數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用

周啟良 鄧雪英 胡明華

長沙醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，長沙 410219

數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用

周啟良 鄧雪英 胡明華

長沙醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，長沙 410219

通過在教學(xué)過程中，將數(shù)字化人體圖像和三維模型進(jìn)行融入其中，能有效提高學(xué)生對人體的理解和認(rèn)識(shí)，從而有效提高教學(xué)質(zhì)量。通過應(yīng)用現(xiàn)代影像學(xué)和人體解剖學(xué)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化模型的建立，并將實(shí)物斷層面圖像和影像進(jìn)行對照，從而加深對圖像的理解，并深刻記憶影像之間的聯(lián)系和區(qū)別。總的來說，數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖學(xué)應(yīng)用中，能有效提高其教學(xué)質(zhì)量，值得在解剖教學(xué)中推廣應(yīng)用。

三維模型；數(shù)字化人體圖像；解剖教學(xué)

在解剖教學(xué)中，對標(biāo)本進(jìn)行觀察和實(shí)體解剖是非常重要的，其屬于兩個(gè)不同的實(shí)訓(xùn)方式。但目前醫(yī)學(xué)教學(xué)中面臨這樣的問題[1]，由于教學(xué)中尸體的來源不多，庫存量較少，在這樣的情況下，學(xué)生利用實(shí)物標(biāo)本進(jìn)行觀察和尸體解剖的機(jī)會(huì)也在不斷減少，但若不能了解人體情況，學(xué)生則不能更好地獲取知識(shí)。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示[2]，目前部分醫(yī)學(xué)生尸體解剖機(jī)會(huì)不斷減少，學(xué)生對人體空間結(jié)構(gòu)的掌握程度降低，動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力也有所下降，顯示出目前教學(xué)的弊端。如何提高教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)和積極性，是現(xiàn)代解剖教學(xué)中需要解決的主要問題。隨著醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，利用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)的模式進(jìn)行數(shù)字化人體圖像和三維模型進(jìn)行教學(xué)，能解決解剖教學(xué)中存在的矛盾，為解剖教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?，F(xiàn)本文主要對數(shù)字化人體圖像和三維模型的應(yīng)用對解剖教學(xué)的影響進(jìn)行分析，并分析如何進(jìn)行實(shí)際教學(xué)應(yīng)用。

1 數(shù)字化人體的研究淺析

數(shù)字化人體主要引用現(xiàn)代高科技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)代影像學(xué)與人體解剖學(xué)的方式，并通過計(jì)算機(jī)將建立人體三維模型，構(gòu)建解剖數(shù)量結(jié)構(gòu)信息，從而有效將人體功能實(shí)現(xiàn)可視化和數(shù)字化，通過建立和處理數(shù)學(xué)模型，能減少學(xué)生實(shí)踐教學(xué)中對尸體解剖的依賴。該數(shù)字化人體主要在上世紀(jì)九十年代開始發(fā)展，并在2001年流入我國，并在國內(nèi)迅速地發(fā)展，直至到2013年為止，我國已經(jīng)完成了高度精密的中國數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集。本校在早期已經(jīng)開始建立人體虛擬解剖平臺(tái)，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊，并能完成組成的解剖、器官重建等操作[3]。此外，通過360°旋轉(zhuǎn)，能讓學(xué)生從不同角度上觀看人體結(jié)構(gòu)，以便更好地理解解剖器官及生理功能。

2 三維模型的淺析

據(jù)相關(guān)研究顯示，三維模型的應(yīng)用比電腦上三維圖形更早流行。并應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，其主要通過把人體按照固定方式投射物體表面后，并通過數(shù)據(jù)圖像技術(shù)進(jìn)行加工，最后成為三維模型。三維模型主要通過相關(guān)的視頻設(shè)備以及計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示，圖像顯示的既可以是實(shí)物，也可以是虛構(gòu)物體。通過常用的建模工具生成三維模型，亦可以使用手工生成，經(jīng)過一系列的發(fā)展后，三維模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中，主要體現(xiàn)在器官的模型建立。通過利用三維模型，結(jié)合數(shù)字圖像化處理，具有極大的教學(xué)優(yōu)勢[4]。其中包括：第一，讓學(xué)生能較為直觀地觀察人體器官的結(jié)構(gòu)，空間分布等，完好地彌補(bǔ)了理論教學(xué)中較為復(fù)雜的宏觀與微觀內(nèi)容，并幫助學(xué)生在腦海中形成完整的人體結(jié)構(gòu)，并通過不斷觀看模型，從而加深結(jié)構(gòu)印象。此外，該三維模型能夠重復(fù)進(jìn)行操作，從而有效避免了尸體解剖教學(xué)不能重復(fù)的弊端，有效節(jié)省大量資源。利用軟件進(jìn)行人體解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)自身需求，通過點(diǎn)擊操作或者手工操作，能夠逐層了解人體結(jié)構(gòu)、器官等，在課外，也可以通過模擬軟件進(jìn)行不斷學(xué)習(xí)，從而在大腦中形成器官形態(tài)、結(jié)構(gòu)分布的形態(tài)和概念，不斷練習(xí)、強(qiáng)化概念，從而提高學(xué)習(xí)效果。

3 數(shù)字化人體圖像和三維模型教學(xué)操作

通過上述兩點(diǎn)關(guān)于數(shù)字化人體圖像和三維模型的介紹后，如何將其融入到教學(xué)當(dāng)中非常重要。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的解剖學(xué)當(dāng)中，學(xué)校主要通過制作尸體讓學(xué)生觀察，但該方法受到場地，氣候和時(shí)間等方面的影響，導(dǎo)致教學(xué)出現(xiàn)各種困難，不符合教學(xué)內(nèi)容中以培養(yǎng)學(xué)生觀察力、新能力、印象記憶力的目的。而隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，通過人體圖像和三維模型進(jìn)行教學(xué)，能更好適應(yīng)時(shí)代需求。數(shù)字化人體三維模型通過斷面圖像的數(shù)據(jù)分割而構(gòu)建的，其能在虛擬世界和計(jì)算機(jī)中交換顯示。在教學(xué)的過程中[5]，本校老師讓學(xué)生在課堂上觀察不同角度的解剖結(jié)構(gòu)，其原理與尸體解剖學(xué)一致，通過觀察其位置，并將平常不易展示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示和分析，給予學(xué)生更加直觀的感受。同時(shí)，在教學(xué)中，老師還可以利用數(shù)字化特有的功能，將所需要的結(jié)構(gòu)采用不同的彩色進(jìn)行標(biāo)配，并單獨(dú)拿出來進(jìn)行講解，或者通過錄制視頻，全方位展示人體器官，同時(shí)可以讓學(xué)生下載視頻或圖片，供課后復(fù)習(xí)。本校通過這樣的教學(xué)方式，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。這樣的教學(xué)內(nèi)容能讓學(xué)生鞏固各種知識(shí)結(jié)構(gòu)，并了解彼此之間可能存在的聯(lián)系，為日后的臨床研究和實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。

4 斷層解剖學(xué)

斷層解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)生和臨床醫(yī)生在學(xué)習(xí)系統(tǒng)解剖學(xué)和局部解剖學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上密切結(jié)合醫(yī)學(xué)影像學(xué)等臨床學(xué)科的需要來全面細(xì)致地講授人體主要結(jié)構(gòu)在連續(xù)斷層中的形態(tài)變化和重要結(jié)構(gòu)位置毗鄰關(guān)系[6]。斷層影像已成為放射診斷用圖像采集與閱讀的常規(guī)方式，斷層解剖的掌握自然成為了疾病影像診斷最重要的基礎(chǔ)之一。CT與MRj對于提高整個(gè)醫(yī)學(xué)診斷水平的作用有目共睹，其對于骨骼與軟組織疾病極佳的顯示能力使得臨床多個(gè)學(xué)科的診斷水平有了長足進(jìn)步。

5 小結(jié)

數(shù)字化人體圖像和三維模型的應(yīng)用，是解剖教學(xué)中的一項(xiàng)重要革新內(nèi)容，該教學(xué)方式避免了尸體解剖實(shí)驗(yàn)的繁瑣及資源匱乏。從教學(xué)平臺(tái)中抽取復(fù)雜、抽象的內(nèi)容進(jìn)行單獨(dú)顯現(xiàn)，能讓學(xué)生具體了解其形態(tài)，如心臟、腎臟、胃部等方面的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及之間的毗鄰關(guān)系等，從而能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，也有效提高教學(xué)的時(shí)間性，提高尸體解剖試驗(yàn)中的準(zhǔn)確性。因此逐漸受到教師和學(xué)生們的歡迎[7]。

斷層解剖教學(xué)常用圖像來源于存在著間距大,無法連續(xù)追蹤結(jié)構(gòu)，人體標(biāo)本鋸切的照片,與CT、MRI圖像不完全匹配,信息量偏小等缺點(diǎn)。本課題利用中國數(shù)字化可視人體研究配合對應(yīng)的CT、MRI圖像直接用于《斷層解剖學(xué)》教學(xué)。將人體斷面圖像與同一層面的CT、MRI影像放在一張幻燈上展示,實(shí)物斷面圖像與其影像互相對照,加深學(xué)生對每一個(gè)重點(diǎn)斷面的理解,同時(shí)又能牢牢記住斷層圖像和CT、MRI影像的區(qū)別與聯(lián)系。在進(jìn)行數(shù)字化教學(xué)的同時(shí)，還應(yīng)該保證學(xué)生具備親自實(shí)踐動(dòng)手的機(jī)會(huì)，對提高學(xué)生動(dòng)手能力奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?？偠灾?，數(shù)字化教學(xué)能有效避免解剖教學(xué)尸體匱乏情況，減少資源浪費(fèi)，兩者互相結(jié)合，能取長補(bǔ)短，提高教學(xué)質(zhì)量[8]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像技術(shù)和三維模型在斷層解剖學(xué)教學(xué)起著重要的作用，在避免了傳統(tǒng)尸體解剖的同時(shí)，更是清晰明了的把解剖圖像呈現(xiàn)給學(xué)生，用分層的形式，細(xì)仔的展現(xiàn)人體內(nèi)部圖像。是新時(shí)期科技發(fā)展技術(shù)創(chuàng)新的新型教學(xué)方法。

[1] 秦向征，李光照，李良昌.局部解剖學(xué)教學(xué)所面臨的問題及解決方法[J].解剖學(xué)科學(xué)進(jìn)展，2010，16(1)：95-96.

[2] 邱明國，張紹祥，劉正津，等.數(shù)字化可視人體在解剖學(xué)教學(xué)中的初步應(yīng)用[J].四川解剖學(xué)雜志，2010，12(10)：41-42.

[3] 劉光久.數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用[J].局解手術(shù)學(xué)雜志，2011，20(2)：2.

[4] 鄧長弓.數(shù)字化可視人體在解剖教學(xué)中的應(yīng)用趨勢初探[J].川北醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，25(5)：67.

[5] 程昊，周波.計(jì)算機(jī)三維數(shù)字人體模型在人體解剖學(xué)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，2009，4(24)：3519.

[6] 張紹祥．?dāng)?shù)字化人體與數(shù)字醫(yī)學(xué)的研究概況及發(fā)展趨勢[J].第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,31(01)：01-02.

[7] 張莉，徐穎，唐雷，等.基于輪廓拼接算法三維重建中國數(shù)字人肩部骨骼肌肉結(jié)構(gòu)[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2009,13(43)：8432-8435.

[8] 譚立文,張紹祥,冉 旭,等.基于中國數(shù)字化可視人體喉區(qū)細(xì)小結(jié)構(gòu)分割數(shù)據(jù)集的建立[J].第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 30(1): 8-10.

Digital images and three-dimensional model of human anatomy teaching

Through the teaching process, the digitized images and three-dimensional model of the human body into which can effectively improve the students' understanding and awareness of the human body, thus effectively improving the quality of teaching. Through the application of modern imaging and human anatomy, to achieve the establishment of digital models and physical fault plane images and video were compared, in order to deepen ties and understanding of the distinction between exercise and deep memory between the images. In general, digital images and three-dimensional models of human anatomy application, can effectively improve the quality of their teaching, is worth promoting in anatomy teaching applications.

three-dimensional model; digital human image; anatomy teaching

R322

A

1672-5654(2015)00(a)-0000-0

2015-02-12）

周啟良(1974.1-),男，漢族,湖南寧鄉(xiāng)人,碩士,副教授,研究方向：臨床應(yīng)用解剖學(xué)。