CN101609613A - 基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学教学系统 - Google Patents

基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学教学系统 Download PDF

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张海东
杨天潼
孙金阳
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Abstract

一种基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学教学系统，所述系统采用B/S架构，包括客户端、网络、应用服务器、数据库、全景扫描数字切片系统和流媒体制作系统；所述客户端通过网络与所述应用服务器相连；所述客户端安装有客户端工具，包括IE浏览器和Flash播放器；所述数据库包括图谱数据库和流媒体数据库；所述应用服务器响应所述客户端的请求，对所述数据库进行查询，将查询的图谱结果返回给客户端；所述应用服务器做为流媒体服务器，实现流媒体课件的播放；所述全景扫描数字切片系统对组织切片进行扫描，将已扫描的切片生成常规图片格式的显微形态学图谱，存储在所述图谱数据库中；所述流媒体制作系统生成流媒体教学课件。

Description

基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学教学系统
技术领域
本发明涉及一种数字化教学系统，特别涉及一种基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学数字教学系统。
背景技术
目前，显微形态学教学主要有两种途径：①各高校相关教学机构收集、保存人体各系统的组织切片，配备相当数量的显微镜，构建形态学实验室；②利用形态学图谱进行教学。
目前的教学模式存在以下弊端：①无论各类各级院校构建什么规模的形态学实验室，皆需收集人体各系统完整的形态学切片，并配备相当数量的显微镜，重复建设，耗费大量资源；②形态学切片尚不能保证永久保存，会因破损、褪色以及蜡块的消耗等，使大量教学资源缺失；③学生不能随时进行学习；④形态学图谱多为单一照片，质量参差不齐，无法充分展示各种放大倍数下的形态学改变，并及时、准确的更新形态学新进展、新知识，难以保证教学质量。基于上述问题，导致各个院校的典型切片资源，要么因切片数量限制，要么因图谱信息不能互动，使得共享教学资源和有效利用收到极大限制。
最近，全景扫描数字切片系统DotSlide在形态学教学系统得到广泛应用。全景扫描数字切片系统DotSlide可以在所需的倍率下自动对焦扫描整张切片，并进行自动无缝式拼图，制成电子虚拟切片，保存完整且全面性的高清晰度影像，以进行教学等多种应用。使用者可以模拟显微镜操作，利用阅读软件用鼠标即可随意选择不同放大倍率，观察不同倍率下切片的真实图像；并可以通过数据库管理，将电子虚拟切片永久保存在电脑中，且不会褪色、损坏，提高阅片效率，工作方式灵活。
全景扫描数字切片系统DotSlide具有强大的软件功能和模块，例如，具有服务器管理软件NIS(Net Image Servers)，使用者可以安装软件OlyVIA-viewer，然后通过Internet进行远端存取，以虚拟显微镜操作方式，直接在线上进行操作观看教学切片。但是，全景扫描数字切片系统DotSlide只是显微形态学教学的一个辅助工具，并不能针对学生具体的学习内容提供详细的讲解和说明。
发明内容
本发明目的在于，解决现有显微形态学教学中，需要配备一定数量的显微镜和组织切片，造成重复建设，耗费大量资源；并且不能结合组织切片，提供显微形态学完整的教学系统的技术问题。
为达到上述目的，本发明提供一种基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学教学系统，采用B/S架构，包括客户端、网络、应用服务器、数据库、全景扫描数字切片系统和流媒体制作系统；
所述客户端通过网络与所述应用服务器相连；
所述客户端安装有客户端工具，包括IE浏览器和Flash播放器；
所述数据库包括图谱数据库和流媒体数据库；
所述应用服务器响应所述客户端的请求，对所述数据库进行查询，将查询的图谱结果返回给客户端；所述应用服务器做为流媒体服务器，实现流媒体课件的播放；
所述全景扫描数字切片系统对组织切片进行扫描，将已扫描的切片生成常规图片格式的显微形态学图谱，存储在所述图谱数据库中；
所述流媒体制作系统生成流媒体教学课件。
本发明的有益效果在于，教师从各院校收集的切片，经扫描汇总后，储存在同一系统中，能够实现校际之间资源共享，丰富教学资源，节省教学经费；切片经扫描后，储存为数字化信息，可在电脑上进行教学、演示、分析等操作，而原有切片即可归档，从而摆脱了应用显微镜阅片时所面临的切片老化、颜色浅淡等问题，同时避免了切片意外损坏所致资源减少的情况发生；教学或是学生自学时，能够反复浏览光盘中的图像，自主定义感兴趣区域进行随意放大或缩小、参数测量等一系列图像分析操作，增强使用者的操作自主性，提高教学质量或学习效率；学生自学时，脱离传统的显微镜阅片模式，任意时间只要有计算机和配套浏览软件即可进行学习，在学习时间的分配上就有了很大的自由性和灵活度，不再局限于课堂上的短暂时间，有利于学生切实掌握相应知识。
附图说明
图1为全景智能化扫描数字切片技术的形态学系统结构图；
图2为应用服务器模块图；
图3为数据库结构图；
图4为本地教学目录结构图。
附图标记说明：
10-客户端；11-网络；12-应用服务器；121-核心管理模块；1211-本地教学模块；1212-远程教学模块；1213-数据共享模块；1214-在线研讨模块；122-用户权限管理模块；13-数据库；131-图谱数据库；1311-大体形态学图谱库；1312-显微形态学图谱库；132-流媒体数据库；14-全景扫描数字切片系统；15-流媒体制作系统。
具体实施方式
如图1所示为本发明的系统结构图。本发明基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学系统采用B/S架构，包括客户端10、网络11、应用服务器12、数据库13、全景扫描数字切片系统(DotSlide)14和流媒体制作系统15。
客户端10通过网络11与应用服务器12相连。网络11可以是企业内部网(Intranet)，也可以是国际互联网(Internet)或其他类型的通讯网络。
客户端10安装有客户端工具，包括IE浏览器和Flash播放器。客户端10通过登陆应用服务器12进行在线学习。IE浏览器将使用者在网页上提供的信息提交给应用服务器12，并接收应用服务器12反馈的信息。Flash播放器用于播放多媒体课件。
应用服务器12响应客户端10的请求，对数据库13进行查询，将查询的图谱结果返回给客户端10。同时，应用服务器12做为流媒体服务器，实现流媒体课件的播放。
如图2所示，应用服务器12提供核心管理模块121，用于为学生学习提供教学资源，包括教学内容目录、文字资料、组织切片的图片和流媒体课件，并为使用者提供一个上传、下载资源的平台。核心管理模块121包括本地教学模块1211、远程教学模块1212、数据共享模块1213和在线研讨模块1214。
应用服务器12还包括用户权限管理模块122。用户权限管理模块122保存用户ID与当前操作权限的对应关系，并用该用户ID标识拥有该操作权限的用户，详细信息存储在用户表中，如表1所示。其中用户ID为主关键字，其存储变量定义为public型。应用服务器12可以对用户的身份进行管理，如学生用户、教师用户、管理员用户等等，对教学资源的使用进行控制。
管理员用户负责整个系统的正常运行和后期维护，包括数据库维护和用户管理。教师用户负责上传图片、数据、多媒体课件等有价值的资料。学生用户可以进行在线浏览。
客户端10通过IE浏览器访问应用服务器12，应用服务器12进行身份验证。浏览器以表单形式向应用服务器12提交登陆请求。应用服务器12从用户表1中获取该用户的相关信息，检测该用户是否为合法用户。只有合法用户才能进入教学系统。
表1用户表
字段 数据类型
  用户ID   文本
  密码   文本
  权限   文本
数据库13与应用服务器12相连接。数据库13与应用服务器12也可以为同一台设备。如图3所示，数据库13中包括图谱数据库131和流媒体数据库132。图谱数据库131中包括有大体形态学图谱库1311和显微形态学图谱库1312。
本发明基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学系统包括全景扫描数字切片系统14。全景扫描数字切片系统14对各院校收集来的照片、组织切片等资源进行扫描，将已扫描的切片生成常规图片格式的组织切片图片，如：JPG，BMP，JPG2000等。全景扫描数字切片系统14扫描生成不同倍率的显微形态学图片，系统管理员将图片转入图谱数据库131中的显微形态学图谱库1312。
同样，系统管理员将大体形态学图片转入图谱数据库131中的大体形态学图谱库1311。
本发明基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学系统包括流媒体制作系统15。流媒体制作系统15为在计算机上安装视频采集卡、声卡及摄像机，用于制作流媒体教学课件。流媒体教学课件为授课过程的再现，包括：采集授课所用的课件、教师音视频、各种教学事件等，系统管理员使用软件将采集的avi文件制成流媒体格式，转存到流媒体数据库132中存储。
应用服务器12的本地教学模块1211提供本教学系统内容的目录和文字资料，学生通过本地教学模块1211的各级目录从数据库13的图谱数据库131中获取图谱，结合辅助的文字说明，进行本地学习。教学系统内容的目录包括“心血管系统”、“呼吸系统”、“消化系统”、“淋巴造血系统”、“免疫系统”和“泌尿系统”等等。各个目录下链接有每个系统的子目录，以“泌尿系统”为例，各级子目录的层次如图4所示，最底层的目录为“慢性肾盂肾炎图库”中的“大体改变”和“显微形态学改变”。
应用服务器12响应客户端10的请求，从图谱数据库131中查询请求的组织切片的图谱，在客户端10的IE浏览器中显示。
学生通过客户端10点击“大体改变”，应用服务器12从数据库13的大体形态学图谱库1311中获取大体形态学改变的图片。学生通过客户端10点击“显微形态学改变”，应用服务器12从数据库13的显微形态学图谱库1312中获取显微形态学改变的图片。学生可以通过客户端10点击“X2”、“X4”、“X10”，显示相应放大倍率的图谱。
应用服务器12的远程教学模块1142提供远程教学。学生通过远程教学模块1142，选择流媒体课件内容。应用服务器12响应客户端10的请求，从流媒体数据库132中提取多媒体课件的URL地址，并传送给客户端10进行播放。通过客户端10的IE浏览器和Flash播放器对多媒体课件“边下载边播放”，并通过Flash播放器的控制按钮进行“开始”、“暂停”、“停止”、“快进”、“快退”的操作。应用服务器12提供扩展256路并发流，单通道可扩展到12*256＝3072路并发流。
应用服务器12的数据共享模块1213提供图片、数据等有价值的资料上传，教师和学生通过客户端10可以上传图片和数据等资料，系统管理员对上传的资源进行审核，并将审核通过的资源转入数据库13进行存储。
应用服务器12的在线研讨模块1214提供在线研讨、实时讨论等与应用服务器12交互信息的操作。
利用本发明，教师可以结合教学实践和教学经验，针对各院校收集来的照片、切片等资源，从中选取特征性图像进行采集，将所有信息数字化，并且标注、分析、存档，储存于数据库中，因而具有以下优势：①从各院校收集的切片，经扫描汇总后，储存在同一系统中，能够实现校际之间资源共享，丰富教学资源，节省教学经费；②切片经扫描后，储存为数字化信息，可在电脑上进行教学、演示、分析等操作，而原有切片即可归档，从而摆脱了应用显微镜阅片时所面临的切片老化、颜色浅淡等问题，同时避免了切片意外损坏所致资源减少的情况发生；③光盘中的图像信息均附有相关的详细注释(文字、图标、语音)，选中的图像放大或缩小时，标尺同步自动改变，保证信息的详实与正确；④教学或是学生自学时，能够反复浏览光盘中的图像，自主定义感兴趣区域进行随意放大或缩小、参数测量等一系列图像分析操作，增强使用者的操作自主性，提高教学质量或学习效率；⑤学生自学时，脱离传统的显微镜阅片模式，任意时间只要有计算机和配套浏览软件即可进行学习，在学习时间的分配上就有了很大的自由性和灵活度，不再局限于课堂上的短暂时间，有利于学生切实掌握相应知识。
以上对本发明的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1、一种基于全景智能化扫描数字切片技术的形态学教学系统，其特征在于，所述系统采用B/S架构，包括客户端、网络、应用服务器、数据库、全景扫描数字切片系统和流媒体制作系统；
所述客户端通过网络与所述应用服务器相连；
所述客户端安装有客户端工具，包括IE浏览器和Flash播放器；
所述数据库包括图谱数据库和流媒体数据库；
所述应用服务器响应所述客户端的请求，对所述数据库进行查询，将查询的图谱结果返回给客户端；所述应用服务器做为流媒体服务器，实现流媒体课件的播放；
所述全景扫描数字切片系统对组织切片进行扫描，将已扫描的切片生成常规图片格式的显微形态学图谱，存储在所述图谱数据库中；
所述流媒体制作系统生成流媒体教学课件。
2、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应用服务器提供核心管理模块，用于为学生学习提供教学资源，包括教学内容目录、文字资料、组织切片的图片和流媒体课件，并为使用者提供一个上传、下载资源的平台。
3、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应用服务器包括本地教学模块、远程教学模块、数据共享模块和在线研讨模块。
4、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图谱数据库包括大体形态学图谱库和显微形态学图谱库；所述显微形态学图谱库存储不同放大倍率的形态学图谱。
5、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应用服务器包括用户权限管理模块，对用户的身份进行管理和验证。
6、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应用服务器的本地教学模块提供本教学系统内容的目录和文字资料，学生通过本地教学模块的各级目录从数据库的图谱数据库中获取图谱，结合辅助的文字说明，进行本地学习。
7、如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述应用服务器的远程教学模块提供远程教学，学生通过远程教学模块选择流媒体课件内容，应用服务器响应客户端的请求，从流媒体数据库中提取多媒体课件的URL地址，并传送给客户端进行播放。
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