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1、虚拟显微镜系统在形态学实验教学的应用蓝永洪 1 郑小桃 2 杨智 1（1.形态学实验室，2.组织学与胚胎学教研室，海南医学院，海口，571101）摘要 虚拟显微镜系统是基于虚拟仪器技术应运而生的，由虚拟显微镜软件和光学显微镜、切片扫描、图像采集设备等硬件搭载到计算机平台上构成。本文针对目前形态学实验教学存在的问题、介绍虚拟显微镜系统的特点和价值，及其在形态学实验教学的应用。关键词 虚拟显微镜系统；形态学；实验教学；应用Application of the virtual microscope system in experimental teaching of morphologyLAN Yo
2、ng-hong1 ZHENG Xiao-tao2 YANG Zhi1(1.Morphological Laboratory, 2.Department of Histology and Embryology,Hainan Medical College, Haikou, 571101,China)Abstract The virtual microscope system based on the virtual instrument technology, which composed by virtual microscope software, optical microscope, s
3、ection scanning and image capture device putting up the computer platform. According to the problems in experimental teaching of morphology at present, the author introduced the structural characteristics and values of the virtual microscope system and its application in experimental teaching of mor
4、phology.Key words The virtual microscope system; Morphology; Experimental teaching; Application计算机技术问世以来，其以不可比拟的优势向多领域渗透，推动着诸多媒体技术逐步向虚拟技术方向发展。虚拟显微镜系统就是人们利用计算机、网络等技术与传统光学显微镜成像结合进行的一次革命性创新，为医学教学和科研工作提供了新的方法和手段 1。本 文 结 合 实 际 情 况 ， 阐述虚拟显微镜系统的特点和价值，及其在形态学实验教学中的应用。一、目前形态学实验教学存在的问题（ 一 ） 学 生 的 积 极 性 不 高 和 知
5、 识 面 狭 窄形 态 学 实 验 教 学 ， 无 论 是 传 统 的 实 验 教 学 还 是 互 动 的 多 媒 体 教 学 ， 大 部 分 学 习 过程 是 通 过 生 物 显 微 镜 观 察 教 学 切 片 ， 了 解 相 关 组 织 的 结 构 特 点 和 病 理 变 化 过 程 。 通过 显 微 镜 观 察 时 间 长 了 ， 眼 睛 容 易 疲 劳 ， 多 数 学 生 会 对 显 微 镜 有 畏 惧 感 。 学 习 的 积 极主 动 性 不 强 ， 久 而 久 之 就 尚 失 了 学 习 兴 趣 ， 从 而 降 低 了 学 生 的 学 习 效 率 。学 生 在 课 堂 上 一 般
6、都 是 在 教 师 的 指 导 进 行 学 习 ， 其 自 主 学 习 能 力 差 ， 不 能 充 分 调 动学 习 自 主 性 。 同 时 学 生 在 上 实 验 课 之 前 ， 只 能 提 前 预 习 理 论 知 识 ， 不 能 够 预 先 观 察 实验 教 学 切 片 ， 现 在 实 验 课 时 安 排 的 比 较 紧 凑 ， 学 生 在 实 验 课 上 只 能 观 察 需 要 掌 握 的 要点 知 识 ， 而 对 常 规 教 学 内 容 以 外 的 其 他 知 识 没 有 时 间 观 察 和 提 问 ， 因 此 学 生 的 知 识 范 围不 能 得 到 进 一 步 的 拓 宽 ， 对
7、切 片 所 包 含 的 内 容 了 解 不 全 面 。（二）教学切片的缺乏和保存时间的限定 2形 态 学 实 验 教 学 切 片 都 是 玻 璃 制 品 ， 在 制 作 和 使 用 过 程 中 都 易 损 坏 ， 因 此 经 常 出现 标 本 的 缺 失 ， 教 学 标 本 要 不 断 进 行 补 充 更 新 。 而 且 教 学 切 片 不 能 长 久 使 用 ， 容 易 褪色 ， 不 易 永 久 保 存 ， 并 且 需 要 足 够 的 保 存 空 间 。 此 外 ， 近 年 来 的 学 生 人 数 的 逐 渐 增 多 。为 了 满 足 不 断 扩 大 教 学 的 需 求 ， 需 要 制 备
8、大 量 的 切 片 ， 不 仅 成 本 高 ， 也 很 难 保 证 每 张 切片 的 制 作 质 量 ， 而 且 结 构 典 型 的 标 本 不 容 易 获 得 ， 例 如 病 理 学 的 一 些 疾 病 ， 例 如 大 叶性 肺 炎 ， 由 于 抗 生 素 的 广 泛 使 用 以 及 高 速 发 展 ， 这 类 炎 症 性 疾 病 现 在 基 本 很 少 出 现 ，因 此 这 样 的 病 变 标 本 根 本 无 法 获 得 。（三）对教学设备和环境的依赖性强形 态 学 实 验 教 学 大 多 以 细 胞 以 及 组 织 标 本 的 教 学 切 片 为 学 习 对 象 ， 借 助 于 生 物
9、显微 镜 才 能 进 行 观 察 ， 两 者 缺 一 不 可 。 这 样 的 学 习 模 式 和 手 段 ， 造 成 学 生 在 利 用 教 学 资源 中 存 在 较 大 的 局 限 性 ， 不 能 自 主 安 排 课 外 学 习 的 时 间 。 如 学 生 对 切 片 的 观 察 必 须 局限 在 实 验 室 ， 同 时 在 时 间 上 受 实 验 室 开 发 时 间 的 束 缚 ， 因 此 学 生 学 习 过 程 对 教学设备和环境的依赖性强，课后学习的 时 间 和 空 间 受 到 一 定 程 度 的 限 制 。（四）课堂学习和课外自主学习脱节以 往 形 态 学 实 验 教 学 ， 其 教
10、 学 过 程 都 是 在 实 验 室 进 行 ， 学 生 课 外 的 自 主 学 习 机 会 少 ，虽 然 可 以 开 放 实 验 室 提 供 学 生 学 习 的 机 会 ， 但 是 学 习 的 内 容 与 形 式 受 开 放 的 的 时 间 和 程度 限 制 。 有 些 实 验 课 观 察 的 内 容 多 ， 但 是 受 实 验 课 时 的 限 制 ， 不 可 能 在 课 堂 内 完 成 观 察 ，就 需 要 进 行 课 外 的 学 习 ， 课 外 学 习 也 同 样 涉 及 到 教 学 切 片 的 管 理 ， 需 要 专 门 相 关 人 员管 理 。 开 放 实 验 室 也 不 能 提 供
11、 全 部 学 生 的 学 习 机 会 ， 只 能 分 批 进 行 。 因 此 ， 课 堂 学 习 和课 外 的 自 主 学 习 不 能 够 紧 密 的 联 系 ， 学 习 在 实 验 课 上 学 习 观 察 的 内 容 ， 在 课 后 不 能 进 行复 习 ， 容 易 对 学 习 过 的 知 识 遗 忘 。二 、 虚 拟 显 微 镜 系 统 系 统 的 特 点 及 价 值虚 拟 显 微 镜 系 统 (virtual microscope system)即 是 基 于 虚 拟 仪 器 技 术 应 运 而 生 的 ，由 虚 拟 显 微 镜 软 件 和 光 学 显 微 镜 、 切 片 扫 描 以 及
12、 图 像 采 集 设 备 等 硬 件 搭 载 到 计 算 机 平台 上 构 成 。（ 一 ） 虚 拟 显 微 镜 系 统 的 特 点虚 拟 显 微 镜 系 统 与 传 统 显 微 镜 成 像 不 同 ， 它 是 能 使 显 微 切 片 数 字 化 的 一 套 功 能 强大 的 应 用 软 件 系 统 和 网 络 硬 件 设 备 的 集 合 ， 制 作 虚 拟 切 片 是 虚 拟 显 微 镜 系 统 的 核 心 功能 ， 程 控 操 作 显 微 镜 自 动 对 整 个 样 片 逐 幅 采 集 高 分 辨 率 显 微 镜 像 ， 然 后 再 自 动 拼 接 成 完整 切 片 的 数 字 图 像 ，
13、 得 到 的 这 张 数 字 切 片 就 是 虚 拟 切 片 (virtual slide)。 虚 拟 切 片 是 是指 按 照 实 验 教 学 的 基 本 要 求 进 行 设 计 的 ， 在 计 算 机 系 统 中 采 用 虚 拟 切 片 技 术 实 现 虚 拟实 验 的 操 作 ， 实 验 者 可 以 像 在 真 实 的 环 境 中 一 样 观 察 镜 下 组 织 结 构 3。 同 时 在 课 余 时间 使 用 者 也 可 通 过 互 联 网 的 用 户 浏 览 器 随 时 随 地 完 成 对 远 程 显 微 切 片 任 何 区 域 不 同 放 大倍 率 选 择 的 浏 览 。（ 二 ）
14、虚 拟 显 微 镜 系 统 的 价 值（ 1） 虚 拟 显 微 镜 系 统 产 生 的 数字切片可以替代显微镜，进行切片的教学/诊断等，无需大量重复制作教学玻璃切片，减少切片的管理和分发；同时数字切片保存方便，不再担心切片破碎、丢失、退色等（尤其一些珍贵难得的切片） ； 数字切片内容统一，不再受切片制作质量影响，确保了实验考试的公正性和客观性；建立数字切片库，配合教学内容，动态读片，直观易懂，增加交流功能，大大提高了学生的学习兴趣；切片进行数字化后，可以大大延长保存时间，不仅可以大大减少储存空间，而且不会出现切片破损、褪色等问题。虚拟切片不仅可以满足诊断的需要，而且可以进行图像的标准化分析、统
15、计分析等应用。（ 2） 数 字 切 片 来 源 于 玻 璃 切 片 ， 因 此 ， 仍 具 备 传 统 玻 璃 切 片 的 功 能 ， 包 括 整 张切 片 全 视 野 的 信 息 ， 分 辨 率 高 ， 图 片 清 晰 ， 色 彩 逼 真 。 尤 其 难 能 可 贵 的 是 ， 数 字 切片 的 使 用 不 依 赖 于 显 微 镜 ， 而 是 利 用 相 应 的 图 像 浏 览 软 件 进 行 观 察 ， 用 鼠 标 操 作 可 以选 择 切 片 任 意 位 置 ， 进 行 不 同 倍 率 的 放 大 或 缩 小 ， 模 拟 显 微 镜 观 察 模 式 ， 不 产 生 图像 信 息 失 真
16、2。 图 像 浏 览 软 件 可 以 安 装 在 实 验 室 电 脑 、 学 生 的 个 人 电 脑 或 教 学 网 站 上 。因 此 ， 学 生 在 没 有 显 微 镜 和 玻 璃 切 片 时 也 能 自 由 观 察 切 片 ， 不 受 时 间 和 空 间 的 限 制， 满 足 学 生 个 性 化 学 习 方 式 的 需 求 ， 使 得 学 习 更 加 便 利 有 效 。 教 师 运 用 此 系 统 可 以 进行 集 体 备 课 、 制 作 课 件 以 及 开 展 读 片 会 和 病 例 讨 论 等 ， 学 生 也 可 在 课 下 通 过 登 陆 网 络教 学 平 台 自 主 学 习 ， 充 分 调 动 学 习 自 主 性 。三、虚 拟 显 微 镜 系 统 系 统 的应用（一）形态学实验教学的应用虚拟显微镜系统的开发，将会在以光学显微镜为基本手段的人体解剖学、组织学与胚胎学、病理学、法医学乃至临床诊断学等相关学科领域率先得到应用，且正在不断拓展。由教师创建虚拟切片的数据库，学生可以在任何时候通过互联网上的任一远程终
