Summary
本文概述了如何使用基于 Web 的同步虚拟外展让 6-12 年级的学生接触先进的成像技术，如超声波、计算机断层扫描和脑电图。本文讨论了直播综合教育课程所需的方法和设备，以使学生有效地参与STEM。
Abstract
增加选择科学、技术、工程和数学 （STEM） 领域职业的学生的多样性是美国各地高度关注的领域，尤其是在医学院以幼儿园到 12 年级 （K-12） 为重点的管道课程中。多元化的STEM劳动力有助于更好地解决问题和公平医疗保健。农村学生面临的许多主要障碍中的两个是缺乏足够的STEM榜样和在课堂上使用技术的机会有限。医学院通常是当地社区学生的重要资源，他们可以通过校园、赞助活动和 STEM 外展到当地教室轻松获得 STEM 专业人员和现代技术。然而，代表性不足的少数民族（URM）学生通常生活在阿肯色州等农村州的社会经济困难地区，那里获得STEM榜样和技术的机会有限。COVID-19 时代的虚拟学习已经证明，可以利用医学院的成像技术资源来覆盖更广泛的受众，尤其是生活在远离医学院校园的农村地区的学生。
Introduction
医学院赞助的 STEM K-12 管道计划之所以存在，是因为医学界代表性不足的少数民族 （URM） 的代表性低反映了其他 STEM 领域缺乏多样性。研究人员和医疗保健专业人员之间缺乏多样性可能导致健康差异。许多医护人员与他们所服务的患者不同，这可能会让患者感到被排斥1.在全国范围内，URM占美国人口的37%2，但仅占专业学校教师的7%-10%3，4，5。对多元化、具有文化能力的卫生保健人力的需求对于识别、解决并最终减少健康差距至关重要。卫生专业的多样性可以通过专门研究对种族和族裔少数群体影响不成比例的疾病，并帮助增加愿意在通常服务不足的社区服务的医生人数来解决健康差距问题6.
有许多因素阻碍 URM 学生注册并成功完成 STEM 学位。这些障碍包括：由于高中完成率降低而导致申请人数较少7、大学 STEM 专业的完成率显着降低并获得高级硕士或博士学位8、在学校的坚持率较低9，10 和总体毕业率较低 11、接触高级课程的机会减少以及社区中资历较低的教师12，甚至学校首选学习方式的差异（例如，URM更喜欢小组动手活动而不是讲座）13，14。众所周知，早期的教育经历对于塑造URM学生的长期教育经历极为重要，这些学生通常来自不支持甚至漠不关心少数民族学生的教育环境。大多数URM在其大家庭甚至当地社区中都没有STEM榜样。最近的研究表明，早期接触STEM外展计划与建立STEM身份呈正相关，似乎可以激发学生对STEM15，16，17，18的兴趣。
作为阿肯色州农村唯一的对抗疗法学术医疗中心，该州是美国贫困率最高的州之一 19，作者的大学及其多样性、公平和包容性部多年来建立了强大的K-12 管道，以支持招募 URM 加入其计划。在早期指导学生已被证明是招聘、保留和毕业工作的有效策略。全国各地本科学校的管道计划在这方面取得了一些成功（例如，申请医学院的 URM 人口增加6）。针对中学生和高中生的管道计划也显示出一些成功的早期迹象20，21，22。激发学生对STEM兴趣的早期干预工作可以导致对STEM相关领域和职业感兴趣的学生的多样性，这可能导致进入大学，选择STEM专业并攻读生物医学科学研究生学位和/或健康专业学位的高中生的数量和多样性增加。
COVID-19 对 K-12 教育造成了许多干扰，包括限制中学生和高中生使用医学校园设施，以及对当地学校的面对面外展访问中断。大流行迫使许多 STEM 外展提供者重新构想自己，从基于小组、动手、专注方法的范式设计转变为涉及虚拟外展的范式设计23，24，25。伴随这一变化而来的挑战包括失去个人互动，失去与技术的动手互动，缺乏学生亲自体验参观医学院校园及其设施的能力，以及对在线学习平台的疲劳26.这些挑战可以通过提供虚拟外展的机会部分抵消，其中包括通过让全州的学生接触课堂上没有的复杂成像技术来扩大参与和弥合技术鸿沟的机会。
医学院是高级成像技术和其他商业可用教育技术的重要资源，这些技术超出了初中和高中课堂的正常预算。超声波是中学生和高中生的绝佳成像方式，因为它可以实时窥视人体内部。这对学生来说非常有吸引力，即使演示是虚拟的。在美国，国家科学标准包括在初中和高中科学课上学习波的性质26.展示超声及其在医学成像中的应用是将外展课程与课堂课程联系起来的好方法。没有什么比对一个人的身体进行实时扫描更能吸引学生的注意力了，尤其是正在移动的东西——心脏、肌肉收缩或胃肠道蠕动。由于设备成本高、临床使用计划繁忙和安全问题，无法在 STEM 外展活动中使用 X 射线和计算机断层扫描 （CT） 成像技术。
幸运的是，有不同的解剖可视化成像表正在作为医学院校园的资源广泛使用28.这些表格具有从真实人类患者那里获得的CT图像数据库，可以向学生展示，包括具有3D重建功能。初中和高中学生也将熟悉国家科学标准中包含的电磁频谱（例如，X射线，光，红外线），因此使用这种类型的成像技术再次与他们在课堂上学到的内容密切相关。即使在医学院环境中，也很难获得用于虚拟 STEM 外展活动的医疗质量脑电图 （EEG） 设备，并且需要熟练的工作人员为脑电图记录准备受试者。相对低成本的商用耳机可能无法用于个别初中或高中教室，但肯定在医学院 STEM 外展预算的范围内。这些商用无线耳机需要最少的时间来设置和提供软件包，允许对大脑中的脑电图活动进行视觉成像，这对于不熟悉这种大脑活动成像模式的初中和高中目标受众来说是理想的选择。
进行有效的虚拟 STEM 外展会议需要的不仅仅是笔记本电脑、相机和基于 Web 的视频平台。基本的台式机或笔记本电脑需要辅以各种其他设备，以增强体验并提供高质量、专业外观的广播。本文描述了一种集成的三站方法，该方法已用于提供同步的，基于Web的虚拟外展活动，其中包括超声和CT成像等高级成像，以及大脑中脑电图活动定位的可视化。
Protocol
这项研究被机构审查委员会批准为属于“豁免”状态类别，因此，从学生和教师那里收集的计划评估数据不需要同意。下面概述的超声和脑电图记录是在标准化患者（SP）上进行的，完全了解这是教育外展活动的一部分。
1. 设备定位与连接
- 广播级笔记本电脑
- 放置笔记本电脑（图1A，红色粗箭头）。在位于中央的桌子上，作为广播演播室中央站。将笔记本电脑的充电器插入电涌保护器，以便笔记本电脑在整个外展活动中充满电。
- 将高质量麦克风电容麦克风的通用串行总线 （USB） 电缆插入笔记本电脑的 USB 端口，或在需要时使用多端口 USB 扩展器。
- 用于视频输入选择和画中画 （PIP） 功能的视频切换器
- 将视频切换器的电源线（图1A，绿色粗箭头）插入电涌保护器，然后将电源线的另一端连接到视频切换器上的“电源”插头。
- 将 USB 电缆插入视频切换器的“USB 输出”端口，并将另一端插入广播笔记本电脑的 USB 端口。
注：视频切换器输出的USB基本上充当网络摄像头，应由基于Web的视频平台识别。 - 将视频切换器提供的以太网电缆插入视频切换器的以太网端口。将电缆的另一端插入 USB3.0 转千兆以太网适配器，然后将适配器的 USB 端插入广播笔记本电脑的另一个 USB 端口，或根据需要使用多端口 USB 扩展器。
- 使用公司提供的链接在专用广播笔记本电脑上下载视频切换器软件。
- 用于摄像机安装的三脚架和高架支架
- 将架空模块化工作室钻机放置在解剖标本站上方，下方放置一张大桌子（图 1B）。将可调节的相机支架安装并居中到头顶装置（图1B，红色箭头），使其位于解剖标本站的中央。将配备遥控器的高质量摄像机安装到摄像机支架上（图1B，蓝色星号）。将照相机电源线插入照相机电源端口。
- 在广播区域战略性地放置坚固、可调节的三脚架（图 1A 和图 1C，D，蓝色箭头）。在每个站点放置一个主摄像头以获得广角视图。在各个站点放置任何其他摄像机以进行特写视图（例如，超声工作站以显示探针在标准化患者 [SP] 上的位置）。
- 在每个三脚架上安装一个高质量的摄像机（图1A和图1C，D，蓝色星号）。将紧凑型电源适配器插入附近的插座，另一端插入照相机的充电端口。安装镜头遮光罩以阻挡来自天花板灯的杂散光。
注意：尽管大多数摄像机都附带电池组，但最好使用电源线，以免摄像机在广播期间意外断电。高架摄像机的远程控制功能允许轻松调整变焦功能，而无需站在解剖标本站前阻挡实时视频馈送的插入视图。演示者或其他工作人员可以从远处进行调整。 - 将迷你HDMI转HDMI连接线插入每台摄像机的迷你HDMI端口。将超长 HDMI 线缆（例如 15 英尺长）的一端插入迷你 HDMI 线缆。将HDMI电缆朝向视频切换器的方向放置。
- 将HDMI电缆放置在房间内以便于移动，并将它们粘在地板上以防止跳闸。将连接到安装在架空装备上的摄像机的HDMI和电源线缠绕在钻机结构周围，使它们不在主站摄像机的视野范围内，并且在广播过程中不会掉落。
- 多端口HDMI切换器
- 将那些选择为PIP模式下的小插图提供视频馈送的摄像机连接到配备遥控器的多端口HDMI切换器（图1A，绿色细箭头）。
注：如果 HDMI 输入设备的数量超过视频切换器上可用的最多四个 HDMI 端口，则需要多端口 HDMI 切换器。 - 将多端口 HDMI 切换器的输出 HDMI 连接到视频切换器上的四个主要 HDMI 输入之一。
- 将那些选择为PIP模式下的小插图提供视频馈送的摄像机连接到配备遥控器的多端口HDMI切换器（图1A，绿色细箭头）。
- 用于幻灯片演示的辅助笔记本电脑，用作EEG笔记本电脑的无线接口
- 将辅助笔记本电脑（图1A和图1C，红色细箭头）连接到其电源充电器，然后将其插入电涌保护器。
- 将 HDMI 电缆的一端连接到笔记本电脑上的 HDMI 端口，另一端连接到视频切换器上的一个 HDMI 输入。
- 为无线遥控器充电，然后将 USB 接收器插入辅助笔记本电脑的其中一个 USB 端口。
- 将任何幻灯片演示文稿预加载到演示笔记本电脑的桌面上。
注意：使用自定义的“欢迎幻灯片”将使虚拟演示个性化。
- 广播监视器
- 战略性地将笔记本电脑放置在每个工作站附近的椅子/凳子上，以用作广播监视器（图1A-C，黄色箭头）。将笔记本电脑充电器插入电涌保护器。
注意：需要这些监视器，以便演示者可以像任何参与者一样观看广播。这种能力在解剖标本站尤其重要，以便能够调整标本在屏幕上的位置。 - 激活笔记本电脑的无线互联网连接，使其可以使用。
- 战略性地将笔记本电脑放置在每个工作站附近的椅子/凳子上，以用作广播监视器（图1A-C，黄色箭头）。将笔记本电脑充电器插入电涌保护器。
- 超声波扫描站设置
- 将临床超声笔记本电脑设备和笔记本电脑推车放置在超声专用站的中心区域（图1A，紫色箭头）。将超声设备的电源线插入电涌保护器。
- 将 HDMI 电缆连接到超声波笔记本电脑的 HDMI 端口，另一端连接到信号转换器设备的 HDMI 输入。将 HDMI 电缆的一端连接到转换器的 HDMI 输出，另一端连接到视频切换器或 HDMI 切换器。
- 设置转换器的内置开关以重新配置超声波笔记本电脑的HDMI输出，以匹配视频切换器的HDMI输入要求。在本例中，设置为 1，2，3，4，5，7 = 开; 6，8 = 关闭。
注：特定品牌的超声笔记本电脑系统的转换器设置可能需要通过反复试验来确定。 - 如果超声笔记本电脑设备（例如，三导联 USB-ECG 装置）可以选择心电图 （ECG） 套件，请将 USB 端插入超声笔记本电脑。将三个ECG卡扣电极放在准备应用于SP的设备附近。
- 战略性地放置患者担架或便携式按摩床，使其与专用于超声（US）站的摄像机的主视图成一定角度（图1A）。将床罩放在桌子上，将患者枕头放在最靠近美国推车的一端。将一瓶超声波凝胶和纸巾放在手臂够不到的地方，以便可以方便地从SP上擦拭凝胶。
- 3D解剖可视化表工作站设置
- 将解剖可视化表的电源线插入电涌保护器并打开工作台。将解剖可视化台计算机的以太网电缆插入壁挂式有源以太网插头，或将表格登录到无线互联网。
- 将超长 HDMI 电缆的一端（例如 15 英尺）插入解剖可视化台，另一端插入视频切换器或 HDMI 切换器的其中一个 HDMI 端口。
- 使用公司提供的凭据登录解剖可视化表。为计划的会话预加载一个相关的 CT 病例（例如，心脏搭桥手术病例），并将其放置在中心的右侧，以免被 PIP 插图阻塞。
- 脑电图站设置
- 将无线 EEG 耳机随附的充电器电缆插入耳机，并将另一端插入计算机的 USB 端口，为耳机充满电。将无线蓝牙适配器插入计算机的 USB 端口或使用 USB 适配器安装笔记本电脑。
- 耳机充满电后，将泡沫帽插入 EEG 耳机上的 14 根导联中，并在每根导联上滴几滴盐水滴眼液。将头戴式耳机放在 SP 的头上，然后按照头戴式耳机说明的指示调整引线的位置。使用头戴式耳机上的按钮打开头戴式耳机。
- 打开脑电图专用计算机并激活无线脑电耳机软件。选择可用的头戴式耳机设备，选择 连接，然后按照软件中的说明进行操作，直到头戴式耳机图像上的所有指示灯均为绿色，表示所有 14 根导线正确接触。单击窗口左上角的无线耳机软件链接，将屏幕切换到实时脑电图记录。根据需要调整设置。
- 激活脑电图大脑可视化软件。选择相同的可用头戴式耳机，然后选择 连接。单击位于窗口底部框架的 图标 ，然后选择大脑的头顶 静止视图 。
- 减小大脑可视化和脑电图软件窗口的大小，以便每个窗口占据笔记本电脑屏幕上桌面的一半。
- 打开 EEG 专用笔记本电脑的 屏幕共享 （例如， “系统偏好设置”|共享|屏幕共享打开 [选择所有用户]）。
- 将 EEG 专用和幻灯片专用笔记本电脑连接到同一无线网络。在专用幻灯片笔记本电脑上，通过单击桌面上的相应图标来安装并激活远程桌面查看器软件。通过在 “远程主机 ”框中输入其名称或 IP 地址来连接到 EEG 专用笔记本电脑，然后单击“ 连接”。使用幻灯片专用笔记本电脑上显示的共享屏幕登录到 EEG 专用笔记本电脑。
2. 测试基于 Web 的视频平台广播设置、视频设备和软件连接
- 广播笔记本电脑
- 在广播便携式计算机上打开基于 Web 的视频平台程序，然后启动 新的会议 会话。
- 点击视频平台节目画面边框左下角静音图标右侧的箭头。在“选择麦克风”列表下，选择附件麦克风。按测试扬声器和麦克风选项以测试音频输出和音频音量。
- 单击视频平台程序屏幕边框底部的 “停止视频” 图标右侧的箭头。在 “选择摄像机” 列表下，选择列为 1920 x 1080_60.00fps 的视频源。
注：笔记本电脑的视频切换器输入将显示为两个单独的列表（一个为 60 帧/秒，另一个为 30 帧/秒）。 - 选择 停止视频 下拉菜单| 视频设置。在 相机 设置下，取消选中 镜像我的视频。
- 单击位于视频平台程序下边框的 参与者 按钮，然后单击右侧面板底部的 邀请 按钮。复制步骤 2.3.1 中需要的 11 位 会议号和 6 位会议密码号。
- 摄像机
- 通过按视频切换器或多端口HDMI切换器上的相应按钮，在每个工作站上测试主摄像机视图。确保所有内容在每个视图中都居中。
- 通过在视频切换器上选择摄像机并选择设备上的 PIP 模式，测试指定为 PIP 摄像机的每个摄像机的 PIP 设置。按下视频切换器上的 画中 画按钮以激活画 中画 模式。
- 测试无线遥控器以确认在连接到多端口HDMI切换器的摄像机或其他输入设备之间轻松切换。
- 监控笔记本电脑
- 在每台显示器笔记本电脑上激活基于Web的视频平台程序。输入 会议邀请号码 并按 回车键;输入 密码， 然后按 回车键。关闭要求加入音频但不加入音频的窗口，以避免 音频 反馈。
- 选择 停止视频 下拉菜单| 视频 设置。在 相机 设置下，取消选中 镜像我的视频。
注意：带有头顶摄像机的解剖标本站的监视器必须具有与广播型笔记本电脑摄像机设置匹配的设置，以确保演示者与学生的标本方向相同。 - 单击视频平台程序中的监视器图标，然后将笔记本电脑重命名为监视器#1和监视器#2，以便参与者知道它不是另一个与会者。
- 选择 扬声器视图|全屏。固定 扬声器视图。通过按第一个 - 按钮减少内陷。将其移开到屏幕一侧，这样它就不会挡住任何视图。
- 演示笔记本电脑和遥控器
- 打开幻灯片专用笔记本电脑。更改窗口设置以复制显示（即， |多个显示器|系统的窗口设置|复制这些显示器）。
- 激活幻灯片演示程序并加载测试文件。选择幻灯片放映图标并测试远程 幻灯片 前进器，以检查它是否在会议期间演示者站立的位置工作。
- 视频切换台软件控制设置
- 为会话构建流程图，其中包括具有指定摄像机视图的镜头列表、其视频源以及是否将包括 PIP 模式。确保列表包含插图的确切位置，具体取决于填充屏幕主要部分的源（即向左或左上角偏移）（例如，请参阅图 2A-I 中的屏幕截图）。
- 激活广播笔记本电脑上的视频切换器软件控件。单击 宏的下拉菜单。将弹出窗口移到一侧（请参阅 图 1D，单个黄色星号）。
- 单击宏弹出窗口上的创建按钮。单击面板中的第一个空插槽，然后单击 + 按钮。输入第一个镜头的名称，然后单击录制按钮。
- 在 视频切换器软件控制面板 上，选择相应摄像机（例如 CAM1 或 CAM4）的 “程序 ”按钮。如果镜头没有画中画，请转至步骤 2.5.7。
- 如果镜头的画中画模式处于活动状态，请单击“下一个过渡”部分中的“打开空气”按钮。在屏幕右侧，转到上游键 1 部分，然后单击 DVE 选项卡。在画中画模式的插图视图中选择摄像机作为填充源。
- 通过键入 x 和 y 位置和大小来更改插图视图 的大小 。确认插页在视频平台节目播出窗口上的位置。
注意：单击“位置”或“大小”标签部分中的 X 或 Y，然后向左或向右移动鼠标将滚动浏览设置。 - 点击 宏 弹出窗口并点击红色小 按钮停止录制 。
- 重复步骤 2.5.3-2.5.7，为步骤 2.5.1 中创建的流程图中的每个镜头创建单独的宏（例如，请参见 图 1D 中显示的屏幕截图）。
注意：视频切换器为过渡提供各种视频效果，并为叠加提供下三分之一选项。此协议中仅描述了 PIP 模式的基本操作。 - 单击屏幕顶部 的文件下拉菜单， 然后选择 另存为。键入文件设置 的名称 。
- 标准化患者
- 将赤膊的男性SP放在桌子上。将心脏超声探头放在胸壁左侧第 3 或第 4 肋间胸骨旁间隙，标记物指向右肩。调整探头，直到获得心脏的胸骨旁长轴视图，显示左心房、左心室、主动脉流出道和相关瓣膜（ 例如，图 2E）。
- 将心电图垫连接到 SP（即，一个在右锁骨上方，一个在左锁骨上方，一个在下躯干左侧）。将心电图导联线连接到垫上，并进行测试以确保超声笔记本电脑设备上出现稳定的心电图波形。
3. 视频直播平台直播会话设置
- 设备检查
- 启动视频平台广播会话，其链接已发送给参与者。按照步骤 2.1.2 中的步骤快速检查麦克风。
- 重做上面的步骤 2.3.1-2.3.4 以设置显示器笔记本电脑。
- 如果有工作人员担任聊天栏监视器，请让他们向聊天栏中的参与者发送欢迎消息，告诉他们向他们发送任何匿名问题，以便他们可以共享这些问题。
注意：仅当学生单独登录会话并且可以匿名提问时，才需要这样做。匿名可以帮助那些可能不想在虚拟环境中大声提问的中学生。 - 建议参与者切换到 扬声器 模式以获得最佳体验。
- 启动视频切换器软件控制程序，点击文件下拉菜单|还原，然后选择在步骤 2.5.9 中保存的文件名。单击新弹出屏幕底部的还原按钮。单击宏下拉菜单，然后将弹出菜单移动到一侧。单击宏菜单上的“运行”按钮，然后从宏菜单中选择第一个镜头。
- 将视频切换器软件屏幕移到底部，但保留一些顶部的白色边框，以便在需要时单击（请参阅 图1D）。
注意：单击视频平台广播软件窗口将导致 MACRO 弹出窗口消失，但在单击视频切换台软件控制窗口后会重新出现。检查聊天栏功能时需要执行此操作。 - 开始在视频平台软件程序上录制以录制外展会议。选择 此计算机选项的记录 。
注意：停止录制并退出程序后，将出现一个弹出窗口，指示软件正在 转换 录制的视频。这可能需要一些时间，具体取决于虚拟外展会议的长度。
- 解剖标本特定内容
- 心脏标本站
- 使用绵羊、猪和牛心脏标本来证明心脏大小和人类心脏相对大小（即绵羊和猪心脏之间）的差异（例如，见 图1B）。使用猪心脏展示绵羊标本中的心包囊和心脏的表面解剖结构。
注意：如果适合目标受众（例如，高中生）的年龄，则可以在这些演示中使用人类尸体心脏。 - 使用心脏模型识别进入和离开心脏的主要血管（图3A）。演示冠状动脉的位置，并讨论阻塞如何导致心脏病发作。
- 展示心脏的内部解剖特征（图2B）。指向四个腔室和阀门，并提及它们的单向功能由压力变化而不是电活动介导（图3A）。使用心脏模型指出心脏壁中的内在起搏器细胞。
- 提及心室壁的不同厚度，并谈论心脏肥大，当心脏必须更加努力时（例如，在长期高血压期间）。指出心室壁，并讨论出生时心脏有洞的婴儿（即心房间或室间隔）。
- 使用绵羊、猪和牛心脏标本来证明心脏大小和人类心脏相对大小（即绵羊和猪心脏之间）的差异（例如，见 图1B）。使用猪心脏展示绵羊标本中的心包囊和心脏的表面解剖结构。
- 脑标本站
- 使用模型讨论构成大脑神经组织的两种主要细胞类型（例如，神经元和神经胶质细胞）。讨论树突与轴突的功能，神经元如何在突触中相互连接，这是一个电化学过程，神经胶质如何包裹轴突形成髓磷脂，以及多发性硬化症是一种导致脱髓鞘的疾病。
- 展示人脑的主要部分（即大脑半球、小脑、脑干）并与脊髓对比。指出表征大脑半球表面的主要裂缝、回和沟标志，例如分隔两个大脑半球的纵向裂（图 3B，红色箭头）和分隔初级运动皮层和感觉皮层的中央沟（图 3B，黄色箭头）。讨论功能在各个叶中的定位以及初级运动和感觉皮层的躯体位排列。讨论阿尔茨海默氏症患者大脑中回旋的缩小。
- 展示大脑中线部分（例如胼胝体、丘脑、下丘脑）以及脑干和前脑冠状部分的主要结构。指出黑质的色素外观及其在帕金森病中的重要性。识别心室系统的各个部分，并将其与心室全铸模型相关联。
- 心脏标本站
- 超声站内容
- 超声基础知识
- 解释超声波的频率如何高于人类可以听到的频率。解释探头如何成为声音的来源，以及速度由它所通过的介质决定。解释美国设备假设体内的声速为 1，540 m/s，但体内的不同结构具有不同的传导速度。解释超声波中的回声是在声音从一种介质传播到另一种介质并遇到阻力时产生的。
- 引导学生了解超声图像的顶部最接近放置在胸部的探头。在各种视野（例如胸骨旁长轴和胸骨旁短轴）上展示心脏的 B 型成像，并指出腔室和瓣膜。演示用于成像通过心脏的血液流动的颜色模式，并解释红色表示向探头移动，蓝色表示远离探头。
- 在心脏的胸骨旁长轴视图中（例如， 图 2E），确定二尖瓣，前者调节舒张期间血液从左心房流入左心室，后者调节收缩期血液从左心室流向主动脉。展示二尖瓣如何与主动脉瓣交替，并提到瓣膜的交替关闭会产生用听诊器听到的心跳的润滑声。
- 在心脏的短轴视图中，识别左心室的圆形外观和右心室的半月形。倾斜探头以显示带有倒置梅赛德斯奔驰征的主动脉瓣。
- 超声基础知识
- 计算机断层扫描 （CT） 站内容
- 解释CT扫描仪如何以螺旋方式通过患者发送X射线，允许在任何平面上进行3D重建。使用案例来解释 CT 图像上骨骼和金属（即白色）与液体（灰色）和空气（黑色）的外观。
- 在解剖可视化表上选择多平面重建 （MPR） 模式（即单击 蓝色人 图标| MPR）并选择三个主要平面中的每一个，然后它们将显示在左侧的面板中。双击图像以将其加载到主屏幕，然后再次双击以缩小它。演示图像如何在不同的视图平面（例如，冠状面、矢状面、横向）中扫描身体。
- 对于心脏的 CT 成像，应显示正常大小的心脏与肺部的相对大小（例如，三分法）。识别心脏的四个腔室，沿着主动脉离开左心室，然后识别主动脉弓的主要分支。显示植入起搏器的心脏增大示例（例如， 图 2G）。使用这种情况来展示占据胸部左侧大部分的心脏增大。
- 举一个接受过心脏直视手术的患者的例子，如金属线将胸骨固定在一起证明。选择保存的图标以演示闭塞的右冠状动脉，并识别并跟踪从主动脉起源并进入心脏的冠状动脉旁路移植物（一个在右侧，两个在左侧）（见 图3C）。
- 脑电图站内容
- 在 SP 上显示无线头戴式耳机（插图， 图 3D，黄色星号）。指出位于大脑特定叶上的14条不同的导联线（每侧7条）。讨论各种叶中神经元和神经胶质细胞的电活动如何通过骨骼到达皮肤上的表面电极。
- 将软件的阈值调高，以证明整个大脑都是活跃的。降低无线脑电图软件中脑电波的阈值，以展示特定叶（例如额叶和顶叶）内高活动区域的定位（图 3D，左图）。监测各个叶的活动变化，以证明存在一般的活动模式，但它们不是每次都重复。
- 讨论脑电图活动如何由具有特定频率的不同波组成。使用大脑可视化软件窗口上的滑块隔离特定波形（例如，α波和β波）。让SP咀嚼以展示脑电图记录的运动伪影，或闭上眼睛以展示α波活动的增加。讨论脑电图记录在临床环境中的应用（例如，癫痫或睡眠研究）。
Representative Results
虚拟广播的正式专用空间不是绝对需要的，并且受到近距离访问成像技术的限制。图 1 显示了一个临时广播演播室，其中包含该协议中描述的所有设备（图 1A-D）。主要设置位于容纳解剖可视化台的房间（图 1C）中，包括超声笔记本电脑设备（图 1A），相邻的走廊用于设置解剖标本站，以允许组装头顶摄像机装置（图 1B）。
图 2 包括来自其中一个以心脏为中心的虚拟外展会议的示例视频帧序列，以演示用于使演示文稿具有视觉吸引力和增强学习的屏幕格式类型。介绍性信息（例如，欢迎幻灯片、赠款支持、员工介绍、简短的会议大纲）显示在幻灯片中，幻灯片中有一个现场演示者插图（例如， 图 2A，I）。这允许将演示文稿与常规幻灯片演示文稿区分开来，但保留了看到演讲者的视频平台软件功能。
解剖学标本演示使用左上角的小型演示者插图和头顶摄像头作为主屏幕（图 2B）。这允许演示者直接与观众交谈，同时在特写视图中演示特定结构。关键点摘要幻灯片单独显示为一张简单的幻灯片，这使工作人员能够在幕后从一个站点无缝移动到另一个站点（图2C，F，H），并帮助学生巩固主要带回家的信息。战略性放置的监视器允许员工在过渡期间阅读摘要幻灯片。初始超声视图仅包括广角视图，以便演示者可以介绍 SP、演示超声笔记本电脑配置以及介绍超声以及 US 探头的工作原理（图 2D）。
美国实时扫描中包含显示SP特写的插图，因为这有助于学生将他们所看到的内容与探头的放置位置相结合（图2E）。这对 US 至关重要，因为探头在 SP 上的轻微移动（例如，旋转、滑动或倾斜探头）都会改变生成的图像。在演示解剖可视化表时，也会使用插图，因为查看表格操作是定位学生和理解 3D 重建中显示的内容的关键（图 2G）。当使用近对等演示者（例如，高中生和大学生）时，这一点非常重要，这样初中和高中学生就可以想象自己有一天能够操纵这项技术。
表1 列出了用于生成 图2所示各种帧的视频切换台软件控制键设置规范。该表指示每个用户定义的软按钮的名称、为主屏幕激活的摄像机、用于 PIP 视图的摄像机以及 PIP 插图的大小和位置。这些设置是在协议中列出的步骤 2.5.1-2.5.8 中生成的设置。
表 2 列出了幕后制作笔记，管理广播的工作人员使用这些笔记来了解何时手动选择合适的摄像机并推进幻灯片以准备下一个镜头。尽管视频切换器可以在镜头之间实现平滑过渡，但仍然需要有人进行一些幕后选择才能使广播看起来无缝。此外，即使使用视频切换器和多端口HDMI切换器，来自超声笔记本电脑HDMI输入和解剖可视化表HDMI输入的HDMI输入也需要手动切换。这可以在投影美国摘要幻灯片时完成。
如果有第二个视频切换器可用，则可以将超声和解剖可视化台HDMI输入插入第二个视频切换器，并将其输出插入HDMI端口，该端口通常由主视频切换器上的两个设备共享。在这种情况下，只需按下第二个视频切换台上的按钮即可更改主视频切换器的输入，而无需更换HDMI电缆。如果预算有限，这种安排的便利性可能不值得增加成本。或者，可以使用第二个多端口HDMI切换器。
图 3 中显示的合成图像提供了在以心脏和大脑为中心的外展会议中使用近对等演示者的示例。心脏模型和标本（插图）的使用如图3A所示。人类尸体脑标本和模型（插图）的使用如图3B所示。图3显示了右冠状动脉闭塞（图3C，红色箭头）和冠状动脉旁路移植物（图3C，黑色箭头）患者的CT扫描的3D重建。在SP中使用无线脑电图记录大脑活动如图3D所示，包括原始脑电图记录（右图）和大脑中脑电图活动的软件可视化（左图）。招募近乎同行的STEM榜样是向初中和高中学生广播时需要考虑的事情。在这项研究中，属于STEM外展团队的近同龄高中演讲者被用来在他们赞助的“带你的孩子上班日”（30分钟的心脏会议29和60分钟的大脑30会议）期间为在美国联邦机构工作的工作人员的子女举办虚拟外展会议。
在所描述的外展演示中使用的三站综合方法为会议提供了多样性，并在使用基于Web的虚拟视频学习平台的同时保持学生的注意力。更重要的是，协议中列出的所有三种成像方式都需要通过回顾各自区域（即心脏或大脑）的一些基本解剖结构来为学生设置舞台。虚拟演示可以根据目标受众的特定年龄和兴趣轻松定制。本文中概述的协议已用于为全州的各种初中和高中受众以及教师提供以虚拟技术为中心的 STEM 外展演示。 表 3 提供了这些会话的示例列表。
为了评估虚拟外展演示的有效性，询问教师对课程价值的看法。回答的九位老师代表的班级总共~150名高中生。教师通过电子邮件收到调查问卷，并要求他们使用5分李克特量表评估关于虚拟外展会议的八项陈述（见 表4）。收集数据并进行统计分析。使用单样本 t检验（双尾）来确定评估响应是否与量表的预期中性点（3，既不同意也不同意）显着不同，并确定每个陈述的显著性（p值），包括95%置信区间的上限和下限。响应频率包含在 表4中。
教师评估表明，这些虚拟课程对课堂时间的宝贵利用（p < .05），教师认为，学生在虚拟课程中学到了一些关于STEM或技术的知识（p < .01）。教师们非常同意以下声明，即他们将向其他教师推荐虚拟外展课程（p < .001），并邀请团队进行另一次虚拟外展会议（p < .05）。总之，前六个陈述的数据证实，尽管该方法是虚拟的，但似乎有望为学生提供积极的学习环境。最后两个问题询问了亲自或虚拟参加会议的学生的参与程度。
中立的教师评价数据（即，与中性点相比，没有显着的更高或更低的响应）表明，他们班上的学生没有完全参与虚拟外展课程。这类问题没有显着增加并不意外，因为动手活动比任何虚拟活动都更能吸引学生。教师对课程的感知价值，加上对学生参与度没有显着的负面评价，支持在无法进行面对面的实践课程时使用这些类型的虚拟外展课程。
表 5 列出了学生在视频平台聊天栏中提供的关于他们在虚拟会话中学到的关于心脏或大脑的内容的评论示例。演示者通常会要求全班提供他们在会话中学到的五件事的示例，这些事情在登录虚拟会话之前并不知道。这些评论表明，学生在外展期间很注意，他们正在学习相关内容，并证实了教师总体上积极的评价。
图 1：带有所有所列设备的临时广播演播室 。 （A） 广播笔记本电脑（红色粗箭头）、幻灯片演示笔记本电脑（红色细箭头）、视频切换器（绿色粗箭头）、HDMI 多端口（绿色细箭头）、三脚架（蓝色箭头）和安装的摄像机（蓝色星号）和超声波笔记本电脑（紫色箭头）的视图。广播笔记本电脑附近的摄像机对准走廊，以捕捉解剖标本站的主持人。照片左侧的三脚架和相机为超声站提供主相机视图，而位于按摩床头部和脚部的相机用于在超声扫描期间提供SP的特写视图。用黄色箭头表示的笔记本电脑代表超声站的广播监视器。（B） 解剖标本站的视图，心脏标本和心脏模型位于桌子上，头顶摄像机装置及其摄像机支架（红色箭头）和摄像机（蓝色星号）位于桌子上方。用作此工作站显示器的笔记本电脑用黄色箭头表示。（C） 带有垂直方向解剖可视化表的 CT 成像站视图（图像的最右侧）。图像左侧的三脚架（蓝色箭头）和摄像机（蓝色星号）是CT成像站的主相机视图。解剖可视化台站的演示者可以简单地观看位于桌子上的主广播笔记本电脑（粗红色箭头）或幻灯片演示笔记本电脑（细红色箭头）。位于图像右侧凳子上的笔记本电脑（黄色箭头）是超声站演示者的监视器。（D）超声站现场直播期间广播笔记本电脑的屏幕截图，按摩床脚下有一个三脚架（蓝色箭头）和安装的摄像机（蓝色星号）。视频切换器软件控制窗口（双黄色星号）移开到屏幕底部。宏弹出窗口（单个黄色星号，宏按钮位于屏幕右侧）。缩写：SP = 标准化患者;CT = 计算机断层扫描。 请点击此处查看此图的大图。
图 2：来自以心脏为中心的虚拟外展会议的示例视频帧 。 （A） 从相机 #1 实时插入视图的介绍性幻灯片示例。（B） 解剖标本和模型站，具有俯置摄像机视图和摄像机 #2 的实时插入视图。心脏标本已被打开以显示右心室的内部。（C）心脏解剖学关键点总结幻灯片。（D） 超声成像站，可从摄像机 #3 实时取景。（E） 超声波站，具有来自相机 #2 的实时插入视图和超声波笔记本电脑视频输出。该扫描是心脏的胸骨旁长轴扫描，显示左心房、左心室、右心室和主动脉。（六）超声影像学重点总结幻灯片。（G） CT 成像站，具有来自相机 #4 的实时插入视图和解剖可视化表视频输出。扫描显示心脏增大（黄色星号）和左肺与右肺相比的尺寸减小。（八）CT影像学关键点总结幻灯片。（I） 观众幻灯片中的结束性问题，带有来自相机 #1 的实时插入视图。缩写：CT = 计算机断层扫描;RV = 右心室;LA = 左心房;左心室=左心室;RV = 右心室;A = 主动脉;LL = 左肺;RL = 右肺。 请点击此处查看此图的大图。
图 3：在心脏和大脑演示中使用近龄学生。 图中显示了三名近乎同龄的学生，他们在解剖学站（插图 A、B）和解剖可视化 CT 成像站（插图 C）进行虚拟外展会议。其中一位近乎同行的演示者在脑电图站（插图 D）担任 SP。主要图片：（A）用于演示心脏各个部位的心脏模型，包括右心房、肺干、右心室、左心房、左心室和主动脉。（B）解剖标本站显示完整的人类尸体保存的大脑以及纵裂（红色箭头），中央沟（黄色箭头），额叶，顶叶和枕叶的位置。（C）使用解剖可视化表进行CT成像，显示冠状动脉搭桥手术的心脏扫描示例，其中右冠状动脉（红色箭头）和旁路移植血管（黑色箭头）闭塞。（D） 复合屏幕图像显示使用无线 EEG 耳机（黄色星号，插图）在 SP 中的 EEG 记录，来自耳机 14 个导联的 EEG 记录（右图），以及大脑可视化软件重建，具有大脑定位脑电图活动的优越视图（左图）在大脑的左半部分或右半部分。额叶位于图像的顶部。缩写：CT = 计算机断层扫描;脑电图=脑电图;FL = 额叶;SP = 标准化患者;RA = 右心房;PT = 肺干;RV = 右心室;LA = 左心房;左心室=左心室;A = 主动脉;FL = 额叶;PL = 顶叶;OL = 枕叶。 请点击此处查看此图的大图。
| 宏软面板按钮# | 保存的宏按钮名称 | ATEM Mini Pro的按键设置 |
| 1 | 简介幻灯片插图 | 凸轮 4;直播中;凸轮 2 DVE;X 位置=-7.3;Y 位置 = 0.3;X 大小 = 0.49;Y 大小 = 0.49 |
| 2 | 解剖学插图 | 凸轮1;直播中;凸轮 2 DVE;X 位置 = -10.2;Y 位置 = 5;X 大小 = 0.38;Y 大小 = 0.38 |
| 3 | 摘要幻灯片 | 凸轮 4 |
| 4 | 美国-介绍-编号 | 凸轮 2 |
| 5 | 美国插图 | 凸轮3;直播中;凸轮 2 DVE;X 位置 = -10.2;Y 位置 = 5;X 大小 = 0.38;Y 大小 = 0.38 |
| 6 | 美国-摘要幻灯片 | 凸轮 4 |
| 7 | CT 插入 | 凸轮3;直播中;凸轮 2 DVE;X 位置 = -10.2;Y 位置 = 5;X 大小 = 0.38;Y 大小 = 0.38 |
| 8 | CT-摘要幻灯片 | 凸轮 4 |
| 9 | 问题插入 | 凸轮 4;直播中;凸轮 2 DVE;X 位置 = -7.3;Y 位置 = 0.3;X 大小 = 0.49;Y 大小 = 0.49s |
表 1：用于创建心脏视频帧的示例视频切换器软件控制设置，如图 2 所示。 下表列出了虚拟切换台软件上用于启用各种数字视频效果的各个宏软面板按钮、相应的按钮名称和关键设置。缩写：CT = 计算机断层扫描;US = 超声波;DVE=数字视频效果。
| 镜头序列# | 软按钮面板选择 | 为下一次拍摄做准备的其他操作 |
| 1 | 从介绍幻灯片插入开始 | [演示者使用遥控器前进幻灯片] |
| 2 | 切换到解剖学插图 | 在遥控和高级幻灯片上按下相机 2 |
| 3 | 切换到摘要幻灯片 | 在遥控器上按下相机 1 |
| 4 | 切换到美国介绍编号 | 高级幻灯片 |
| 5 | 切换到美式插图 | 在遥控器上按下相机 3 |
| 6 | 切换到美国摘要幻灯片 | 按下遥控器上的相机4，然后用ATEM上的SECTRA HDMI电缆替换美国 |
| 7 | 切换到 CT 嵌入式 | 高级幻灯片 |
| 8 | 切换到 CT 摘要幻灯片 | 在遥控器上按下相机 1 |
| 9 | 切换到问题插入和高级幻灯片 |
表2：心脏演示的广播镜头记录样本。 该表列出了拍摄顺序、软面板按钮选择以及准备虚拟广播中的下一个镜头所需的其他操作。缩写：CT = 计算机断层扫描;US = 超声波。
| 组说明# | 学生年级 | 虚拟外展主题 | 站 |
| 初中预科科学课 | 8 | 超声和红外成像 | 测量声速和红外成像 |
| 夏季科学STEM博览会 | 第6 - 8名 | 骨骼演示 | 解剖标本站 |
| 每周解剖和技术互动 - 2020、2021 年暑期课程 | 第 6 至 12 名 | 心 | 心脏解剖学，心脏超声，心脏CT成像 |
| 每周解剖和技术互动 - 2020、2021 年暑期课程 | 第 6 至 12 名 | 肺 | 肺部解剖学，呼吸系统超声，呼吸系统CT成像 |
| 每周解剖和技术互动 - 2020、2021 年暑期课程 | 第 6 至 12 名 | 脑/中枢神经系统 | 脑和脊髓解剖学，美国神经，颅骨和大脑的CT成像。 |
| 每周解剖和技术互动 - 2020、2021 年暑期课程 | 第 6 至 12 名 | 全身各地区的美国 | 超声站 |
| 每周解剖和技术互动 - 2020、2021 年暑期课程 | 第 6 至 12 名 | 全身各部位的 CT 成像 | 赛克特拉站 |
| 高中科学课 | 第九 | 心 | 心脏解剖学，心脏超声，心脏CT成像 |
| 高中科学课 | 第九 | 脑 | 脑解剖学，颅骨和脑的CT / MRI成像，活SP的脑电图记录 |
| 学生运动员STEM学院（SASA）-暑期课程 | 第9-12名 | 肌肉、肌腱、关节、骨骼、心脏、大脑、头骨 | 模型和骨骼演示、常见运动损伤部位的美国成像、常见 MSK 损伤的 CT 成像、心脏解剖学 |
| 卫生专业招聘和暴露计划 （HPREP） | 第9-12名 | 心 | 心脏解剖学，心脏超声，心脏CT成像 |
| 农村学区高中科学班 | 9-10日 | 心 | 心脏解剖学，心脏超声，心脏CT成像 |
| 农村学区高中科学班 | 9-10日 | 脑和中枢神经系统 | 脑解剖学，颅骨和脑的CT成像 |
| 美国心脏协会“甜心”计划 | 第10名 | 心 | 心脏解剖学，SP心脏的美国实时扫描，心脏起搏器活动的心电图记录，心脏CT成像 |
| 癌症项目 – 暑期（高中和大学） | 11、12和学院 | 癌症类型、组织学和病理学回顾 | 受癌症影响的主要器官的解剖学，这些器官的US和CT成像，这些器官中癌症的虚拟组织病理学 |
| 阿肯色州科学节 | 向所有感兴趣的年级开放 | 心 | 解剖学，美国，康涅狄格州 |
表 3：虚拟 STEM 外展演示和目标受众。 该表列出了通过外展会议达到的代表性学生团体的描述、他们的年级、外展的主要主题以及外展中包含的各个站点。缩写：CT = 计算机断层扫描;US = 超声波;STEM = 科学、技术、工程和数学;中枢神经系统=中枢神经系统;脑电图=脑电图;MRI = 磁共振成像;心电图=心电图。# 一些学生团体是通过已知的联系人直接招募的，而另一些则是 通过 网站发布招募的。
| 一个样本t检验（双尾） | ||||||||||
| 李克特响应（频率）# | 平均评价 | 标准差 | t | 东风 | p 值 | 95% 置信区间（下限、上限） | ||||
| 我相信这次虚拟课堂外展访问是对课堂时间的宝贵利用 | 1(0), 2(2), 3(0), 4(0), 5(7) | 4.33 | 1.32 | 3.024 | 8 | .017 * | 3.316, 5.350 | |||
| 该主题以适当的水平为我的学生呈现 | 1(0), 2(0), 3(0), 4(4), 5(5) | 4.56 | 0.53 | 8.854 | 8 | .000*** | 4.150, 4.961 | |||
| 我会向其他老师推荐这个外展课程 | 1(0), 2(0), 3(2), 4(1), 5(6) | 4.44 | 0.88 | 4.913 | 8 | .001 ** | 3.767, 5.122 | |||
| 我欢迎ArkanSONO团队明年在我的课堂上进行虚拟外展会议 | 1(0), 2(2), 3(0), 4(0), 5(7) | 4.33 | 1.32 | 3.024 | 8 | .017 * | 3.316, 5.350 | |||
| 我相信我的学生在本课程中学到了新的 STEM 内容 | 1(0), 2(0), 3(2), 4(2), 5(5) | 4.33 | 0.87 | 4.619 | 8 | .002 ** | 3.668, 4.999 | |||
| 我相信我的学生在这节课中学到了技术知识 | 1(0), 2(0), 3(2), 4(2), 5(5) | 4.33 | 0.87 | 4.619 | 8 | .002 ** | 3.668, 4.999 | |||
| 我的课堂学生参与了这项活动 | 1(0), 2(4), 3(0), 4(3), 5(2) | 3.33 | 1.32 | 0.756 | 8 | .471 | 2.316, 4.350 | |||
| 我的在线学生参与了这项活动 | 1(2), 2(2), 3(1), 4(2), 5(2) | 3.00 | 1.58 | 0.000 | 8 | 1.00 | 1.784, 4.215 | |||
| # 5点李克特量表 | * 第<.05页 | |||||||||
| ** 页码<.01 | ||||||||||
| 页码<.001 | ||||||||||
表 4：教师对虚拟外联课程的评价。 该表列出了教师对八个不同项目评估问题的回答，使用5分李克特量表和回答的统计分析。缩写：STEM = 科学、技术、工程和数学;df = 自由度;CI = 置信区间。
| 心脏会议评论 | 我了解了心脏的不同腔室，也了解了心室，还了解了超声波的工作原理。 | |||||
| 我学会了如何用超声波识别心包袋，以及出血可能会发生什么 | ||||||
| 我不知道超声波可以用于腹腔以外的身体不同部位 | ||||||
| 我了解到你的心跳声是阀门的打开和关闭 | ||||||
| 我不知道尿液是如何通过膀胱的 | ||||||
| 超声波使用声波来观察身体的结构，我认为它就像X射线。 | ||||||
| 我学会了用超声波寻找什么以及实际看起来的东西。 | ||||||
| 我不知道你可以看到所有的肌肉是如何在超声波上移动的。 | ||||||
| 超声波上的骨骼是什么样子的，超声波使用声波。 | ||||||
| 在这次变焦之前，我不知道凝胶的用途 | ||||||
| 我知道X射线不安全，但我不知道超声波是安全的！ | ||||||
| 大脑会话评论 | 我了解到阿尔茨海默病患者的大脑看起来与我们的大脑有多么不同 | |||||
| 我不知道中风症状会根据大脑的哪个部位受到影响而有所不同。 | ||||||
| 我不知道你可以把脑电图放在头上，看看大脑的活动！那真是太酷了！ | ||||||
| 我不知道额叶皮层直到一个人20多岁才完全发育 | ||||||
| 我不知道我们可以用耳机看到大脑的活动，我觉得想想阿尔茨海默氏症让脑回缩小真的很酷 | ||||||
| 我没有意识到婴儿的头骨直到长大后才完全融合在一起。 | ||||||
| 我了解了动脉瘤的影响 | ||||||
| 我了解到大脑有两层保护它 | ||||||
| 你的大脑可能看起来不同，并且有一些来自某些疾病大脑的凹槽和它们的一些功能 | ||||||
| 我学会了电极如何读取大脑中的运动。 | ||||||
| 我了解到CT是一种3D模态，可以查看更多细节 | ||||||
| 我了解到，如果你是右手主导，那么你就会使用你的左脑 | ||||||
表5：学生评论-您今天学到了什么？ 该表提供了具有代表性的学生对他们在单独进行的大脑和心脏外展课程中学到的知识的评论。学生的评论是在虚拟外展会议结束时从聊天栏中复制的。
Discussion
联邦拨款资助的STEM外展活动利用作者所在大学提供的便携式成像技术资源，用于为中学生到高中生提供面对面，小组，动手STEM课程。这些努力与已经丰富的大学赞助的K-12 STEM管道活动保持一致并得到支持，这些活动旨在增加进入阿肯色州STEM领域的学生的多样性。为应对 COVID-19 大流行而出现的校园访问限制迫使每个人将动手 STEM 活动重新想象为虚拟外展活动。尽管与技术进行小组实践互动应始终是招募学生进入STEM领域的目标，但使用虚拟外展会议可以帮助扩大参与度并弥合在获取成像技术方面的鸿沟。这项研究中的研究团队只是通过在线发布、现有的社区联系以及与大学多样性事务办公室的合作来招募学生和教师。
在阿肯色州这样的农村州，扩大参与度尤为重要。医学院是现代成像技术的重要资源，可用于虚拟外展环境，以增加教师和学生对STEM概念的了解。该项目中的STEM外展团队受益于大学投资的大量资金，以获得用于教育活动的最先进的超声波和CT成像设备（例如解剖可视化表）。联邦政府资助的赠款通过购买无线脑电图耳机和相关软件包来补充这些技术，这些软件包可以对脑电图活动的定位进行成像。模型和解剖标本被纳入每个会话，因为解剖学构成了理解使用现代成像方式（如超声和CT成像）获得的图像的基础。本文中概述的协议详细介绍了如何对一些关键的、额外的广播相关设备进行最小投资，以便在以 STEM 为重点的虚拟外展活动中对这些成像技术资源进行具有专业外观的直播，从而吸引和吸引学生。
购买了高质量的摄像机、一些切换台和配件以及其他笔记本电脑，使团队能够为虚拟外展会议提供高质量的视频馈送。在本文中描述的协议中，在外展会议中使用了六个单独的相机（三个用于超声扫描，两个用于解剖标本和模型站，一个用于解剖可视化CT成像站）。高质量的传输对于保持学生的兴趣很重要，特别是因为学生可能会在教室智能板或投影仪屏幕上观看演示文稿，这两者都可能导致整体图像质量下降。照明很重要，但高质量的相机可以消除对额外摄影灯的需求。
视频切换器和多个摄像机是系统中最重要的部分，因为它们允许PIP功能。将内置的笔记本电脑摄像机替换为视频切换器输入的优势在于，与视频演示软件仅与演示者摄像机一起在这些技术的实时输入中共享屏幕相比，将屏幕的更大部分用于实时流式传输。研究表明，将讲师的图像与幻灯片或其他内容相结合的实时复合视频讲座会给学生带来更好的主观体验31，32.单独的高质量移动麦克风将增强听觉体验，如果演示者在会议期间从一个站移动到另一个站，距离用于广播虚拟会话的实际笔记本电脑很远，则需要使用单独的高质量移动麦克风。
需要一台具有HDMI输出的医疗超声笔记本电脑，以便为虚拟视频平台广播提供高质量的图像。市售的3D解剖成像表（例如本协议中使用的）是许多医学院都可以获得的重要资源，但大多数中学和高中都无法获得。该协议中使用的表格具有虚拟VH解剖程序（本文未描述），该程序允许解剖学的3D和横截面视图，这对于为学生提供理解解剖学的参考点很有用，将通过超声波和CT成像显示。解剖可视化表连接到一个教育门户，其中包含来自真实患者的数百例CT和MRI扫描，为学生提供了完美的临床重点。这允许演示者将身体器官的CT成像与相同器官的美国成像和解剖标本演示联系起来。例如，在不同平面上使用心脏的CT视图将帮助学生在心理上构建心脏的3D图像及其与其他器官（如肺）的关系。为学生提供免费在线CT成像资源的注释列表，将为他们提供一种在课程结束后重新参与该技术的方法。
医学院更重要的资源之一是其教师和学生，他们可以作为专业的STEM榜样。鉴于医学院校园持续竞争的需求，教师参加 STEM 外展活动的可用性始终是一个问题。核心教师的骨干构成了STEM外展团队的基础，但该团队有时也会在可能的情况下包括近同行的演示者（例如， 图3）。虽然一个人可能会间歇性中断地处理整个虚拟广播，以更改摄像机角度和视频切换器设置，但最好有一名专职工作人员来处理视频切换器和视频平台广播节目，这样演示者就可以专注于虚拟外展内容。当摘要幻灯片广播给参与者时，角色切换很容易在幕后完成。如果学生单独登录外展会话，强烈建议第三人监视聊天栏。让一个角色只是监视聊天栏并回答个别问题或中断广播以提出匿名问题的人对于吸引安静的学生非常有帮助。特别是初中和高中生，可能不想在大型团体环境中提问，尤其是在非个人化的虚拟环境中。聊天栏监视器在会话开始时向所有参与者发送的友好消息为学生提供了一个安全的问题场所。聊天栏监视器甚至可以远程登录，以减少广播室的拥堵。
成功进行虚拟外展会议的主要挑战之一是缺乏个人互动以及通过看到学生的脸来衡量学生兴趣的能力。演示者习惯看不到参与者需要时间，因为监视器是为演示者提供广播图像，而不是参与者查看者组。演示者必须依靠幕后工作人员来监控会议，以了解学生的参与程度以及下次可能需要更改的内容。当学生在椅子上向前倾以似乎获得更好的视野时，成功吸引学生的注意力是显而易见的。间歇性地向观众提问（例如，在车站摘要幻灯片之后），让学生有时间处理和反思他们刚刚学到的东西。本文中提供的学生评论和教师评估数据支持这样的结论，即这些类型的虚拟外展会议可以有效地让学生接触新的 STEM 和成像技术内容，并为学生提供积极的学习环境。这些发现与其他研究的结果一致，这些研究报告称，大流行期间进行的虚拟外展计划可以像面对面活动一样吸引学生，允许学生更多地参与 STEM 充实计划，并为建立 STEM 专业人员和学生之间的关系提供了途径33，34，35。
本文概述了使用医学院环境中可用的成像资源技术所需的设备，以提供以虚拟技术为中心的外展活动，以激发学生对STEM领域的兴趣。对设备（例如一些高质量的4K摄像机）和其他配件（例如视频广播切换台）进行少量投资，可以有效地增加演示文稿的交互感觉，并带来视觉上令人愉悦的虚拟演示，从而提高学生的参与度。演示人的实时超声扫描，旋转身体的3D CT重建，并提供大脑活动的实时脑电图记录，有助于激发中学生和高中生的STEM兴趣。它们还提供了抵消农村学生在地区医学院获得资源以及在 COVID-19 大流行相关限制期间所有学生失去访问权的差异的方法。
Disclosures
作者没有利益冲突需要披露。
Acknowledgments
这项研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）国家普通医学科学研究所（NIGMS）的科学教育合作奖（SEPA）资助，奖项#R25GM129617。内容完全由作者负责，并不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。UAMS医学院的资金用于购买本研究中使用的一些设备（例如，解剖可视化表和临床超声笔记本电脑设备）。
Materials
| 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 |
References
- Sullivan, L. W. Missing persons: Minorities in the health professions, a report of the Sullivan Commission on Diversity in the Health Workforce. Digital repository at the University of Maryland. , (2004).
- QuickFacts, United States. United States Census Bureau. , Available from: https://www.census.gov/quickfacts/US (2022).
- Diversity Facts and Figures 2019. The Association of American Medical Colleges. , Available from: https://www.aamc.org/data-reports/workforce/report/diversity-facts-figures (2019).
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