虛擬現(xiàn)實技術在人體解剖學實驗教學中的應用研究

【摘要】隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術應用于醫(yī)學高等職業(yè)院校解剖學實驗教育已經成為一種趨勢，新教育模式。筆者從虛擬現(xiàn)實技術在解剖學實驗中的優(yōu)點和現(xiàn)階段使用中存在的問題進行分析討論，積極探索新的解剖實驗訓練模式。

【關鍵詞】虛擬技術? 人體解剖? 教學模式

人體解剖學是研究正常人體的形狀和結構的科學。傳統(tǒng)的解剖學實驗教學法主要是老師教和學生觀察和研究解剖標本。但浸入福爾馬林中的尸體標本的氣味很難問，現(xiàn)實環(huán)境限制很難達到既定的實驗教學目標，并且將來會影響醫(yī)學后續(xù)的專業(yè)學習。因此，我們應用虛擬實驗技術來改善解剖學實驗的訓練，并采取了重要步驟來探索新的教育模式。

1、在解剖學實驗中進行了虛擬現(xiàn)實技術重現(xiàn)完美標本

虛擬現(xiàn)實技術是計算機圖形和模擬技術、人機界面技術、多媒體技術、傳感器技術、網(wǎng)絡技術和其他技術的集合。虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)建了一個新的解剖學教育環(huán)境。通過建立模型，學生可以在學習過程中的不同層次和空間觀察多次，并探索內部結構以深入探討人體結構和功能。這樣，可以在視覺上產生沉浸在虛擬環(huán)境中的感覺，并且可以實現(xiàn)沉浸效果。要實現(xiàn)上述想法，您需要建立一個新的虛擬解剖實驗室。實驗室硬件主要包括高性能計算機，大容量數(shù)據(jù)庫和處理設備，高分辨率顯示器，高清投影儀，高清成像設備以及人機交互設備。該軟件包括虛擬數(shù)字人軟件，投影可視化軟件和虛擬交互軟件。虛擬解剖實驗訓練系統(tǒng)具有較高的仿真水平，其優(yōu)缺點是無法比擬的。

2、虛擬系統(tǒng)在解剖學訓練中的好處

2.1保存人類標本。近年來，醫(yī)學生的數(shù)量有所增加，但參加解剖學實驗的教師數(shù)量卻沒有增加。同樣，過度使用人體解剖樣本會導致老化和損壞。尸體的來源沒有及時補充，參加實驗的學生熱情低下，大大降低了教學效果。隨著虛擬解剖訓練系統(tǒng)的出現(xiàn)，這個問題已經得到有效解決。例如，解剖標本時，您可以首先使用高清攝像頭和投影儀使整個班級都能看到整個過程，然后進入虛擬解剖實驗教育系統(tǒng)來解剖人體的各種器官結構。并重復幾次操作。在實驗中，老師檢查學生的工作，指出缺陷，然后學生可以及時糾正這些缺陷。學生的參與已有所改善，有效地解決了樣本不足的問題。

2.2激發(fā)學生的學習熱情。過去，解剖學實驗的教學主要是通過標本和模型的教學。對于大量的學生來說，只有少量的人可以清楚地看到人體標本。解剖實驗的虛擬教育系統(tǒng)使用高分辨率的可視化設備，使每個學生都能看到樣本并加深他們的視覺印象。和過去一樣，通常使用壁模型和圖表來談論胰液的產生和排出，精子的產生和行走以及泌尿道的組成。難以理解，學習效果差。虛擬解剖實驗教學系統(tǒng)可讓您以全面，逼真的和生動的方式顯示大量的解剖內容，并將靜態(tài)圖像轉換為動態(tài)3D動畫。對學習的興趣增加了也調動了學習的熱情。

2.3幫助學生了解3D空間。降低教育難度。人體解剖學中的虛擬實驗可以使抽象問題動態(tài)化，并從多個角度顯示人體形態(tài)結構。傳統(tǒng)解剖學實驗的教義只是對內部器官相鄰關系的簡要描述，但不能完全證明相鄰器官的位置關系。例如，當描述肝臟與腎臟之間的相鄰關系時，據(jù)說解剖樣品不清楚，因為肝臟的后壁靠近右腎和右腎上腺并且腎臟很深。同樣，當涉及到心臟的傳導系統(tǒng)時，只有浦肯野氏纖維（Purkinje′s fibre）網(wǎng)絡中的始末節(jié)點才是已知的，但在整個樣本中找不到其形狀，只能通過圖表來幫助。解剖實驗的虛擬教學系統(tǒng)可以充分利用立體圖像來顯示人體各個器官的立體結構。如上所述，相鄰的肝臟-腎臟關系在前后透視圖中被虛擬系統(tǒng)包圍，并且在下部肝臟中也可以看到，因此無需將兩個器官分開?？梢詫⑿呐K傳導系統(tǒng)轉換為三維動畫，并且可以動態(tài)顯示和分離傳導系統(tǒng)，將其組合以在多個角度和不同方向上顯示組成和關系，從而使學生能夠在他們的胸部上建立三維概念有能力去培養(yǎng)空間思維能力，以更好地了解人體器官的位置關系，提高實驗教學的效率，減少教學困難。

3、解剖學實驗虛擬教育系統(tǒng)中的幾個問題

3.1樣品的解剖結構無法完全替換。虛擬解剖學實驗訓練系統(tǒng)是一種全新的技術，但具有仿真性高，逼真的沉浸性和迭代性等優(yōu)點，但是不能代替樣本解剖學。虛擬現(xiàn)實技術中使用的材料是從照片中獲取的，因此3D效果并不完全是3D。此外，照片中顯示的人體結構與實際樣本仍然略有不同，每個人體樣本都非常不同。在進行真正的尸體解剖時，虛擬現(xiàn)實技術無法為參與人員提供視覺，觸覺和聽覺刺激。這種真正全面的經驗為以后的臨床工作奠定了堅實的基礎。另外，尸體解剖不能由個人進行，而是需要他人的配合。虛擬現(xiàn)實技術沒有團隊合作。因此，虛擬現(xiàn)實技術無法完全取代實驗標本的解剖學操作。

3.2技術尚未成熟。虛擬現(xiàn)實技術對硬件的要求很高。在使用它之前，我們需要特殊的培訓。否則，很難掌握，沒有專業(yè)培訓，教師就很難獲得虛擬實驗教學技術來教授解剖實驗知識。因此，全面推廣虛擬現(xiàn)實技術還為時過早。

簡而言之，基于虛擬現(xiàn)實技術的實驗性虛擬教育平臺不受時間和空間的限制，且具備強大的交互性和可重復性以及便捷的特性。人體解剖實驗教學虛擬現(xiàn)實技術能充分考慮了醫(yī)學職業(yè)教育中對職業(yè)培訓的需求。解剖實驗訓練中的虛擬現(xiàn)實技術使您可以構建可視化、虛擬形狀和3D解剖成像系統(tǒng)。它在很大程度上彌補了教育資源的不足，并解決了大多數(shù)專業(yè)醫(yī)學院校的許多問題。在有限的實驗條件下，可以實現(xiàn)對醫(yī)學專業(yè)知識更好的培訓效果。這是一種新的實驗訓練模式，值得在醫(yī)學專業(yè)教育領域推廣。

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作者簡介：鄧愛民（1973-），男，副教授，主要從事人體解剖學教學、解剖外科應用和消化系統(tǒng)疾病基礎研究。