3D 虚拟仿真技术在功能解剖学教学的应用*

杨 春 张业辉 郭金华 崔晓军 李文漫 张剑凯 杜以宽 孙艳芹

（1.广东医科大学解剖学教研室，广东 东莞 523808；2.东莞市人民医院中心实验室，广东 东莞 523059；3.广东医科大学病理学系，广东 东莞 523808）

随着时代的发展和科学技术的进步，医学领域出现了一系列3D 数字虚拟仿真系统的人类研究产品。3D解剖教学软件是基于计算机通过三维可视化软件将CT、MR 及人体断面标本等相关信息进行重建而成，构建了人体结构的立体图像。该图像具备可360 度旋转，多角度观察3D 层面等特点。因此，虚拟仿真系统则具有3D 可视化、虚拟化、人机交互等特点[1]。联合这些虚拟仿真重建、虚拟可视化等软件教学，克服了传统医学教学的局限性，受到了医学教师、学生和临床工作者的认可。

功能解剖学是一门介绍正常的人体器官、结构功能，以及人体结构配布规律等在康复医学中应用的课程，是康复学的专业基础课[2]。通过学习本门课程，能够使学生明确体内器官的位置、形态、结构、功能及生命活动的规律、调节机制等，建立起对正常的生理结构及一般的生长、发育规律的普遍认识；同时了解到康复训练对人体器官、功能的作用，以及相关卫生、保健基础知识；为后续康复课程的学习提前做好准备，并为康复工作打下良好的基础[3]。功能解剖学的教学效果影响到学生今后从事特殊康复工作的质量。功能解剖学的传统教学方式主要依靠教科书、标本、模型及挂图等，以教师填鸭式授课为主体，结合学生观察标本进行教学。然而，教学中存在教学课时少、内容多的矛盾，课上平面图像无法将动态动作生动展示，缺少活体标本等多种因素，使初学者无法深入了解此课程，容易感到恐惧、困难，很难调动学生学习的主动性和积极性。虚拟仿真系统可以根据学生需要，多角度、多方向观察相关结构所在部位、毗邻与细节，通过随意的旋转、拉伸及剪切处理图像，更加深入且全面地了解人体形态结构、毗邻、层次等变化及体表标志等解剖学知识。虚拟仿真系统的设计融合了许多数字特效功能，可更加快速、便捷、直观、清晰地多方位、多角度观察同一个器官和组织。软件教学资源十分的丰富，操作简单易行。这不仅有助于提高学生学习效率，还可以改善解剖标本短缺的问题[4]。拓展学生学习的时间和空间。因此，可以将3D 数字虚拟仿真系统与传统的功能解剖学教学相结合，二者取长补短，相互融合。本文论述了3D 数字虚拟仿真系统在功能解剖学教学中的效果及作用，希望进一步为相关学者提供宝贵的信息。

1 联合3 D 数字虚拟仿真可活跃课堂气氛 提高学习积极性

3D 数字虚拟仿真系统具有交互、可视化、完整性等特点，通过操作虚拟仿真软件系统，可直观地显示人体的系统组成、位置、毗邻，有助于引导学生构建整体的学习框架。3D 解剖软件内图像清晰度、饱和度都更高，较传统图谱更具优势。高质量的图片搭配文字简介，使原本晦涩难懂的解剖知识变得十分生动。立体图清楚地显示了器官的位置和形状，使得体表定位不再困难，揭开了功能解剖学的神秘面纱。人机交互，可以增强学生感知力、理解力，对学习内容、范围、重难点等有了良好的认识。既可以使学习目标明确，又可消除学生的恐惧情绪，掌握、学习内容和范围，使其学习信心提高。

功能解剖学的传统理论教学内容冗杂、枯燥无味，将3D 仿真重建、虚拟可视化软件应用于理论课堂，可提供更完备的教学资源，直观地将人体结构的空间关系展示，使抽象的教学内容立体化，知识形象生动的展示出来；虚拟仿真软件使学生的学习具有探索性，学生可根据教师的讲解自行操作，课堂气氛活跃，提高学习积极性。

2 联合3 D 数字虚拟仿真教学具有实验效率提高 标本浪费减少 标本利用率增加等优点

解剖学的实验内容繁多，结构复杂，且由于课时紧张，学生动手能力欠缺，因此实验教学对标本具有一定的破坏性、不可逆性，存在实验效率低及标本利用率低等问题，严重浪费标本。比如对局部某些部位的解剖，存在区域越来越小，位置越来越深的问题。解剖过程中，辨认难度加大，加上操作空间小，导致学生在实际操作过程中可能更容易对组织结构造成不可逆的损伤。浪费标本的同时，也更容易引起学习的负面情绪高涨。不同部位肌肉组织存在空间结构和重叠长度的差异等实际问题，很难在标本上展示。传统的教学模式不能呈现生动、形象的动态图像，只能显示静态图像。虚拟仿真软件可多层次、多角度的动态显示观察的标本结构，有助于学生有效地理解、观察标本，也更大程度地减少教学标本浪费，使实验效率和标本利用率提高[5]。

3 联合3 D 数字虚拟仿真教学 可提高学生实验课成就感 激发学生学习的主动性和积极性

基于计算机等信息技术，有效结合解剖学知识的虚拟仿真系统，具有一定的课堂空间、时间的延展性。课堂前后学生可使用软件进行反复地观看学习，有助于其自主学习能力的提高。虚拟仿真系统应用于教学，无形当中在很大程度上可提高学生的主观意识。此软件的应用，有助于温故知新，学生既能够理解和掌握新知识，又能够不断地培养学生的自我探索、创新、独立解决问题等能力。实际操作上，虚拟仿真系统可以在终端显示器上将动态的实验内容呈现出来，进而从多层次、多角度显示出各个器官、组织的确切位置。形象而直观，提高了教师的课堂教学效率的同时，也提高了学生实践中的主观性感受、实践能力，而最终使其实践成就感和主动性提高。

4 联合3 D 数字虚拟仿真教学 有助于完成学生课前预习和课后复习

目前的智慧虚拟教学软件都是与微课、模拟测试、自主学习等紧密结合，功能丰富，透明、逐层剥离及添加、剔除毗邻器官等功能均可以提供，方便人机互动。针对学生的需求，便于课外学习，可使用一些方便在手机及平板电脑等移动端安装的解剖软件。3D 数字虚拟仿真可实现功能解剖学教学资源的时空共享。功能解剖学传统的授课容易受授课时间和学习空间等限制，一些课堂上遗留下来的问题很难下课后解决，问题积累后影响学习的热情，甚至制约着课程教学质量的提高。为了更好地培养高质量、高水平的康复医学专业人才，更好地熟悉解剖结构，合理安排学习进度，可以课前让学生在手机等便携式、多功能终端设备等提前进行解剖过程的虚拟训练，课后通过软件复习所学知识。这样拓展了学生学习的时空轴，实现了更多资源的共享。学生在这个过程中能自己总结经验教训，提升独立思考及独立解决问题的能力[6]。课后的软件学习主要可以解答一些疑惑，明确组织器官的立体毗邻结构等，通过拆分结构，可以更好地温习以提高操作过程效率，总结经验。

5 小结

通过运用虚拟仿真等相关软件，可辅助教师对抽象的教学内容的讲授，可有效提高课堂授课效率，提升实验标本的利用率。学生可以模拟操作，提高实验成就感。课堂时空的延展，可以使学生学习主动性和积极性提高。虚拟仿真系统融入课堂教学，可以成为课程教学创新的设备和科学保障，利于提升广大中青年教师的专业素质[7]。随着数字技术的发展，虚拟仿真软件仍有待完善。有些图像的分辨率、逼真度等有待提升，针对不同需求，细节处理欠佳，整合相关学科的知识较少，目前与临床对接欠佳，缺少相关疾病的病理对照，使得软件应用变狭窄。目前单纯运用虚拟仿真软件，也会使部分学生产生过度依赖，导致其动手能力弱，不愿意接触标本，无法培养其临床动手操作技能等。随着科技的发展，用动态的虚拟解剖软件与实物尸体解剖相结合的教学方法，也是解剖学教学发展的大趋势[8]。

功能解剖学传统教学结合3D 可视化动态互动式教学，目前可使师生获得最大化的学习效率和教学成效。在医学本科的教育阶段，将数字化教学引入功能解剖学教学过程中，符合现有课程设置需求和学生的需求，其教学理念与培养创新型人才一致，满足师生的共同需求和利益。现代的高新科技发展，既推动了教师的教学改革，又促进了功能解剖学的发展。