三維仿真技術(shù)在眼視光檢影驗(yàn)光中的應(yīng)用

王 磊,邊云卓,周 靜

（滄州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校,061001）

三維仿真技術(shù)在眼視光檢影驗(yàn)光中的應(yīng)用

王 磊,邊云卓,周 靜

（滄州醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校,061001）

檢影驗(yàn)光是一種重要的眼視驗(yàn)光法，因其檢驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、檢驗(yàn)結(jié)果客觀、準(zhǔn)確，較其他檢驗(yàn)方法更加實(shí)用，因此得到廣泛應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)模式主要是教師在光學(xué)鏡下通過肉眼直視觀察，并將觀察結(jié)果口述教導(dǎo)學(xué)生，由于該項(xiàng)教學(xué)課程內(nèi)容比較抽象，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不佳、難以理解，因此目前我國(guó)學(xué)生的眼視光檢影驗(yàn)光學(xué)習(xí)水平普遍較差。近年來隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的三維仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為醫(yī)學(xué)眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)創(chuàng)造了新的發(fā)展平臺(tái)，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及教學(xué)效率與質(zhì)量。本文主要結(jié)合三維仿真技術(shù)的作用談?wù)勂鋵?duì)于眼視光教學(xué)改革的重要性及必要性，分析三維仿真技術(shù)在眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)中的應(yīng)用，主要從三維仿真模型、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及三維動(dòng)畫技術(shù)等三個(gè)方面進(jìn)行具體探討。

眼視光；檢影驗(yàn)光；計(jì)算機(jī)技術(shù)；三維仿真技術(shù)；應(yīng)用分析

0 前言

眼視光檢影驗(yàn)光是一門內(nèi)容極為抽象的課程，課程內(nèi)容包括眼部神經(jīng)的傳導(dǎo)與解剖、胚眼發(fā)育、光學(xué)原理、斜視檢查等等，因此學(xué)生學(xué)習(xí)的難度較大。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)改革的不斷深化，各種先進(jìn)的多媒體教學(xué)手段已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育及教學(xué)工作中，不僅可以活躍教學(xué)氛圍，豐富教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效率，幫助構(gòu)建有效的課堂教學(xué)。

1 在眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)中應(yīng)用三維仿真技術(shù)的重要性

傳統(tǒng)的眼視光教學(xué)模式過于強(qiáng)調(diào)對(duì)于光路圖以及光學(xué)原理的理論知識(shí)講解，很少進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即使是上實(shí)驗(yàn)課，教師也是將自己肉眼觀察到的檢影圖結(jié)果口述傳導(dǎo)給學(xué)生，而學(xué)生觀察到的檢影結(jié)果，教師也只能在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后再重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)從而判斷學(xué)生檢影結(jié)果的準(zhǔn)確性。這種教學(xué)模式最大的弊端是檢影過程無法實(shí)現(xiàn)同步示教，檢影過程中無法記錄圖像和動(dòng)態(tài)視頻，在教師完成檢影后，學(xué)生只能憑借自己的主觀理解教師的口述結(jié)果；學(xué)生在完成檢影后，教師也無法及時(shí)對(duì)其檢影結(jié)果做出評(píng)價(jià)與指導(dǎo)，從而導(dǎo)致教學(xué)效果低下。雖然在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，教師利用了圖片、視頻及動(dòng)畫等多媒體輔助教學(xué)手段，但教學(xué)成效并不明顯。更為先進(jìn)的三維仿真技術(shù)可實(shí)時(shí)記錄學(xué)生及教師實(shí)驗(yàn)過程中的動(dòng)態(tài)檢影過程，并將視頻、圖像以及文字等信息同步融入課堂教學(xué)過程中，可以將一些比較抽象，無法用語言、文字來形容的教學(xué)內(nèi)容利用三維仿真技術(shù)的同步視頻進(jìn)行生動(dòng)形象的表達(dá)示教，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)逼真的學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供一個(gè)感性與理性認(rèn)知相結(jié)合的學(xué)習(xí)平臺(tái)，這樣學(xué)生可以更加直觀、深刻的理解教學(xué)內(nèi)容，最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及求知欲望，有助于實(shí)現(xiàn)課堂互動(dòng)教學(xué)，幫助學(xué)生攻破學(xué)生的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

2 三維仿真技術(shù)在眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)中的具體應(yīng)用分析

2.1 眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)中應(yīng)用三維仿真模型分析

眼視光檢影驗(yàn)光的教學(xué)內(nèi)容主要涉及到散光成像、研究支配眼外肌的皮質(zhì)與神經(jīng)核團(tuán)之間的關(guān)系、斜弱視診療眼外肌功能檢查以及手術(shù)等，這些內(nèi)容都非常的抽象、難懂，若僅僅依靠傳統(tǒng)的平面成像或者簡(jiǎn)單的二維動(dòng)畫以及實(shí)體的三維模型進(jìn)行演示教學(xué)，學(xué)生還是無法攻克學(xué)習(xí)難點(diǎn)，學(xué)習(xí)效果較差。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，各種檢查儀器日新月異，很多視網(wǎng)膜成像及眼前節(jié)分析診斷系統(tǒng)中都應(yīng)用了先進(jìn)的三維成像技術(shù)，較傳統(tǒng)的二維動(dòng)畫更加清晰、直觀的觀察眼部解剖結(jié)構(gòu)的生理及病理特征。比如在活體眼組織顯微鏡結(jié)構(gòu)的光學(xué)相干斷層成像（OCT）中可利用非接觸式的三維斷層成像技術(shù)對(duì)眼前節(jié)以及視網(wǎng)膜進(jìn)行三維成像；在眼前節(jié)分析診斷系統(tǒng)中可利用Scheimpflug照相機(jī)來得到關(guān)于眼前節(jié)結(jié)構(gòu)的三維圖像以及數(shù)據(jù)信息；可利用超聲生物顯微鏡以及計(jì)算機(jī)的圖像處理技術(shù)可構(gòu)建眼部睫狀體以及眼部房角的三維成像模型。譚珂等應(yīng)用3D-Doctor軟件，重建了4條直肌和眼眶壁以及眼球和直肌滑車系統(tǒng)的三維立體模型，更加直觀的顯示出人眼直肌滑車的生理結(jié)構(gòu)，為臨床醫(yī)生以及學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了便利。國(guó)外研究人員Sponsel WE等，正在努力研究設(shè)計(jì)出一種可視化視網(wǎng)膜的交互式三維成像虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境，為臨床醫(yī)生與學(xué)生了解眼球解剖及其病理、生理提供了新的互動(dòng)、直觀式的學(xué)習(xí)模式。

2.2 眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)分析

在我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與創(chuàng)新的背景趨勢(shì)下，眼部疾病患者對(duì)于眼科手術(shù)的操作要求也越來越高，因此對(duì)于眼科手術(shù)操作者的專業(yè)知識(shí)以及臨床實(shí)踐操作能力也有了更高、更加嚴(yán)格的要求，為了適應(yīng)新形勢(shì)下發(fā)展的需求和要求，加強(qiáng)眼科手術(shù)的教育與培訓(xùn)具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。隨著三維仿真技術(shù)的發(fā)展，眼科手術(shù)虛擬器已經(jīng)成為臨床教育與培訓(xùn)的重要輔助手段，手術(shù)虛擬器的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以借用計(jì)算機(jī)功能為培訓(xùn)的醫(yī)生創(chuàng)建一個(gè)多感知的虛擬三維仿真環(huán)境，可以讓培訓(xùn)醫(yī)生感覺像在真實(shí)的手術(shù)環(huán)境中進(jìn)行操作。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用過程中，首先可以利用虛擬器對(duì)一些新的眼科儀器以及手術(shù)操作進(jìn)行驗(yàn)證，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行完善和改進(jìn)，可以大大促進(jìn)新技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度，并提高患者應(yīng)用新技術(shù)的安全性。

在實(shí)際的眼科教學(xué)過程中，教師可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)逼真、生動(dòng)的模擬真實(shí)手術(shù)環(huán)境，從而提高教學(xué)效率及質(zhì)量，于哲等通過對(duì)眼科虛擬現(xiàn)實(shí)手術(shù)模擬系統(tǒng)（EYESI）的多中心研究，結(jié)果證實(shí)利用三維仿真技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的模擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)可作為有效的培訓(xùn)輔助以及教學(xué)考核手段；李躍明等，利用三維仿真技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的眼科白內(nèi)障手術(shù)環(huán)境，成功的研究出首次具有觸覺反饋功能的手術(shù)模擬系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用效果顯著，但由于人眼本身生理結(jié)構(gòu)的特殊性，加上科學(xué)技術(shù)仍存在一定的局限性，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)尚不能精確的模擬真實(shí)的人眼結(jié)構(gòu)，尤其是對(duì)于一些比較精細(xì)的組織結(jié)構(gòu)，完全模擬有很大的難度，比如眼部血管、神經(jīng)及其每個(gè)組成部分的空間位置等。

2.3 眼視光檢影驗(yàn)光教學(xué)中應(yīng)用三維動(dòng)畫技術(shù)的具體分析

近年來很多教師都為了提高教學(xué)效率及教學(xué)質(zhì)量，都根據(jù)自己的教學(xué)需要借用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來編寫應(yīng)用程序，通過多媒體生動(dòng)、形象的動(dòng)態(tài)畫面都向?qū)W生演示疾病知識(shí)，使學(xué)生更加直觀的理解疾病知識(shí)。但是這些簡(jiǎn)單的動(dòng)畫并沒有在眼球光學(xué)成像、斜弱視三級(jí)視力功能檢查以及眼部結(jié)構(gòu)解剖等極其抽象、難以理解的課程教學(xué)中達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。先進(jìn)的三維動(dòng)畫技術(shù)可以更好的展示物體位置以及人物動(dòng)作的變化過程進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤記錄，同時(shí)可以利用精巧的三維仿真動(dòng)畫技術(shù)持續(xù)生動(dòng)、形象的演示視角的變化，給學(xué)生更加深刻、全面的記憶沖擊。目前MAX、3D以及Maya三種三維動(dòng)畫制作軟件比較常見，其中前兩種最為普遍，在眼睛光學(xué)、醫(yī)學(xué)驗(yàn)光教學(xué)中，可利用三維軟件中的渲染技術(shù)進(jìn)行模擬真實(shí)的光線追蹤進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)可視化展示。對(duì)于斜弱視三級(jí)視力功能檢查一直是教學(xué)的重難點(diǎn)，可應(yīng)用三維軟件構(gòu)建眼外肌及眼球的三維模型，通過觀察不同的視角制作出每條眼外肌跟隨眼位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各種動(dòng)畫，從而幫助學(xué)生更加深入的理解眼部的解剖結(jié)構(gòu)以及生理功能。

三維仿真技術(shù)是一種有效的教學(xué)輔助工具，其具有的三維仿真模型、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及三維動(dòng)畫技術(shù)可有效改善傳統(tǒng)教學(xué)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性，提高教學(xué)效率及教學(xué)質(zhì)量。

[1] 李躍明，孫輝紅，曹代榮，等．醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)字化多媒體教學(xué)改革的優(yōu)缺點(diǎn)及教學(xué)體會(huì)[J]．中醫(yī)藥管理雜志，2011，17(7)：627—628．

[2] 于哲，馬保安，周勇，等．計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫技術(shù)在創(chuàng)傷骨科教學(xué)課件中的府用及優(yōu)勢(shì)．中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2012，26：32—34．

[3] 譚珂，潘新華，蔡守旺，等．三維立體顯示技術(shù)在肝臟手術(shù)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2011，25(5)：522—525

王磊，（1980—），女，河北滄州人，主治醫(yī)師，本科，研究方向：眼視光實(shí)驗(yàn)教學(xué)

Application of 3D simulation technology in optometry optometry in

Wang Lei,Bian Yunzhuo,Zhou Jing
(Cangzhou medical college,061001)

Check the shadow it is a kind of important eye optometry,for its inspection operation is simple,objective and accurate test results,more practical than other test methods,so widely used.But the eyes of the traditional optical inspection shadow optometry teaching mode is mainly teachers through direct observation,to the naked eye under optical lens and observations of oral teaching students,because the teaching curriculum content is abstract,lead to poor students'learning interest and difficult to understand,so at present,the students' level of eye optical inspection shadow optometry learning is generally poor.In recent years,along with the constant innovation and development of computer technology, computer technology as the core of the development and application of three-dimensional simulation technology for medical eye light shadow optometry teaching has created a new development platform, effectively improve the students'interest in learning and teaching efficiency and quality.This paper combined with the role of three-dimensional simulation technology about its importance and necessity of teaching reform for eye optical,analysis of three-dimensional simulation technology in eye shadow optometry teaching the application of optical detector,mainly from the 3 d simulation model,virtual reality technology and the three dimensional animation technology such as concrete,this paper discusses three aspects.

eyes see light;Inspection shadow optometry;Computer technology;3d simulation technology; Application analysis