前列腺疾病磁共振诊断的智能教学平台设计

王静雯，王伟，唐俊军，黄宗良，王培军

同济大学附属同济医院医学影像科，上海 200065

前列腺增生、前列腺炎及前列腺肿瘤是男性前列腺常见疾病。近年来，前列腺疾病发病率逐年增高，危害最大的是前列腺肿瘤，病死率在男性恶性肿瘤中居第6 位[1-3]。磁共振在软组织检查方面有较高分辨力，可准确显示前列腺的内部组织结构。随着磁共振设备的发展和成像序列、参数及影像分辨率的不断优化，磁共振检查逐步成为发现病灶和肿瘤分类、分级、分型的重要影像学检查方法，在前列腺癌的诊断及鉴别诊断上具有显著作用[4-6]。

1 前列腺疾病磁共振影像诊断的教学现状

目前医学影像学教学大多采用传统教学方式，理论教学通过电子课件PPT 形式，教师将大量书本中的理论知识凝练后进行教学，实践教学通过解读典型病例图片，教师针对疾病解剖、功能与影像征象等知识进行教学。因前列腺磁共振的实践教学课时相对较短，且前列腺癌的磁共振诊断难度大及病例资源有限，学员无法进行大量的读片实践训练，致使其疾病的诊断及鉴别诊断能力提升缓慢[7-10]。

2 提高前列腺疾病磁共振诊断及鉴别诊断的水平

随着数字化转型给教学改革带来的机遇，基于传统前列腺磁共振教学方式面临的瓶颈问题[11-13]，整合互联网、大数据、人工智能等技术研发出“前列腺疾病磁共振诊断智能教学平台”，帮助学员提高前列腺疾病磁共振诊断及鉴别诊断的水平。

3 前列腺疾病磁共振诊断智能教学平台设计

本平台以学习效果评级及反馈为导向，以教学管理保障体系为依托，借助人工智能技术优化教学内容，高效协同理论与实践，构建前列腺疾病磁共振智能教学库，通过“自我分级学习”“个性化训练”及“师生互动”三种教学融合模式，合力调动学员的学习积极性，从而快速、高效地提高临床医学五年制、七年制、八年制、留学生的前列腺磁共振诊断教学质量，见图1。

图1 前列腺疾病磁共振诊断的智能教学平台设计

3.1 构建标准化、多中心、大样本前列腺智能数据库

为避免参数不同认定和客观量化标准这个学术性的问题对诊断教学带来影响，前列腺智能数据库采用标准的采集参数和标准的数据收集流程，融合前列腺磁共振多模态影像的特点，建立标准化的影像和临床数据管理流程及统一的影像和非影像数据结合的数据库。统一规范多模态磁共振影像扫描参数，标准化扫描系统与扫描要求，例如录入数据统一采用西门子3.0T Verio、16 通道的体部线圈磁共振成像扫描系统，T2加权成像（T2weighted imaging，T2WI）扫描参数选择快速自旋回波序列横断位高分辨T2WI，弥散加权成像扫描参数选择平面回波成像序列横断位弥散加权成像及相应表观弥散系数，层面内分辨率、层厚、视野、激励次数等参数一致，扫描完毕后生成时间-信号强度曲线。

3.2 构建多层次、多维度、全过程理论知识数据库

遵循影像医学与核医学课程教学大纲编制前列腺磁共振板块理论知识库，针对临床医学五年制、七年制、八年制、影像学硕士、博士研究生及规培生等不同层次学员特点，对不同生源临床医学培养过程中所需要的前列腺磁共振板块理论知识进行划分；既注意相互衔接，又避免重复或遗漏。为保证学科体系的完整性，在编制知识库时，从教学计划的全局出发，注重本科生与研究生及规培生阶段的衔接与配合，建立整体优化的知识库体系。

3.3 智能教育系统

3.3.1 自我分级学习模式 本模式实现临床理论与阅片能力从训练至考核周期闭环的混合教学场景，运用病例为基础的教学法，贯穿前列腺磁共振理论与实践教学全过程。通过病例的筛选，完成前期电子病历和理论知识点的录入，按照前列腺癌、前列腺增生和前列腺炎等进行疾病分类，并构建前列腺癌分类、分级、分型和前列腺癌治疗方案的知识图谱知识体系，对前列腺癌进行分级评判。教学过程中调整以往理论学习与实践训练相等的传统模式，以病例为导向，加大实践教学的权重，教学过程中可打开标注好的病例图像，观察病灶的大小、位置及病灶呈现的不同信号特征，调阅相应的理论知识，帮助学员掌握前列腺磁共振影像的理论知识和诊断及鉴别诊断的能力[14-18]。

3.3.2 个性化训练模式 本模式实现自我训练与检测的教学场景，本系统拆解知识点难度、解剖组织结构、常见疾病、教材章节、学员类型，按各难度区间和各系统章节试题、图片的比例和题量等的设定，针对不同层次的学员自动生成文字试题及读片试题，并对生成的试题进行自动存档。通过K-means算法构建学员数字画像，采集不同生源的学习背景、学习进度、训练成绩、知识点掌握度、规培评分等多维度信息，协同过滤算法精准推送个性化的理论训练题及实践训练病例。学员在读片实践训练中可在图像上对病灶位置、大小、边界及信号特征进行描述及诊断，答题后学员可看到正确的诊断结果及标准的结构化报告。在实践训练模式下，平台为每位学员建立学习档案，通过ABtest 技术原理将容易出错的病例图像进行推送训练，以快速提高诊断及鉴别诊断的能力和水平。

3.3.3 师生互动模式 本模式实现师生在线互动教学场景，设有“读片直播互动”“评论区互动”及“课程视频云录制”功能。在“读片直播互动”功能下，教师运用直播形式定期发布病例进行读片讨论学习。为加强学员临床思维训练，病例下方有“评论区互动”功能，教师通过消息提醒实时解答学员的疑惑。在“课程视频云录制”功能下，教师可实现视频课程的云录制及上传，充分满足疫情防控形势下在线备课、在线上课及课后点评的教学工作，同时便于学员反复观看巩固知识点。

“前列腺疾病磁共振诊断智能教学平台”在基于课程体系的顶层设计下，通过“自我分级学习”“个性化训练”及“师生互动”三种教学模式的有机融合，提高学员对教学内容的掌握，对知识点、难点的理解，对影像征象的分析，从而提高学员的临床诊断准确率及报告书写的水平。

3.4 软件和实现平台

项目以 Python 作为开发语言，采用 OHIF DICOM Viewer 开源软件为交互式界面设计，基于浏览器的远程访问协议（支持 360 安全浏览器、Microsoft Edge、Safari 等主流浏览器）。通过ImageJ、Convert3D、Slicer、ITK-snap 和Python 等算法，构建前列腺癌影像组学分析环境，并通过自定义接口关联影像组学和深度学习的算法。

4 结语

“前列腺疾病磁共振诊断智能教学平台”的设计，为数字化方式赋能前列腺疾病磁共振影像诊断的教学构建了蓝图，为下一步项目的应用奠定了基础。未来随着数字化技术的高速发展，运用大数据、人工智能、虚拟现实等创新技术，将开创医学影像学“沉浸式”教育新篇章。学员为中心的个性化教学实践，自主读片训练可巩固理论知识消化，使学员的学习兴趣得以强化、师生互动更为便捷、知识点掌握更加扎实，临床思维能力大幅提升。