Преодоление технологического разрыва в эпоху COVID-19: использование виртуального охвата для ознакомления учащихся средних и старших классов с технологиями визуализации

Резюме

В этой статье представлен обзор того, как синхронный виртуальный веб-охват может быть использован для ознакомления учащихся 6-12 классов с передовыми технологиями визуализации, такими как ультразвук, компьютерная томография и электроэнцефалография. В статье обсуждаются методы и оборудование, необходимые для прямой трансляции интегрированных образовательных сессий для эффективного вовлечения студентов в STEM.

Аннотация

Увеличение разнообразия учащихся, выбирающих профессию в области науки, техники, инженерии и математики (STEM), является областью интенсивного внимания по всей США, особенно в детских садах до 12-го класса (K-12), ориентированных на трубопроводные программы в медицинских школах. Разнообразная рабочая сила STEM способствует лучшему решению проблем и справедливости в здравоохранении. Двумя из многих основных препятствий для сельских студентов являются отсутствие достаточных образцов для подражания STEM и ограниченный доступ к технологиям в классе. Медицинские школы часто служат важным ресурсом для студентов в местном сообществе, которые могут легко получить доступ к профессионалам STEM и современным технологиям через кампус, спонсируемые мероприятия и STEM в местных классах. Тем не менее, недопредставленные учащиеся из числа меньшинств (URM) часто живут в социально-экономически неблагополучных частях сельских штатов, таких как Арканзас, где доступ к ролевым моделям и технологиям STEM ограничен. Виртуальное обучение в эпоху COVID-19 доказало, что ресурсы технологии визуализации медицинской школы могут быть использованы для охвата более широкой аудитории, особенно студентов, живущих в сельских районах, удаленных от кампуса медицинской школы.

Введение

Спонсируемые медицинскими школами программы K-12 для STEM существуют, потому что низкая представленность недопредставленных меньшинств (URM) в медицинской профессии отражает отсутствие разнообразия в других областях STEM. Отсутствие разнообразия среди исследователей и специалистов в области здравоохранения может способствовать неравенству в отношении здоровья. Многие медицинские работники не похожи на пациентов, которых они обслуживают, что может привести к тому, что пациенты будут чувствовать себя исключенными¹. На национальном уровне URM представляют 37% населения США², но составляют только 7%-10% факультетов профессиональных школ ^3,4,5. Потребность в разнообразных, культурно компетентных кадрах здравоохранения имеет первостепенное значение для выявления, устранения и, в конечном итоге, сокращения неравенства в отношении здоровья. Разнообразие в медицинских профессиях может решить проблему неравенства в области здравоохранения посредством исследований, посвященных заболеваниям, оказывающим непропорциональное воздействие на расовые и этнические меньшинства, и путем содействия увеличению числа врачей, желающих работать в обычно недостаточно обслуживаемых общинах⁶.

Существует ряд факторов, которые мешают студентам URM поступить и успешно завершить степени STEM. Эти барьеры включают в себя небольшой пул абитуриентов из-за снижения показателей окончания средней школы⁷, значительно более низкие показатели завершения специальностей STEM в колледже и получения продвинутых магистерских или докторских степеней⁸, меньшую настойчивость в школе ^9,10 и более низкие общие показатели окончания¹¹, снижение воздействия учебных программ высокого уровня и менее квалифицированных учителей в своих общинах¹² и даже различия в предпочтительных стилях обучения в школе (например, URM предпочитают небольшие групповые практические занятия по сравнению с лекциями)^13,14. Хорошо известно, что ранние образовательные встречи чрезвычайно важны для формирования долгосрочного образовательного опыта студентов URM, которые, как правило, происходят из образовательной среды, которая не поддерживает и даже безразлична к учащимся из числа меньшинств. Большинство URM не имеют образца для подражания STEM в своей расширенной семье или даже в местном сообществе. Недавние исследования показали, что раннее знакомство с информационно-пропагандистскими программами STEM положительно связано с установлением идентичности STEM и, по-видимому, стимулирует интерес студентов к STEM 15,16,17,18.

Будучи единственным аллопатическим академическим медицинским центром в сельском штате Арканзас, который имеет один из самых высоких показателей бедности в США¹⁹, университет автора и его Отдел разнообразия, справедливости и интеграции на протяжении многих лет создали надежный трубопровод K-12 для поддержки набора URM в свои программы. Было показано, что наставничество студентов в раннем возрасте является эффективной стратегией в усилиях по набору, удержанию и выпуску. Трубопроводные программы в школах бакалавриата по всей стране показали некоторые успехи в этом отношении (например, увеличение числа URM, подающих заявки в медицинские школы⁶). Трубопроводные программы, ориентированные на учащихся средних и старших классов, также показали некоторые ранние признаки успеха 20,21,22. Усилия по раннему вмешательству для стимулирования интереса студентов к STEM могут привести к разнообразию студентов, заинтересованных в областях и карьерах, связанных со STEM, что может привести к увеличению числа и разнообразия старшеклассников, которые поступают в колледж, выбирают специальность STEM и получают степень магистра в области биомедицинских наук и / или степень медицинской профессии.

COVID-19 вызвал множество сбоев в образовании K-12, включая ограничения на доступ к медицинским учреждениям для учащихся средних и старших классов и прерывание личных выездов в местные школы. Пандемия вынудила многих провайдеров STEM переосмыслить себя от парадигмального дизайна, основанного на небольших группах, практических, целенаправленных подходах, к тому, который включает в себя виртуальный охват 23,24,25. Проблемы, которые сопровождали это изменение, включали потерю личного взаимодействия, потерю практического взаимодействия с технологиями, отсутствие у студентов возможности лично посетить кампус медицинской школы и его объекты, а также усталость от онлайн-платформ обучения²⁶. Эти проблемы могут быть частично компенсированы возможностями обеспечения виртуального охвата, которые включают в себя возможность расширить участие и преодолеть технологический разрыв путем предоставления учащимся по всему штату сложных технологий визуализации, недоступных в их классах.

Медицинские школы являются важным ресурсом для передовых технологий визуализации и других коммерчески доступных образовательных технологий, которые выходят за рамки обычного бюджета классов средней и старшей школы. Ультразвук является отличным методом визуализации для учащихся средних и старших классов, поскольку он позволяет заглядывать внутрь человеческого тела в режиме реального времени. Это может быть очень интересно для студентов, даже если презентация виртуальная. В США национальные научные стандарты включают изучение свойств волн в²⁶ классах естественных наук средней и старшей школы. Демонстрация ультразвука и его использование в медицинской визуализации - отличный способ связать аутрич-сессию с уроками в классе. Ничто не может привлечь внимание студентов больше, чем живое сканирование тела человека, особенно того, что движется - сердце, сокращение мышцы или перистальтика желудочно-кишечного тракта. Доступ к технологиям рентгеновской и компьютерной томографии (КТ) для информационно-пропагандистских мероприятий STEM невозможен из-за высокой стоимости оборудования, напряженных графиков клинического использования и проблем безопасности.

К счастью, существуют различные таблицы визуализации анатомии, которые становятся широко доступными в качестве ресурса в кампусах медицинских школ²⁸. Эти таблицы содержат базы данных изображений КТ, полученных от реальных пациентов, которые могут быть показаны студентам, в том числе с возможностью 3D-реконструкции. Учащиеся средних и старших классов также будут знакомы с электромагнитным спектром (например, рентгеновскими лучами, светом, инфракрасным), который включен в национальные научные стандарты, поэтому использование этого типа технологии визуализации снова довольно хорошо связано с тем, что они изучают в классе. Доступ к оборудованию для электроэнцефалографии (ЭЭГ) медицинского качества для использования в виртуальных информационно-пропагандистских мероприятиях STEM затруднен даже в условиях медицинской школы и потребует квалифицированного персонала для подготовки субъекта к записи ЭЭГ. Относительно недорогие, коммерчески доступные гарнитуры могут быть недоступны для отдельных классов средней или старшей школы, но, безусловно, находятся в рамках бюджета медицинской школы STEM. Эти коммерчески доступные беспроводные гарнитуры требуют минимального времени для настройки и предложения программных пакетов, которые позволяют визуально визуализировать активность ЭЭГ в мозге, что идеально подходит для целевой аудитории средней и старшей школы, которая не знакома с этой модальностью визуализации активности мозга.

Для проведения эффективных виртуальных информационно-пропагандистских сессий STEM требуется нечто большее, чем портативный компьютер, камера и веб-видеоплатформа. Базовый настольный или портативный компьютер должен быть дополнен множеством другого оборудования, чтобы улучшить опыт и обеспечить высококачественную, профессионально выглядящую трансляцию. В этой статье описывается интегрированный подход с тремя станциями, который использовался для обеспечения синхронной, веб-ориентированной, виртуальной информационно-пропагандистской деятельности, которая включает в себя расширенную визуализацию, такую как ультразвуковая и компьютерная томография, а также визуализацию локализации активности ЭЭГ в головном мозге.

протокол

Это исследование было одобрено институциональным наблюдательным советом как относящееся к категории «освобожденного» статуса, и, как таковое, данные оценки программы, собранные у студентов и преподавателей, не требовали согласия. Записи ультразвука и электроэнцефалограммы, описанные ниже, были проведены на стандартизированных пациентах (СП) с полным пониманием того, что это было частью образовательного информационно-пропагандистского мероприятия.

1. Позиционирование и подключение оборудования

1. Трансляция ноутбука
   1. Расположите портативный компьютер (рисунок 1A, толстая красная стрелка). на центральном столе, служащем центральной станцией вещательной студии. Подключите зарядное устройство ноутбука к сетевому фильтру, чтобы ноутбук был полностью заряжен на весь информационно-пропагандистский процесс.
   2. Подключите кабель универсальной последовательной шины (USB) высококачественного микрофонного конденсаторного микрофона к USB-порту ноутбука или при необходимости используйте многопортовый USB-удлинитель.
2. Видеомикшер для выбора видеовхода и возможности «картинка в картинке» (PIP)
   1. Подключите кабель питания видеомикшера (рисунок 1A, толстая зеленая стрелка) к сетевому фильтру и подключите другой конец кабеля питания к разъему «питания» на видеомикшере.
   2. Подключите USB-кабель к порту «USB out» видеомикшера, а другой конец подключите к USB-порту широковещательного ноутбука.
      ПРИМЕЧАНИЕ: USB из видеомикшера по существу действует как веб-камера и должен быть распознан как таковой веб-платформами видео.
   3. Подключите кабель Ethernet, поставляемый видеомикшером, к порту Ethernet видеомикшера. Подключите другой конец кабеля к адаптеру USB3.0 to Gigabit Ethernet, а затем подключите USB-конец адаптера к другому USB-порту широковещательного ноутбука или при необходимости используйте многопортовый USB-удлинитель.
   4. Загрузите программное обеспечение видеомикшера на выделенный широковещательный ноутбук, используя ссылку, предоставленную компанией.
3. Штативы и верхняя установка для монтажа видеокамер
   1. Расположите верхнюю модульную студийную установку над анатомической станцией образцов с большим столом, расположенным внизу (рисунок 1B). Прикрепите и центрируйте регулируемое крепление камеры к верхней установке (рисунок 1B, красная стрелка) так, чтобы она располагалась по центру над анатомической станцией образцов. Установите высококачественную видеокамеру, оснащенную пультом дистанционного управления, на крепление камеры (рисунок 1B, синяя звездочка). Подключите кабель питания камеры к порту питания камеры.
   2. Стратегически располагайте прочные, регулируемые штативы в зоне вещания (рисунок 1A и рисунок 1C,D, синие стрелки). Разместите одну основную камеру для широкоугольного обзора на каждой станции. Разместите любые дополнительные камеры для просмотра крупным планом на различных станциях (например, ультразвуковая станция, чтобы показать размещение зонда на стандартизированном пациенте [SP]).
   3. Установите высококачественную видеокамеру на каждый штатив (рисунок 1A и рисунок 1C,D, синие звездочки). Подключите компактный адаптер питания к соседней розетке, а другой конец — к порту зарядки камеры. Прикрепите бленду объектива, чтобы блокировать рассеянный свет от потолочных светильников.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя большинство видеокамер поставляются с аккумуляторными батареями, разумнее использовать кабели питания, чтобы камера неожиданно не теряла питание во время трансляции. Возможность дистанционного управления верхней камерой позволяет легко регулировать функцию масштабирования без необходимости блокировать вид вставки видеопотока в реальном времени, стоя перед анатомической станцией образцов. Докладчик или другой сотрудник может настраиваться на расстоянии.
   4. Подключите кабель mini HDMI к порту mini HDMI на каждой камере. Подключите один конец удлиненного кабеля HDMI (например, длиной 15 футов) к кабелю mini HDMI. Расположите кабели HDMI так, чтобы они направлялись к видеомикшеру.
   5. Расположите кабели HDMI в комнате, чтобы обеспечить легкое перемещение, и заклейте их на пол, чтобы предотвратить спотыкание. Оберните КАБЕЛИ HDMI и питания, прикрепленные к камере, установленной на верхней установке вокруг конструкции установки, чтобы они не находились в поле зрения камеры основной станции и не падали во время трансляции.
4. Многопортовый HDMI-коммутатор
   1. Подключите видеокамеры, выбранные для обеспечения передачи видео для небольшой вставки в режиме PIP, к многопортовому HDMI-коммутатору, оснащенному пультом дистанционного управления (рисунок 1A, тонкая зеленая стрелка).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Многопортовый HDMI-микшер будет необходим, если количество устройств ввода HDMI превышает максимум четыре порта HDMI, доступных на видеомикшере.
   2. Подключите выходной HDMI многопортового hdmi-коммутатора к одному из четырех основных входов HDMI на видеомикшере.
5. Дополнительный портативный компьютер для слайд-презентаций и служащий беспроводным интерфейсом к ноутбуку ЭЭГ
   1. Подключите дополнительный портативный компьютер (рисунок 1A и рисунок 1C, тонкая красная стрелка) к его зарядному устройству и подключите его к сетевому фильтру.
   2. Подключите один конец кабеля HDMI к порту HDMI на ноутбуке, а другой конец к одному из входов HDMI на видеомикшере.
   3. Зарядите беспроводной пульт дистанционного управления и подключите USB-приемник к одному из USB-портов дополнительного портативного компьютера.
   4. Предварительно загрузите все слайд-презентации на настольный компьютер презентационного ноутбука.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Использование настраиваемых «приветственных слайдов» персонализирует виртуальную презентацию.
6. Широковещательные мониторы
   1. Стратегически расположите портативные компьютеры на стуле/стуле рядом с каждой станцией, которая будет использоваться в качестве широковещательных мониторов (рисунок 1A-C, желтые стрелки). Подключите зарядное устройство ноутбука к сетевому фильтру.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Эти мониторы необходимы для того, чтобы ведущий мог наблюдать за трансляцией так же, как и любой участник. Эта возможность особенно важна на анатомической станции образцов, чтобы иметь возможность регулировать положение образцов на экране.
   2. Активируйте беспроводное подключение ноутбука к Интернету, чтобы он был готов к использованию.
7. Настройка станции ультразвукового сканирования
   1. Поместите клиническое ультразвуковое портативное устройство и тележку для ноутбука в центральную область выделенной ультразвуковой станции (рисунок 1A, фиолетовая стрелка). Подключите шнур питания ультразвукового устройства к сетевому фильтру.
   2. Подключите кабель HDMI к порту HDMI ультразвукового портативного компьютера, а другой конец — к входу HDMI устройства преобразователя сигналов. Подключите один конец кабеля HDMI к выходу HDMI конвертера, а другой конец — к видеомикшеру или HDMI-микшеру.
   3. Установите встроенные переключатели конвертера, чтобы перенастроить выход HDMI ультразвукового ноутбука в соответствии с требованиями к входу HDMI видеомикшера. В этом случае параметры были 1,2,3,4,5,7 = Вкл.; 6,8 = Выкл.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Настройки конвертера для определенных марок ультразвуковых портативных систем могут быть определены методом проб и ошибок.
   4. Если электрокардиографический (ЭКГ) пакет является доступным вариантом для ультразвукового ноутбука (например, трехвыводный USB-ЭКГ), подключите USB-конец к ультразвуковому ноутбуку. Поместите три электрода ЭКГ рядом с устройством, готовым к применению к СП.
   5. Стратегически расположите носилки пациента или переносной массажный стол так, чтобы он лежал под углом к основному виду камеры, предназначенной для ультразвуковой (УЗИ) станции (рисунок 1А). Положите на стол покрывало кровати и расположите подушку пациента с наволочкой в конце, ближайшем к тележке США. Поместите флакон ультразвукового геля и бумажные полотенца в пределах досягаемости руки, чтобы их можно было использовать для удобного протирания геля с SP.
8. 3D анатомия визуализация настольная настройка станции
   1. Подключите кабель питания стола визуализации анатомии к сетевому фильтру и включите стол. Подключите кабель Ethernet компьютера для визуализации анатомии к настенному активному разъему Ethernet или запишите стол в беспроводной Интернет.
   2. Подключите один конец сверхдлинного кабеля HDMI (например, 15 футов) к таблице визуализации анатомии, а другой конец к одному из портов HDMI видеомикшера или HDMI-микшера.
   3. Войдите в таблицу визуализации анатомии, используя учетные данные, предоставленные компанией. Предварительно загрузите один из соответствующих случаев КТ для запланированного сеанса (например, случай шунтирования сердца) и расположите его справа от центра, чтобы он не блокировался вставкой PIP.
9. Установка электроэнцефалографической станции
   1. Подключите кабель зарядного устройства, поставляемый с беспроводными гарнитурами EEG, к гарнитуре, а другой конец подключите к USB-порту компьютера, чтобы полностью зарядить гарнитуру. Подключите беспроводной адаптер Bluetooth к USB-порту компьютера или используйте USB-адаптер для ноутбука.
   2. Как только гарнитура будет полностью заряжена, вставьте пенопластовые колпачки в каждый из 14 выводов на гарнитуре ЭЭГ и нанесите несколько капель солевых растворов глазных капель на каждый провод. Поместите гарнитуру на головку SP и отрегулируйте положение выводов в соответствии с инструкциями гарнитуры. Включите гарнитуру с помощью кнопки на гарнитуре.
   3. Включите компьютер, выделенный на ЭЭГ, и активируйте программное обеспечение беспроводной ЭЭГ-гарнитуры. Выберите доступное устройство гарнитуры, нажмите кнопку «Подключить» и следуйте инструкциям в программном обеспечении, пока на изображении гарнитуры не появятся зеленые индикаторы, указывающие на правильный контакт всех 14 выводов. Нажмите на ссылку программного обеспечения беспроводной гарнитуры в левом верхнем углу окна, чтобы переключить экраны на живые записи ЭЭГ. При необходимости настройте параметры.
   4. Активируйте программное обеспечение для визуализации мозга ЭЭГ. Выберите ту же доступную гарнитуру и нажмите кнопку Подключить. Нажмите на иконку , расположенную в нижней рамке окна и выберите над головой стационарный вид мозга.
   5. Уменьшите размер окна визуализации мозга и ЭЭГ программного обеспечения, чтобы каждое занимало половину рабочего стола на экране ноутбука.
   6. Включите общий доступ к экрану для выделенного ноутбука EEG (например, системные настройки | Совместное использование | Функция демонстрации экрана включена [с выбранными всеми пользователями]).
   7. Подключите ноутбуки, выделенные на ЭЭГ, и ноутбуки со слайдами к одной беспроводной сети. На ноутбуке, предназначенном для слайдов, установите и активируйте программное обеспечение для просмотра удаленного рабочего стола, щелкнув соответствующий значок на рабочем столе. Подключитесь к ноутбуку, выделенному на ЭЭГ, введя его имя или IP-адрес в поле «Удаленный хост», а затем нажмите « Подключиться». Войдите в систему на ноутбуке, предназначенном для ЭЭГ, с помощью общего экрана, который отображается на ноутбуке со слайдами.

2. Тестирование настроек трансляции веб-платформы видео, видеооборудования и программных подключений

1. Трансляция ноутбука
   1. Откройте программу веб-платформы видеоплатформы на транслируемом ноутбуке и начните новый сеанс собрания .
   2. Нажмите на стрелку справа от значка Отключения звука в левом нижнем углу границы экрана программы видеоплатформы. В списке Выбор микрофона выберите дополнительный микрофон. Нажмите кнопку выбора тестового динамика и микрофона , чтобы проверить уровень звука и звука.
   3. Нажмите на стрелку справа от значка Stop Video в нижней части границы экрана программы видеоплатформы. В списке Выберите камеру выберите источник видео с разрешением 1920 x 1080_60.00 кадров в секунду.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Вход видеомикшера на ноутбук будет отображаться в виде двух отдельных списков (один со скоростью 60 кадров/с, а другой со скоростью 30 кадров/с).
   4. Выберите раскрывающееся меню Остановить видео | настройки видео. В настройках камеры снимите флажок Зеркально отображать видео.
   5. Нажмите на кнопку участников , расположенную на нижней границе программы видеоплатформы, а затем нажмите на кнопку приглашения в нижней части правой панели. Скопируйте 11-значный номер собрания и 6-значный номер служебного пароля собрания, которые понадобятся на шаге 2.3.1.
2. Видеокамеры
   1. Проверьте виды основной камеры на каждой станции, нажав соответствующую кнопку на видеомикшере или многопортовом HDMI-микшере. Убедитесь, что все центрировано в каждом представлении.
   2. Проверьте настройку PIP для каждой камеры, обозначенной как камера PIP, выбрав камеру на видеомикшере и выбрав режим PIP на устройстве. Нажмите кнопку PIP на видеомикшере, чтобы активировать режим PIP .
   3. Протестируйте беспроводной пульт дистанционного управления, чтобы подтвердить простое переключение между камерами или другими устройствами ввода, подключенными к многопортовому hdmi-коммутатору.
3. Монитор ноутбуков
   1. Активируйте веб-программу видеоплатформы на каждом мониторном ноутбуке. Введите номер приглашения на собрание и нажмите enter; введите номер пароля и нажмите enter. Закройте окно, в котором запрашивается подключение аудио, но не присоединяется к звуку , чтобы избежать звуковой обратной связи.
   2. Выберите раскрывающееся меню Остановить видео | настройки видео . В настройках камеры снимите флажок Зеркально отображать видео.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Монитор для анатомической демонстрационной станции с накладной камерой должен иметь настройки, соответствующие настройкам видеокамеры широковещательного ноутбука, чтобы гарантировать, что ориентация образца одинакова для докладчика, как и для студентов.
   3. Нажмите на значок монитора в программе видеоплатформы и переименуйте ноутбуки в Monitor #1 и Monitor #2 , чтобы участники знали, что это не другой участник.
   4. Выберите представление динамиков | Полноэкранный режим. Представление динамика. Уменьшите вставку, нажав первую - кнопку. Переместите его в сторону экрана, чтобы он не блокировал вид.
4. Презентационный ноутбук и пульт дистанционного управления
   1. Включите ноутбук со слайд-подсветкой. Измените настройки окна, чтобы дублировать дисплей (т. Е. Настройки Windows | системе | несколько дисплеев | дублировать эти дисплеи).
   2. Активируйте программу слайд-презентации и загрузите тестовый файл. Выберите значок слайд-шоу и проверьте удаленный слайд-аванс, чтобы проверить, работает ли он с того места, где докладчик будет стоять во время сеанса.
5. Настройки программного управления видеомикшером
   1. Создайте блок-схему для сеанса, включающую список снимков с указанным видом камеры, источником видеопотока и тем, будет ли он включать режим PIP. Убедитесь, что список включает точное размещение вставки в зависимости от того, какой источник заполняет основную часть экрана (т. Е. Смещение в левый или левый верхний угол) (например, см. скриншоты на рисунке 2A-I).
   2. Активируйте программное управление видеомикшером на широковещательном ноутбуке. Нажмите на раскрывающееся меню для Макросы. Переместите всплывающее окно в сторону (см. рисунок 1D, одна желтая звездочка).
   3. Нажмите на кнопку создать во всплывающем окне макроса. Нажмите на первый пустой слот в панели, а затем нажмите кнопку + . Введите имя для этого первого снимка , а затем нажмите кнопку записи .
   4. На панели управления программного обеспечения видеомикшера выберите кнопку Программа для соответствующей камеры (например, CAM1 или CAM4). Если выстрел не имеет PIP, перейдите к шагу 2.5.7.
   5. Если на снимке активен режим PIP, нажмите кнопку ON AIR в разделе «Следующий переход». В правой части экрана перейдите в раздел Upstream Key 1 и нажмите на вкладку DVE. Выберите камеру в представлении вставки режима PIP в качестве источника заполнения.
   6. Измените размер представления вставки, введя позиции и размеры x и y. Подтвердите положение вставки в окне трансляции программы видеоплатформы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Щелкнув по X или Y в разделе Метка Положение или Размер и переместив мышь влево или вправо, вы прокрутите настройки.
   7. Нажмите на всплывающее окно макроса и нажмите маленькую красную кнопку, чтобы остановить запись.
   8. Повторите шаги 2.5.3-2.5.7, чтобы создать отдельные макросы для каждого снимка на блок-схеме, созданной на шаге 2.5.1 (например, см. снимок экрана, показанный на рисунке 1D).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Видеомикшер предлагает различные видеоэффекты для переходов и опции нижних третей для наложения. В этом протоколе описаны только основные операции для режима PIP.
   9. Нажмите на раскрывающееся меню Файл в верхней части экрана и выберите Сохранить как. Введите имя параметров файла.
6. Стандартизированный пациент
   1. Расположите на столе мужского СП без рубашки. Поместите ультразвуковой зонд сердца на стенку грудной клетки в левом 3-м или 4-м межреберном парастернальном пространстве с маркером, направленным в сторону правого плеча. Отрегулируйте зонд до тех пор, пока не будет получен вид сердца с парастернальной длинной осью, демонстрирующий левое предсердие, левый желудочек, тракт оттока аорты и связанные с ним клапаны (например, рисунок 2E).
   2. Прикрепите прокладки ЭКГ к СП (т.е. одну над правой ключицей, одну над левой ключицей и одну над левой стороной нижней части туловища). Прикрепите провода ЭКГ к прокладкам и проверьте, чтобы убедиться, что на ультразвуковом ноутбуке появляется стабильная форма сигнала ЭКГ.

3. Настройка сеанса трансляции видеоплатформы в реальном времени

1. Проверка оборудования
   1. Запустите сеанс трансляции видеоплатформы, ссылка на который была разослана участникам. Быстро проверьте микрофон, как показано в шаге 2.1.2.
   2. Повторите шаги 2.3.1-2.3.4 выше, чтобы настроить монитор ноутбуков.
   3. Если есть сотрудник, выступающий в качестве монитора панели чата, попросите его отправить приветственное сообщение участникам панели чата, предлагая им отправить им любые анонимные вопросы, чтобы они могли поделиться ими.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Это необходимо только в том случае, если студенты индивидуально вошли в сессию и могут задавать вопросы анонимно. Анонимность может помочь учащимся средних и старших классов, которые могут не захотеть задавать вопросы вслух в виртуальной обстановке.
   4. Посоветуйте участникам переключиться в режим динамика , чтобы получить лучший опыт.
   5. Запустите программу управления видеомикшером, нажмите на раскрывающееся меню Файл | restore и выберите имя файла , сохраненное на шаге 2.5.9. Нажмите на кнопку восстановления в нижней части нового всплывающего экрана. Нажмите на раскрывающееся меню Макрос и переместите всплывающее меню в сторону. Нажмите кнопку RUN в меню макросов и выберите первый снимок из меню макросов .
   6. Переместите экран программного обеспечения видеомикшера вниз, но оставьте некоторые из верхних белых границ доступными для нажатия при необходимости (см. Рисунок 1D).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Нажатие на окно программного обеспечения для трансляции видеоплатформы приведет к исчезновению всплывающего окна MACRO , но оно снова появится после нажатия на окно управления программным обеспечением видеомикшера. Это нужно будет выполнить при проверке функции панели чата.
   7. Начните запись в программном обеспечении видеоплатформы, чтобы записать сеанс аутрича. Выберите запись на этот компьютер .
      ПРИМЕЧАНИЕ: После остановки записи и выхода из программы появится всплывающее окно, указывающее, что программное обеспечение преобразует записанное видео. Это может занять некоторое время в зависимости от продолжительности виртуального информационно-пропагандистского сеанса.
2. Анатомическое специфичное содержание образца
   1. Станция образцов сердца
      1. Используйте образцы сердца овец, свиней и коров, чтобы продемонстрировать различия в размерах сердца и относительном размере человеческого сердца (т. Е. Между сердцами овец и свиней) (например, см. Рисунок 1B). Продемонстрируйте перикардиальный мешок в образце овцы и анатомию поверхности сердца с помощью свиных сердец.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Человеческие трупные сердца могут быть использованы в этих демонстрациях, если возраст соответствует целевой аудитории (например, учащимся старших классов средней школы).
      2. Определите основные кровеносные сосуды, входящие и выходящие из сердца, используя модель сердца (рисунок 3A). Продемонстрируйте расположение коронарных артерий и обсудите, как закупорка может вызвать сердечный приступ.
      3. Продемонстрируйте особенности внутренней анатомии сердца (рисунок 2В). Укажите на четыре камеры и клапаны и упомяните их одностороннюю функцию, опосредованную изменениями давления, а не электрической активностью (рисунок 3А). Укажите на внутренние клетки кардиостимулятора в стенках сердца, используя модель сердца.
      4. Упомяните о различной толщине желудочковых стенок и поговорите о гипертрофии сердца, когда оно должно работать усерднее (например, во время длительной гипертонии). Укажите на межжелудочковую стенку и обсудите рождение детей с отверстием в сердце (то есть в межпредсердной или межжелудочковой перегородке).
   2. Станция образцов мозга
      1. Используйте модель для обсуждения двух основных типов клеток, которые составляют нервную ткань в мозге (например, нейроны и глия). Обсудите функцию дендритов по сравнению с аксонами, как нейроны соединяются друг с другом в синапсе и что это электрохимический процесс, как глия оборачивается вокруг аксонов с образованием миелина, и что рассеянный склероз является заболеванием, которое приводит к демиелинизации.
      2. Продемонстрируйте основные части человеческого мозга (т.е. полушария головного мозга, мозжечок, ствол мозга) и контраст со спинным мозгом. Укажите основные трещины и извилины и борозды, которые характеризуют поверхность полушарий головного мозга, такие как продольная трещина, которая разделяет два полушария головного мозга (рисунок 3B, красная стрелка) и центральная борозда, которая разделяет первичную моторную кору и сенсорную кору (рисунок 3B, желтая стрелка). Обсудите локализацию функции в различных долях и соматотопическое расположение первичной моторной и сенсорной коры. Обсудите сокращение извилин в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера.
      3. Продемонстрировать основные структуры в средней линии мозга (например, мозолистое тело, таламус, гипоталамус) и в корональных отделах ствола мозга и переднего мозга. Укажите на пигментированный внешний вид черной субстанции и ее важность при болезни Паркинсона. Определите части желудочковой системы и свяжите это с моделью желудочкового полного литья.
3. Содержание ультразвуковой станции
   1. Основы УЗИ
      1. Объясните, как ультразвук имеет частоту выше, чем то, что люди могут слышать. Объясните, как зонды являются источником звука и что скорость определяется средой, через которую он проходит. Объясните, что американские устройства предполагают, что скорость звука в организме составляет 1 540 м/с, но что разные структуры в организме имеют разные скорости проводимости. Объясните, что эхо в ультразвуке возникает, когда звук перемещается из одной среды в другую и встречает сопротивление.
      2. Сориентируйте студентов, чтобы понять, что верхняя часть ультразвукового изображения находится ближе всего к зонду, размещенному на груди. Продемонстрируйте визуализацию сердца в режиме В в различных плоскостях зрения (например, парастернальная длинная ось и парастернальная короткая ось) и укажите камеры и клапаны. Продемонстрируйте цветовой режим для визуализации потока крови через сердце и объясните, что красный означает движение к зонду, а синий - движение от зонда.
      3. В виде парастернальной длинной оси сердца (например, на рисунке 2Е) определите митральный клапан, который регулирует поток крови из левого предсердия в левый желудочек во время диастолы, и аортальный клапан, который регулирует поток крови из левого желудочка в аорту во время систолы. Покажите, как митральный клапан чередуется с аортальным клапаном и упомяните, что попеременное закрытие клапанов производит смаз-дубляж сердцебиения, слышимого с помощью стетоскопа.
      4. На коротком осевом снимке сердца определите круговой вид левого желудочка и полулунную форму правого желудочка. Наклон зонда для визуализации аортального клапана с перевернутым знаком Mercedes Benz.
4. Содержание станции компьютерной томографии (КТ)
   1. Объясните, как компьютерные томографы посылают рентгеновские лучи через пациента по спирали, что позволяет проводить 3D-реконструкцию в любой плоскости. Используйте случай, чтобы объяснить внешний вид кости и металла (т.е. белого) по сравнению с жидкостью (серый) и воздухом (черный) на изображениях КТ.
   2. Выберите режим многопланарной реконструкции (MPR) в таблице визуализации анатомии (т. Е. Нажмите на значок синего человека | МПР) и выберите каждую из трех основных плоскостей, которые затем появятся на панели с левой стороны. Дважды коснитесь изображения, чтобы загрузить его на главный экран, а затем дважды коснитесь еще раз, чтобы уменьшить его. Покажите, как изображения сканируют тело в разных плоскостях зрения (например, корональной, сагиттальной, поперечной).
   3. Для компьютерной томографии сердца продемонстрируйте относительный размер сердца нормального размера по сравнению с легкими (например, правило третей). Определите четыре камеры сердца, следуйте за аортой из левого желудочка, а затем определите основные ветви дуги аорты. Покажите пример увеличенного сердца с имплантированным кардиостимулятором (например, рисунок 2G). Используйте этот случай, чтобы продемонстрировать увеличенное сердце, которое занимает большую часть левой стороны грудной клетки.
   4. Покажите пример пациента, перенесшего операцию на открытом сердце, о чем свидетельствует наличие металлических проводов, удерживающих грудину вместе. Выберите сохраненный значок, чтобы продемонстрировать закупоренную правую коронарную артерию, а также определить и проследить за аортокоронарно-шунтированными трансплантатами (один справа и два слева), которые возникают из аорты и перемещаются к сердцу (см. Рисунок 3C).
5. Содержание электроэнцефалографической станции
   1. Покажите беспроводную гарнитуру на SP (вставка, рисунок 3D, желтая звездочка). Укажите на 14 различных отведений (по 7 с каждой стороны), которые расположены над определенными долями мозга. Обсудите, как электрическая активность нейронов и глии в различных долях проходит через кость к поверхностным электродам на коже.
   2. Поднимите порог программного обеспечения, чтобы продемонстрировать, что весь мозг активен. Уменьшите порог волн ЭЭГ в беспроводном программном обеспечении ЭЭГ, чтобы продемонстрировать локализацию зон высокой активности в пределах определенных долей (например, лобной доли и теменной доли) (рисунок 3D, левая панель). Отслеживайте изменения активности в различных долях, чтобы продемонстрировать, что существуют общие модели активности, но они не повторяются каждый раз.
   3. Обсудите, как активность ЭЭГ состоит из различных волн с определенными частотами. Используйте ползунки в окне программного обеспечения для визуализации мозга, чтобы изолировать определенные формы сигналов (например, альфа-волны и бета-волны). Попросите SP жевать, чтобы продемонстрировать артефакты движения записи ЭЭГ или закрыть глаза, чтобы продемонстрировать увеличение альфа-волновой активности. Обсудите использование записи ЭЭГ в клинических условиях (например, эпилепсия или исследования сна).

Результаты

Формальное выделенное пространство для виртуальных трансляций не является абсолютно необходимым и ограничено близким доступом к технологии обработки изображений. На рисунке 1 показана импровизированная вещательная студия со всем оборудованием, описанным в этом протоколе (рисунок 1A-D). Основная установка расположена в комнате, в которой находится таблица визуализации анатомии (рисунок 1C) и включает в себя ультразвуковое портативное устройство (рисунок 1A), а прилегающая прихожая используется для настройки анатомической станции образца, чтобы обеспечить сборку верхней камеры (рисунок 1B).

Рисунок 2 включает в себя примеры последовательностей видеокадров из одного из ориентированных на сердце виртуальных информационно-пропагандистских сессий, чтобы продемонстрировать типы форматирования экрана, используемые для того, чтобы сделать презентацию визуально привлекательной и улучшить обучение. Вводная информация (например, приветственный слайд, поддержка грантов, введение персонала, краткий план сессии) показана на слайде со вставкой докладчика, расположенной в стороне (например, рисунок 2A, I). Это позволяет отличить презентацию от обычных слайдовых презентаций, но поддерживает программную функцию видеоплатформы для просмотра докладчика.

Демонстрации анатомических образцов используют небольшую вставку докладчика в левом верхнем углу и верхнюю камеру в качестве основного экрана (рисунок 2B). Это позволяет докладчику говорить непосредственно с аудиторией, демонстрируя конкретные структуры крупным планом. Сводные слайды ключевых моментов отображаются в виде одного только простого слайда, который позволяет персоналу плавно перемещаться за кулисы с одной станции на другую (рисунок 2C, F, H) и помогает студентам закрепить основные сообщения. Стратегически расположенные мониторы позволяют персоналу читать сводный слайд во время перехода. Начальный ультразвуковой вид включает в себя только широкоугольный вид, чтобы докладчик мог представить SP, продемонстрировать конфигурацию ультразвукового ноутбука и представить ультразвук и то, как работают американские зонды (рисунок 2D).

Вставка, показывающая крупный план SP, включена в живое сканирование США, поскольку это помогает студентам интегрировать то, что они видят, с тем местом, где размещается зонд (рисунок 2E). Это имеет решающее значение для США, поскольку небольшие движения зонда на SP (например, вращение, скольжение или ловля зонда) изменят полученное изображение. Вставка также используется при демонстрации таблицы визуализации анатомии, потому что просмотр манипуляций с таблицей является ключом к ориентации студентов и пониманию того, что отображается на 3D-реконструкциях (рисунок 2G). Это чрезвычайно важно, когда используются почти равные докладчики (например, старшеклассники и студенты колледжей), чтобы учащиеся средних и старших классов могли однажды представить себя способными манипулировать технологией.

В таблице 1 перечислены спецификации настройки клавиш управления программным видеомикшером, используемые для генерации различных кадров, показанных на рисунке 2. В таблице указаны имена каждой пользовательской программной кнопки, какая камера активируется для основного экрана, какая камера используется для просмотра PIP, а также размер и положение вставки PIP. Эти настройки генерируются на шагах 2.5.1-2.5.8, перечисленных в протоколе.

В таблице 2 перечислены закулисные производственные заметки, которые используются сотрудником, управляющим трансляцией, чтобы знать, когда вручную выбрать правильную камеру и продвинуть слайды, чтобы подготовиться к следующему снимку. Хотя видеомикшер обеспечивает плавные переходы между кадрами, кто-то все равно должен сделать некоторые закулисные выборы, чтобы трансляция выглядела бесшовной. Кроме того, даже с видеомикшером и многопортовым HDMI-микшером входы HDMI от ультразвукового входа HDMI ноутбука и вход HDMI для таблицы визуализации анатомии необходимо переключать вручную. Это можно сделать при проецировании сводного слайда США.

Если доступен второй видеомикшер, входы HDMI для таблицы визуализации ультразвука и анатомии могут быть подключены ко второму видеомикшеру, а его выход подключен к порту HDMI, который обычно используется двумя устройствами на основном видеомикшере. В этом случае простое нажатие кнопки на втором видеомикшере изменяет вход на главный видеомикшер без необходимости замены кабелей HDMI. Простота этой договоренности может не стоить дополнительных затрат, если бюджет ограничен. В качестве альтернативы можно использовать второй многопортовый HDMI-коммутатор.

Составные изображения, показанные на рисунке 3 , приводят примеры использования почти равных докладчиков в аутрич-сессиях, ориентированных на сердце и мозг. Использование моделей сердца и образцов (вставки) показано на рисунке 3А. Использование трупных образцов мозга человека и моделей (вставки) показано на рисунке 3B. На рисунке 3 показана 3D-реконструкция компьютерной томографии у пациента с закупоренной правой коронарной артерией (рисунок 3C, красная стрелка) и аортокоронарного шунтирования (рисунок 3C, черная стрелка). Использование беспроводной ЭЭГ-записи активности мозга в СП показано на рисунке 3D, включая необработанные записи ЭЭГ (правая панель) и программную визуализацию активности ЭЭГ в мозге (левая панель). Набор почти равных ролевых моделей STEM - это то, что необходимо учитывать при вещании для учащихся средних и старших классов. Почти равные докладчики средней школы, принадлежащие к аутрич-команде STEM в этом исследовании, использовались для проведения виртуальных аутрич-сессий для детей сотрудников, работающих в федеральном агентстве США, во время их спонсируемого «Возьмите своего ребенка на работу» (30-минутный сеанс на сердце²⁹ и 60-минутный сеанс на мозг³⁰).

Комплексный подход с тремя станциями, который был использован в описанных информационно-пропагандистских презентациях, обеспечивает разнообразие сессий и поддерживает внимание студентов при использовании веб-платформы виртуального видеообучения. Что еще более важно, все три метода визуализации, перечисленные в протоколе, требуют создания основы для студентов, просматривая некоторые из основных анатомий соответствующей области (то есть сердца или мозга). Виртуальные презентации можно легко адаптировать к конкретному возрасту и интересам целевой аудитории. Протокол, изложенный в этом документе, был использован для проведения ориентированных на виртуальные технологии презентаций STEM для различных аудиторий средних и старших классов, а также учителей по всему штату. Примерный перечень этих сессий приведен в таблице 3.

Для оценки эффективности виртуальных информационно-пропагандистских презентаций учителям было предложено определить их мнение о ценности занятий. Девять учителей, которые ответили, представляют классы, которые вместе насчитывали ~ 150 старшеклассников. Учителям были отправлены опросы по электронной почте и предложено оценить восемь утверждений о виртуальных информационно-пропагандистских сессиях с использованием 5-балльной шкалы Лайкерта (см. Таблицу 4). Данные были собраны и статистически проанализированы. Одновыборочный t-тест (двуххвостый) был использован для определения того, значительно ли ответы на оценку отличаются от ожидаемой нейтральной точки шкалы (3, ни согласен, ни не согласен) и для определения значимости (p-значения) для каждого утверждения, включая верхние и нижние 95% доверительные интервалы. Частота ответов приведена в таблице 4.

Оценки учителей показали, что эти виртуальные занятия были ценным использованием классного времени (p <.05) и что студенты, по мнению учителей, узнали что-то о STEM или технологиях во время виртуальных сессий (p < .01). Преподаватели полностью согласились с заявлением о том, что они порекомендуют виртуальные информационно-пропагандистские занятия другим учителям (стр. <.001) и предложат группе провести еще одну виртуальную информационно-пропагандистскую сессию (стр. < .05). Вместе данные этих первых шести утверждений подтверждают, что подход, по-видимому, обещает обеспечить позитивную среду обучения для студентов, несмотря на то, что он виртуальный. Последние два вопроса были заданы об уровне вовлеченности тех студентов, которые посещают сессию лично или виртуально.

Нейтральные данные оценки учителей (т.е. отсутствие значительно более высокого или более низкого ответа по сравнению с нейтральной точкой) указывали на то, что учащиеся в их классах не были полностью вовлечены в виртуальные аутрич-сессии. Отсутствие значительного увеличения этой категории вопросов не было неожиданным, поскольку практические занятия привлекают студентов больше, чем любая виртуальная деятельность. Воспринимаемая учителями ценность занятий в сочетании с отсутствием значительной негативной оценки вовлеченности учащихся поддерживает использование этих типов виртуальных информационно-пропагандистских сессий, когда личные практические занятия невозможны.

В таблице 5 приведены примеры комментариев, предоставленных студентами в чате видеоплатформы о том, что они узнали во время виртуальных занятий на сердце или мозге. Докладчик обычно просит класс предоставить примеры пяти вещей, которые они узнали в сеансе, о которых они не знали до входа в виртуальный сеанс. Эти комментарии указывали на то, что учащиеся уделяли внимание во время информационно-пропагандистской работы и что они изучали соответствующий контент, и подтвердили общие положительные оценки учителей.

Рисунок 1: Импровизированная вещательная студия со всем перечисленным оборудованием. (A) Вид транслируемого ноутбука (толстая красная стрелка), слайд-презентации ноутбука (тонкая красная стрелка), видеомикшера (толстая зеленая стрелка), мультипорта HDMI (тонкая зеленая стрелка), штативов (синие стрелки) и установленных видеокамер (синие звездочки) и ультразвукового ноутбука (фиолетовая стрелка). Камера возле транслируемого ноутбука направлена в сторону коридора, чтобы запечатлеть ведущего на анатомической станции образцов. Штатив и камера в левой части фотографии обеспечивают обзор основной камеры для ультразвуковой станции, в то время как камеры, расположенные в голове и ноге массажного стола, используются для обеспечения крупных планов СП во время ультразвукового сканирования. Ноутбук, обозначенный желтой стрелкой, представляет собой широковещательный монитор для ультразвуковой станции. (B) Вид анатомической станции с образцами сердца и моделью сердца, расположенной на столе, и верхней камеры с креплением камеры (красная стрелка) и видеокамерой (синяя звездочка), расположенной над столом. Ноутбук, служащий монитором для этой станции, обозначается желтой стрелкой. (C) Вид станции компьютерной томографии с вертикально ориентированной таблицей визуализации анатомии (крайняя правая сторона изображения). Штатив (синяя стрелка) и видеокамера (синяя звездочка) слева от изображения - это вид основной камеры для станции компьютерной томографии. Ведущий на станции визуализации анатомии может просто смотреть основную трансляцию ноутбука (толстая красная стрелка) или ноутбука слайд-презентации (тонкая красная стрелка), расположенного на столе. Ноутбук (желтая стрелка), расположенный на стуле справа от изображения, является монитором для докладчика на ультразвуковой станции. (D) Скриншот транслируемого ноутбука во время прямой трансляции просмотра ультразвуковой станции со штативом (синяя стрелка) и установленной видеокамерой (синяя звездочка), расположенной у подножия массажного стола. Окно управления программным видеомикшером (двойные желтые звездочки) перемещается в нижнюю часть экрана. Всплывающее окно макроса (одна желтая звездочка с кнопками макросов, расположенными справа от экрана). Сокращения: SP = стандартизированный пациент; КТ = компьютерная томография. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Пример видеокадров из виртуального аутрич-сеанса, ориентированного на сердце. (A) Пример вводных слайдов с живым врезным видом с камеры No1. (B) Анатомический образец и модельная станция с видом на верхнюю камеру и видом в режиме реального времени с камеры No 2. Образец сердца был открыт, чтобы продемонстрировать внутреннюю часть правого желудочка. (C) Анатомия сердца ключевые моменты резюме слайд. (D) Станция ультразвуковой визуализации с живым видом с камеры No3. (E) Ультразвуковая станция с живым вставным видом с камеры No2 и видеовыходом ультразвукового ноутбука. Сканирование представляет собой сканирование парастернальной длинной оси сердца, демонстрирующее левое предсердие, левый желудочек, правый желудочек и аорту. (F) Краткий слайд ключевой точки ультразвуковой визуализации. (G) Станция компьютерной томографии с живым врезным видом с камеры No4 и видеовыходом таблицы визуализации анатомии. Сканирование показывает увеличенное сердце (желтая звездочка) и уменьшенный размер левого легкого по сравнению с правым легким. (H) Краткий слайд ключевой точки КТ-визуализации. (I) Заключительные вопросы от аудитории слайд с живым видом вставки с камеры No 1. Аббревиатура: КТ = компьютерная томография; RV = правый желудочек; LA = левое предсердие; LV = левый желудочек; RV = правый желудочек; A = аорта; LL = левое легкое; RL = правое легкое. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Использование учащихся, близких к сверстникам, в презентациях сердца и мозга. Три студента, близких к сверстникам, показывают, как они представляют виртуальную аутрич-сессию на анатомической станции (вставки A, B) и станции визуализации анатомии КТ (вставка C). Один из этих почти равных докладчиков служил SP на станции ЭЭГ (вставка D). Основные изображения: (А) Модель сердца, используемая для демонстрации различных частей сердца, включая правое предсердие, легочное туловище, правый желудочек, левое предсердие, левый желудочек и аорту. (B) Анатомическая аппаратура, показывающая целый трупный сохранившийся мозг человека и расположение продольной трещины (красная стрелка), центральной борозды (желтая стрелка), лобной доли, теменной доли и затылочной доли. (C) Компьютерная томография с использованием таблицы визуализации анатомии, показывающая пример сканирования сердца с аортокоронарно-шунтированием с закупоркой правой коронарной артерии (красная стрелка) и сосудом аортокоронарного трансплантата (черная стрелка). (D) Составное изображение экрана, показывающее запись ЭЭГ в SP с использованием беспроводной гарнитуры ЭЭГ (желтая звездочка, вставная панель), записи ЭЭГ с 14 выводов гарнитуры (правая панель) и реконструкцию программного обеспечения визуализации мозга с улучшенным видом мозга, локализующего активность ЭЭГ (левая панель) в левой или правой половине мозга. Лобная доля расположена в верхней части изображения. Сокращения: КТ = компьютерная томография; ЭЭГ = электроэнцефалограмма; FL = лобная доля; SP = стандартизированный пациент; РА = правое предсердие; PT = легочный ствол; RV = правый желудочек; LA = левое предсердие; LV = левый желудочек; A = аорта; FL = лобная доля; PL = теменная доля; OL = затылочная доля. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Кнопка «Мягкая панель макроса» #	Имя сохраненной кнопки макроса	Ключевые настройки на ATEM Mini Pro
1	IntroSlides-inset	Камера 4; В эфире; Камера 2 DVE; Позиция X=-7.3; Положение Y = 0,3; Размер X = 0,49; Размер Y = 0,49
2	Анатомия-вставка	Камера 1; В эфире; Камера 2 DVE; Положение X = -10,2; Позиция Y = 5; Размер X = 0,38; Размер Y = 0.38
3	Анат-РезюмеСкользнуть	Камера 4
4	US-Intro-noinset	Камера 2
5	УЗИ-вставка	Камера 3; В эфире; Камера 2 DVE; Положение X = -10,2; Позиция Y = 5; Размер X = 0,38; Размер Y = 0.38
6	US-РезюмеСкользнуть	Камера 4
7	КТ-вставка	Камера 3; В эфире; Камера 2 DVE; Положение X = -10,2; Позиция Y = 5; Размер X = 0,38; Размер Y = 0.38
8	КТ-РезюмеСкользь	Камера 4
9	Вопросы-вставки	Камера 4; В эфире; Камера 2 DVE; Положение X = -7,3; Положение Y = 0,3; Размер X = 0,49; Размер Y = 0,49 с

Таблица 1: Пример настроек программного управления видеомикшером, используемых для создания сердечных видеокадров, показанных на рисунке 2. В таблице перечислены отдельные кнопки программной панели макросов, соответствующие имена кнопок и ключевые настройки программного обеспечения виртуального коммутатора для включения различных цифровых видеоэффектов. Сокращения: КТ = компьютерная томография; УЗИ = ультразвук; DVE = цифровые видеоэффекты.

Последовательность выстрелов #	Выбор панели «Программная кнопка»	Дополнительное действие для подготовки к следующему выстрелу
1	Начните с IntroSlides-inset	[Докладчик продвигает слайды с помощью пульта ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ]
2	Переключение на Анатомию-вставку	нажмите камеру 2 на удаленные и предварительные слайды
3	Перейти на Anat-SummarySlide	нажмите камеру 1 на пульте дистанционного управления
4	Переключиться на US-Intro-noinset	предварительные слайды
5	Переключение на US-inset	нажмите камеру 3 на пульте дистанционного управления
6	Перейти к US-SummarySlide	нажмите камеру 4 на пульте дистанционного управления, затем замените США на кабель SECTRA HDMI на ATEM
7	Переключение на CT-вставку	предварительные слайды
8	Перейти на CT-SummarySlide	нажмите камеру 1 на пульте дистанционного управления
9	Переключение на вопросы-вставки и дополнительные слайды

Таблица 2: Образец записи трансляционного снимка для презентации сердца. В таблице перечислены последовательность снимков, выбор кнопки мягкой панели и дополнительные действия, необходимые для подготовки к следующему снимку в виртуальной трансляции. Сокращения: КТ = компьютерная томография; УЗИ = ультразвук.

Описание группы #	Оценка учащихся	Тема виртуальной информационно-пропагандистской деятельности	Станций
Класс по естественным наукам PreAP в средней школе	8	Ультразвуковая и инфракрасная визуализация	Измерение скорости звука и инфракрасной визуализации
Летняя научная STEM ярмарка	6 - 8	Демонстрация скелета	Анатомическая станция образцов
Еженедельная интерактивная анатомия и технологии - Летняя программа 2020, 2021	С 6-го по 12-е	Сердце	Анатомия сердца, УЗИ сердца, компьютерная томография сердца
Еженедельная интерактивная анатомия и технологии - Летняя программа 2020, 2021	С 6-го по 12-е	Легкое	Анатомия легких, УЗИ дыхательной системы, компьютерная томография дыхательной системы
Еженедельная интерактивная анатомия и технологии - Летняя программа 2020, 2021	С 6-го по 12-е	Мозг/ЦНС	Анатомия головного и спинного мозга, нервы США, компьютерная томография черепа и головного мозга.
Еженедельная интерактивная анатомия и технологии - Летняя программа 2020, 2021	С 6-го по 12-е	УЗИ областей по всему телу	Ультразвуковая станция
Еженедельная интерактивная анатомия и технологии - Летняя программа 2020, 2021	С 6-го по 12-е	Компьютерная томография областей по всему телу	Станция SECTRA
Класс естественных наук в средней школе	9-ый	Сердце	Анатомия сердца, УЗИ сердца, компьютерная томография сердца
Класс естественных наук в средней школе	9-ый	Мозг	Анатомия головного мозга, КТ/МРТ визуализация черепа и головного мозга, ЭЭГ-запись живого СП
Студенческая спортсменка STEM Academy (SASA) - Летняя программа	9 - 12	Мышцы, сухожилия, суставы, скелет, сердце, мозг, череп	Демонстрация моделей и скелетов, УЗИ-визуализация распространенных мест спортивных травм, компьютерная томография распространенных травм MSK, анатомия сердца
Программа набора и воздействия медицинских профессий (HPREP)	9 - 12	Сердце	Анатомия сердца, УЗИ сердца, компьютерная томография сердца
Классы естественных наук в средней школе сельского школьного округа	9-10	Сердце	Анатомия сердца, УЗИ сердца, компьютерная томография сердца
Классы естественных наук в средней школе сельского школьного округа	9-10	Мозг и ЦНС	Анатомия мозга, компьютерная томография черепа и головного мозга
Программа «Возлюбленные» Американской кардиологической ассоциации	10-ый	Сердце	Анатомия сердца, живое УЗИ сканирование SP сердца, запись ЭКГ активности кардиостимулятора, компьютерная томография сердца
Программа по борьбе с раком – летняя (старшая средняя школа и колледж)	11-й и 12-й и колледж	Обзор видов рака, гистологии и патологии	Анатомия основных органов, пораженных раком, УЗИ и компьютерная томография этих органов, виртуальная гистопатология рака в этих органах
Арканзасский фестиваль науки	открыт для всех заинтересованных оценок	сердце	анатомия, УЗИ, КТ

Таблица 3: Виртуальные информационно-пропагандистские презентации STEM и целевая аудитория. В таблице перечислены описания представительных групп учащихся, охваченных в ходе информационно-пропагандистских занятий, их классы, основная тема информационно-пропагандистской деятельности и различные станции, включенные в информационно-пропагандистскую деятельность. Сокращения: КТ = компьютерная томография; УЗИ = ультразвук; STEM = наука, технология, инженерия и математика; ЦНС = центральная нервная система; ЭЭГ = электроэнцефалограмма; МРТ = магнитно-резонансная томография; ЭКГ = электрокардиограмма. Некоторые студенческие группы были набраны непосредственно через известные контакты, в то время как другие были набраны через веб-сайты.

								Испытание на один образец t (двуххвостый)
				Характеристика Лайкерта (частота) #	Средняя оценка	Стандартное отклонение	t	дф	p-значение	95% ДИ (нижний, верхний)
Я считаю, что этот виртуальный выезд в класс был ценным использованием классного времени.				1(0), 2(2), 3(0), 4(0), 5(7)	4.33	1.32	3.024	8	.017 *	3.316, 5.350
Тема была представлена на соответствующем уровне для моих студентов				1(0), 2(0), 3(0), 4(4), 5(5)	4.56	0.53	8.854	8	.000***	4.150, 4.961
Я бы порекомендовал эту разъяснительную сессию другим учителям.				1(0), 2(0), 3(2), 4(1), 5(6)	4.44	0.88	4.913	8	.001 **	3.767, 5.122
Я хотел бы, чтобы команда ArkanSONO провела виртуальные информационно-пропагандистские сессии в следующем году в моих классах.				1(0), 2(2), 3(0), 4(0), 5(7)	4.33	1.32	3.024	8	.017 *	3.316, 5.350
Я считаю, что мои студенты узнали новый контент STEM на этой сессии				1(0), 2(0), 3(2), 4(2), 5(5)	4.33	0.87	4.619	8	.002 **	3.668, 4.999
Я считаю, что мои студенты узнали что-то о технологиях на этой сессии				1(0), 2(0), 3(2), 4(2), 5(5)	4.33	0.87	4.619	8	.002 **	3.668, 4.999
Мои ученики в классе были вовлечены в эту деятельность				1(0), 2(4), 3(0), 4(3), 5(2)	3.33	1.32	0.756	8	.471	2.316, 4.350
Мои онлайн-студенты были вовлечены в эту деятельность				1(2), 2(2), 3(1), 4(2), 5(2)	3.00	1.58	0.000	8	1.00	1.784, 4.215
				# 5-балльная шкала Лайкерта					* с<.05
									** с<.01
									с<.001

Таблица 4: Оценка преподавателями виртуальных информационно-пропагандистских сессий. В таблице перечислены ответы учителя на восемь различных вопросов оценки программы с использованием 5-балльной шкалы Лайкерта и статистического анализа ответов. Сокращения: STEM = наука, технология, инженерия и математика; df = степени свободы; CI = доверительный интервал.

Сердечный сеанс Комментарии	Я узнал о различных камерах сердца, а также о желудочках, также я узнал, как работает ультразвук.
	Я узнала, как определить перикардиальный мешок с помощью УЗИ и, возможно, чего ожидать при кровотечении
	Я не знал, что ультразвук может быть использован на разных частях тела, кроме брюшной полости.
	Я узнал, что звук биения твоего сердца — это клапаны, открывающиеся и закрывающиеся.
	Я не знала, как моча проходит через мочевой пузырь
	Ультразвук использует звуковые волны, чтобы увидеть структуры тела, я думал, что это похоже на рентген.
	Я узнал, что искать и что на самом деле выглядит с ультразвуком.
	Я не знала, что на УЗИ можно увидеть, как двигаются все мышцы.
	Как выглядит кость на ультразвуке и что ультразвук использует звуковые волны.
	До этого зума я не знала назначения геля
	Я знала, что рентгеновские лучи небезопасны, но я не знала, что ультразвук безопасен!
Комментарии к сеансу мозга	Я узнал, насколько отличается мозг пациента с болезнью Альцгеймера от нашего
	Я не знал, что симптомы инсульта варьируются в зависимости от того, какая часть мозга поражена.
	Я не знал, что вы можете поставить ЭЭГ на голову и увидеть активность мозга! Это было супер круто!
	Я не знал, что лобная кора не полностью развивается, пока человеку не исполнится 20 лет.
	Я не знал, что мы можем видеть активность мозга с помощью гарнитуры, я думаю, что действительно здорово думать о болезни Альцгеймера, заставляющей изгибаться.
	Я не понимала, что черепа младенцев не полностью сливаются вместе, пока они не вырастут.
	Я узнал о последствиях аневризм
	Я узнал, что мозг имеет два слоя, которые защищают его.
	Ваш мозг может выглядеть по-другому и иметь кучу канавок от определенных заболеваний мозга и некоторых функций, которые у них есть.
	Я узнал, как электроды считывают движение в мозге.
	Я узнал, что CT - это 3D-модал, чтобы увидеть больше деталей.
	Я узнал, что если вы доминируете правой рукой, то вы используете левое полушарие мозга.

Таблица 5: Комментарии студентов - Что вы узнали сегодня? В таблице представлены репрезентативные комментарии студентов о том, что они узнали на отдельно проведенных сеансах по работе с мозгом и сердцем. Комментарии студентов были скопированы из панели чата в конце виртуальной информационно-пропагандистской сессии.

Обсуждение

Финансируемые федеральными грантами информационно-пропагандистские мероприятия в области STEM с использованием ресурсов портативных технологий визуализации, доступных в университете автора, были использованы для проведения личных, небольших групповых, практических занятий по STEM для учащихся средних и старших классов. Эти усилия согласуются и поддерживают и без того богатую, спонсируемую университетами деятельность по трубопроводу K-12 STEM, которая предназначена для увеличения разнообразия студентов, поступающих в области STEM в Арканзасе. Ограничения на доступ в кампус, возникшие в ответ на пандемию COVID-19, заставили всех переосмыслить практические мероприятия STEM как виртуальные информационно-пропагандистские мероприятия. Хотя практическое взаимодействие с технологиями в небольших группах всегда должно быть целью привлечения студентов в области STEM, использование виртуальных информационно-пропагандистских сессий может помочь расширить участие и преодолеть разрыв в доступе к технологиям визуализации. Исследовательская группа в этом исследовании просто набирала студентов и преподавателей через онлайн-публикации, существующие контакты с сообществом и работу с офисом по вопросам разнообразия университета.

Расширение участия особенно важно в сельском штате, таком как Арканзас. Медицинские школы являются важным ресурсом для современных технологий визуализации, которые могут быть использованы в виртуальных информационно-пропагандистских условиях для повышения знаний учителей и студентов о концепциях STEM. Информационно-пропагандистская группа STEM в этом проекте извлекла выгоду из университетских инвестиций значительных средств для получения современного оборудования для ультразвуковой и компьютерной томографии (например, таблицы визуализации анатомии), предназначенного для образовательной деятельности. Грант, финансируемый из федерального бюджета, дополнил эти технологии покупкой беспроводных ЭЭГ-гарнитур и связанных с ними программных пакетов, которые позволяют визуализировать локализацию ЭЭГ-активности. Модели и анатомические образцы были включены в каждую сессию, поскольку анатомические науки формируют основу для понимания изображений, полученных с использованием современных методов визуализации, таких как ультразвук и компьютерная томография. Протокол, изложенный в этом документе, содержит подробную информацию о том, как минимальные инвестиции в некоторое ключевое, дополнительное, связанное с вещанием оборудование позволят профессионально смотреть в прямом эфире этих ресурсов технологии визуализации в виртуальных, ориентированных на STEM информационно-пропагандистских мероприятиях, которые будут увлекать и привлекать студентов.

Покупка высококачественных видеокамер, некоторых переключателей и аксессуаров, а также наличие других портативных компьютеров позволили команде обеспечить высококачественные видеопотоки для виртуальных информационно-пропагандистских сессий. В протоколе, описанном в этой статье, шесть отдельных камер использовались в аутрич-сессиях (три для ультразвукового сканирования, две для анатомического образца и модельной станции и одна для станции визуализации анатомии КТ). Высококачественная передача важна для поддержания интереса студентов, тем более что студенты, вероятно, будут смотреть презентацию на своей интеллектуальной доске или экране проектора в классе, что, вероятно, приведет к снижению общего качества изображения. Освещение важно, но высококачественные камеры могут устранить необходимость в дополнительных фотографических огнях.

Видеомикшер и несколько камер являются наиболее важными частями системы, поскольку они обеспечивают возможность PIP. Замена встроенной видеокамеры портативного компьютера на вход видеомикшера обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что для потоковой передачи используется большая часть экрана, чем это произошло бы, если бы программное обеспечение для видеопрезентации было просто разделено экраном в живом виде от этих технологий вместе с камерой докладчика. Исследования показали, что живые композитные видеолекции, где изображение лектора сочетается со слайдами или другим контентом, приводят к лучшему субъективному опыту для студентов^31,32. Отдельный высококачественный мобильный микрофон улучшит слуховой опыт и потребуется, если докладчик перемещается со станции на станцию во время сеанса на расстояниях, удаленных от фактического ноутбука, используемого для трансляции виртуального сеанса.

Медицинский ультразвуковой ноутбук с выходом HDMI необходим для обеспечения высококачественного изображения для трансляции виртуальной видеоплатформы. Коммерчески доступные таблицы визуализации 3D-анатомии, такие как тот, который используется в настоящем протоколе, являются отличным ресурсом, который доступен во многих медицинских школах, но находится за пределами досягаемости большинства средних и старших школ. Таблица, используемая в этом протоколе, имеет виртуальную программу диссектора VH (не описанную в этой статье), которая позволяет создавать 3D и поперечные представления анатомии, которые полезны для предоставления студентам ориентира для понимания анатомии, которая будет показана с помощью ультразвуковой и компьютерной томографии. Таблица визуализации анатомии подключена к образовательному порталу, содержащему сотни случаев КТ и МРТ от реальных пациентов, что обеспечивает идеальную клиническую направленность для студентов. Это позволяет докладчикам связать компьютерную томографию органов тела с визуализацией США и демонстрациями анатомических образцов тех же органов. Например, использование КТ-изображений сердца в разных плоскостях поможет студентам мысленно построить 3D-изображение сердца и его отношения к другим органам, таким как легкие. Предоставление студентам доступа к аннотированному списку бесплатных онлайн-ресурсов для компьютерной томографии предоставит им возможность самостоятельно приступить к использованию технологии после сеанса.

Одним из наиболее важных ресурсов медицинской школы является ее преподаватели и студенты, которые могут служить профессиональными образцами для подражания STEM. Доступность факультета для информационно-пропагандистских мероприятий STEM всегда является проблемой, учитывая текущие конкурирующие потребности в кампусе медицинской школы. Кадры основного факультета составляют основу информационно-пропагандистской команды STEM, но эта команда иногда также включает в себя почти равных докладчиков, когда это возможно (например, рисунок 3). Хотя один человек потенциально может обрабатывать всю виртуальную трансляцию с прерывистыми перерывами для изменения углов камеры и настроек видеомикшера, предпочтительно иметь одного выделенного сотрудника для управления видеомикшером и программой вещания видеоплатформы, что позволяет докладчику сосредоточиться на виртуальном информационно-пропагандистском контенте. Переключение ролей легко осуществить за кулисами, когда участникам транслируются сводные слайды. Настоятельно рекомендуется, чтобы третье лицо контролировало панель чата, если учащиеся индивидуально входят в информационно-пропагандистскую сессию. Наличие кого-то, чья роль заключается в том, чтобы просто следить за панелью чата и отвечать на отдельные вопросы или прерывать трансляцию, чтобы задавать анонимные вопросы, очень полезно для привлечения тихих студентов. Учащиеся средних и старших классов, в частности, могут не захотеть задавать вопросы в больших группах, особенно в безличной виртуальной среде. Дружеское сообщение, отправленное всем участникам в начале сессии монитором чат-бара, устанавливает безопасное место для студентов, чтобы задавать вопросы. Монитор панели чата может даже входить в систему удаленно, чтобы уменьшить перегрузку в широковещательной комнате.

Одной из основных проблем для успешного проведения виртуальной информационно-пропагандистской сессии является отсутствие личного взаимодействия и способность оценивать интерес студентов, видя их лица. Докладчику требуется время, чтобы привыкнуть не видеть участников, поскольку мониторы находятся там, чтобы предоставить ведущему изображение трансляции, а не группе зрителей-участников. Докладчик должен полагаться на закулисный персонал, чтобы контролировать сессию, чтобы почувствовать уровень вовлеченности студентов и то, что, возможно, потребуется изменить в следующий раз. Успех в привлечении внимания студентов очевиден, когда они наклоняются вперед на своих стульях, чтобы, казалось бы, получить лучший обзор. Периодическое задавать вопросы аудитории (например, сразу после слайдов резюме станции) дает студентам время для обработки и размышлений о том, что они только что узнали. Комментарии студентов и данные оценки учителей, представленные в этой статье, подтверждают вывод о том, что эти типы виртуальных информационно-пропагандистских сессий эффективны в ознакомлении студентов с новым контентом STEM и технологий визуализации и предоставляют студентам позитивную среду обучения. Эти результаты согласуются с результатами других исследований, в которых сообщается, что виртуальные информационно-пропагандистские программы, проводимые во время пандемии, могут привлекать студентов так же, как и личные мероприятия, позволяют более широко участвовать в программах обогащения STEM и обеспечивают возможность для построения отношений между специалистами STEM и студентами 33,34,35.

В этом документе представлен обзор оборудования, необходимого для использования технологий ресурсов визуализации, которые могут быть доступны в условиях медицинской школы для обеспечения виртуальной информационно-пропагандистской деятельности, ориентированной на технологии, для стимулирования интереса студентов к областям STEM. Небольшие инвестиции в оборудование, такое как несколько высококачественных камер 4K, и другие аксессуары, такие как видеомикшер, могут эффективно повысить интерактивное ощущение презентаций и привести к визуально приятным виртуальным презентациям, которые способствуют вовлечению студентов. Демонстрация живого ультразвукового сканирования человека, вращающихся 3D-КТ реконструкций тела и обеспечение ЭЭГ-записи активности мозга в режиме реального времени помогают стимулировать STEM-интересы учащихся средних и старших классов. Они также предоставляют способы противодействия различиям в доступе, которые сельские студенты могут иметь к ресурсам в региональной медицинской школе и к потере доступа всеми студентами во время ограничений, связанных с пандемией COVID-19.

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
4-port HDMI switcher	Iogear	IOGHDSW4K4	https://www.bhphotovideo.com
4K video camera	Canon VIXIA HDG50	CAHFG50	High quality 4K resolution video camera
Accessory microphone	Samson Meteor Mic
ATEM Mini Pro video switcher	Black Magic	BLSWATEMMP	https://www.blackmagicdesign.com
Ball head camera mount	Glide Gear	GG-33	https://www.bhphotovideo.com
Brain Viz software	Emotiv		https://www.emotiv.com
Dell laptop computer	Dell	13” Dell XPS laptop
Emotiv Pro software	Emotiv		https://www.emotiv.com
Excel (for MAC)	Microsoft	v. 16.16.27	Data analysis
High Speed HDMI cable with ethernet-15 foot	Pearstone	PEHDA-15	https://www.bhphotovideo.com
MacBook Air	Apple	13", 1.8 GHz Intel Core i5, 8 GB 1600 MHz DDR3	https://www.apple.com/macbook-air/
Mini UpDownCross converter	BlackMagicDesign	BLMCUDCHD	https://www.blackmagicdesign.com
mini HDMI to HDMI converter	Liberty AV Solutions	AR-MCHM-HDF	https://www.bhphotovideo.com
Overhead camera/light studio rig	Proaim	P-OHLR-01	https://www.bhphotovideo.com
PC laptop	Dell		https://www.dell.com
ProTeam massage table	Hausmann	7650
R Studio	R Studio PBC	2021.09.0	Data analysis
Remote slide advancer	Logitech	Spotlight presentation remote
SECTRA table	Touch of Life Technologies		https://www.toltech.net; Cases [S003, 2099, U010)
sheep, pig, and cow hearts	Carolina Biological	Perfect Solution Preserved	https://www.carolina.com
TVN Viewer Software	GlavSoft LLC		Part of TightVNC
Ultrasound laptop device	GE	NextGen LOGIQe laptop/cart	https://logiq.gehealthcare.com
Universal adjustable tripod	Magnus	MAVT300
USB3.0 to Gigabit Ethernet adapter	Insignia
wireless controller	Canon	WL-D89
Wireless EEG headset	Emotiv	EPOC X	https://www.emotiv.com
ECG package	GE	3 lead USB-ECG unit
ZOOM software	Zoom	version 5.10.1	Zoom.us