数字切片库在病理学实验课中的应用

翟小润,聂运娟,车慧连,柴高尚

(江南大学无锡医学院基础医学系, 无锡 214122)

病理学是基础医学与临床医学的桥梁学科,其重要程度不言而喻[1]。病理学实验课是形态学实验,要求学生观察病理组织切片,以观察该疾病的镜下特点,是临床专业本科生非常重要的学习内容[2,3]。江南大学已有的“捷数字切片库”系统到期需要缴纳高额的续费金。此系统中的很多病变不能满足教学的要求,且无法按照教学章节分类。所以“捷达数字切片”在实验教学过程中起辅助作用。江南大学无锡医学院在病理学实验教学中,仍然使用传统的病理实验教学方式带教实验课程。

传统病理学实验课的带教是给予学生观察染色制作成的玻璃切片[4]。江南大学无锡医学院在病理学实验教学中发现,玻璃切片在实验教学的实际使用中,易破损,难补充。如风湿性心肌炎这张切片非常难得,有典型的风湿小体等特征的切片更是难以获得。因此,我们更需要数字化的手段将这一切片永久保存,便于今后学生的观察和理解。而且,传统的玻片方式教学受时间空间条件限制,不能满足病理学实验教学的顺利进行,还限制了学生自主学习。

因此,江南大学无锡医学院自主建设线上符合自身教学模式的数字切片库,使用显微成像系统将已有的教学切片进行扫描,从而获得高分辨率的图像。后经过教师的梳理标记,将已成像的图像进行分类标注,按照教学大纲分类汇总,便于学生在自主学习。我们在使用数字切片过程中发现学生对数字切片的接受度非常高。学生普遍认为数字切片更加清晰明确,且能够打破实验教学对实验场所的限制。我们现将数字切片扫描方法和经验总结如下。

1 选择样本

目前,江南大学无锡医学院现有的玻璃切片涵盖约90种不同疾病,共计约2 000张玻璃切片。其中包含了许多现在稀少的病例切片,例如大叶性肺炎、风湿性心肌炎、感染性心内膜炎等切片。由于切片数量较多,有些切片存在颜色老化、病变部位不典型的问题。江南大学无锡医学院先由经验丰富的教师,在光镜下进行切片筛选,选择出最具代表性的切片,并将切片按照章节进行编号,以便进行下一步扫描。比如大叶性肺炎这张切片,不仅在呼吸系统章节中需要观察,炎症章节中也会观察,所以学生选择切片时不仅要看到清晰的炎症细胞,也要看到纤维性炎症的特征,如肺泡间隔之间有纤维素性网的连接等。

2 扫描方法

江南大学无锡医学院数字切片的制作,使用匈牙利3DHISTECH公司研制的Pannoramic MIDI数字切片扫描与应用系统[5]。该系统由真彩CCD摄像头、全自动显微镜、扫描控制系统组成[6]。

在扫描切片时,为了获得更高分辨率的数字切片,江南大学无锡医学院选用Z轴景深拓展的扫描方式,先将全视野低倍下扫描,再将每个区域高倍镜扫描,可以保证数字切片的清晰与无级放大[7,8]。日常病理切片的观察一般只会放大20×,但是江南大学无锡医学院在扫描切片的时候选择放大40×。尽管扫描时间会增长,但能保证学生在各种放大倍数下看清细胞形态。扫描的图片会被系统无缝拼接和处理,保留切片的真实色彩的同时,保证了较高的分辨率。

3 成像观察

扫描好的数字切片保存在电脑里。学生使用配套的CaseViewer软件,可以看到切片的全景,也可以自由选择切片的放大倍数。由于有些切片不在同一层面,甚至厚薄不一,所以扫描出来的图片有些部位清晰,有些部位模糊。此时教师需要先大致检查筛选。对于筛选后的切片,教师将内容进行解释描述,并在不同放大倍数下做好标记,并按照教材章节内容归类。

4 重点难点

构建数字切片库的主要目的是减少在病理学实验课程带教的过程中对玻璃切片的依赖。江南大学无锡医学院发现,构建的数字切片库具有以下重点难点:①切片的收集和筛选:教学大纲中,疾病种类甚多,相关切片的数量巨大,质量不一。教师筛选切片时,要挑选教材涉及且满足教学需要的高质量切片[9]。这个工作量非常大,需要教师花费大量的时间和精力。②数字切片要求:扫描后的数字切片要求图片清晰,分辨率高[10,11],典型的病变部位结构要清晰。扫描倍数要足够,放大后才不会模糊。③典型结构的标注:特征性病变的标注需要多名教师合作进行,认真辨别,仔细标记,直观易懂。标记好的切片,教师再按照教学章节分类归类。这些都需要教师投入大量的时间精力。④校园网的接入:数字切片库的使用需要链接校园网。学生登录校园网,用电脑下载CaseViewer软件,打开图片库,观察图片时可以用鼠标点击图片任意位置,滚动鼠标进行放大或缩小观察,便于自主学习。⑤保密要求:数字切片非常珍贵,其安全性十分重要,可以选择加密狗、口令密码等方式对切片进行浏览、阅读、扫描。

5 数字切片的优势

数字切片成像是将玻璃切片数字化,进而制作成图像清晰、颜色保真、能永久保存的数字切片。另外,扫描的数字切片能够按学生需求,放大任意倍数,不受显微镜物镜倍数限制。对于一些罕见的切片,师生更是能够共享共用,丰富了病理学实验课的教学资源。学生在宿舍或者校园外,都可以通过登录校园网学习,打破了实验课对空间的限制性,增加了学习的灵活性。

6 数字切片使用效果问卷调查

为充分了解学生对病理学实验课程的需求,即时知晓学生数字切片的接受程度,江南大学无锡医学院采用调查问卷的形式,听取学生的反馈意见,问卷内容如下:①学生平时使用光镜观察玻璃切片能否满足对课程的需要?选项为满足、不满足和不知道;②病理学实验课程中,学生更倾向于选择光镜观察玻璃切片还是选择电脑观察数字切片?选项为光镜观察、数字切片和无所谓;③学生以往有无接触过数字切片?选项为有和没有;④数字切片是否能满足学生对课程的需要?选项为满足、不满足和不知道;⑤数字切片是否能够提高学生学习的自主性?选项为是、不是和不知道。

本研究发放问卷92份,回收问卷85份,回收率92.5%。教师对回收结果进行描述性分析。结果发现,95%的医学生认为数字切片能够满足课程需要,并且能够提高学生的自主学习能力。

互联网的发展推动了数字系统的发展,极大改革了实验教学的方式。实验教师要在新形势下,研究实验教学方式,利用数字网络,设计新的实验教学方法,以学生为中心,改革创新,方便学生学习。大多形态学的相关实验可以充分利用数字图库,完成实验教学任务[12,13]。

病理学数字切片库在实验教学中发挥重要作用,高清晰度的数字切片系统全天24 h全面开放。师生均可通过校园网,跨时空观察标注数字切片[14,15]。总而言之,病理学实验教学数字切片库可以让学生将自学和自测融为一体,高效完成实验教学,是符合形势的优质教学资源。