數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用

姚成玲

摘 要：數(shù)字化人體圖像和三維模型的出現(xiàn)給現(xiàn)代解剖教學(xué)帶來了革命性的變化。文章通過對比傳統(tǒng)的教學(xué)模式，探討了數(shù)字化可視人體在解剖教學(xué)中的優(yōu)勢和不足。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化人體圖像；三維模型；解剖教學(xué)；應(yīng)用

一、人體解剖學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的人體解剖教學(xué)常以課堂教學(xué)為主，教師利用掛圖、模型、尸體標(biāo)本、PPT多媒體及錄像等教學(xué)工具進(jìn)行輔助教學(xué)。但由于掛圖、PPT 多媒體及錄像等均是二維平面圖，不能良好顯示人體的立體層次結(jié)構(gòu)，學(xué)生很難掌握器官結(jié)構(gòu)間位置關(guān)系以及人體的整體概況；解剖實(shí)驗(yàn)室用于示教的模型仿真度不高且種類不全，不能完全代替人體的器官結(jié)構(gòu)，在學(xué)習(xí)過程中可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤導(dǎo)向。同時(shí)，學(xué)生對尸體標(biāo)本進(jìn)行解剖操作或觀察實(shí)物標(biāo)本是人體解剖學(xué)最佳的學(xué)習(xí)方法，但由于近年來教學(xué)尸體標(biāo)本緊缺，用于學(xué)生解剖操作的尸體標(biāo)本和教學(xué)示教標(biāo)本越來越少，并且不能保證供應(yīng)到每個(gè)專業(yè)，所以學(xué)生很難將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)習(xí)效果較差，尤其對人體各器官結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系較難掌握。再者，標(biāo)本需要用甲醛來保存， 甲醛強(qiáng)烈的刺激性氣味往往不能使學(xué)生專心地聽課。

二、數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用

1.數(shù)字化可視人體和三維模型的含義及其意義

數(shù)字人或數(shù)字化人體就是依托于現(xiàn)代信息技術(shù)，通過人體解剖學(xué)和現(xiàn)代影像學(xué)方法獲取人體解剖結(jié)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，在計(jì)算機(jī)上建立的全數(shù)字化的人體真實(shí)結(jié)構(gòu)三維模型，將人體結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行數(shù)字化與可視化，建立能被計(jì)算機(jī)處理的數(shù)學(xué)模型。數(shù)字化可視人體重建人體的三維立體結(jié)構(gòu)圖像，為開展各類人體相關(guān)研究提供了形象而真實(shí)的模型。三維虛擬數(shù)字化人體的所有結(jié)構(gòu)既都能單獨(dú)顯示、任意搭配顯示或者總體顯示，并且所有結(jié)構(gòu)均可在三維空間內(nèi)沿冠狀軸、矢狀軸位置任意角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，或者以不同的速度連續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，師生對于感興趣的結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)行放大、縮小顯示，并可利用其透明功能，將各個(gè)結(jié)構(gòu)透明而清晰地顯示其空間毗鄰關(guān)系。

同時(shí)，依據(jù)中國首套數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)而建立的計(jì)算機(jī)輔助斷層影像解剖教學(xué)系統(tǒng)，也在醫(yī)學(xué)影像專業(yè)進(jìn)行斷層影像解剖的教學(xué)過程中取得了很好的效果。過去，斷層影像解剖的教學(xué)方法是以教師講解為主，通過對標(biāo)本、CT或MRI圖片、斷層圖譜認(rèn)識(shí)來掌握器官、結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)的毗鄰關(guān)系，理解斷面解剖的基礎(chǔ)理論。但由于教學(xué)手段單一，缺乏生動(dòng)活潑性，因而學(xué)生影像立體概念建立方面較差，難以達(dá)到教學(xué)要求?，F(xiàn)在，學(xué)員可通過網(wǎng)絡(luò)獲得大量連續(xù)的數(shù)字化人體斷面圖像，對細(xì)微結(jié)構(gòu)可以連續(xù)跟蹤觀察，并有對應(yīng)的CT、MRI 圖片及三維重建模型。數(shù)字化人體解剖教學(xué)在繼承傳統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可為學(xué)生提供多樣性的學(xué)習(xí)環(huán)境，人機(jī)對話功能較強(qiáng)，易建立起雙向交互式人體界面，大大減少了斷層影像解剖教學(xué)中煩瑣的描述，大幅度提升了教學(xué)的效率和質(zhì)量。

2.發(fā)展遇到的問題

數(shù)據(jù)量龐大的問題：大規(guī)模數(shù)據(jù)或者海量數(shù)據(jù)的處理，是伴隨數(shù)字人體研究不斷提高精確度而產(chǎn)生的要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。在數(shù)字化人體的應(yīng)用研究中，數(shù)據(jù)量之龐大、層次關(guān)系之繁多、數(shù)據(jù)實(shí)體之復(fù)雜，是前所未有的。就當(dāng)前的人體數(shù)據(jù)集為例，人體標(biāo)本的切片層間距由0.2mm轉(zhuǎn)變?yōu)?.1mm時(shí)，其數(shù)據(jù)量就將由目前的約150 GB增大至1200 GB（1.2 TB）。如果還需進(jìn)一步作三維重建處理的話，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模還會(huì)成倍增長。如此大量的數(shù)據(jù)，對于計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、維護(hù)操作等都將帶來新的挑戰(zhàn)。如何對數(shù)據(jù)進(jìn)行無損或微損的壓縮處理，是發(fā)展數(shù)字化可視人體所要解決的重要問題之 一。

數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用解決了尸體解剖實(shí)驗(yàn)煩瑣及資源匱乏的問題。在教學(xué)平臺(tái)中抽取復(fù)雜而抽象的內(nèi)容進(jìn)行單獨(dú)而清晰的顯現(xiàn)，能讓學(xué)生具體了解其位置和形態(tài)，從而能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高尸體解剖試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，因此受到師生們的廣泛關(guān)注。

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