AR技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像教學(xué)中的探索

楊理德 楊亞平 彭少志

【摘要】目前AR在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域以及教學(xué)領(lǐng)域中，得到了廣泛運(yùn)用，但在醫(yī)學(xué)教育方面的運(yùn)用還是較為局限。本文結(jié)合當(dāng)前醫(yī)學(xué)教育過程中的不足，有機(jī)融合AR技術(shù)，為醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域提供了創(chuàng)新的教學(xué)方式，改變了原有教學(xué)方式，運(yùn)用新教學(xué)方式有效提升學(xué)生積極和主動(dòng)性。文章在分析AR相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，探究了該項(xiàng)技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像教學(xué)中的運(yùn)用。

【關(guān)鍵詞】AR 技術(shù);醫(yī)學(xué)影像;醫(yī)學(xué)教學(xué)

【中圖分類號(hào)】R-4;G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12332/j.issn.2095-6525.2021.13.221

AR——Augmented Reality，又稱之為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，這些年在各大領(lǐng)域中均取得了一定的成果，同時(shí)廣泛運(yùn)用至醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域。為了與時(shí)代發(fā)展同步，培養(yǎng)創(chuàng)新方式下的醫(yī)學(xué)學(xué)生，不斷優(yōu)化教學(xué)研究是時(shí)代發(fā)展的需求。目前，AR運(yùn)用醫(yī)學(xué)影像教學(xué)中，可有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)的靈活、積極性，極大激發(fā)起學(xué)生對影像學(xué)的熱愛，同時(shí)為他們提供了綜合運(yùn)用的多學(xué)科知識(shí)平臺(tái)。

1? AR技術(shù)概述

AR技術(shù)于上世紀(jì)50年代至60年代時(shí)期，由Morton Heilig發(fā)明了一項(xiàng) Sensorama 刺激器，該產(chǎn)品的出現(xiàn)開啟了AR技術(shù)大門。AR是把多媒體結(jié)合仿真技術(shù)構(gòu)建一個(gè)聽覺，觸覺，視覺嗅覺為一體的虛擬世界。用戶可以直觀感受虛擬空間的各種物體，并且與之相互動(dòng)。這些年該技術(shù)快速發(fā)展，融合了計(jì)算機(jī)仿真多媒體，網(wǎng)絡(luò)視頻人工智能等多項(xiàng)技術(shù)，包括了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)模式識(shí)別等多種元素，是當(dāng)前現(xiàn)代仿真技術(shù)的拓展。 AR最大的特點(diǎn)在于，可以讓用戶身臨其境的想象，同時(shí)和虛擬空間物體交互聯(lián)系。

2 傳統(tǒng)影像教學(xué)中的問題

通過調(diào)查顯示發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前各大醫(yī)學(xué)高校的醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)影像知識(shí)的同時(shí)，一般是通過課本來學(xué)習(xí)，教師上課的時(shí)候運(yùn)用PPT展示影像表現(xiàn)。多數(shù)學(xué)生并沒有辦法零距離接觸影像圖像，而且授課的時(shí)候以平面圖像教學(xué)為主，立體效果不理想。如果是非醫(yī)學(xué)影像專業(yè)的學(xué)生，他們未能涉及斷層解剖以及影像解剖等專業(yè)型的課程，所以對影像只有最基礎(chǔ)的了解，圖像的識(shí)別和分析能力缺乏，對醫(yī)學(xué)教育有一定的影響。由此可見，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)涵蓋廣，涉及點(diǎn)多，包括了工程學(xué)以及物理學(xué)等多項(xiàng)學(xué)科。教師在講課的時(shí)候具有一定的難度，而且學(xué)生理解是困難重重。

如何根據(jù)影像學(xué)專業(yè)的特點(diǎn)開展創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展教育體系的需求，為了提高教學(xué)質(zhì)量促進(jìn)教學(xué)改革，提升教學(xué)質(zhì)量，本文需要從教學(xué)實(shí)踐角度作為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合醫(yī)學(xué)影像專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn)，提供全新的、靈活的創(chuàng)新性教學(xué)，將枯燥的教學(xué)過程轉(zhuǎn)變成為靈動(dòng)的教學(xué)形象，調(diào)動(dòng)起學(xué)生與教師的積極性。在教學(xué)過程中通過AR技術(shù)和真實(shí)情景相融合，可以有效提升影像的綜合診斷力。利用AR技術(shù)重建人體的各個(gè)器官，通過技術(shù)操作可以精準(zhǔn)的顯示出器官的結(jié)構(gòu)以及位置，有效解決教師在傳授過程中遇到的困難，也解決了學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題，有效提升學(xué)習(xí)的積極性以及教學(xué)質(zhì)量。

3? AR在醫(yī)學(xué)影像教學(xué)中的可行性

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息革命的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在教育領(lǐng)域的運(yùn)用不斷深入，一些傳統(tǒng)教育觀和教學(xué)模式，面臨著極大挑戰(zhàn)。為了可以適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，大力促進(jìn)醫(yī)學(xué)教育事業(yè)的改革，影像教學(xué)改革過程中，眾多國內(nèi)國外的影像教育專業(yè)者努力探究，嘗試著將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)運(yùn)用于醫(yī)學(xué)影像教學(xué)。和理工科一起合作，聯(lián)合研發(fā)出合適醫(yī)學(xué)影像教學(xué)的多媒體教學(xué)軟件，事實(shí)證明了該軟件具有一定的運(yùn)用效果。但是多數(shù)教學(xué)軟件局限于局域網(wǎng)內(nèi)，使用的是單機(jī)版，功能較為局限，同時(shí)國內(nèi)外的教學(xué)系統(tǒng)研究中未能加入影像學(xué)仿真操作部分，因此構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化虛擬影像學(xué)教學(xué)系統(tǒng)非常有必要。

4? AR技術(shù)在影像教學(xué)中的運(yùn)用策略

4.1 利用AR技術(shù)構(gòu)建影像模型

以往人們認(rèn)識(shí)人體結(jié)構(gòu)時(shí)，其認(rèn)識(shí)通過大概解剖方法得知。伴隨技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們開始依賴各種影像學(xué)方法，如X線、CT以及MRI等。但是當(dāng)前影像技術(shù)對于人體結(jié)構(gòu)觀察有局限性，而且這些數(shù)字圖像在仿真操作性上有所欠缺。在人體內(nèi)，人的各器官是重合在一起的，部分器官結(jié)構(gòu)精細(xì)，對醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)存在一定困難，不易直接觀察各器官的毗鄰關(guān)系。因此，結(jié)合AR技術(shù)，通過虛擬以及真實(shí)圖像有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建出器官的3D立體的結(jié)構(gòu)，在真實(shí)解剖結(jié)構(gòu)上增添虛擬圖像，可隨時(shí)切換觀察目標(biāo)的器官，通過特定操作，可有效顯示目標(biāo)的器官，能方便學(xué)生進(jìn)步認(rèn)識(shí)不同器官的結(jié)構(gòu)。

以肝臟為例分析，收集臨床CT影像數(shù)據(jù)，重新構(gòu)建起肝臟的AR模型，運(yùn)用模型，教師可以把臟器內(nèi)的血管清晰展示出現(xiàn)，使用肝臟血管走形對于肝臟分段處理，清楚分段有利于定位肝臟的病變，同時(shí)定位了病變也可以快速的進(jìn)行病變手術(shù)的切除。通過這樣講解，學(xué)生可清楚認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)，將原有只能在心里構(gòu)建起的模型直觀呈現(xiàn)，為了學(xué)生構(gòu)建可以真實(shí)觸碰的場景。

4.2 AR技術(shù)優(yōu)勢性及局限性

教師通過操作平臺(tái)，對器官AR模型任意操作，向?qū)W生展示目標(biāo)器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)及位置，醫(yī)學(xué)影像專業(yè)學(xué)生通過教師展示，對于器官的影像學(xué)解剖有進(jìn)步認(rèn)識(shí)，也可自己動(dòng)手操作加深理解。伴隨技術(shù)的發(fā)展，影像和AR技術(shù)結(jié)合可能也存在一定局限性。個(gè)性化的差異以及疾病發(fā)展各有不同，因此疾病在影像上的發(fā)展各不相同，運(yùn)用AR技術(shù)重新構(gòu)建圖像也只是其中一小部分，無法將所有疾病通過該方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，當(dāng)前只能對一些常見的、多發(fā)病的典型影像開展學(xué)習(xí)。

5 結(jié)束語

在科學(xué)技術(shù)全面發(fā)展的過程之中，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將AR技術(shù)融入課堂教學(xué)，可改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，不斷的優(yōu)化教學(xué)方法，在確保教學(xué)結(jié)構(gòu)完整的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供一種創(chuàng)新的教育形式。將AR技術(shù)和 CT、MR 圖像結(jié)合，并運(yùn)用于醫(yī)學(xué)影像教學(xué)課堂中，為學(xué)生帶來全新體驗(yàn)，讓學(xué)生在新學(xué)習(xí)課堂氛圍中感受良好的視覺體驗(yàn)。并且在學(xué)習(xí)知識(shí)的同時(shí)可自己動(dòng)手，提高實(shí)踐操作鍛煉能力。相信在未來科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步的提升過程中，AR在影像教學(xué)中運(yùn)用越來越廣。

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基金項(xiàng)目：廣州市加速康復(fù)腹部外科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（編號(hào)：201905010004）

*通訊作者：彭少志，廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第五醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科·廣州市加速康復(fù)腹部外科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。