数字化可视人体在消化内科教学中的初步应用

朱艳丽,崔 颖,刘 亮

(1.佳木斯大学附属第一医院,黑龙江佳木斯154003;2.佳木斯市肿瘤医院,黑龙江佳木斯154007)

数字化可视人体在消化内科教学中的初步应用

朱艳丽1,崔 颖1,刘 亮2

(1.佳木斯大学附属第一医院,黑龙江佳木斯154003;2.佳木斯市肿瘤医院,黑龙江佳木斯154007)

数字化;消化内科;教学

《消化内科学》是《内科学》的重要组成部分,是一门临床医学理论课。在以往我们多采取传统教学模式来讲授消化内科的理论课,包括疾病的病因、病理、临床表现、诊断、鉴别诊断、治疗原则以及预防等方面作系统的阐述[1],但我们发现学生对疾病的认识缺乏对人体组织器官内在的空间关系的逼真的视觉效果。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(DigitizedVisible Human)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消化内科的教学提供革命性的变化[2]。我们把数字化可视人体运用于《消化内科学》的教学中,可以方便地重建出人体组织器官内在的空间关系,并具有逼真的视觉效果,使原来克板枯燥的教学过程变得生动有趣,课堂学习变得丰富多彩,学生学习的积极性、主动性得到了极大的调动。学生通过观察立体空间的人体数据化模型,在计算机模型上描述人体各个组织结构器官的空间解剖关系,使得学生消化内科疾病的理解及综合能力得到很大的提高,因此数字化可视人体成为消化内科教学过程中的重要辅助手段。本文简单介绍了中国数字化可视人体的研究及其在消化内科教学中的初步应用。

1 国内外数字化可视人体的研究

美国国家医学图书馆(NLM)首先于1989提出了“可视化人体计划(Visible Human Project,VHP)”。1991年8月,美国NLM与Colorado大学健康科学中心(Health sciences center)签署协议,由Colorado大学进行人体结构数据的采集和三维结构的重建。美国的研究小组于1994—11～1995—11分别向世界公布了第一套中年男性及一套女性的人体结构数据集,此数据集的顺利完成在全世界引起了巨大反响。目前韩国、日本、德国、澳大利亚等国家的不少研究机构和大学利用VHP研究并组建连续的人体断面图像数据的经验及技术纷纷启动了各自的具有国家及地域特点的可视人体,同时很多国家的科研机构已经或正在开发新的可视化计算机人体模拟系统,并且利用此项技术延伸并开发出一系列运用于科研及教学的实用产品。

我国于2001年11月5～7日,在北京香山召开了主题为“中国数字化虚拟人体的科技问题”的第174次香山科学会议,经专家讨论并达成会议共识。虽然世界上第一套人体解剖结构数据集由美国首先公布,但此套数据集的制定完全是根据欧洲人的人体解剖结构所完成,中国作为一个人口众多的东方大国,必然要有一套符合我国人体解剖及生理结构特点的可视化人体。我国的第一部数字化可视人体数据集”由第三军医大学在国家相关基金的资助下历时将近一年的时间内完成。2002年8月进行了对一例年龄35岁、身高1.70米、体重65公斤的男性人体标本和一例年龄22岁、身高1.62米、体重54公斤的女性人体标本的解剖结构的数据集采集。其中男性标本共采集了2518个连续横断面切片,总数据量达91GB;女性标本共采集了3640个连续横断面切片,数据量13lGB。在标本其重要部位的连续横断面切片切削厚度精度仅为0.1mm。10月利用计算机对所采集的数据集进行三维的可视化重建的研究工作。2003年2月23日在重庆召开了针对该套数据集的专家鉴定会。专家们认为该套数据集为中国数字化可视人体的首套数据集,符合我国乃至亚洲人的生理解剖结构特点,是国际上继美国可视化人体(VHP)之后获得的第二套未见器质性病变的数字化可视人体数据集。国内不少学者一直关注着这一研究领域的进展并利用美国的VHP数据集进行了卓有成效的研究工作。

同时,许多科研工作者已经完成了许多人体重要器官及结构的计算机三维重建工作,其中包括人的神经系统如脑、颅底、颅骨及其内部结构、基底神经核团;包括循环系统如心脏;包括消化系统如肝脏以及其他如盆底、四肢关节等重要结构。三维重建后的人体模型可以显示许多体内的微细结构,并以彩色实体模型方式显示解剖结构特点。可以单独的对某一结构进行显示、也可以任意搭配显示或总体显示,可在三维空间位置上绕任意轴旋转任意角度,清晰显示各内部结构的空间关系。

2 数字化可视人体在消化内科教学中的初步应用

《消化内科学》是临床教学中的主要课程之一,也是一门实践性较强的临床学科,消化系统疾病属常见病,学生们对这一系统的学习有着强烈的兴趣和求知欲。传统的教学方式以教师说教为主,同时利用多媒体课件结合相关的影像学图片如X线片、CT、ECT、MRI或断层图谱来帮助讲解器官、结构、组织形态特点及其毗邻关系。即使教师讲的口干舌燥,学生只能从是感观的二维空间结构上理解器官结构的解剖毗邻关系。教学过程缺乏新意,学生在学习过程中的积极性、自觉性、创造性和主动性不能得到充分的调动,往往感到压抑、呆板、枯燥、乏味,甚至产生厌学情绪,严重影响教学效果[3]。

我们把数字化可视人体运用于《消化内科学》的教学中,学生们可通过多媒体网络获得大量连续立体三维的数字化人体断面图像,可以连续跟踪观察从大体解剖毗邻关系到细微的组织细胞结构特点,并且对于相应部位都有对应的CT、MRI、X线片及超声图片,最后可以呈现给学生人体各个器官、系统、甚至是整个人体的三维重建模型。通过提供给这种三维的人体结构模型可以使学生了解某个器官或结构在人体空间中的准确定位、可以获得三维测量数据和立体图像,然后利用某个器官或结构的立体三维模型为中心开展教学,来激发学生学习的积极性,使基础理论和临床实践更好地结合。我们应用数字化可视人体模型,同时在计算机多媒体技术的辅助下,可以使消化内科教学模式及教学方法变为全新的图、文、声并茂。这种教学模式改革的优点还在于它的操作性强,视听感染效果佳,可以培养学生的动手能力。学生可以应用鼠标点击人体解剖结构图上的某个位置,随即将显示出相应的横截面切片图,还可以对可视化人体进行任意方向的切割,对内部结构进行观察。应用计算机三维软件,可以对二维的结构图片进行计算机动态三维立体重建。应用数字化可视人体数据,建立了肝脏、胰腺、胃等复杂结构的计算机三维重建模型。所有器官的三维重建模型所显示的结构详实,是一种色彩丰富的实体模型。学生们可以从三维的数字化人体中选择任一结构模型并将其独立出来,再对其进行更精细的观察。

现在,数字化人体在消化内科教学中得到了广泛的应用,教师利用此种新型的教学模式为学生们提供了富有多样性的主动学习的环境,为教学过程提供了逼真的连续断层的、色彩鲜明的、层次清晰的数字化图像教材。这种数字化可视人体同时具有较强的人机对话功能,可以通过立体三维的人体界面在教师与可视人体之间以及学生与可视人体之间建立起双向的交互式的互动关系,大大减少了在消化内科教学中对组织器官进行烦琐的空间及组织结构的描述过程,使学生从被动学习,变成主动、积极、灵活的学习,也大大提高了教学效率和教学质量。

[1]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,2002,24(10):1231-1232

[2]钟世镇,原林,黄文化.数字化虚拟人体为临床解剖学开拓研究新领域[J].中国临床解剖学杂志,2002,20(1):3-4

[3]SoitzerVM.TheVsible Human Data set:the anatomical platform forhuman simulation[J].Anat Rec,1998,253(2):49-57

R814.42

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1008-0104(2012)02-0099-01

2011-03-08)

朱艳丽(1978～)女,黑龙江佳木斯人,硕士,主治医师。