數(shù)字化可視人體在消化內(nèi)科教學(xué)中的初步應(yīng)用

朱艷麗,崔 穎,劉 亮

(1.佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江佳木斯154003;2.佳木斯市腫瘤醫(yī)院,黑龍江佳木斯154007)

數(shù)字化可視人體在消化內(nèi)科教學(xué)中的初步應(yīng)用

朱艷麗1,崔 穎1,劉 亮2

(1.佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江佳木斯154003;2.佳木斯市腫瘤醫(yī)院,黑龍江佳木斯154007)

數(shù)字化;消化內(nèi)科;教學(xué)

《消化內(nèi)科學(xué)》是《內(nèi)科學(xué)》的重要組成部分,是一門臨床醫(yī)學(xué)理論課。在以往我們多采取傳統(tǒng)教學(xué)模式來講授消化內(nèi)科的理論課,包括疾病的病因、病理、臨床表現(xiàn)、診斷、鑒別診斷、治療原則以及預(yù)防等方面作系統(tǒng)的闡述[1],但我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對疾病的認(rèn)識缺乏對人體組織器官內(nèi)在的空間關(guān)系的逼真的視覺效果。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(DigitizedVisible Human)是將成千上萬個人體斷面數(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,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)模擬人體將為消化內(nèi)科的教學(xué)提供革命性的變化[2]。我們把數(shù)字化可視人體運(yùn)用于《消化內(nèi)科學(xué)》的教學(xué)中,可以方便地重建出人體組織器官內(nèi)在的空間關(guān)系,并具有逼真的視覺效果,使原來克板枯燥的教學(xué)過程變得生動有趣,課堂學(xué)習(xí)變得豐富多彩,學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性得到了極大的調(diào)動。學(xué)生通過觀察立體空間的人體數(shù)據(jù)化模型,在計(jì)算機(jī)模型上描述人體各個組織結(jié)構(gòu)器官的空間解剖關(guān)系,使得學(xué)生消化內(nèi)科疾病的理解及綜合能力得到很大的提高,因此數(shù)字化可視人體成為消化內(nèi)科教學(xué)過程中的重要輔助手段。本文簡單介紹了中國數(shù)字化可視人體的研究及其在消化內(nèi)科教學(xué)中的初步應(yīng)用。

1 國內(nèi)外數(shù)字化可視人體的研究

美國國家醫(yī)學(xué)圖書館(NLM)首先于1989提出了“可視化人體計(jì)劃(Visible Human Project,VHP)”。1991年8月,美國NLM與Colorado大學(xué)健康科學(xué)中心(Health sciences center)簽署協(xié)議,由Colorado大學(xué)進(jìn)行人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的采集和三維結(jié)構(gòu)的重建。美國的研究小組于1994—11～1995—11分別向世界公布了第一套中年男性及一套女性的人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集,此數(shù)據(jù)集的順利完成在全世界引起了巨大反響。目前韓國、日本、德國、澳大利亞等國家的不少研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)利用VHP研究并組建連續(xù)的人體斷面圖像數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)紛紛啟動了各自的具有國家及地域特點(diǎn)的可視人體,同時(shí)很多國家的科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)或正在開發(fā)新的可視化計(jì)算機(jī)人體模擬系統(tǒng),并且利用此項(xiàng)技術(shù)延伸并開發(fā)出一系列運(yùn)用于科研及教學(xué)的實(shí)用產(chǎn)品。

我國于2001年11月5～7日,在北京香山召開了主題為“中國數(shù)字化虛擬人體的科技問題”的第174次香山科學(xué)會議,經(jīng)專家討論并達(dá)成會議共識。雖然世界上第一套人體解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集由美國首先公布,但此套數(shù)據(jù)集的制定完全是根據(jù)歐洲人的人體解剖結(jié)構(gòu)所完成,中國作為一個人口眾多的東方大國,必然要有一套符合我國人體解剖及生理結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的可視化人體。我國的第一部數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集”由第三軍醫(yī)大學(xué)在國家相關(guān)基金的資助下歷時(shí)將近一年的時(shí)間內(nèi)完成。2002年8月進(jìn)行了對一例年齡35歲、身高1.70米、體重65公斤的男性人體標(biāo)本和一例年齡22歲、身高1.62米、體重54公斤的女性人體標(biāo)本的解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集采集。其中男性標(biāo)本共采集了2518個連續(xù)橫斷面切片,總數(shù)據(jù)量達(dá)91GB;女性標(biāo)本共采集了3640個連續(xù)橫斷面切片,數(shù)據(jù)量13lGB。在標(biāo)本其重要部位的連續(xù)橫斷面切片切削厚度精度僅為0.1mm。10月利用計(jì)算機(jī)對所采集的數(shù)據(jù)集進(jìn)行三維的可視化重建的研究工作。2003年2月23日在重慶召開了針對該套數(shù)據(jù)集的專家鑒定會。專家們認(rèn)為該套數(shù)據(jù)集為中國數(shù)字化可視人體的首套數(shù)據(jù)集,符合我國乃至亞洲人的生理解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn),是國際上繼美國可視化人體(VHP)之后獲得的第二套未見器質(zhì)性病變的數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù)集。國內(nèi)不少學(xué)者一直關(guān)注著這一研究領(lǐng)域的進(jìn)展并利用美國的VHP數(shù)據(jù)集進(jìn)行了卓有成效的研究工作。

同時(shí),許多科研工作者已經(jīng)完成了許多人體重要器官及結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)三維重建工作,其中包括人的神經(jīng)系統(tǒng)如腦、顱底、顱骨及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、基底神經(jīng)核團(tuán);包括循環(huán)系統(tǒng)如心臟;包括消化系統(tǒng)如肝臟以及其他如盆底、四肢關(guān)節(jié)等重要結(jié)構(gòu)。三維重建后的人體模型可以顯示許多體內(nèi)的微細(xì)結(jié)構(gòu),并以彩色實(shí)體模型方式顯示解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。可以單獨(dú)的對某一結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯示、也可以任意搭配顯示或總體顯示,可在三維空間位置上繞任意軸旋轉(zhuǎn)任意角度,清晰顯示各內(nèi)部結(jié)構(gòu)的空間關(guān)系。

2 數(shù)字化可視人體在消化內(nèi)科教學(xué)中的初步應(yīng)用

《消化內(nèi)科學(xué)》是臨床教學(xué)中的主要課程之一,也是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的臨床學(xué)科,消化系統(tǒng)疾病屬常見病,學(xué)生們對這一系統(tǒng)的學(xué)習(xí)有著強(qiáng)烈的興趣和求知欲。傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師說教為主,同時(shí)利用多媒體課件結(jié)合相關(guān)的影像學(xué)圖片如X線片、CT、ECT、MRI或斷層圖譜來幫助講解器官、結(jié)構(gòu)、組織形態(tài)特點(diǎn)及其毗鄰關(guān)系。即使教師講的口干舌燥,學(xué)生只能從是感觀的二維空間結(jié)構(gòu)上理解器官結(jié)構(gòu)的解剖毗鄰關(guān)系。教學(xué)過程缺乏新意,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的積極性、自覺性、創(chuàng)造性和主動性不能得到充分的調(diào)動,往往感到壓抑、呆板、枯燥、乏味,甚至產(chǎn)生厭學(xué)情緒,嚴(yán)重影響教學(xué)效果[3]。

我們把數(shù)字化可視人體運(yùn)用于《消化內(nèi)科學(xué)》的教學(xué)中,學(xué)生們可通過多媒體網(wǎng)絡(luò)獲得大量連續(xù)立體三維的數(shù)字化人體斷面圖像,可以連續(xù)跟蹤觀察從大體解剖毗鄰關(guān)系到細(xì)微的組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)特點(diǎn),并且對于相應(yīng)部位都有對應(yīng)的CT、MRI、X線片及超聲圖片,最后可以呈現(xiàn)給學(xué)生人體各個器官、系統(tǒng)、甚至是整個人體的三維重建模型。通過提供給這種三維的人體結(jié)構(gòu)模型可以使學(xué)生了解某個器官或結(jié)構(gòu)在人體空間中的準(zhǔn)確定位、可以獲得三維測量數(shù)據(jù)和立體圖像,然后利用某個器官或結(jié)構(gòu)的立體三維模型為中心開展教學(xué),來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,使基礎(chǔ)理論和臨床實(shí)踐更好地結(jié)合。我們應(yīng)用數(shù)字化可視人體模型,同時(shí)在計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)的輔助下,可以使消化內(nèi)科教學(xué)模式及教學(xué)方法變?yōu)槿碌膱D、文、聲并茂。這種教學(xué)模式改革的優(yōu)點(diǎn)還在于它的操作性強(qiáng),視聽感染效果佳,可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。學(xué)生可以應(yīng)用鼠標(biāo)點(diǎn)擊人體解剖結(jié)構(gòu)圖上的某個位置,隨即將顯示出相應(yīng)的橫截面切片圖,還可以對可視化人體進(jìn)行任意方向的切割,對內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。應(yīng)用計(jì)算機(jī)三維軟件,可以對二維的結(jié)構(gòu)圖片進(jìn)行計(jì)算機(jī)動態(tài)三維立體重建。應(yīng)用數(shù)字化可視人體數(shù)據(jù),建立了肝臟、胰腺、胃等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)三維重建模型。所有器官的三維重建模型所顯示的結(jié)構(gòu)詳實(shí),是一種色彩豐富的實(shí)體模型。學(xué)生們可以從三維的數(shù)字化人體中選擇任一結(jié)構(gòu)模型并將其獨(dú)立出來,再對其進(jìn)行更精細(xì)的觀察。

現(xiàn)在,數(shù)字化人體在消化內(nèi)科教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用,教師利用此種新型的教學(xué)模式為學(xué)生們提供了富有多樣性的主動學(xué)習(xí)的環(huán)境,為教學(xué)過程提供了逼真的連續(xù)斷層的、色彩鮮明的、層次清晰的數(shù)字化圖像教材。這種數(shù)字化可視人體同時(shí)具有較強(qiáng)的人機(jī)對話功能,可以通過立體三維的人體界面在教師與可視人體之間以及學(xué)生與可視人體之間建立起雙向的交互式的互動關(guān)系,大大減少了在消化內(nèi)科教學(xué)中對組織器官進(jìn)行煩瑣的空間及組織結(jié)構(gòu)的描述過程,使學(xué)生從被動學(xué)習(xí),變成主動、積極、靈活的學(xué)習(xí),也大大提高了教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。

[1]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),2002,24(10):1231-1232

[2]鐘世鎮(zhèn),原林,黃文化.數(shù)字化虛擬人體為臨床解剖學(xué)開拓研究新領(lǐng)域[J].中國臨床解剖學(xué)雜志,2002,20(1):3-4

[3]SoitzerVM.TheVsible Human Data set:the anatomical platform forhuman simulation[J].Anat Rec,1998,253(2):49-57

R814.42

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1008-0104(2012)02-0099-01

2011-03-08)

朱艷麗(1978～)女,黑龍江佳木斯人,碩士,主治醫(yī)師。