数字人解剖系统在解剖学实验教学中的应用初探

王松涛，陶 晶，崔卫刚，孙春莉，付升旗，刘恒兴

(新乡医学院，河南 新乡 453003)

人体解剖学是一门经典且十分重要的医学基础主干课程。实验教学在人体解剖学教学中的比重较大，且需要大量的人体标本及模型。近年来，随着我国高校招生规模的不断扩大，人体标本和模型的消耗量不断增加，国内众多医学院校解剖实验教学所需的人体标本资源普遍匮乏，这严重影响解剖学教学质量的提高。而数字人解剖系统的出现，一定程度上缓解了解剖学实验教学对人体标本的需求。

实验室配备的中国数字人解剖系统是通过计算机三维重建技术将真实人体断层图像数据信息整合重建而成的人体三维立体结构图像。由于该系统可实现标本与虚拟的对比结合，有利于学生学习和记录，配合多点触控可对三维结构图像任意角度拖动、旋转、缩放、透明度调节、结构隐藏、分离及着色等操作，并可实现仰视、俯视等观察效果，解剖结构还配有中英文名称及标准发音。因此，与传统的解剖图片及尸体标本比较，数字人解剖系统形象直观，并可反复使用，有着不可比拟的优势。数字人解剖系统被开发以来，已经被广泛应用于医学教育领域及临床外科领域[1-2]。笔者就近年来在人体解剖学及局部解剖学实验教学过程中使用数字人解剖系统的经历，浅谈几点该系统的优劣。

一、数字人解剖系统在解剖学实验教学中的优势

1．三维显示，形象直观。数字人解剖系统的三维结构由横断面中的解剖结构经过三维重建得来，位置、形态与真实人体数据一致，包括9大系统，共有5000多个解剖结构的三维形态。系统内部分为“系统解剖学”“局部解剖学”“断层解剖学”“解剖学微课”和“自主学习”等五大模块，前三个模块内的内容按教材编订的目录展示人体各部解剖结构。由于解剖结构是三维重建的，因此解剖结构可以自由组合，并可任意旋转和放大或缩小，便于转变视角、多方位观察，而且许多解剖结构基本都加注了中英文说明和关键结构标注，同时操作界面设置了一些特殊功能，例如背景切换、标注、分离、透明、染色功能、剥离等功能。这些特点使实验教师在授课过程中依据各种解剖模型、标本，形象直观地在数字人系统上进行对比演示和讲解，授课效果佳。

2．交互性强，轻松学习。数字人系统学生端显示器均为触摸屏，学生在实验课前、课中或课后均可以通过人机交互对解剖结构进行反复观察学习，结合背景切换、标注、分离、透明、染色功能、剥离、查找、发音、随手画和立体显示等功能，通过实际操作实现在三维人体的任何系统任何器官内随意漫游，原本枯燥的学习观察变得轻松有趣，在空间位置上更容易理解，学生学习的主观能动性也可以得到充分的发挥。同时，数字人系统中还有学生自主学习模块，学生可以进入该操作模块进行自主学习，检测自身解剖知识的掌握情况，认识不足，从而提高和加强学习的针对性和目的性。数字人解剖系统的操作类似于操作智能手机，可以进行多种形式的人机交互，学生乐在其中，普遍反应良好。

3．资源丰富，视频辅助。数字人解剖系统还内置了大量的微课视频，涵盖系统解剖学、局部解剖学和断层解剖学。内容详细展示了系统或局部解剖的操作方法、步骤及有关结构，让学生生动全面地掌握人体结构知识。微课视频内容丰富、图像清晰、教学实用，是学生进行课前预习、课后复习的重要学习资料，也为临床医生和研究生提供实用的解剖学参考资料。此外，该系统在断层解剖标本图像的基础上，还配置了部分相对应的CT、磁共振图像，学生可以虚实对照，为将来走向临床奠定基础。

4．安全无毒，可以升级。常规的解剖学实验教学离不开“甲醛”防腐固定处理好的尸体标本，而甲醛可以挥发出强烈的刺激性气味，对教师与学生的呼吸道和视觉器官会产生强烈刺激并有一定的长期损害效果，世界卫生组织已经明确将甲醛列为致癌有毒试剂。因此，减少接触甲醛的时间和机会，在一定程度上有益于师生的身心健康。数字人解剖系统是以真实人体横断面影像数据为依据，通过三维重建得来，位置、形态与原始数据一致的数字人产品，安全无毒，并能较好地辅助系统解剖学、局部解剖学和断层解剖学的教学。此外，解剖学实验教学使用的标本在教学过程中的损耗率高，尤其在进行局部解剖学的实验教学，尸体消耗数量较大，且尸体标本的使用基本是一次性的[3]。而数字人系统不存在消耗尸体标本的问题，一定程度上缓解了实验教学过程标本的明显供求障碍，并且数字人解剖系统可以随着相关技术的出现和成熟而不断升级。可以预见，未来的数字人虚拟操作过程将无限接近真实的人体解剖操作过程，更有益于医学院校的解剖学实验教学和医院手术操作的各类模拟。

二、数字人系统在解剖学实验教学中存在的不足

不可否认，数字人解剖系统功能强大，但同时也增加了知识的信息量和操作的复杂性。授课教师尚需要培训后才能熟练使用，而学生人数多，上课时间宝贵，单独进行培训难度大。学会操作使用该系统将花费一定的时间，短时间内难以熟练使用，尤其对于动手能力和接受能力较差的学生，显得负荷过重，短时间内难以适应这种数字化的教学和学习方式。若课前授课教师操作时简单讲解并演示操作过程，将有助于学生端的高效使用。

解剖学尸体标本上解剖结构众多，一些细微结构在数字人解剖系统中无法详细标出。此外，数字人解剖系统中的解剖结构是三维重建而来，颜色也是人为着色，与实际的尸体标本还是有一定的色差，而且尸体标本上的所有结构层次，在数字人解剖系统并没有完全一一对应，例如浅筋膜和深筋膜的结构层次。因此，解剖知识的学习不能完全依赖于数字人解剖系统，仍需要人体标本和数字人系统的相互结合。

目前，在数字人解剖系统中进行虚拟操作尚不能完全取代真实的解剖操作过程。尤其是局部解剖学实验教学过程，数字人解剖系统无法让学生亲身体会人体器官结构的真实质感[3]。因此，局部解剖学仍有必要以尸体标本为主、数字人解剖系统为辅进行教学。

数字人解剖系统功能强大，资源丰富，致使价格较高，建立一个标准的数字解剖实验室需要几十万元。面对庞大的学生群体，若全面实现解剖实验教学的数字化，需要的投资将更大。数字解剖实验室的建设投资对于一般医学院校来说难以承担，目前通过验收真正挂牌的数字解剖实验室数目较少，这在一定程度上制约了数字人解剖系统的广泛应用。

三、结 语

总之，随着计算机科学技术在医学领域的不断深入，数字医学已渗透至整个医学科技领域[4-6]。计算机辅助教学已成为我国乃至世界医学教育改革的主要方向，它不仅将改变传统的医学教育观念，而且有助于医学教育教学质量和效果的提高。数字人解剖系统具有资源丰富、形象直观和交互性强等诸多优点，为解剖学教学带来了诸多方便，但作为医学教育者，我们同时也应该认识到，数字人解剖系统内的三维图像是虚拟的。为了让学生了解真实的人体形态结构，解剖学实验教学仍应结合尸体标本，尤其是局部解剖学实验教学，必须在尸体标本上进行相应的解剖操作，才能真实有效地锻炼学生的实际操作能力，切实提高综合素质。将传统尸体标本的实验教学方法与虚拟的数字人解剖系统相结合，形成虚实结合，各自发挥优势也许是当今较为理想的解剖教学新模式。

[参考文献]

[1]刘光久,张绍祥,谭立文，等.数字化人体图像和三维模型在解剖教学中的应用[J].局解手术学杂志，2011，20(2)：210.

[2]刘 洋，郭 伟.数字医学技术在肝胆外科的临床应用[J].中华肝脏外科手术学电子杂志,2013,2(4)：213-215.

[3]张庆金，陈金绪，李桂成，等.数字人解剖系统在人体解剖学实验教学中的应用体会[J].右江民族医学院学报，2015，37(4)：649，658.

[4]曾祥宏.“数字人”在人体解剖学教学中的应用[J].长江大学学报(自然科学版)，2012，9(10)：70-71.

[5]陈 禹，郝嘉南，牛松青.数字人在断面解剖学教学中的应用[J].解剖学杂志，2013，36(1)：136-138.

[6]陈 丹，周新璐.探讨数字化虚拟人在解剖实验教学中的应用[J].医药，2016，29(6)：263-264.