數(shù)字化可視人體在解剖教學(xué)中的應(yīng)用趨勢初探

鄧長弓

(川北醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖教研室,四川 南充 637000)

數(shù)字化可視人體在解剖教學(xué)中的應(yīng)用趨勢初探

鄧長弓

(川北醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖教研室,四川 南充 637000)

數(shù)字化可視人體的出現(xiàn)給現(xiàn)代解剖學(xué)教學(xué)帶來革命性的變化。本文通過對比傳統(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)勢和自身的不足,并展望了其在解剖教學(xué)中運(yùn)用的未來。

數(shù)字化可視人體;解剖學(xué)教學(xué);應(yīng)用

眾所周知,人體解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)院校重要的基礎(chǔ)課程之一。人體解剖學(xué)的內(nèi)容繁雜,名詞術(shù)語眾多且抽象難記、易忘,學(xué)生苦不堪言,學(xué)習(xí)興趣不高,學(xué)習(xí)效果差。傳統(tǒng)的人體解剖教學(xué)模式不能很好地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,尤其是學(xué)生對各個(gè)標(biāo)本的空間位置更是難以理解和掌握,使得學(xué)習(xí)動(dòng)力不足。如何充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生的觀察、描述、理解及綜合能力成為現(xiàn)代解剖教學(xué)過程中的一個(gè)急需解決的問題。

醫(yī)學(xué)與計(jì)算技術(shù)的結(jié)合,出現(xiàn)了數(shù)字化可視人體。數(shù)字化可視人體是將成千上萬個(gè)人體斷面數(shù)據(jù)信息在計(jì)算機(jī)里整合重建成人體的三維立體結(jié)構(gòu)圖像,是醫(yī)學(xué)與信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的成果。它構(gòu)成了人體形態(tài)學(xué)信息研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),為醫(yī)學(xué),生命科學(xué)等的研究和應(yīng)用提供基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。隨著數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集庫的建立,計(jì)算機(jī)模擬人體將為解剖學(xué)的教學(xué)提供革命性的變化[1]。

1 傳統(tǒng)的教學(xué)模式

1.1 傳統(tǒng)的標(biāo)本教學(xué):傳統(tǒng)的標(biāo)本教學(xué)可以給學(xué)生一個(gè)直觀的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì),畢竟教師在授課時(shí)主要是以圖片的形式講解為主,學(xué)生是很難在第一時(shí)間接受所學(xué)知識(shí)。通過觀察標(biāo)本來提高教學(xué)效果是大多數(shù)醫(yī)學(xué)院校選擇的方法,但是標(biāo)本教學(xué)又存在著明顯的缺陷:①標(biāo)本教學(xué)需要消耗大量的尸體 (尸體來源越來越困難,且價(jià)格越來越昂貴),而且也需要熟練的技術(shù)人員花費(fèi)很長時(shí)間制作,如果標(biāo)本在制作過程中有所損壞,學(xué)生就無法觀察到相應(yīng)的結(jié)構(gòu);②標(biāo)本需要用甲醛來保存,上課時(shí)強(qiáng)烈的刺激往往不能使學(xué)生專心地聽課,有的甚至出現(xiàn)強(qiáng)烈的反應(yīng)而出現(xiàn)不適的癥狀,同時(shí)對于教師來說長期接觸甲醛也會(huì)嚴(yán)重的影響身體的健康。上述問題都直接影響到教學(xué)水平的達(dá)標(biāo)和提高。

1.2 人體教學(xué)塑化標(biāo)本教學(xué):為解決標(biāo)本教學(xué)中的問題,于是出現(xiàn)了人體教學(xué)塑化標(biāo)本即人體標(biāo)本通過生物塑化技術(shù)(可以從液態(tài)硬化成固態(tài)的高分子聚舍物置換代替組織細(xì)胞內(nèi)的水分和脂肪、并保持原有組織形態(tài)結(jié)構(gòu),從而達(dá)到長期保存標(biāo)本的目的)制作出來的標(biāo)本[2]。這些標(biāo)本具有優(yōu)良特性,克服了傳統(tǒng)解剖標(biāo)本的缺陷,改善了學(xué)習(xí)環(huán)境,增加了學(xué)生對解剖學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣。由于生物塑化標(biāo)本無色、無味、無刺激性,大大提高了學(xué)習(xí)效果。使用塑化標(biāo)本教學(xué)實(shí)踐表明,塑化標(biāo)本不但可改善學(xué)習(xí)環(huán)境,提高了學(xué)生對本學(xué)科的興趣,消除了畏懼心理,有利于學(xué)習(xí)質(zhì)量的提高,同時(shí)亦避免了對環(huán)境的污染,使學(xué)生在無刺激氣味的實(shí)驗(yàn)室里專心致志地學(xué)習(xí),無損身心健康[3]。但是塑化標(biāo)本同樣需要技術(shù)人員花費(fèi)長時(shí)間制作,由于制作的原因使標(biāo)本存在失真性,長期使用也會(huì)造成部件的損壞,因此也會(huì)使得教學(xué)效果降低。

2 數(shù)字化可視人體

2.1 數(shù)字化可視人體的優(yōu)勢:數(shù)字化可視人體研究是 20世紀(jì)后期興起的一項(xiàng)信息技術(shù)與醫(yī)學(xué)學(xué)科交叉、綜合發(fā)展起來的新興前沿學(xué)科,是將成千上萬個(gè)人體橫斷面數(shù)據(jù)信息在計(jì)算機(jī)里整合,重建成人體的三維立體結(jié)構(gòu)圖像,為開展各類人體相關(guān)研究提供形象而真實(shí)的模型[1]。它相對于傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)具有的優(yōu)勢:①利用數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集研制成的數(shù)字形式的解剖圖譜,無需復(fù)雜的標(biāo)注,只需將計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)放置在某解剖結(jié)構(gòu)上,則該結(jié)構(gòu)的詳細(xì)說明便會(huì)顯示出來[4];②可將任意結(jié)構(gòu)立體顯示,并可繞任意軸線旋轉(zhuǎn),從不同的方位、方向、角度觀察該標(biāo)本的結(jié)構(gòu)。從而加強(qiáng)了學(xué)生對該結(jié)構(gòu)在空間位置的理解;③相對于傳統(tǒng)的標(biāo)本它可以長時(shí)間反復(fù)的使用不用擔(dān)心會(huì)損壞;在解剖實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中,學(xué)生在虛擬解剖過程時(shí)如果發(fā)生錯(cuò)誤操作,學(xué)生可以返回糾正錯(cuò)誤,同時(shí)也可以反復(fù)進(jìn)行操作訓(xùn)練和復(fù)習(xí),以及隨時(shí)進(jìn)行虛擬解剖操作,也不必到解剖實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)習(xí),既節(jié)省時(shí)間,又可以節(jié)約寶貴的尸體標(biāo)本,并減少了其它器械的消耗。

2.2 發(fā)展遇到的問題

2.2.1 分割技術(shù)問題:在數(shù)字化可視人體的研究和應(yīng)用中,為了突出地顯示某些人體結(jié)構(gòu),就要掌握好圖像分割的技術(shù),利用各種不同結(jié)構(gòu)在圖像信息中的不同特征,將目的物提取出來。圖像分割可以利用的特征,包括圖像灰度、顏色、紋理或頻譜特征等。圖像分割是由圖像處理到圖像分析的主要問題,也是個(gè)經(jīng)典性的難題。由于此類問題的重要性和困難性,一直吸引著國內(nèi)外研究學(xué)者為之努力。由于圖像分割只能利用圖像信息中的部分特征,因此各種方法既有針對性,也有局限性,只能針對各種實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的需求來選擇不同的方法,到目前為止還沒有一個(gè)通用的分割方法[5]。

2.2.2 數(shù)據(jù)量龐大問題: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時(shí),要解決的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。在數(shù)字化人體的研究中其數(shù)據(jù)量之大,層次關(guān)系之多,數(shù)據(jù)實(shí)體之復(fù)雜,是前所未有。如果采用立方體的體積單元假設(shè),構(gòu)成數(shù)字化人體模型的微小單元是立方體,斷層切片精度每提高一倍,整體數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)量要增加 8倍。以目前的人體數(shù)據(jù)集為例,人體標(biāo)本的切片由 0.2 mm片層間距轉(zhuǎn)變?yōu)?0.1 mm間距時(shí),數(shù)據(jù)量將由目前的約 150 GB增大為 1 200 GB(1.2 TB)[6]。如果進(jìn)一步作三維重建處理,所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模還要成倍增長。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)操作等都帶來新的挑戰(zhàn)。如何進(jìn)行無損或微損的數(shù)據(jù)壓縮處理,這也是發(fā)展數(shù)字化可視人體所要解決的重要問題之一。

3 數(shù)字化可視人體在解剖教學(xué)中的應(yīng)用趨勢

數(shù)學(xué)化可視人體是綜合性極強(qiáng)的高新信息技術(shù),目前在我國醫(yī)學(xué)高校解剖教學(xué)中的應(yīng)用還十分有限。加快我國數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)的開發(fā)應(yīng)用,建立一個(gè)基于普通計(jì)算機(jī)的虛擬環(huán)境和全數(shù)字化的人體三維解剖結(jié)構(gòu)模型是極其必要的,這無疑將大大的改革解剖學(xué)的教學(xué)模式,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果,培養(yǎng)他們的思維、表達(dá)以及描述能力,從而提高教學(xué)水平以及教學(xué)效果。也將大力推動(dòng)我國基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育的現(xiàn)代化。如果使虛擬解剖模型具有動(dòng)態(tài)和功能模擬等功能,那么將來,解剖學(xué)教師還可以利用虛擬尸體進(jìn)行人體解剖課的教學(xué),學(xué)生使用虛擬手術(shù)器械解剖虛擬尸體,利用操縱桿、數(shù)據(jù)手套和其他設(shè)備的觸覺強(qiáng)力反饋感受到人體組織的不同質(zhì)感,模擬解剖也可以重復(fù)進(jìn)行,也可采用不同方法進(jìn)行[7]。教師和學(xué)生可以在干凈,無污染,無刺激的電腦試驗(yàn)室里面完成教學(xué)和學(xué)習(xí)的任務(wù),無損身心健康,對于人體解剖教學(xué)來說這是極其重要的改革。

[1] 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,2004,12(1):41-42

[2] 劉永壽 .生物塑化標(biāo)本制作技術(shù)之探討[J].解剖科學(xué)進(jìn)展, 2002,8(1):95-96

[3] 張德興,張文光,汪華僑.塑化標(biāo)本在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].解剖學(xué)研究,1999,21(2):142

[4] 鄺滿元,姜 平,彭漢忠.數(shù)字化可視人體在解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用簡介[J].郴州醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2004,6(1):70-71

[5] 張 彥,王 惠,李振平.數(shù)字化虛擬人體的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2006,16(4):414-415

[6] 蘇煥群,林萬蓮,唐 丹,等 .概述數(shù)字化虛擬人體的研究[J].醫(yī)學(xué)信息,2003,16(7):358-359

[7] 張紹祥,劉正津,譚立文,等.首例中國數(shù)字化可視人體完成[J].第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào),2OO2,24(10):1231-1232

(學(xué)術(shù)編輯:鄧世山)

1005-3697(2010)05-0504-02

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2010-07-17