三維數(shù)字化模型在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

于鵬輝，李 俏，鞠曉軍，陳 峽，伍修宇

（湖南醫(yī)藥學(xué)院，湖南 懷化 418000）

三維數(shù)字化模型在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

于鵬輝，李 俏，鞠曉軍，陳 峽，伍修宇*

（湖南醫(yī)藥學(xué)院，湖南 懷化 418000）

在計(jì)算機(jī)上建立數(shù)字化人體結(jié)構(gòu)的三維模型，并將其應(yīng)用到人體解剖學(xué)教學(xué)中，以便清晰地顯示人體的立體層次結(jié)構(gòu)與各器官間的位置及毗鄰關(guān)系，彌補(bǔ)采用尸體標(biāo)本教學(xué)的不足，縮短師生接觸甲醛的時(shí)間，解決學(xué)生課后看不到標(biāo)本、不方便復(fù)習(xí)的難題，提高教學(xué)效果。

三維模型；數(shù)字化；人體解剖學(xué)

為適應(yīng)醫(yī)學(xué)技術(shù)革新需求以及醫(yī)學(xué)與多個(gè)學(xué)科交融滲透的大趨勢(shì)，數(shù)字醫(yī)學(xué)這一新興學(xué)科應(yīng)運(yùn)而生，推動(dòng)了醫(yī)學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。三維數(shù)字化模型也稱3D模型，可以展現(xiàn)虛擬的人體器官結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生更直觀、立體地掌握人體各器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置及毗鄰關(guān)系，彌補(bǔ)人體解剖學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性、學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果[1～5]。在人體解剖學(xué)教學(xué)中應(yīng)用3D模型，能提高教學(xué)效果。

1 人體解剖學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀

人體解剖學(xué)是研究正常人體形態(tài)結(jié)構(gòu)的科學(xué)，屬生物科學(xué)中的形態(tài)學(xué)范疇[6]。傳統(tǒng)人體解剖學(xué)教學(xué)中，教師往往采用傳統(tǒng)教具，如掛圖、模型、尸體標(biāo)本等，或者借助PPT課件，不能很好地展示各器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置及毗鄰關(guān)系，也無(wú)法讓學(xué)生對(duì)立體層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體掌握；實(shí)驗(yàn)室的示教模型仿真度不高，無(wú)法與真實(shí)的人體器官形態(tài)完全一致，也無(wú)法無(wú)差別地展示人體結(jié)構(gòu)，甚至?xí)趯W(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生錯(cuò)誤導(dǎo)向；對(duì)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)教學(xué)中學(xué)生常用的學(xué)習(xí)方法，但近年來(lái)教學(xué)尸體標(biāo)本緊缺，用于實(shí)驗(yàn)課中供學(xué)生進(jìn)行解剖操作和作為教學(xué)示范的標(biāo)本異常缺乏，導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法將理論知識(shí)、實(shí)際操作和人體各器官結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)，影響了學(xué)習(xí)效果。此外，教學(xué)所用人體標(biāo)本大多經(jīng)甲醛防腐處理，而甲醛具有揮發(fā)性、腐蝕性以及極大的刺激性氣味，教師和學(xué)生如果長(zhǎng)期吸入會(huì)對(duì)身體健康造成不良影響[7，8]。學(xué)生在解剖和觀察尸體標(biāo)本時(shí)，也常因無(wú)法忍受甲醛的刺激氣味或內(nèi)心對(duì)尸體存有畏懼心理而不愿接觸尸體標(biāo)本，在教師示教標(biāo)本時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地站在一邊甚至早早地離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，這些因素都不同程度地影響了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)質(zhì)量。

2 三維數(shù)字化模型應(yīng)用于人體解剖學(xué)理論教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

在人體解剖學(xué)理論教學(xué)中應(yīng)用三維數(shù)字化模型，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足，提高教學(xué)效果以及學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動(dòng)性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的內(nèi)化吸收，提高對(duì)人體結(jié)構(gòu)的立體認(rèn)識(shí)，使其從三維空間構(gòu)造層面理解人體器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置及毗鄰關(guān)系。三維數(shù)字化模型具有以下優(yōu)勢(shì)：（1）可將人體解剖學(xué)理論教學(xué)中的二維圖片或繪圖轉(zhuǎn)換為三維立體顯示，學(xué)生可根據(jù)實(shí)際情況任意旋轉(zhuǎn)、組合與拆分，從不同角度和方位進(jìn)行觀察，以便更好地建立立體空間，更準(zhǔn)確地掌握人體各器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置及毗鄰關(guān)系。（2）課后，學(xué)生可將三維數(shù)字化模型在自備電腦上播放，解決課后看不到標(biāo)本、不方便復(fù)習(xí)的難題。（3）三維影像數(shù)據(jù)是在人體標(biāo)本基礎(chǔ)上采集的，比教學(xué)模型更真實(shí)，失真與錯(cuò)誤率低。（4）與通過(guò)錄像來(lái)展示人體結(jié)構(gòu)相比，在教學(xué)中應(yīng)用三維數(shù)字化模型，學(xué)生不再被動(dòng)地觀看錄像、接受信息，而是主動(dòng)操作圖像，旋轉(zhuǎn)變換角度，從不同方位進(jìn)行觀察，增強(qiáng)學(xué)習(xí)過(guò)程的交互性，從而刺激大腦更好地處理信息，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)習(xí)效果。

總之，在人體解剖學(xué)理論教學(xué)中應(yīng)用三維數(shù)字化模型，可將抽象枯燥的知識(shí)立體、生動(dòng)地展現(xiàn)給學(xué)生，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

3 三維數(shù)字化模型應(yīng)用于人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

在人體解剖學(xué)教學(xué)中，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須互相結(jié)合，相輔相成。但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在許多問(wèn)題，影響了教學(xué)效果。（1）目前各院校均存在尸源緊缺問(wèn)題，標(biāo)本數(shù)量無(wú)法滿足教學(xué)需要，并且無(wú)法及時(shí)得到補(bǔ)充；教學(xué)模型仿真度不高，教學(xué)效果不理想；教師通過(guò)人體標(biāo)本和模型等教具演示人體各器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置及毗鄰關(guān)系時(shí)，學(xué)生只能被動(dòng)觀察、接受信息，動(dòng)手機(jī)會(huì)少。運(yùn)用三維數(shù)字化模型進(jìn)行人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以立體、直觀地展示人體各器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置及毗鄰關(guān)系，學(xué)生通過(guò)電腦鼠標(biāo)操作來(lái)旋轉(zhuǎn)變換圖像角度，更立體、直觀地掌握人體各器官形態(tài)結(jié)構(gòu)。（2）在人體解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，甲醛的刺激性氣味及毒性一直困擾著廣大醫(yī)學(xué)教師和學(xué)生。借助三維數(shù)字化模型，可縮短師生接觸甲醛的時(shí)間，減少對(duì)身體的傷害。（3）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)初期由于對(duì)人體結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不足，往往會(huì)在操作中出現(xiàn)切割失誤現(xiàn)象，破壞標(biāo)本結(jié)構(gòu)，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。應(yīng)用三維數(shù)字化模型，可以讓學(xué)生及早地對(duì)人體結(jié)構(gòu)有一個(gè)直觀、清晰的整體認(rèn)識(shí)，打好基礎(chǔ)，從而有效降低這一現(xiàn)象的發(fā)生率。

4 在人體解剖學(xué)教學(xué)中應(yīng)用三維數(shù)字化模型存在的問(wèn)題

在人體解剖學(xué)教學(xué)中應(yīng)用三維數(shù)字化模型雖有較大的裨益，但仍存在以下問(wèn)題：（1）圖像分割技術(shù)有待提高，目前的圖像分割技術(shù)所能達(dá)到的精細(xì)度與人眼的識(shí)別能力仍有較大差距。因此，需進(jìn)一步提高圖像分割技術(shù)，使之盡量與人的識(shí)別機(jī)理類似，或者嘗試借助交叉學(xué)科來(lái)彌補(bǔ)這一不足。（2）計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展限制了模型展示的真實(shí)感，運(yùn)用三維模型展示人體組織器官時(shí)，無(wú)法收到百分百的還原效果。（3）在教學(xué)中，三維數(shù)字化模型的應(yīng)用仍需與人體標(biāo)本、影像CT圖片等相結(jié)合，互為補(bǔ)充，才能更好地提高教學(xué)效果。（4）運(yùn)用三維數(shù)字化模型需耗費(fèi)大量人力和時(shí)間，以做好大量的前期工作。只有足夠細(xì)致、精準(zhǔn)的三維重建與圖像分割，才能保證三維圖像的質(zhì)量，尤其是對(duì)血管、神經(jīng)等的分割與重建，工作量更大[9，10]。此外，將三維重建的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為普通電腦能打開(kāi)和使用的三維動(dòng)畫，需要計(jì)算機(jī)專業(yè)技術(shù)人員的協(xié)助才能完成。

5 結(jié)語(yǔ)

三維數(shù)字化模型可適用于醫(yī)學(xué)及醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)和需要學(xué)習(xí)人體解剖學(xué)課程的學(xué)生，它可以展示虛擬的人體器官形態(tài)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生更直觀、立體地掌握人體各組織器官形態(tài)結(jié)構(gòu)、位置及毗鄰關(guān)系。三維數(shù)字化模型雖然直觀，但與實(shí)物仍有差距，無(wú)法完全替代尸體標(biāo)本和模型等實(shí)物教具。因此在人體解剖學(xué)教學(xué)中，三維數(shù)字化模型與尸體標(biāo)本應(yīng)相互結(jié)合，相輔相成，取長(zhǎng)補(bǔ)短，更好地為教學(xué)服務(wù)。

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（*通訊作者：伍修宇）

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：1671-1246（2017）17-0028-02

注：本文系2016年湖南醫(yī)藥學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目（2016JG18）