动画模拟技术在血液病学教学中的应用

王 劲

(第三军医大学大坪医院野战外科研究所，重庆 400042)

随着计算机软件技术的创新发展，多媒体教学已成为医学教育课程中不可或缺的重要手段，其中，计算机动画模拟演示技术越来越凸现其优势。血液病教学中困扰教学的一大难点就是难以形象、生动地演示正常造血活动、骨髓内部环境乃至造血异常的发生发展过程，呆板的细胞图片和枯燥讲解所收到的教学效果微乎其微［1］。采用动画模拟演示技术可将血液病多种复杂的生理、病理过程直观地呈现给学员，达到事半功倍的效果。

一、血液病教学中常见的理解难点

(一)骨髓造血细胞的生成。

造血组织起源于胚胎时期卵黄囊中的原血细胞，造血细胞经历全能干细胞、胚胎干细胞至造血干细胞分化成熟为各系列造血细胞，过程纷繁复杂，至定向分化为粒系、红系、单核系、巨核系的各个阶段时更显突出。

(二)造血微环境。

造血微环境是血液学的重要概念，由基质细胞、基质细胞分泌的细胞外基质和造血调节因子组成，这么多成分如何存在骨髓中又怎样发挥造血支持作用，这是抽象难懂又难以用影像学或图片完整诠释的。

(三)血液病的发生过程。

血液病发生时在骨髓造血中会有多种改变，包括细胞类型改变、细胞数量改变、细胞形态改变。这些改变单纯用图片在课堂中讲授常难以让学员在短时间内理解。

(四)凝血的发生过程。

凝血功能异常的学习需立足于对正常凝血、纤溶等系统作用的理解，这一直是从基础到临床都在学习而又一直难以理解的难点，主要原因在于凝血因子多，以“瀑布”样形式一级推向一级;交互影响多并形成网络样改变;凝血/纤溶/抗纤溶几大系统同时发生又互相影响。

二、动画模拟演示技术在血液病教学中的应用

计算机动画是指采用图形与图像处理技术，借助编程或动画制作软件生成一系列景物画面的模拟演示技术，包括有Maya、3D、PS、Flash、Painter及 AE 等软件，这其中还包括从一维平面到三维立体不同动画图像［2］。

(一)Flash技术的运用。

Flash技术简单、易做，直观性强，能在较短时间内根据教员意图构思并绘制出不同画面加以制作。对造血活动的演示实用性强。首先根据血液学图谱，绘制不同时期、不同系列细胞图像，通过控制帧幅长短演示细胞逐级分化过程，由于是一个动态变化过程，教员可以根据动画的速度、节奏，配合演示授课［3］。比如，在讲解髓系造血干细胞分化为原始粒细胞时，Flash显示出原始粒细胞图像，进一步再分化则显示早幼粒细胞图像，学员随着讲授，结合图像，不但掌握了造血细胞的分化进程同时也较形象地理解了细胞形态特点和改变;逐级演示细胞分化后，构置一个包含血管、神经、基质细胞、纤维组织在内的复杂组织结构图，造血细胞分布之中;选取一个富含上述各种组织细胞的局部图像放大，利用Flash软件制作出动画效果图，演示在此复合、多种细胞环境中造血细胞的分化、发育成熟、通过血窦进入微血管血液循环并移行入外周血液循环的全过程，另外再演示基质细胞提供造血环境、造血细胞依附基质和基质细胞分泌包括粒细胞刺激因子、粒—巨噬细胞刺激因子、血小板生成素等造血因子的过程，展示正常造血时骨髓中的“生机盎然”“景象”。同样，血液病发生时，如在讲授急性白血病发生时，Flash则演示造血干细胞分化到某阶段，如原始粒细胞期时停滞了分化，转为恶性克隆增殖，展现出在造血环境中，一个异常原始粒细胞不断复制、扩增，同时其它正常幼稚粒细胞、红细胞及巨核细胞因该异常克隆的增生不断受抑减少，最后，骨髓中充斥着原始粒细胞，让学员仿佛深入透视到骨髓立体结构中造血环境内的异常征象。

(二)Maya技术的运用。

三维动画软件技术较复杂，但通过一些基本的制作完全可满足多媒体教学需要，重点和难点是制作模型过程，如所需要的细胞、血管模型，即基础建模阶段，通过构建二维图形，选择视图操作，处理各帧动画并合成即可制作基本的立体动画演示［4］。如在制作止血教学软件时，选择血管模型，包括血管壁(含血管外膜、中层结缔组织、内膜和血管腔内的血液)及凝血因子、红细胞、白细胞、血小板等，止血的三大因素有血管受刺激时的收缩、血小板的趋附聚集和凝血因子凝集过程，以此为制作依据和流程，分别制作局部血管收缩、血小板向受损部位的趋附、凝血因子的动态激活直至纤维蛋白单体形成血栓各环节，将软件中主要模型按照上述关键环节的姿态分段逐帧制作，再拼接成连续动作，可采用旋转、颠倒、局部放大等方式使止血过程尤其是凝血“瀑布”学说更完整、逼真，最后优化各细节，掌握重、难点内容演示速度，使画面清晰、生动。

三、动画模拟演示技术在血液病教学中运用的优势和不足

(一)动画模拟演示技术在血液病教学中运用的优势。

1.形象逼真、连续性强:将抽象、复杂的细胞增殖、分化过程或其它生理、病理改变通过模拟图像真实传达，能让学员“豁然开朗”;教员也能将“生涩”的语言讲解转化为形象表达。另一方面，动画模拟的可连续性强，如缺铁性贫血的铁代谢过程涉及组织、细胞部位多，铁离子的转变形式多，设计单个铁离子在体内的代谢过程就将它参与血红蛋白合成的功能得到充分演示。首先演示铁离子通过食物进入胃、十二指肠，模拟酸性物质包绕三价铁将其还原为二价铁在肠道吸收，随之突出转铁蛋白与之结合，将其“载”入肠粘膜细胞及进入血循环到达骨髓，在幼红细胞中转铁蛋白与之分离，改为去铁铁蛋白与之结合形成铁蛋白，部分铁离子在胞浆中游离至线粒体与卟啉结合形成血红素再与珠蛋白结合合成血红蛋白，最后结果以红细胞胞浆由橙黄色变化为红色，显示幼稚红细胞血红蛋白化。学员随着铁离子的不断转运、在不同部位的结合、分离、再结合等，充分掌握了铁离子从吸收到最后合成血红蛋白的全过程，又将铁离子经历的不同阶段和经过的不同部位有机、序贯地衔接，一气呵成。

2.生动活泼，兴趣提升度高:教学辅助形式从传统教具如挂图、投影进步到计算机辅教阶段，目前能极致发挥的就是动画演示尤其是三维立体动画，也可以拍摄电教片，但一些不能用实体展示的组织器官是电教片难以企及的，动画技术则将此瓶颈问题迎刃而解，它能通过耳目一新的表现方式让学员感到新颖有趣又能聚集精力看完全过程，教学内容得到有效灌输，这在实际工作中被印证。如再生障碍性贫血的骨髓象可通过正常造血细胞在细胞毒性T淋巴细胞功能增强时动态释放负性造血物质时造成造血细胞不断减少，非造血细胞渐增多的动态过程演示体现，在此过程中，释放的负性造血物质形态及颜色多样，画面丰富，伴随不同细胞的淡出和增强显影使学员明白了再障发生时性质不同、种类不同的细胞的“此消彼长”过程。

3.深入浅出，简单实用:动画演示实际是模拟演示，通过模拟，能让复杂、疑难的问题简单化。由于专业特性所致，血液病发生涉及多种机理，设计中可先给出全面、多种因素参与的骨髓内部活动象，然后逐步地局部放大给出一项项因素或物质的作用方式和演变过程，既展示了全貌，又演示了细节，经过思维的整理融合，其发生机制则清晰明确了。

(二)动画模拟演示技术在血液病教学中运用的不足。

1.教员意图与制作需要整合统一:一个优秀的动画课件需充分体现教员的授课目的，要求教员在制作前精练教学重点和难点并在课件中突出，而制作者一般对医学内容知晓少，需要教员与其良好沟通，准确传达信息，包括选择如正确的细胞形态、变化模式和骨髓复合结构以及正常或异常造血发生的顺序和速度;另一方面，还要设计制作简单易行的界面，使教学实施可控性及操作性强，否则错误信息反而会让学员糊涂或认知错误。

2.教员授课与动画演示需要整合统一:电教软件可以配音制作，但与教员现场生动有趣的讲解相比，画外配音呆板单一。现场讲授需要充分熟悉动画课件并与演示过程默契统一，让学员“视”、“听”、“记”得到统一。这虽是动画演示中没有完全“自动”化的缺陷，但反而更突出了教员主导教学的重要性。如铁代谢过程，当教员讲授到“铁粒子和卟啉结合形成血红素，再与珠蛋白结合合成血红蛋白”时，动画也同时演示到最后一个画面即幼红细胞胞浆颜色转为红色，形象表示出胞浆的血红蛋白化，其效果是让学员体会到如电影结束时的一个圆满大结局。以上两个“统一”如果操控不好，不但不能体现动画演示的优势，反而会“画蛇添足”，搅乱学员正常思维。

总之，动画技术具有目前传统或初级多媒体教学难以替代的优点，是未来课堂教学和临床教学发展的必然趋势。这在“教”与“学”之间对“教”提出了更高要求。一方面教员要有意识地运用其技术优点解决教学中难以用语言、图片所解决的难点，另一方面，日常工作中要着重收集素材并发现或发明创新点，根据教材设计出科学、正确、合理及完美的动画课件;同时要加强与学员的沟通，了解授课效果，及时修整课件中的不足或模糊内容，使其更有效实用。当然，不能要求所有教员都掌握具体的制作技术，与电教技术人员合作、交流，不但能完成授课课件，还能通过积累，促进多媒体教学向更高、更新及更科学的方向发展。

［1］王 劲.血液科实习教学中学生临床思维能力的培养［J］.中华医学教育探索杂志，2011，10(8):915-917.

［2］温晓艳，张艳超.多媒体技术在实验诊断学教学中的应用体会［J］.检验医学教育，2009，16(2):20-21.

［3］施金龙，施 炜，倪兰春，等.Flash课件在神经外科临床教学中的应用［J］.中国高等医学教育，2011，6:81-82.

［4］于 哲，马保安，周 勇，等.计算机三维动画技术在创伤骨科教学课件中的应用及优势［J］.中国医学教育技术，2012，26(1):32-34.