醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺初探

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摘要:醫學檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業，注重學生專業實驗能力和操作水平的培養。傳統醫學檢驗實驗教學存在弊端，采用虛擬仿真技術（virtualreality，VR）建立醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺可完善并提高教學質量。通過對醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺建設進行初步探索，對目前存在的困難進行剖析，為響應教育部建立國家級虛擬仿真實驗教學中心，促進醫學檢驗教育信息化建設提供新思路。

關鍵詞：醫學檢驗；虛擬仿真；實驗教學

醫學檢驗是一門注重實踐性和操作性的專業，尤其2012年教育部將培養目標由五年制培養“從事醫學檢驗及醫學類實驗室工作的醫學高等專門人才”改為四年制培養“從事醫學檢驗及醫學類實驗室工作的醫學技術高級專門人才”[1]，著重強調了專業實驗能力和操作水平。現醫學進入精準醫療的大數據時代，傳統的“規定動作”教學已不能滿足技術日新月異的變化，各類因素極大程度的制約著教學效果，借助虛擬仿真技術（virtualreality，VR）可有效改善這些問題。VR技術是一種以計算機為核心的新型認知工具和知識載體，利用高科技生成虛擬環境，使操作者具有視、聽、觸覺一體化的沉浸感[2]，可借助特殊設備與虛擬環境交互，達到身臨其境的感受和體驗。本文對醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺建設現狀進行分析，為建設醫學檢驗虛擬平臺提供新思路。

1傳統醫學檢驗實驗教學存在的弊端及VR解決方案

1.1驗證實驗占比大，學生操作機會少傳統實驗教學一般由實驗技術人員備好實驗項目所需儀器、試劑和樣品，在講授實驗目的、原理、方法步驟和注意事項后，學生“依葫蘆畫瓢”進行實驗。通過VR平臺，可實現“實驗準備→預實驗→實驗操作→結果分析”等流程操作。為培養學生的專業思維和創新素質，可在平臺中設計開放式、研究式的實驗教學[3]。目前臨床在用的醫學檢驗儀器多為全自動化操作，價格昂貴，且實驗場地有限，加上招生規模擴大，無法做到人手一臺進行操作，大大制約了學生的動手操作能力。VR通過一臺計算機或一套虛擬設備即可模擬整套醫學檢驗虛擬實驗室，容納檢驗科相關儀器設備，學生通過模擬實驗過程，可反復進行操作練習，分析實驗步驟，注意操作細節，熟練后再實際動手操作，虛實結合可有效避免因實驗某一步驟出錯而導致實驗無法繼續進行。1.2生物安全隱患大，形態教學難度大醫學檢驗實驗課多以臨床病人的血樣、尿樣等為操作樣本，可能存在病原體等安全隱患[4]，檢測正常人樣本又限制了學生對患病標本的認知。通過VR，可減少學生對于患者標本的接觸[5]。教學使用的標本片通常有使用期限，對于罕見病的標本來源相當不易[6]，采用虛擬構建標本庫，如以臨床血液學檢查教學課程為目錄，建立骨髓形態涂庫，可對正常血細胞、紅細胞疾病和急性白血病等涂片進行形態學觀察，教師可通過在涂片中設計添加指引箭頭、標識區域和文字等方便學生課前預習和課后復習。1.3運行維護成本高，實驗耗材用量大醫學檢驗儀器設備和實驗耗材是實驗教學的物質基礎，而儀器價格昂貴，折舊率高，更新換代快[7]，VR可及時更新最新儀器和相關知識，使學生及時掌握前沿技術操作。儀器的維護成本高，如顯微鏡燈泡壽命短，學生缺乏儀器保養相關常識等，通過VR儀器內部結構，學生可了解儀器管路的走向，光路的構成，掌握儀器維護和保養，設置簡單、常見的電路故障引導學生排除故障等。傳統教學使用耗材用量大，回收再利用率低，部分實驗耗材還存在污染處理等問題，VR可模擬實驗操作，節省資源。1.4知識擴展能力差，課程分隔不系統傳統的“三段式”教學已經無法跟上科學技術發展的腳步。例如我國醫學檢驗專業基本都是按照大型醫院檢驗科所需崗位進行培養，實驗室配置基本與醫院檢驗科相符。但隨著快速檢測技術發展，應急檢驗醫學應運而生，其檢測以干式為主，與常規儀器操作及原理均存在差異，設備更新換代快，采用VR可使學生及時掌握最新技術[8]。傳統的醫學檢驗實驗教學是以課程為單位，但在臨床工作中面對各種標本，可能存在復雜的病變，需要檢測后對實驗結果綜合分析，這就要求建立醫學檢驗虛擬仿真實驗教學系統，將知識糅合并融會貫通，才能靈活應變臨床工作中的各類標本。

2醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺的探索

醫學檢驗專業是一門與臨床緊密貼合的專業，實驗課程復雜多樣，包括：臨床檢驗基礎、生物化學檢驗、免疫學檢驗、病原學檢驗、血液學檢驗、分子診斷學等，實驗儀器性能和操作方法均不相同，而市售虛擬平臺較少，經考查多數不夠成熟或與我省檢驗科常用儀器不配套等，無法滿足教學要求。綜合傳統醫學檢驗實驗教學存在的問題，加上用人單位需求反饋，建議分模塊建立醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺。2.1醫學檢驗常用儀器與實驗虛擬仿真操作平臺醫學檢驗從純手工走向現代化，根據培養目標和人才需求，我們擬建立以下實驗操作虛擬仿真操作平臺：①全自動生化儀虛擬實驗操作系統；②全自動五分類血液細胞分析儀虛擬實驗操作系統與血常規分析；③全自動血球分析儀虛擬實驗操作系統與外周血成分計數分析；④尿液干化學分析儀和尿沉渣分析儀虛擬實驗操作系統與尿常規影響因素分析；⑤血沉儀虛擬實驗操作系統與血沉檢測；⑥全自動血凝儀虛擬實驗操作系統與凝血影響因素分析；⑦血小板聚集儀虛擬實驗操作系統和血小板聚集實驗；⑧血培養儀虛擬實驗操作系統；⑨顯微鏡與共聚焦顯微鏡虛擬實驗操作系統；⑩熒光定量PCR儀虛擬實驗操作系統；⑾流式細胞儀虛擬實驗操作系統與白血病診斷的應用；⑿多標記微孔板檢測儀虛擬實驗操作系統與ELISA檢測中的應用；⒀細菌鑒定藥敏儀虛擬實驗操作系統；⒁臨床常見陽性球菌檢驗鑒定要點臨床思維訓練系統；⒂特種蛋白分析儀虛擬實驗操作系統。2.2醫學檢驗儀器維修虛擬仿真平臺隨著科技發展，臨床檢驗儀器不斷精密化，智能化、小體積化。臨床檢驗儀器維修是醫學檢驗的專業課程，是一門多專業交叉的學科，教學難度較大，需要學生掌握設備結構、工作原理、日常維護和故障排除，而設備數量少且昂貴，實訓時數受限等因素大大制約了教學效果。通過VR，學生可以對儀器進行拆卸、維修、組裝及調試，極大程度的解決了上述問題[9]。在培養學生該類技能的同時，也為醫學檢驗專業學生擴寬了就業方向。目前我國致力于醫用診斷設備研發的生物醫藥器械公司不斷增多，檢驗儀器國產化需要大量具有醫學檢驗相關背景的人才。2.3醫學檢驗虛擬仿真實驗教學網絡管理平臺建立虛擬檢驗科基本技能訓練和考核系統，可以打破傳統通過實驗報告考核學生實驗水平的弊端，除了建立實驗操作練習，系統還可設置思考題、實驗測評、關鍵步驟考核等內容，教師可通過后臺管理，看到每位學生的操作過程、考核成績，了解學生實驗操作中難點、易錯點，通過后臺程序加標加文字等方式不斷完善系統。

3醫學檢驗虛擬仿真實驗教學平臺建設中存在的困難

目前開展醫學類虛擬仿真實驗教學的高校約為11.54%[10]，其中以基礎類課程為主，醫學檢驗類少之又少。除了VR需要計算機專業人士支持外，資金是很多高校無法建立該平臺的主要原因，雖然教育部致力于虛擬仿真實驗教學中心，并投入大量資金，但仍供不應求。再者虛擬實驗操作系統的建設并非一朝一夕，一個系統的完善和試運行通常需要3-5個月的時間，這就需要醫學檢驗專業教師和VR技術人員傾注大量時間精力共同完成，后期的技術更新同樣需要教師不斷學習前沿技術，并及時通過VR技術人員模擬構建。虛擬仿真實驗教學中心是教育信息化建設迅猛發展的產物，教育部在12年《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》(教高[2012]4號)中提出加強信息化資源后，至2016年已建立了300個國家級虛擬仿真實驗教學中心。平臺的構建有助于學生通過反復練習和全流程操作，掌握檢驗科常用實驗設備的原理、操作、維護和實驗結果分析，強化學生實踐操作動手能力，培養學生創新能力，有利于保持實驗先進性，降低實驗成本，最終提高教學質量和實驗效率。

作者:周旭蘭 單位:廈門醫學院醫學技術系