CT检查技术虚拟仿真实验教学实践与探索

熊英 郁仁强

[摘 要] CT检查技术常规实验教学由于设备价格昂贵、数目配置稀缺、占地面积大，且具有潜在的电离辐射损伤危害，实验教学开展难度大。作者团队采用虚拟仿真开展CT检查技术实验教学，通过对参与CT检查技术虚拟仿真实验学生的访谈及问卷进行分析，提出CT检查技术虚拟仿真实验教学存在问题，并针对存在问题进行整改。通过开展CT检查技术虚拟仿真实验，医学影像技术专业学生可以自主获取CT检查的理论知识和实践技能，体验医学科学探究的过程和方法、提高创新意识、树立科学的价值观，为学生创设了亲身参与实践的情境，同时还具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培养医学影像技术专业学生的批判性思维和问题分析能力的重要途径。

[关键词] 虚拟仿真;实验教学;医学影像技术;计算机体层成像

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）10-0095-04 [收稿日期] 2021-07-07

计算机体层成像（Computed Tomography，CT）检查技术是医学影像技术专业学生必须要掌握的核心技术之一，但由于CT设备价格昂贵、数目配置稀缺、占地面积大，且具有潜在的电离辐射危害，加之临床CT检查工作繁重，CT实验教学开展难度大，国内大多数高校以开展CT臨床见习代替实验教学。临床见习教学以“现场观摩”及教师讲解为主[1]，对学生的基本操作技能及临床思维能力的培养帮助较小[2]。

虚拟仿真是借助网络信息技术与计算机技术，采用3D建模、人机交互、虚拟现实等技术手段搭建的一个与现实环境相似的虚拟环境，没有传统的实验教学器材，通过在计算机上用仿真软件模拟现实的效果和实验条件。学生在预先设定的条件下进行实验操作，感受虚拟环境及实时交互反应的逼真性[3]。虚拟仿真具有交互性、构想性等特征，能够把复杂问题简单化、抽象概念直观化等优点，目前已成功应用于医学实践操作教学[4-6]，并取得了一定的教学效果。

重庆医科大学医学影像技术学系在课程改革和课堂革命的理念下，运用计算机虚拟仿真技术，开发了具有自主知识产权的CT虚拟仿真教学软件，用于医学影像技术专业的CT检查技术实验教学实践。

一、CT检查技术虚拟仿真实验教学安排

根据四年制医学影像技术专业本科生培养计划，我们拟定颅脑CT检查技术、胸部CT检查技术、腹部CT检查技术及四肢脊柱CT检查技术等4项虚拟仿真实验。虚拟仿真实验在教师的引导下，学生动手操作并完成实验报告。线上自主学习1学时，主要内容包括虚拟仿真实验室使用注意事项、虚拟仿真实验平台的使用说明、虚拟仿真实验的基本要求和实验报告作业;虚拟仿真实验教学1学时，在重庆医科大学医学影像技术虚拟仿真实验室上课，每次最多可供60名学生同时上机实训操作，在每次实验课程结束一周内完成实验报告。

二、CT检查技术虚拟仿真实验教学流程

虚拟仿真实验教学课程前，教学秘书在开学一周内将虚拟仿真实验室使用注意事项、虚拟仿真实验平台的使用说明上传至线上教学平台;负责每一项虚拟仿真实验的教师在实验课前一周将虚拟仿真实验的基本要求和实验报告作业上传至线上教学平台。线上部分要求学生在课前自主学习并完成，占一定比例的平时成绩纳入最终实验结业考核。

虚拟仿真实验教学课程中，要求在教师的引导下，学生动手操作，完成CT检查技术，基本步骤包括：开机准备、患者准备、检查前准备、检查过程、图像后处理及胶片打印等。学生在“练习模式”下，可以自己探索完成以上步骤，实验结束后，系统可以对每一步进行评分，学生可以反复多次练习。如果某一部分掌握不好，可以在相应的操作部分针对性练习操作，直至学习满意。课后可以在网络支持的环境下，远程访问虚拟仿真教学平台，再次进行学习巩固。在“考核模式”下，教师可以实现对学生学习情况的考核，同时可以对CT虚拟仿真进行管理，可在考核模块添加任意一项CT检查技术的考核，同时可查看学生考核信息（如考试时间、成绩、操作步骤）。管理员可以实现对教师管理、学生管理及班级管理，统计教师的指导工作量、学生的学习时长和实践成绩等。

虚拟仿真实验教学课程后，教师针对实验教学情况，布置实验报告作业，作业内容主要针对CT检查前准备工作、CT检查的注意事项、CT检查的扫描范围、CT检查的曝光参数、图像后处理及胶片制作等内容，重点考查学生对CT检查技术的理解和临床思维培养。鼓励学生在课程结束后，远程登录虚拟仿真教学平台再次温习实验内容，思考CT检查技术中容易出现的不规范或者错误的地方，为今后的临床工作打下坚实基础。

三、CT检查技术虚拟仿真实验的优势

采用CT检查技术虚拟仿真教学软件进行实验教学，一方面，可以加强医学影像技术专业学生的临床技能，能为学生早期接触临床提供机会和条件，提高学生临床技能的操作能力和临床思维能力，同时也避免了以患者为教学案例带来的各种问题;另一方面，虚拟仿真实验的实现将有效缓解高校在实验场地和实验器材等方面普遍面临的困难和压力，能够突破传统实验对“时、空”的限制，并有助于提高实验教学质量。虚拟仿真教学弥补了传统医学实验教学中的不足，解决标准化演示操作与顺序性、程序性、规范性问题;解决实验教学与考试考核的问题，实现教育公平。目前已成为国际医学教育的研究前沿和发展方向，成为未来卓越医务人员实践能力培养的重要技术保障。

通过虚拟仿真来模拟整个CT检查过程，不但可以实现无辐射操作，而且给学生创造反复、多次亲自动手操作的机会。虚拟仿真将抽象的知识转化为具体的仿真过程，有助于医学影像技术专业的学生理解掌握CT检查技术，实现可持续发展能力的培养，再结合课堂理论教学，与新的教学方法和教学手段相融合，培养具备扎实的专业理论知识和过硬的实践技术的新时代医学影像技术专业人才[7]。

四、CT检查技术虚拟仿真实验教学存在问题

虚拟仿真实验教学是近几年新兴的教学模式，在CT检查技术虚拟仿真实验中，可以解决CT设备价格昂贵、数目配置稀缺、占地面积大等问题，同时实验时不会出现电离辐射损伤，是一种比较容易被学生接受的教学手段。但通过对参与CT检查技术虚拟仿真实验学生的访谈及问卷进行分析，发现尚存在以下问题。

（一）虚拟仿真度低严重影响实验效果

CT检查技术虚拟仿真软件，包括虚拟CT设备软件系统、操作的人机交互界面、控制虚拟场景内CT设备及放射科CT检查室的操作环境，以上项目虚拟仿真度的要求高，尤其是高度仿真CT设备、CT检查环境和CT检查流程，其成本高、难度大。如果虚拟仿真度低，会造成学生体验感差。在虚拟仿真实验中，学习主动性就会受影响，最终影响实验效果。

（二）部分教师教学方式仍采用传统的教授方式

在虚拟仿真实验中，学生可以进行自主学习和反复学习等学习活动。但在教学过程中，教师也发挥着重要作用。在虚拟仿真实验前，教师要设计教学活动，提前准备好线上学习资料，提前了解学生情况与需求，做好学习引导与问题思考，在实际虚拟仿真实验时，还要注意观察虚拟仿真实验效果，做好教学记录及教学反馈。但受传统临床示教教学的影响，部分虚拟仿真实验教学的教师还是采用讲解式教学，没有积极采用新式教学手段和教学思维，使得虚拟仿真实验教学无法达到最优效果[8]。

（三）虚拟仿真软件交互简单

虽然虚拟仿真教学应用发展迅速，受到众多学者和教师的研究和关注，但虚拟仿真软件的交互性设计较为复杂。在实际的虚拟仿真软件设计工作中，交互性设计的难度高、成本大，对计算机配置的要求高，导致大多数虚拟仿真软件交互性不强。目前虚拟仿真实验面临着交互简单、吸引力差等诸多问题，使得虚拟仿真实验教学效果不理想。以CT检查技术为例，多表现为学生只能单纯跟着设计的流程实验下去，如果与原本设计的实验步骤或者实验脚本不一致，将提示错误，过于机械化。另外，还存在关键步骤中扫描范围很难与最终呈现的扫描图像交互、相应的操作很难和相应的输出结果交互等问题。

（四）虚拟仿真的案例教学设计薄弱

为了便于标准化教学和考核，降低软件开发难度，目前主流的虚拟仿真的设计是基于标准检查流程和标准检查案例设计。虚拟仿真的病例相对比较固定，甚至很多设计是单一的標准病例，没有出现临床个性化病例和特殊意义的病例，导致学生学习每次学习到的病例重复，学习积极性下降。

五、虚拟仿真实验教学改进措施

针对以上存在的教学问题，一一对应做出以下改进。

1.设备的仿真要做到外形相似，是最基础的要求，更高的要求是将核心功能做到相似。CT虚拟仿真软件仿真度制作中难度最大的是一些联动效果，比如扫描范围与呈现图像的联动。操作者与检查者的对话，以及检查者的形态与动作都会影响着整体软件的仿真度。通过软件开发人员与专业的CT技术人员、实验课程教师的积极沟通和改进，不断提高虚拟仿真软件的仿真度。

2.对虚拟仿真实验课程的教师进行定期培训，尤其是对其教学能力和教学手段进行培训、训练。虚拟仿真实验教学，需要对软件熟悉、对计算机操作熟练，同时还需要教师具有丰富的临床经验与虚拟仿真教学相结合，对教师的综合能力要求更高。

3.通过对学生使用体验调查，合理设计虚拟仿真实验的交互流程及交互方案，能够为使用虚拟仿真实验教学的学生提供多种互动模式，可以设计外延的硬件设置，让学生可以通过硬件有更加顺畅的操作和愉悦的体验。

4.在日常工作中注意收集典型案例、疑难案例及有教育意义的案例，包括患者的基本信息、申请单信息、扫描信息和扫描流程信息等，可以用图像、文字、音频或视频的形式呈现。将案例库建设与虚拟仿真平台有机结合，让学生通过多种案例的练习，达到临床胜任力培养的要求。

最后，改进虚拟仿真教学效果评价的方式，学生在完成虚拟仿真实验后，可以通过查阅文献及小组讨论，完成实验报告。教师对学生提交的实验方案、实验汇报、实验结果和实验总结等进行综合考核与评价，重点关注学生综合知识应用与自主创新能力[9，10]。

结语

2017年，在教育部办公厅关于开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知中，鼓励推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，利用虚拟仿真技术，不断加强高等教育的实验教学建设与应用，提高我国高等院校实验教育的教学质量和实践育人水平。

构建虚拟仿真的CT检查设备、检查环境和检查病例等[11]，可以培养学生医疗安全观念和实践操作技能，同时还可以在线管理学生的学习情况，实现学生在线自主练习、操作轨迹全程记录、错误分析统计等信息化管理模式，充分调动学生的主观能动性，极大地提高了学生的学习效率[12]。

总之，开展CT检查技术虚拟仿真实验，医学影像技术专业学生可以自主地获取CT检查的理论知识和实践技能，体验医学科学探究的过程和方法，提高创新意识，树立科学的价值观，为学生创设了亲身参与实践的情境。同时还具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能，是自主探究培养医学影像技术专业学生的批判性思维和问题分析能力的重要途径。

参考文献

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Practice and Exploration on Virtual Simulation Experiment Teaching of CT Examination Technology

XIONG Ying1， 2， YU Ren-qiang2， 3

（1.Department of Oncology， Chongqing General Hospital， University of Chinese Academy of Sciences， Chongqing 400013， China; 2.Department of Medical Imaging Technology，Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China;3.Department of Radiology， The First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University， Chongqing 400016， China）

Abstract： The conventional experimental teaching of CT examination technology is difficult to carry out because of the high price of equipment， the scarcity of number and configuration， the large floor area and the potential harm of ionizing radiation. The authors team uses virtual simulation to carry out CT examination technology experiment teaching. Through the interview and questionnaire analysis of students participating in CT examination technology virtual simulation experiment， this paper puts forward the existing problems in CT examination technology virtual simulation experiment teaching， and solves the existing problems. Through the virtual simulation experiment of CT examination technology， students majoring in medical imaging technology can independently obtain the theoretical knowledge and practical skills of CT examination， experience the process and methods of medical scientific exploration， improve their awareness of innovation， and establish scientific values. It creates a situation for students to participate in practice. At the same time， it also has the educational functions of learning， stimulating interest， seeking truth， following reason and cultivating morality. It is an important way to independently explore and cultivate the critical thinking and problem analysis ability of students majoring in medical imaging technology.

Key words： virtual reality; experimental teaching; medical imaging technology; computed tomography