醫(yī)學虛擬仿真試驗具體內容介紹

1、(1)也j吃基礎性虛擬實驗教學軟件包含四個相對獨立的操作實驗：家兔的基本實驗虛擬操作、蟾蛛的基本實驗虛擬操作、大鼠的基本實驗虛擬操作、小鼠的基本實驗虛擬操作。所有內容全部采用人機互動的虛擬仿真操作來完成，同時配合動畫演示，相關儀器設備的使用和操作知識。我們以大小鼠和蟾蛛的基本實驗虛擬操作舉例說明：大、小鼠基本操作綜合實驗介紹了大、小鼠在實驗中經常用到的幾種基本操作，通過虛擬操作的演示和互動，把實驗中的重點、難點表示出來，使學生通過該虛擬實驗，熟悉大小鼠實驗的各項基本操作，掌握實驗的重點。虛擬實驗操作流程及技術點描述：大小鼠的捉持主要采用動畫演示的形式，生動體現(xiàn)了捉持的要點。大小鼠的固定，又分為

2、徒手固定，固定板固定，頭部固定以及固定器固定。學生可以自行選擇固定方式，對大小鼠進行固定。大小鼠的分組與編號；分組演示了如何使用Excel軟件取得隨機數(shù)字后分組。編號著重介紹了背毛單色標記法。常用給藥方法的虛擬操作：灌胃法，皮下注射法，皮內注射法，肌肉注射法，腹腔注射法，靜脈注射法.部分采用透視或同步放大局部讓學生更直觀更系統(tǒng)的學習以上的給藥方式及注意事項。常用麻醉方法的虛擬操作：通過虛擬實驗吸入麻醉和腹腔注射麻醉，讓學生熟悉并掌握常用麻藥的使用及配制方法。大小鼠取血的虛擬操作：分為摘眼球取血法，眼眶后靜脈叢穿刺取血法，心臟取血，腹主動脈采血法。大鼠處死方法的演示，脊椎脫臼法，急性失血法，麻醉

3、致死法，氣體窒息致死法，擊打法。大鼠主要臟器摘?。簩W生可動手摘取虛擬大鼠的主要臟器，可掌握各主要臟器的位置和摘取后的性狀。家兔的基本實驗虛擬操作內容包括：家兔麻醉方法，頸部手術包含頸部皮膚切開、分離皮下筋膜、氣管插管、頸動脈插管、頸外靜脈插管、頸部迷走神經、交感神經、降壓神經分離等內容，家兔腹部手術包含回盲部腸系膜分離術、輸尿管插管術、膀胱插管術等內容，家兔腹股溝手術主要含分離股動脈股、靜脈插管或股神經，以備動脈放血、靜脈輸血輸液、注射藥物等內容。(2)在離體心臟灌流實驗的虛擬實驗軟件中，包含四個基本實驗元素：離體心臟制備操作錄像；8種藥物對蛙心灌流影響的虛擬子實驗；8種未知藥物對蛙心灌流的虛

4、擬實驗；以及每個子實驗完成后的知識點自測。在已知藥物對蟾蛛心臟灌流的虛擬實驗中，為同學提供了心臟灌流的動畫與3D心臟的虛擬環(huán)境，學生親自動手在虛擬空間內使用8種不同的藥物分別加入灌流液中，觀察不同藥物、不同劑量對離體心臟功能的影響，實驗操作過程基本不受時間限制。(3)在坐骨神經-縫匠肌實驗的虛擬實驗軟件中，包含三個基本實驗元素：坐骨神經-縫匠肌制備與實驗操作錄像；五種不同條件下，坐骨神經-縫匠肌虛擬實驗；每個子實驗完成后的知識點自測。在坐骨神經-縫匠肌虛擬實驗中，采用了3D的神經沖動與骨骼肌收縮的機制模式圖，以及實驗機制解釋的3D原理圖構建逼真的虛擬環(huán)境。例如，在終板電位實驗中，學生可以在顯微

5、鏡下親自動手操作玻璃電極進行實驗，不同的子實驗都有詳盡實驗原理解釋和知識點測試題。(4)在多因素對呼吸系統(tǒng)功能的影響的虛擬實驗軟件中，首先是建立了數(shù)字化虛擬3D透明家兔模型，在此基礎之上完成大型、綜合性呼吸功能虛擬實驗。其包含三個基本實驗元素：家兔呼吸功能實驗操作過程錄像；虛擬實驗中含有9個不同的子實驗，如氣道延長、氣道狹窄、吸入氮氣、吸入CO、代謝性酸中毒(含糾正酸中毒)、氣胸(開放性與張力性)、肺水月中等，以及每個子實驗完成后的知識點自測。學生在實驗操作中，可觀察到透明兔的呼吸(肺泡)運動變化、呼吸與血壓曲線變化、血氣與電解質變化，以及呼吸的聲音變化。(5)在微循環(huán)灌流與血液動力學實驗的虛

6、擬實驗軟件中，建立了數(shù)字化虛擬3D微循環(huán)血液灌流模型，并配合虛擬3D透明兔模型組建大型、綜合性血循環(huán)虛擬實驗。在此虛擬教學軟件中包含三個基本實驗元素：微循環(huán)灌流與血液動力學實驗操作錄像；虛擬實驗中含有5個不同類型的子實驗，如失血10%失血30%失血50%過敏性休克、心源性休克，每個子實驗完成后的知識點自測。在實驗操作中，學生可以自主設計治療方案，如失血導致休克時，源于同學選擇藥物、時間節(jié)點不同，虛擬實驗結果也不盡相同，此時虛擬動物的呼吸運動變化、腹腔內臟血管變化、呼吸與血壓變化、微循環(huán)與微血流變化，血液pH、NS、K+、HCO、CO都會發(fā)生不同的改變。(6)行為藥理學實驗的虛擬實驗教學軟件是以

7、抗老年癡呆藥物石杉堿甲的藥效學研究-Morris水迷宮實驗為主線，涵蓋三個基本實驗元素：水迷宮實驗的基本原理與操作錄像；老年癡呆動物模型的制作與虛擬實驗具體操作；以及抗老年癡呆相關領域的研究進展和知識點自測。虛擬操作部分包括石杉堿甲對三種老年癡呆模型(東直若連續(xù)注射、鵝蒿蕈氨酸基底前腦注射及雙側穹窿傘切斷)的藥效學研究，通過虛擬操作，可產生大量實驗數(shù)據(jù)，學生上機操作得到的結果非單一結果，而是隨機化，不同同學不同情況的操作，產生的實驗數(shù)據(jù)也不同，同時也可對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，這充分體現(xiàn)了藥理學實驗的特點。該軟件可使操作者在短時間內掌握抗老年癡呆藥物藥效學研究的基本方法并獲得大量的相關知識信息。

8、(7)在影響尿液的生成實驗的虛擬實驗教學軟件中，含有三個基本實驗元素：影響尿液的生成實驗操作錄像；虛擬實驗中含有7個不同類型的子實驗，如輸入溶液、輸入20%»萄糖、注射利尿藥、注射去甲腎上腺素、刺激迷走神經、失血和尿路機械性梗阻，每個子實驗完成后的知識點自測。(8)在腸道平滑肌受體動力學實驗的虛擬實驗教學軟件中，含有三個基本實驗元素：腸道平滑肌受體動力學實驗操作錄像；虛擬實驗中含有2個不同類型的子實驗：如神經體液因素對消化道平滑肌收縮與慢波的影響、ICC起搏電位或電流的觀察，實驗完成后的知識點自測。（9）醫(yī)學行為藥理學一抗抑郁藥的藥效學評價實驗包括以下內容：強迫游泳實驗：當實驗動物放

9、進一個有限的空間使之游泳，動物在該環(huán)境中拼命掙扎試圖逃跑又無法逃脫，一段時間后，就變形成漂浮不動狀態(tài)，僅露出鼻孔保持呼吸，四肢偶爾劃動以保持身體不至于沉下去，這種狀態(tài)叫做“不動狀態(tài)”，一種“行為絕望”行為，這種行為絕望模型與抑郁癥類似，而且對絕大多數(shù)抗抑郁藥物敏感，其藥效與臨床藥效顯著相關，被廣泛用于抗抑郁藥物的初選。小鼠懸尾實驗：小鼠在懸尾狀態(tài)下很快會出現(xiàn)絕望行為，表現(xiàn)為不再掙扎，呈現(xiàn)特有的安靜不動狀態(tài)，抗抑郁藥和中樞興奮藥可以明顯縮短不動狀態(tài)的持續(xù)時間。絕大多數(shù)抗抑郁藥物既能縮短不動狀態(tài)，又能減少或不影響小鼠的自主活動。大鼠學習無助：當動物置于一種不可逃避的厭惡刺激環(huán)境（如足電休克）時,會

10、產生一種絕望行為，表現(xiàn)為對刺激不再逃避，并干擾了以后的適應性反應。此時動物腦內兒茶酚胺水平降低，被公認為是一種抑郁狀態(tài)，抗抑郁藥可以對抗這種狀態(tài)。虛擬實驗操作流程及技術點描述：該實驗需要把實驗對象（大/小鼠）進行分組（陽性對照組，用藥組、空白對照組）訓練，按照實驗受試藥物進行用藥造模，然后，把每組的老鼠分別放入相應的實驗裝置進行單項實驗（強迫游泳/靜止懸尾/學習無助），然后根據(jù)老鼠的運動軌跡和運動狀態(tài)（靜止/運動，但是學習無助實驗是統(tǒng)計逃逸成功的次數(shù)和質量），來統(tǒng)計各組老鼠實驗數(shù)據(jù)上的規(guī)律，從而通過多次大量的實驗后，來評價受試藥物抗抑郁的實效性。虛擬實驗可以讓實驗者隨時停止實驗或查資料，也可以

11、把數(shù)據(jù)進行歸納統(tǒng)計好另外儲存用作分析。整個虛擬實驗開發(fā)的難點是對虛擬實驗對象（大/小鼠）的動作形態(tài)上要保持真實性和科學性。要實現(xiàn)這個功能必須根據(jù)大量的真實實驗數(shù)據(jù)，從而分析出實驗對象不同組別的運動規(guī)律，然后利用Flash中as3編程語言工具進行建立模型，此數(shù)據(jù)模型主要從3個參數(shù)指標來表現(xiàn)區(qū)別不同組別的運動規(guī)律：實驗對象隨機運動軌跡區(qū)域分布，隨機運動狀態(tài)時間分布和隨機運動生物動作科學真實性(水平運動和垂直運動)。比如一只空白組大鼠進行穿梭箱實驗，在未放電情況下，它的運動軌跡應該以箱底邊緣為主，觸壁身體上探次數(shù)在3-5次，當放電之后，逃逸成功26-30次。我們以它的參數(shù)為標準模型，然后根據(jù)用藥的不

12、同，適當?shù)恼{整這個參數(shù)，這樣系統(tǒng)就可以隨機產生相應的數(shù)據(jù)值。(10)心血管活動調節(jié)綜合實驗利用虛擬動物實驗，模擬哺乳動物動脈血壓的直接測量方法的全過程，以動脈血壓為指標，觀察某些因素對家兔心血管活動包括血壓和心率的影響。虛擬實驗操作流程及技術點描述：主要有以下內容：夾閉右頸動脈刺激右側降壓神經刺激右側迷走神經藥物作用虛擬實驗難點，我們將實驗家兔透明3d化，使學生在操作的同時可以直觀的看到血管神經和跳動的心臟。學生通過選擇相應工具，對家兔進行以上各種不同的刺激作用，同時血壓曲線和心力環(huán)及3d家兔發(fā)生相應的變化。(11)中樞神經系統(tǒng)綜合實驗內容：實驗一反射弧的分析；實驗二脊髓半離斷動物的觀察；實驗

13、三去小腦動物的觀察；實驗四大腦皮層運動功能定位與去大腦僵直；實驗五豚鼠大腦皮層軀體感覺誘發(fā)電位；實驗六自發(fā)腦電波及致癇時腦電波的分析。虛擬實驗操作流程及技術點描述：在中樞神經系統(tǒng)的參與下，機體對各種刺激發(fā)生的反應過程稱為反射。反射弧是反射發(fā)生的結構基礎。反射弧包括感受器、傳入神經、反射中樞、傳出神經和效應器五部分。反射弧完整是引發(fā)反射的必要條件，一旦其中任何一個環(huán)節(jié)的解剖結構和生理完整性受到破壞，反射活動就無法實現(xiàn)。硫酸對皮膚的傷害性刺激可以引起受刺激肢體的反射性屈曲，本實驗以此屈曲反射來分析反射弧的組成，通過利用不同濃度的硫酸（-2%）在正常狀態(tài)下直接刺激實驗對象（青蛙）的身體部位（腹部皮膚

14、和下肢趾尖），通過實驗對象的刺激反應（曲腿反射）來觀察神經反射效果，然后再通過利用硫酸對剪斷右側坐骨神經后做同樣的刺激實驗，從而得出反射弧的完整性與反射活動的關系。本虛擬實驗開發(fā)的難點是對虛擬實驗對象身體不同的刺激部位做出不同的動作反應，并且隨著刺激時間的長短而反應也不同。開發(fā)的思路是主要根據(jù)大量真實實驗的錄像，分析記錄實驗對象的動作特點，并給與對象相應的動作庫，讓實驗對象根據(jù)實驗操作者的操作而做出適當?shù)膭幼鞣磻?。?2）醫(yī)學化學基礎操作類綜合實驗包括以下內容：常壓蒸儲實驗操作；酸堿滴定實驗操作；有機物熔點沸點的測定實驗操作；重結晶的實驗操作；色譜分析的實驗操作；用PH計測定醋酸的電離常數(shù)的實

15、驗操作；分光光度法測定Fe3+的含量的實驗操作。虛擬實驗操作流程及技術點描述：將醫(yī)學化學常用的基礎操作實驗虛擬化，學生通觀看實驗演示部分，學習實驗流程了解實驗中的注意事項后，再到虛擬實驗中進行考核，學生自己使用虛擬實驗器材后，產生自動計算的實驗數(shù)據(jù)，并相應實現(xiàn)對實驗的虛擬操作，系統(tǒng)通過對學生的實驗情況進行評分，以方便教師掌握學生的學習情況。（13）細菌的形態(tài)學綜合實驗包括以下內容：革蘭染色法；抗酸染色法；負染色法；鍍銀染色法；姬姆薩染色法；鞭毛染色法；芽抱染色法；莢膜染色法；Albert染色法；懸滴法和壓滴法；光學顯微鏡的使用；暗視野顯微鏡的使用虛擬實驗操作流程及技術點描述：本虛擬實驗將細菌的

16、形態(tài)學虛擬化，使學生在動手操作的過程中，同步觀察到細菌的具體動態(tài)，將“看不見”變?yōu)殡S時可以看見，而不是以往的要實驗結束了才能到顯微鏡下看一眼，生動的對比了各個實驗對不同細菌的優(yōu)劣。使學生們對細菌有了生動具體的認識，加深了學生學習的興趣，取得了更好的教學效果。(14)醫(yī)學寄生蟲學綜合實驗包括以下內容：生理鹽水直接涂片法；飽和鹽水漂浮法；糞便沉淀孵化法；厚涂片透明法；肛周檢查蟲卵；血液檢查；骨髓穿刺；皮內試驗；環(huán)卵沉淀試驗；旋毛蟲動物模型；日本血吸蟲動物模型；鼠瘧原蟲動物模型；剛地弓形蟲動物模型。虛擬實驗操作流程及技術點描述：虛擬醫(yī)學寄生蟲學實驗采用了視頻，動畫演示和交互游戲多種方式。使學生可以從

17、直觀，微觀，親自操作多個角度體驗虛擬實驗，將一些學生難以參與的實驗如“骨髓穿刺”這種臨床上難以展開的實驗，我們采用了虛擬實驗可以讓學生反復操作，掌握實驗要點重點。虛擬動物實驗正順應了國際動物保護組織的呼聲，而且更加生動。(15)醫(yī)學細胞培養(yǎng)綜合實驗包括以下內容：細胞培養(yǎng)是從生物體內取出細胞或組織，在體外模擬體內生理環(huán)境，在無菌、適當溫度和一定營養(yǎng)條件下進行孵育培養(yǎng)，使之生存和生長，并維持其結構和功能的一種培養(yǎng)技術。采用虛擬實驗主要模擬內容為：細胞培養(yǎng)所需的較大型儀器設備的使用；實驗的準備工作；細胞的換液；細胞的傳代；細胞的計數(shù)；細胞的接種；細胞的凍存和復蘇。虛擬實驗操作流程及技術點描述：本實驗

18、是重在對細胞的培養(yǎng)(換液、傳代、儲存和復蘇）等常用實驗室操作的技能培養(yǎng)，本虛擬實驗主要是建立了一個仿真實驗室場景，把實驗用到的設備、工具和藥品都放到實驗的虛擬場景中去，虛擬實驗的操作者可以根據(jù)本實驗的具體流程，把“細胞的換液”、“細胞的傳代”、“細胞的凍存和復蘇”、“細胞的轉染”等實驗流程全部操作一遍。所用到的設備參數(shù)和實驗數(shù)據(jù)都可以通過虛擬實驗室的場景對設備和工具進行模擬輸入設定。本實驗的主要難點是針對操作失誤會導致錯誤的結果，本實驗總結了大量的真實實驗，通過統(tǒng)計和篩選設置了實驗中容易出現(xiàn)的12個錯誤方向，并對錯誤值進行兩個等級的設定，一旦實驗操作者進入錯誤區(qū)域，就標志著本次實驗的失敗。實驗

19、中顯微鏡和其他儀器設備所看到的都是真實的實驗圖片。（16）標準化病人PBL教學實驗一心衰類疾病與水月中根據(jù)臨床對標準化病人的需要，結合PBL的教學理念和模式，配合病理生理學的教學內容，開發(fā)模擬PBL的教學軟件，來模擬心力衰竭患者就診、體檢、實驗室輔助檢測、診斷和案例分析與討論（含文獻檢索、文獻閱讀、發(fā)病機制的演示等）全過程的PBL教學模式。虛擬實驗操作流程及技術點描述：本PBL主要通過患者唐某，因為感冒發(fā)燒到醫(yī)院來就診，虛擬醫(yī)生（就是虛擬實驗操作者）根據(jù)患者的病理特點，決定進行選擇初步體檢和判定，然后根據(jù)結果再選擇實驗室檢查，然后根據(jù)實驗室的各項指標數(shù)據(jù)進行判定發(fā)病原因和就診方法。本PBL設定

20、四個學員為一組，共同討論共同決策，其中提交的數(shù)據(jù)以組長為準，PBL虛擬實驗可以隨時停止給學員以查資料討論的時間，同時系統(tǒng)支持學員間的在線即時交流。本實驗的難點是對急性心力衰竭的發(fā)病原因要進行充分透徹的解釋，就必須借助虛擬心臟的三維動畫，一個標準的心臟內外部件都完整的模型在國內都還沒有出現(xiàn)，必須在臨床心臟專家指導下進行從頭開始，還要進行虛擬動畫制作，難度很高，工作量也很大。另外一個難點是是對討論組出現(xiàn)判斷錯誤的設定和引導。對于病例的會診，經常會讓學員組進入到一個其他類似病例的誤區(qū)，本PBL在臨床醫(yī)學專家的資料和建議下，設置了4個容易誤判的病例，并設置了3個等級的錯誤階段，當學員組進入到誤判病例3級分析時，即宣告本次課題學習失敗。（17）標準化病人PBL教學實驗一細胞增殖分化凋亡異常與疾病根據(jù)臨床對標準化病人的需要，結合PBL的教學理念和模式，配合病理生理學的教學內容，開發(fā)模擬PBL的教學軟件，來模擬白血病患者就診、體檢、實驗室輔助檢測、診斷和案例分析與討論（含文獻檢索、文獻閱讀、發(fā)病機制的演