数字化可视人体在解剖教学中的应用趋势初探

邓长弓

(川北医学院基础医学院人体解剖教研室,四川 南充 637000)

数字化可视人体在解剖教学中的应用趋势初探

邓长弓

(川北医学院基础医学院人体解剖教研室,四川 南充 637000)

数字化可视人体的出现给现代解剖学教学带来革命性的变化。本文通过对比传统的教学模式,探讨了数字化可视人体在解剖教学中的优势和自身的不足,并展望了其在解剖教学中运用的未来。

数字化可视人体;解剖学教学;应用

众所周知,人体解剖学是医学院校重要的基础课程之一。人体解剖学的内容繁杂,名词术语众多且抽象难记、易忘,学生苦不堪言,学习兴趣不高,学习效果差。传统的人体解剖教学模式不能很好地调动学生的学习兴趣,尤其是学生对各个标本的空间位置更是难以理解和掌握,使得学习动力不足。如何充分调动学生学习的积极性、主动性,培养学生的观察、描述、理解及综合能力成为现代解剖教学过程中的一个急需解决的问题。

医学与计算技术的结合,出现了数字化可视人体。数字化可视人体是将成千上万个人体断面数据信息在计算机里整合重建成人体的三维立体结构图像,是医学与信息技术、计算机技术相结合的成果。它构成了人体形态学信息研究的实验平台,为医学,生命科学等的研究和应用提供基础与技术支撑。随着数字化可视人体数据集库的建立,计算机模拟人体将为解剖学的教学提供革命性的变化[1]。

1 传统的教学模式

1.1 传统的标本教学:传统的标本教学可以给学生一个直观的学习机会,毕竟教师在授课时主要是以图片的形式讲解为主,学生是很难在第一时间接受所学知识。通过观察标本来提高教学效果是大多数医学院校选择的方法,但是标本教学又存在着明显的缺陷:①标本教学需要消耗大量的尸体 (尸体来源越来越困难,且价格越来越昂贵),而且也需要熟练的技术人员花费很长时间制作,如果标本在制作过程中有所损坏,学生就无法观察到相应的结构;②标本需要用甲醛来保存,上课时强烈的刺激往往不能使学生专心地听课,有的甚至出现强烈的反应而出现不适的症状,同时对于教师来说长期接触甲醛也会严重的影响身体的健康。上述问题都直接影响到教学水平的达标和提高。

1.2 人体教学塑化标本教学:为解决标本教学中的问题,于是出现了人体教学塑化标本即人体标本通过生物塑化技术(可以从液态硬化成固态的高分子聚舍物置换代替组织细胞内的水分和脂肪、并保持原有组织形态结构,从而达到长期保存标本的目的)制作出来的标本[2]。这些标本具有优良特性,克服了传统解剖标本的缺陷,改善了学习环境,增加了学生对解剖学课程的学习兴趣。由于生物塑化标本无色、无味、无刺激性,大大提高了学习效果。使用塑化标本教学实践表明,塑化标本不但可改善学习环境,提高了学生对本学科的兴趣,消除了畏惧心理,有利于学习质量的提高,同时亦避免了对环境的污染,使学生在无刺激气味的实验室里专心致志地学习,无损身心健康[3]。但是塑化标本同样需要技术人员花费长时间制作,由于制作的原因使标本存在失真性,长期使用也会造成部件的损坏,因此也会使得教学效果降低。

2 数字化可视人体

2.1 数字化可视人体的优势:数字化可视人体研究是 20世纪后期兴起的一项信息技术与医学学科交叉、综合发展起来的新兴前沿学科,是将成千上万个人体横断面数据信息在计算机里整合,重建成人体的三维立体结构图像,为开展各类人体相关研究提供形象而真实的模型[1]。它相对于传统的解剖学教学具有的优势:①利用数字化可视人体数据集研制成的数字形式的解剖图谱,无需复杂的标注,只需将计算机鼠标放置在某解剖结构上,则该结构的详细说明便会显示出来[4];②可将任意结构立体显示,并可绕任意轴线旋转,从不同的方位、方向、角度观察该标本的结构。从而加强了学生对该结构在空间位置的理解;③相对于传统的标本它可以长时间反复的使用不用担心会损坏;在解剖实验课的教学中,学生在虚拟解剖过程时如果发生错误操作,学生可以返回纠正错误,同时也可以反复进行操作训练和复习,以及随时进行虚拟解剖操作,也不必到解剖实验室进行实习,既节省时间,又可以节约宝贵的尸体标本,并减少了其它器械的消耗。

2.2 发展遇到的问题

2.2.1 分割技术问题:在数字化可视人体的研究和应用中,为了突出地显示某些人体结构,就要掌握好图像分割的技术,利用各种不同结构在图像信息中的不同特征,将目的物提取出来。图像分割可以利用的特征,包括图像灰度、颜色、纹理或频谱特征等。图像分割是由图像处理到图像分析的主要问题,也是个经典性的难题。由于此类问题的重要性和困难性,一直吸引着国内外研究学者为之努力。由于图像分割只能利用图像信息中的部分特征,因此各种方法既有针对性,也有局限性,只能针对各种实际应用领域的需求来选择不同的方法,到目前为止还没有一个通用的分割方法[5]。

2.2.2 数据量庞大问题:大规模数据或者海量数据的处理,是伴随数字人体研究不断提高精确度时,要解决的另一个关键技术。在数字化人体的研究中其数据量之大,层次关系之多,数据实体之复杂,是前所未有。如果采用立方体的体积单元假设,构成数字化人体模型的微小单元是立方体,断层切片精度每提高一倍,整体数据集的数据量要增加 8倍。以目前的人体数据集为例,人体标本的切片由 0.2 mm片层间距转变为 0.1 mm间距时,数据量将由目前的约 150 GB增大为 1 200 GB(1.2 TB)[6]。如果进一步作三维重建处理,所产生的数据规模还要成倍增长。如此大量的数据,对于计算机的存储管理、网络传输、维护操作等都带来新的挑战。如何进行无损或微损的数据压缩处理,这也是发展数字化可视人体所要解决的重要问题之一。

3 数字化可视人体在解剖教学中的应用趋势

数学化可视人体是综合性极强的高新信息技术,目前在我国医学高校解剖教学中的应用还十分有限。加快我国数字化可视人体数据的开发应用,建立一个基于普通计算机的虚拟环境和全数字化的人体三维解剖结构模型是极其必要的,这无疑将大大的改革解剖学的教学模式,提升学生的学习兴趣和效果,培养他们的思维、表达以及描述能力,从而提高教学水平以及教学效果。也将大力推动我国基础医学教育的现代化。如果使虚拟解剖模型具有动态和功能模拟等功能,那么将来,解剖学教师还可以利用虚拟尸体进行人体解剖课的教学,学生使用虚拟手术器械解剖虚拟尸体,利用操纵杆、数据手套和其他设备的触觉强力反馈感受到人体组织的不同质感,模拟解剖也可以重复进行,也可采用不同方法进行[7]。教师和学生可以在干净,无污染,无刺激的电脑试验室里面完成教学和学习的任务,无损身心健康,对于人体解剖教学来说这是极其重要的改革。

[1] 邱明国,张绍祥,刘正津,等 .数字化可视人体在解剖学教学中的初步应用[J].四川解剖学杂志,2004,12(1):41-42

[2] 刘永寿 .生物塑化标本制作技术之探讨[J].解剖科学进展, 2002,8(1):95-96

[3] 张德兴,张文光,汪华侨.塑化标本在人体解剖学教学中的应用[J].解剖学研究,1999,21(2):142

[4] 邝满元,姜 平,彭汉忠.数字化可视人体在解剖学教学中的应用简介[J].郴州医学高等专科学校学报,2004,6(1):70-71

[5] 张 彦,王 惠,李振平.数字化虚拟人体的研究进展[J].医学影像学杂志,2006,16(4):414-415

[6] 苏焕群,林万莲,唐 丹,等 .概述数字化虚拟人体的研究[J].医学信息,2003,16(7):358-359

[7] 张绍祥,刘正津,谭立文,等.首例中国数字化可视人体完成[J].第三军医大学学报,2OO2,24(10):1231-1232

(学术编辑:邓世山)

1005-3697(2010)05-0504-02

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2010-07-17