3D數(shù)字解剖學(xué)系統(tǒng)在局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用*

劉雪芹 趙云鶴 張 忠 陸 利 楊桂姣

(山西醫(yī)科大學(xué)人體解剖學(xué)教研室,太原 030001)

“數(shù)字解剖”研究最早可追溯到20世紀(jì)80年代末美國國立圖書館發(fā)起的可視人計(jì)劃(Visible Human Project,VHP),隨后可視人、虛擬人、數(shù)字人等研究在諸多國家問世,2001這些研究被綜合概括為“數(shù)字人計(jì)劃”[1]。我國的“數(shù)字人”研究提出于21世紀(jì)初,經(jīng)過近20年的努力,其發(fā)展先后經(jīng)歷了數(shù)字可視人→數(shù)字物理人→數(shù)字生理人→數(shù)字智能人等相互交叉重疊的階段,目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、教育等領(lǐng)域[1]?！皵?shù)字人”是一個(gè)相對寬泛的概念,隨著應(yīng)用領(lǐng)域不同會衍生出具體的數(shù)字化名詞,“3D數(shù)字解剖”正是應(yīng)醫(yī)學(xué)教育之運(yùn)而生,對解剖學(xué)的教學(xué)改革、發(fā)展乃至現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教育和臨床實(shí)踐的發(fā)展發(fā)揮著重要作用。近年來,本校在局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入3D數(shù)字解剖系統(tǒng),教學(xué)效果明顯提高,深得廣大師生的支持和贊成。為此,筆者結(jié)合本校實(shí)際從“3D數(shù)字解剖系統(tǒng)簡介、應(yīng)用實(shí)施和應(yīng)用效果”三方面淺析該系統(tǒng)在局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 3D數(shù)字解剖系統(tǒng)簡介

3D數(shù)字解剖系統(tǒng)(以下簡稱“3D數(shù)字人”)是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和生物信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)人體解剖結(jié)構(gòu)信息可視化的一套軟件系統(tǒng),即通過收集經(jīng)冷凍、切片和測量所獲取的人體解剖信息,然后利用計(jì)算機(jī)和生物信息技術(shù)進(jìn)行三維重建,形成一套系統(tǒng)、完整、靈活的可視人體解剖信息軟件,最后通過顯示屏動(dòng)態(tài)顯示,便于多視角、多方位觀察,操作界面還設(shè)置了一些諸如分離顯示、透明化、逐層剝離等特殊功能[2]。本校解剖實(shí)驗(yàn)室的“3D數(shù)字人”購自山東數(shù)字人科技股份有限公司,其按照局部解剖學(xué)的目錄和教學(xué)需求,分為頭部、頸部、胸部、腹部、盆部與會陰、脊柱區(qū)、上肢和下肢共八個(gè)區(qū)域,每個(gè)區(qū)域可以共同顯示,也可以單獨(dú)多維度動(dòng)態(tài)顯示某個(gè)局部的位置、層次和毗鄰關(guān)系,并可根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和目的對局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離顯示、透明化、逐層剝離等特殊處理。

2 3D數(shù)字解剖系統(tǒng)在局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)施

本校對八年制臨床學(xué)生的局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革,在傳統(tǒng)“學(xué)生自主解剖尸體”模式的基礎(chǔ)上引入3D數(shù)字人,輔助教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行尸體解剖。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室各配套一臺“3D數(shù)字人”一體機(jī)和四個(gè)對角安裝的終端顯示屏,一體機(jī)播放的解剖內(nèi)容可通過四個(gè)顯示屏同步顯示給操作臺周圍各個(gè)方位的學(xué)生。每次實(shí)驗(yàn)課1位老師指導(dǎo)1個(gè)小班(約30人),每班分4小組,于同一尸體標(biāo)本的交錯(cuò)部位同時(shí)開始解剖實(shí)驗(yàn)。

3 3D數(shù)字解剖系統(tǒng)在局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用效果

3.1 提高實(shí)驗(yàn)效率,減少尸體浪費(fèi),增加尸體利用率

局部解剖學(xué)內(nèi)容層次和結(jié)構(gòu)排列復(fù)雜,解剖實(shí)驗(yàn)具有破壞性和不可逆性[3]。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式下,實(shí)驗(yàn)效率低、尸體利用率低、浪費(fèi)嚴(yán)重等問題突出。例如,解剖“枕下三角”時(shí),該區(qū)較小較深,層次較多,肌肉長短不一且相互重疊,再加上課本和掛圖只能終結(jié)性地解釋和說明“枕下三角”的結(jié)構(gòu),無法由淺入深動(dòng)態(tài)性地逐層顯示和暴露“枕下三角”的結(jié)構(gòu)。學(xué)生在解剖過程中常因辨別困難而無法下手,甚至動(dòng)刀過早、過大,造成局部結(jié)構(gòu)不可逆的損毀,既浪費(fèi)尸體標(biāo)本,又造成學(xué)生的挫敗感。3D數(shù)字人能夠動(dòng)態(tài)性多角度逐層顯示項(xiàng)部淺、中和深層的全部肌肉,并通過透明化功能顯示圍成“枕下三角”的頭后大直肌、頭上斜肌和頭下斜肌及其在寰椎橫突和樞椎棘突的附著點(diǎn),以及穿經(jīng)該三角的枕下神經(jīng)和椎動(dòng)脈,這樣可以有效輔助教師引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)的逐層解剖,既減少尸體標(biāo)本浪費(fèi),又提高實(shí)驗(yàn)效率和尸體利用率。

3.2 提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成就感,激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性

“學(xué)生自主解剖尸體”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能夠充分發(fā)揮認(rèn)知主體學(xué)生的主觀能動(dòng)性[4],培養(yǎng)其動(dòng)手操作能力和解剖實(shí)踐的主觀體驗(yàn),但也給學(xué)生操作和教師指導(dǎo)帶來了挑戰(zhàn)。如指導(dǎo)教師難以手把手地照顧到每一位學(xué)生,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中會遇到速度慢、不敢動(dòng)刀、動(dòng)刀過度等困擾。3D數(shù)字人一體機(jī)和終端顯示屏可動(dòng)態(tài)播放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,實(shí)現(xiàn)局部與整體、單層與多層間相互切換,多維度顯示目標(biāo)區(qū)域的肌肉、血管、神經(jīng)、淋巴等的三維層次和毗鄰關(guān)系,有效緩解師資力量不足和學(xué)生的解剖困惑,期間指導(dǎo)教師需負(fù)責(zé)操作手法和重難點(diǎn)部位解剖的監(jiān)督和把關(guān)。這不僅能減輕教師負(fù)擔(dān),還能提高實(shí)驗(yàn)效率,增強(qiáng)學(xué)生解剖尸體實(shí)踐的主觀體驗(yàn)和動(dòng)手操作技能,促成學(xué)生解剖實(shí)踐的成就感和積極主動(dòng)性。

3.3 促進(jìn)青年教師專業(yè)素質(zhì)的成長和進(jìn)步

隨著高校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大,解剖教學(xué)任務(wù)逐漸加重,越來越多的青年教師加入到解剖教學(xué)一線行列。青年教師熱情高漲、踏實(shí)肯干。但是,他們在教學(xué)中會遇到諸如專業(yè)素質(zhì)薄弱、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)欠缺、課堂駕馭能力差等問題[5]。3D數(shù)字人可高精度動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)小局部、多層次復(fù)雜部位的三維立體結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)復(fù)雜局部如腹股溝管、枕下三角、肌腔隙、血管腔隙等的可視化。期間,青年教師借助3D數(shù)字人指導(dǎo)學(xué)生完成尸體解剖的同時(shí),也強(qiáng)化了自己對某些重難點(diǎn)專業(yè)知識的理解和認(rèn)識,促進(jìn)其自身專業(yè)素質(zhì)的不斷成長和進(jìn)步。

3.4 軟件操作簡單、便捷,使用靈活、廣泛

局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)課受時(shí)間和場地限制,實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生的某些遺留問題很難在課下解決,導(dǎo)致問題堆積,甚至將這些問題帶入隨后的臨床實(shí)踐,這制約著局部解剖學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高和臨床型醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)。借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),3D數(shù)字人可與實(shí)驗(yàn)室的顯示屏終端、師生手中便攜的筆記本、平板電腦和手機(jī)終端連接,實(shí)現(xiàn)解剖教學(xué)資源的時(shí)空共享。在課堂上,能夠緩解師資力量的不足,指導(dǎo)教師可以進(jìn)行選擇性輔導(dǎo),負(fù)責(zé)操作手法和重點(diǎn)難點(diǎn)的把關(guān)。課前學(xué)生通過可移動(dòng)的多樣化終端設(shè)備在教室、宿舍共享3D數(shù)字人內(nèi)容,提前虛擬預(yù)習(xí)、制定實(shí)驗(yàn)方案;課后通過可視化的虛擬情境彌補(bǔ)和鞏固課堂上尚未解決或者操作欠妥的問題,及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

3.5 軟件系統(tǒng)可升級和更新,能夠?qū)崿F(xiàn)有限資源的高效利用

3D數(shù)字人價(jià)格昂貴,購置成本較大,在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問題,如內(nèi)容不夠完善,個(gè)別結(jié)構(gòu)在科學(xué)上的誤差,以及將來可能出現(xiàn)版本過舊等等。其實(shí),隨著計(jì)算機(jī)和生物信息技術(shù)的進(jìn)步和知識的完善,3D數(shù)字人可以不斷升級和更新。因此,高額引進(jìn)的3D數(shù)字人短期內(nèi)并不會被浪費(fèi)或淘汰,相反還可實(shí)現(xiàn)有限資源的高效利用,后期需要做的就是軟件系統(tǒng)的升級、更新和終端設(shè)備的配套跟進(jìn)。

總之,利用3D數(shù)字人輔助局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)受益頗多。但是,實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些不足,如3D數(shù)字人內(nèi)容豐富、生動(dòng)形象,易導(dǎo)致師生過度依賴;其虛擬情境缺乏操作的真實(shí)性,過度依賴則無法培養(yǎng)學(xué)生的臨床動(dòng)手能力和操作技能等。因此,在局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,將“學(xué)生自主解剖尸體”模式與3D數(shù)字人相結(jié)合,才能各取精華,促成局部解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師“教”和學(xué)生“學(xué)”兩者的真正統(tǒng)一,推動(dòng)局部解剖學(xué)教學(xué)和師資質(zhì)量及學(xué)科水平的不斷發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉曾旭,劉德明.數(shù)字化虛擬人——多學(xué)科融合的產(chǎn)物[J].醫(yī)學(xué)與哲學(xué),2006,27(2)：70-71.

[2] 張慶金.數(shù)字人解剖系統(tǒng)用于護(hù)理本科解剖學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的利弊談[J].四川解剖學(xué)雜志,2014,22(4)：47-51.

[3] 劉雪芹,陸利,楊桂姣.提高麻醉解剖學(xué)實(shí)習(xí)教學(xué)效果的探討[J].基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育,2015,17(11)：967-968.

[4] 蔡理,張磊,楊海洋,等.外科與解剖學(xué)創(chuàng)新型教學(xué)模式的探討[J].四川解剖學(xué)雜志,2012,20(2)：77-78.

[5] 郜飛.青年教師在高等職業(yè)學(xué)校解剖學(xué)教學(xué)中的問題及對策之我見[J].教育教學(xué),2011,6(20)：94.