置作业。（3）专家端：可以凭信息单独注册;通过微信中央处理器可以看到学生提出的问题及其分析解答，上传更广泛的医学相关视频、近期相关病例，在学习社区板块与学生、教师一起讨论交流。（4）教师端：所述中央处理器将学生的考试成绩、平时学习记录、相关视频学习记录、疑难问题解答分析等进行数据储存、数据处理后传送给教师;考试内容、时间由对应教师提供与操作，考试结果的判定由本平台算法自动生成;统计学生成绩，其中包含学生考试及其成绩自主统计;上传学习视频等资料进行评价与分析，同时可以与专家讨论现代教学的利弊，有利于教学的改革。（5）学生端：利用数字病理知识图谱，学生可查看形态学各学科的数字病理图片;学生对上课的内容或者医学有疑问时，能直接在线提出问题以及与教师、同学、专家进行讨论交流;学生可看病历，自主分析，并自动弹出正常图像与病变图像的区别;可在微信公众号平台上做题考试;可标注重点并保存笔记，笔记可存入云端共享。

平台集成了病理学、细胞学、组织胚胎学等形态学学科的数字病理图像的知识图谱、疾病谱系、疾病术后管理指导、病例、视频、题库以及题库随机生成的考试系统。平台还可应用于学校教学、医院医生规培教学。本平台建设学习社区，方便学生、教师、医生之间的交流讨论。

平台内的知识图谱与医院交互，数字病理图像具有典型性，始终贯穿课程，同时能不断更新与优化，实现多元化学习。通过该平台，希望能增强学生自主学习能力，拓展学生知识面，同时减轻教师的压力，极大拓宽师生视野，提高综合能力，促进多方交流与合作，完成数据与知识共享，实现病理教学平台的全方位覆盖。

三、未来展望

病理学是一门具有高度实践性的学科，理论教学内容繁多，专业性强且枯燥难懂，导致很大一部分学生难以理解。如何更有效地提高病理教学的质量，让病理的教与学更好地深入开展，成为很多病理教育者共同关心的话题。基于人工智能的数字病理教学平台存在以下几大优势：（1）由于阅读的片子为虚拟的数字病理图像，可使学习的切片数量大增，拓宽学生视野与知识面。（2）自主学习和课后复习，获取图像方便，只需一部手机扫描二维码即可。（3）资源及时更新、共享和查阅。（4）便于教师、专家、学生等平台之间进行交互。虽然该平台有以上显而易见的优势，但依然存在挑战，数据库中的数字病理图像要求高精度准确性的标注，需要耗费大量的人力，且标注人员要有权威性，具有一定的医学知识背景;可供扫描的切片的资源较少等。但随着人工智能的飞速发展和数字切片扫描系统成本的降低，我们相信，数字病理图像取代传统的显微镜终将成为病理学实践教学的必然趋势。

參考文献：

[1]Hoda S A，Cheng E.Robbins basic pathology[J].2017，148（6）：557.

[2]王锦.基于“工作过程导向”的病理学教学改革[J].中国医药指南，2011，9（10）：174-175.

[3]姜华，杨芳，王燕，等.病理学教学中开展基于联系的整合性课程探索与实践[J].医学信息，2019，32（5）：11-13.

[4]穆晶，张海青，车南颖.翻转课堂在病理学教学中的应用思考[J].中国医药导报，2016，13（19）：123-126.

[5]孙瑜嬬，李涛，应小平.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[J].承德医学院学报，2016，（03）：259-261.

[6]帅萍，李保林，肖海，等.数字切片联合数码互动系统在病理学实验教学中的应用[J].赣南医学院学报，2012，32（5）：734-735.

[7]黄志峰，王晓阳，付丽媛，等.基于Web与Node.js的医学影像与病理结果对照检索系统平台的设计与实现[J].医疗卫生装备，2017，（11）：51-54，58.

Digital Pathology Teaching Platform Based on Artificial Intelligence

WAN Jun，YANG Qian-ying，ZU Wen-ling，JIANG Long-qi

（College of  Medicine，Chengdu University，Chengdu，Sichuan 610106，China）

Abstract：At present，the traditional blackboard teaching mode is still used in the experimental teaching of pathology，tissue，cell and other morphological sections in schools or hospitals，and different schools have different morphological slice resources.The existing teaching mode has great limitations.In this paper，a digital microscopic interactive platform model is proposed to solve the problems existing in the existing technology.This platform exposes the authority of digital slicing，makes students learn away from the traditional blackboard teaching mode，and solves the problem of communication distance between students in different schools.

Key words：digital pathology;teaching platform;microscopic interaction;medical education