數(shù)字人解剖系統(tǒng)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用初探

王松濤，陶 晶，崔衛(wèi)剛，孫春莉，付升旗，劉恒興

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

人體解剖學(xué)是一門經(jīng)典且十分重要的醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)主干課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在人體解剖學(xué)教學(xué)中的比重較大，且需要大量的人體標(biāo)本及模型。近年來(lái)，隨著我國(guó)高校招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人體標(biāo)本和模型的消耗量不斷增加，國(guó)內(nèi)眾多醫(yī)學(xué)院校解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)所需的人體標(biāo)本資源普遍匱乏，這嚴(yán)重影響解剖學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高。而數(shù)字人解剖系統(tǒng)的出現(xiàn)，一定程度上緩解了解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)人體標(biāo)本的需求。

實(shí)驗(yàn)室配備的中國(guó)數(shù)字人解剖系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)三維重建技術(shù)將真實(shí)人體斷層圖像數(shù)據(jù)信息整合重建而成的人體三維立體結(jié)構(gòu)圖像。由于該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)本與虛擬的對(duì)比結(jié)合，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)和記錄，配合多點(diǎn)觸控可對(duì)三維結(jié)構(gòu)圖像任意角度拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放、透明度調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)隱藏、分離及著色等操作，并可實(shí)現(xiàn)仰視、俯視等觀察效果，解剖結(jié)構(gòu)還配有中英文名稱及標(biāo)準(zhǔn)發(fā)音。因此，與傳統(tǒng)的解剖圖片及尸體標(biāo)本比較，數(shù)字人解剖系統(tǒng)形象直觀，并可反復(fù)使用，有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字人解剖系統(tǒng)被開發(fā)以來(lái)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域及臨床外科領(lǐng)域[1-2]。筆者就近年來(lái)在人體解剖學(xué)及局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中使用數(shù)字人解剖系統(tǒng)的經(jīng)歷，淺談幾點(diǎn)該系統(tǒng)的優(yōu)劣。

一、數(shù)字人解剖系統(tǒng)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

1．三維顯示，形象直觀。數(shù)字人解剖系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)由橫斷面中的解剖結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)三維重建得來(lái)，位置、形態(tài)與真實(shí)人體數(shù)據(jù)一致，包括9大系統(tǒng)，共有5000多個(gè)解剖結(jié)構(gòu)的三維形態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)部分為“系統(tǒng)解剖學(xué)”“局部解剖學(xué)”“斷層解剖學(xué)”“解剖學(xué)微課”和“自主學(xué)習(xí)”等五大模塊，前三個(gè)模塊內(nèi)的內(nèi)容按教材編訂的目錄展示人體各部解剖結(jié)構(gòu)。由于解剖結(jié)構(gòu)是三維重建的，因此解剖結(jié)構(gòu)可以自由組合，并可任意旋轉(zhuǎn)和放大或縮小，便于轉(zhuǎn)變視角、多方位觀察，而且許多解剖結(jié)構(gòu)基本都加注了中英文說(shuō)明和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)標(biāo)注，同時(shí)操作界面設(shè)置了一些特殊功能，例如背景切換、標(biāo)注、分離、透明、染色功能、剝離等功能。這些特點(diǎn)使實(shí)驗(yàn)教師在授課過(guò)程中依據(jù)各種解剖模型、標(biāo)本，形象直觀地在數(shù)字人系統(tǒng)上進(jìn)行對(duì)比演示和講解，授課效果佳。

2．交互性強(qiáng)，輕松學(xué)習(xí)。數(shù)字人系統(tǒng)學(xué)生端顯示器均為觸摸屏，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前、課中或課后均可以通過(guò)人機(jī)交互對(duì)解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)觀察學(xué)習(xí)，結(jié)合背景切換、標(biāo)注、分離、透明、染色功能、剝離、查找、發(fā)音、隨手畫和立體顯示等功能，通過(guò)實(shí)際操作實(shí)現(xiàn)在三維人體的任何系統(tǒng)任何器官內(nèi)隨意漫游，原本枯燥的學(xué)習(xí)觀察變得輕松有趣，在空間位置上更容易理解，學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性也可以得到充分的發(fā)揮。同時(shí)，數(shù)字人系統(tǒng)中還有學(xué)生自主學(xué)習(xí)模塊，學(xué)生可以進(jìn)入該操作模塊進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，檢測(cè)自身解剖知識(shí)的掌握情況，認(rèn)識(shí)不足，從而提高和加強(qiáng)學(xué)習(xí)的針對(duì)性和目的性。數(shù)字人解剖系統(tǒng)的操作類似于操作智能手機(jī)，可以進(jìn)行多種形式的人機(jī)交互，學(xué)生樂(lè)在其中，普遍反應(yīng)良好。

3．資源豐富，視頻輔助。數(shù)字人解剖系統(tǒng)還內(nèi)置了大量的微課視頻，涵蓋系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)和斷層解剖學(xué)。內(nèi)容詳細(xì)展示了系統(tǒng)或局部解剖的操作方法、步驟及有關(guān)結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生生動(dòng)全面地掌握人體結(jié)構(gòu)知識(shí)。微課視頻內(nèi)容豐富、圖像清晰、教學(xué)實(shí)用，是學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的重要學(xué)習(xí)資料，也為臨床醫(yī)生和研究生提供實(shí)用的解剖學(xué)參考資料。此外，該系統(tǒng)在斷層解剖標(biāo)本圖像的基礎(chǔ)上，還配置了部分相對(duì)應(yīng)的CT、磁共振圖像，學(xué)生可以虛實(shí)對(duì)照，為將來(lái)走向臨床奠定基礎(chǔ)。

4．安全無(wú)毒，可以升級(jí)。常規(guī)的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)離不開“甲醛”防腐固定處理好的尸體標(biāo)本，而甲醛可以揮發(fā)出強(qiáng)烈的刺激性氣味，對(duì)教師與學(xué)生的呼吸道和視覺(jué)器官會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激并有一定的長(zhǎng)期損害效果，世界衛(wèi)生組織已經(jīng)明確將甲醛列為致癌有毒試劑。因此，減少接觸甲醛的時(shí)間和機(jī)會(huì)，在一定程度上有益于師生的身心健康。數(shù)字人解剖系統(tǒng)是以真實(shí)人體橫斷面影像數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)三維重建得來(lái)，位置、形態(tài)與原始數(shù)據(jù)一致的數(shù)字人產(chǎn)品，安全無(wú)毒，并能較好地輔助系統(tǒng)解剖學(xué)、局部解剖學(xué)和斷層解剖學(xué)的教學(xué)。此外，解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用的標(biāo)本在教學(xué)過(guò)程中的損耗率高，尤其在進(jìn)行局部解剖學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，尸體消耗數(shù)量較大，且尸體標(biāo)本的使用基本是一次性的[3]。而數(shù)字人系統(tǒng)不存在消耗尸體標(biāo)本的問(wèn)題，一定程度上緩解了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程標(biāo)本的明顯供求障礙，并且數(shù)字人解剖系統(tǒng)可以隨著相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)和成熟而不斷升級(jí)?？梢灶A(yù)見，未來(lái)的數(shù)字人虛擬操作過(guò)程將無(wú)限接近真實(shí)的人體解剖操作過(guò)程，更有益于醫(yī)學(xué)院校的解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和醫(yī)院手術(shù)操作的各類模擬。

二、數(shù)字人系統(tǒng)在解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足

不可否認(rèn)，數(shù)字人解剖系統(tǒng)功能強(qiáng)大，但同時(shí)也增加了知識(shí)的信息量和操作的復(fù)雜性。授課教師尚需要培訓(xùn)后才能熟練使用，而學(xué)生人數(shù)多，上課時(shí)間寶貴，單獨(dú)進(jìn)行培訓(xùn)難度大。學(xué)會(huì)操作使用該系統(tǒng)將花費(fèi)一定的時(shí)間，短時(shí)間內(nèi)難以熟練使用，尤其對(duì)于動(dòng)手能力和接受能力較差的學(xué)生，顯得負(fù)荷過(guò)重，短時(shí)間內(nèi)難以適應(yīng)這種數(shù)字化的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式。若課前授課教師操作時(shí)簡(jiǎn)單講解并演示操作過(guò)程，將有助于學(xué)生端的高效使用。

解剖學(xué)尸體標(biāo)本上解剖結(jié)構(gòu)眾多，一些細(xì)微結(jié)構(gòu)在數(shù)字人解剖系統(tǒng)中無(wú)法詳細(xì)標(biāo)出。此外，數(shù)字人解剖系統(tǒng)中的解剖結(jié)構(gòu)是三維重建而來(lái)，顏色也是人為著色，與實(shí)際的尸體標(biāo)本還是有一定的色差，而且尸體標(biāo)本上的所有結(jié)構(gòu)層次，在數(shù)字人解剖系統(tǒng)并沒(méi)有完全一一對(duì)應(yīng)，例如淺筋膜和深筋膜的結(jié)構(gòu)層次。因此，解剖知識(shí)的學(xué)習(xí)不能完全依賴于數(shù)字人解剖系統(tǒng)，仍需要人體標(biāo)本和數(shù)字人系統(tǒng)的相互結(jié)合。

目前，在數(shù)字人解剖系統(tǒng)中進(jìn)行虛擬操作尚不能完全取代真實(shí)的解剖操作過(guò)程。尤其是局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，數(shù)字人解剖系統(tǒng)無(wú)法讓學(xué)生親身體會(huì)人體器官結(jié)構(gòu)的真實(shí)質(zhì)感[3]。因此，局部解剖學(xué)仍有必要以尸體標(biāo)本為主、數(shù)字人解剖系統(tǒng)為輔進(jìn)行教學(xué)。

數(shù)字人解剖系統(tǒng)功能強(qiáng)大，資源豐富，致使價(jià)格較高，建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字解剖實(shí)驗(yàn)室需要幾十萬(wàn)元。面對(duì)龐大的學(xué)生群體，若全面實(shí)現(xiàn)解剖實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化，需要的投資將更大。數(shù)字解剖實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)投資對(duì)于一般醫(yī)學(xué)院校來(lái)說(shuō)難以承擔(dān)，目前通過(guò)驗(yàn)收真正掛牌的數(shù)字解剖實(shí)驗(yàn)室數(shù)目較少，這在一定程度上制約了數(shù)字人解剖系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。

三、結(jié) 語(yǔ)

總之，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的不斷深入，數(shù)字醫(yī)學(xué)已滲透至整個(gè)醫(yī)學(xué)科技領(lǐng)域[4-6]。計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)已成為我國(guó)乃至世界醫(yī)學(xué)教育改革的主要方向，它不僅將改變傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)教育觀念，而且有助于醫(yī)學(xué)教育教學(xué)質(zhì)量和效果的提高。數(shù)字人解剖系統(tǒng)具有資源豐富、形象直觀和交互性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，為解剖學(xué)教學(xué)帶來(lái)了諸多方便，但作為醫(yī)學(xué)教育者，我們同時(shí)也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，數(shù)字人解剖系統(tǒng)內(nèi)的三維圖像是虛擬的。為了讓學(xué)生了解真實(shí)的人體形態(tài)結(jié)構(gòu)，解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍應(yīng)結(jié)合尸體標(biāo)本，尤其是局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必須在尸體標(biāo)本上進(jìn)行相應(yīng)的解剖操作，才能真實(shí)有效地鍛煉學(xué)生的實(shí)際操作能力，切實(shí)提高綜合素質(zhì)。將傳統(tǒng)尸體標(biāo)本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與虛擬的數(shù)字人解剖系統(tǒng)相結(jié)合，形成虛實(shí)結(jié)合，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)也許是當(dāng)今較為理想的解剖教學(xué)新模式。

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