楊治榮,郭智霖

(上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院,上海 200011)

3-D真人側(cè)腦室模型構(gòu)建與課件設(shè)計

楊治榮,郭智霖＊

(上海交通大學(xué)附屬第九人民醫(yī)院,上海 200011)

目的:構(gòu)建3-D側(cè)腦室解剖課件,用于顯微神經(jīng)解剖教學(xué)。方法:依據(jù)神經(jīng)解剖學(xué)教學(xué)大綱的要求和顯微側(cè)腦室外科臨床實踐中遇到的困難,對側(cè)腦室解剖內(nèi)容進行總結(jié)提煉,精心構(gòu)思,應(yīng)用計算機超強的建模與動畫功能,對側(cè)腦室解剖學(xué)課程進行了3-D模型構(gòu)件與課件制作。結(jié)果:完成了側(cè)腦室解剖3-D模型構(gòu)建,形成中、英文兩個版本的學(xué)課件,并進行了局部的實踐應(yīng)用,取得了良好的教學(xué)效果,受到了師生的好評。結(jié)論:3-D多媒體教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)具有明顯優(yōu)勢,現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像和影視技術(shù)的應(yīng)用對教學(xué)效果的提高具有重要作用。

顱底解剖學(xué);3-D多媒體課件;教學(xué);教育技術(shù)

10.3969/j.issn.1002-1701.2012.11.049

神經(jīng)解剖學(xué)是一門內(nèi)容繁多空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的醫(yī)學(xué)形態(tài)科學(xué)。特別是側(cè)腦室及其毗鄰結(jié)構(gòu)的解剖晦澀難懂是教學(xué)中的突出問題和困難所在。隨著教育的發(fā)展和招生規(guī)模的擴大,以及教學(xué)標本數(shù)量的限制,又進一步加劇了教與學(xué)的矛盾。解決這一難題僅僅依賴于教師業(yè)務(wù)的提高是不夠的,而且還必須借助現(xiàn)代化的教學(xué)手段。計算機輔助教學(xué)(Computed Assisted Instruction)多媒體課件作為一種現(xiàn)代的、動態(tài)的醫(yī)學(xué)教育手段[1],已被各級學(xué)校所關(guān)注并成為熱點。假如能把解剖利用計算機技術(shù)變?yōu)槟Ｐ?進而做成動漫課件必將為神經(jīng)解剖教學(xué)拓新視野。本研究本著這一思想,設(shè)計神經(jīng)解剖教學(xué)多媒體CAI課件,并應(yīng)用于教學(xué)實踐,大大提高了學(xué)生們的感性認識,從而有效地保證了教學(xué)的質(zhì)量。

一、課件設(shè)計思想及方法

認真分析神經(jīng)解剖教學(xué)大綱要求的基礎(chǔ)上,在學(xué)生中調(diào)查研究了解他們學(xué)習(xí)困難所在,確定課件內(nèi)容。利用計算機技術(shù)把教學(xué)難點制成CAI課件,然后請專家評估和試教學(xué),找出缺陷進行修改補充完善。最后以中英文兩種版本定型。

(一)三維解剖模型構(gòu)建。

材料:圖形工作站Core中央處理器,2GB內(nèi)存,256色彩色顯示器,1024×768分辨率,120GB以上剩余空間;Windows XP操作系統(tǒng),Maya 8.5/mimics10.01,數(shù)碼照相機。頭顱CT/MRI超薄層掃描DICOM格式數(shù)據(jù)文件。

資料獲取:24歲健康男性自愿者,1.5T磁共振頭顱矢狀位薄層成像,所得T1DICOM格式原始數(shù)據(jù)為本研究的資料。成像條件:層厚1.0mm,層距 1.0mm;W×H=256×256;層數(shù)176。

圖像預(yù)處理:圖像的預(yù)處理包括斷層圖像的濾波增強、目標圖像輪廓線的描繪、摳圖(圖像的分割)和數(shù)據(jù)的生成。在Matlab 7.0中增強和輪廓線描繪,然后利用photoshop進行圖象分割,提取出目標圖像。

二維圖像轉(zhuǎn)化為三維圖形[2]:工作平臺為mimics8.0,打開mimics將預(yù)處理所得bmp格式數(shù)據(jù)文件按順序依次導(dǎo)入指定圖層。設(shè)定圖片的空間方位,使圖像在mimics中的空間位置和實際空間位置統(tǒng)一,然后載入。生成分割組織蒙板,對分割組織進行三維重建。然后輸出STL格式保存,分到此完成了三維粗模的構(gòu)建。

模型轉(zhuǎn)化:原始生成的粗模面數(shù)巨大,不便于和提數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。在不影響模型精度的基礎(chǔ)上,對模型進行降面處理。首先,將粗模在geomagic打開,執(zhí)行去除噪音點,光滑點云和重新排序點云等相關(guān)命令。相關(guān)參數(shù)設(shè)定,必須保證不改變點云圖像的完整。處理后的模型導(dǎo)入TOPOGUN,在處理后的粗模引導(dǎo)下,生成低面模型。滿意后以stl格式保存。

模型與體數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián):打開maya導(dǎo)入本研究原始頭顱MRI數(shù)據(jù),導(dǎo)入低面的STL格式的模型數(shù)據(jù),計算模型的輪廓線,并在體數(shù)據(jù)場中顯示。

(二)腳本設(shè)計。

文本卡片編輯:根據(jù)構(gòu)建的三維模型表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)編寫文本,文本初稿形成交專家審閱,根據(jù)專家意見進行修改,然后開座談會討論定稿。保證內(nèi)容的正確性。按照教育心理學(xué)的原則和計算機的特點,把文本制成卡片備用。

(三)采集音頻素材。

音頻素材由三部分內(nèi)容組成:一是課件介紹;二是文本講解;三是背景音樂。三者根據(jù)課件進程順序出現(xiàn)。背景音樂要與界面顏色、文本內(nèi)容和節(jié)奏相結(jié)合相適應(yīng)。

(四)課件總體制作。

在模型、文本、音頻等素材準備完成以后,進入課件總編制。總編制不是素材堆砌,而是根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進行有序編排、修改和組合。課件的制作主要在powerpoint2003中進行。

(五)課件試用和審閱。

聘請一名本專業(yè)和一名非本專業(yè)的知名教授審閱,提出修改補充意見。找10名不同學(xué)科的學(xué)生進行試教學(xué),聽取同學(xué)的反應(yīng)。根據(jù)專家和學(xué)生的意見,在教學(xué)大綱的指導(dǎo)下修改補充完善定稿。

二、評估方法

選取40名不同年級的臨床專業(yè)本科生(其中女11人)隨機分成兩組,每組20人,就課件所講內(nèi)容分別進行傳統(tǒng)老師講解授課和課件教學(xué)。課后每人發(fā)一份內(nèi)容相同的考卷,在規(guī)定時間內(nèi)交卷,試卷滿分為100分,得80分以上者為滿意,50分以下者為較差,50-80分之間為一般?？疾樵u估他們對課件和傳統(tǒng)教學(xué)的成績。

三、結(jié) 果

本研究中,應(yīng)用頭顱MRI數(shù)據(jù)構(gòu)件的側(cè)腦室模型是課件的主要素材和評估結(jié)果。

(一)模型部分結(jié)果如下圖所示。

圖1 雙側(cè)側(cè)腦室模型

圖2 側(cè)腦室及周圍腦組織

(二)學(xué)生考試成績結(jié)果。

教學(xué)滿意:傳統(tǒng)老師講解VS課件是 3(9.9%)VS18(90%);教學(xué)效果一般:傳統(tǒng)老師講解VS課件是 5(25%)VS2(10%)。

四、討 論

教育模式分為主動和被動兩種模式,被動型(Passivetype)教育包括讀課本、聽課、看錄像等[3-5]。主動型(Activetype)教育包括做實驗、死體解剖和計算機模型的構(gòu)建等[6-10]。尸體解剖是神經(jīng)外科解剖教學(xué)的最佳手段,由于尸頭標本數(shù)量的限制,尸體解剖難以在神經(jīng)解剖教學(xué)中得到普及。計算機三維模型構(gòu)建的3-D系統(tǒng)同時兼?zhèn)鋵嵺`主動被動兩種模式的潛在功能,有望能在神經(jīng)解剖教學(xué)中推廣普及。

(一)課件設(shè)計思想。

媒體CAI課件是一種新的教學(xué)模式。它以文字、圖片、仿真模型、聲音、動畫等形式把教學(xué)內(nèi)容展示在學(xué)生面前。突出教學(xué)過程中學(xué)生的主動性,創(chuàng)造一個刺激學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生主動獲取知識的環(huán)境。另外,又要考慮到課件將是用于神經(jīng)解剖教學(xué)的課件,并通過計算機制作來完成。因此,利用計算機軟件優(yōu)勢把最優(yōu)化教學(xué)設(shè)計體現(xiàn)出來,作為制作神經(jīng)解剖多媒體CAI課件的指導(dǎo)思想。

(二)三維多媒體課件在神經(jīng)解剖教學(xué)中的優(yōu)勢。

人三維側(cè)腦室形態(tài)不規(guī)則,解剖內(nèi)容繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其空間結(jié)構(gòu)用語言、文字很難描述,教師講解吃力學(xué)生學(xué)習(xí)費勁,難以達到預(yù)期的教學(xué)效果。利用計算機軟件制作的真人三維側(cè)腦室動畫課件,以三維立體的形式充分顯示人側(cè)腦室立體結(jié)構(gòu)及其毗鄰關(guān)系,學(xué)生可以對側(cè)腦室各結(jié)構(gòu)進行全方位的觀察,更容易對側(cè)腦室空間結(jié)構(gòu)組成有一個全面的了解,使抽象問題具體化、復(fù)雜問題簡單化,大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

(三)三維多媒體課件是傳統(tǒng)教學(xué)的補充。

三維多媒體神經(jīng)解剖課件信息量大、圖像形象逼真能更好地吸引學(xué)生的注意力。但是它并不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的尸頭解剖和老師講解,老師能夠根據(jù)學(xué)生的反應(yīng)有針對性的進行講解,還可通過生動形象的比喻引導(dǎo)學(xué)生的思維達到理解的目的,這是任何課件都無法實現(xiàn)的。因此,在運用多媒體課件時,不能忽視傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢,二者相輔相成,互為補充,在教學(xué)中將其完美結(jié)合以達到最理想的教學(xué)效果。

(四)本課件的內(nèi)容和特色。

課件以Rhoton教授的幕上解剖側(cè)腦室章節(jié)的內(nèi)容為藍本,根據(jù)三維模型表現(xiàn)的結(jié)構(gòu)編寫腳本文字和卡片。文字表述盡量做到和畫面和諧統(tǒng)一,并為學(xué)習(xí)著營造一個優(yōu)美的意境,以利于調(diào)動學(xué)生的想象力,使認知過程愉悅順利。本課件界面設(shè)計美觀簡潔,操作簡單,層次分明互動性強。

五、結(jié) 論

將多媒體技術(shù)與神經(jīng)解剖學(xué)教學(xué)相結(jié)合,可以對一些難以想象的空間結(jié)構(gòu)、難以口頭描述、難以肉眼觀察到的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)最方便、生動、形象的動態(tài)仿真,直觀的展示了教學(xué)內(nèi)容,讓解剖學(xué)教學(xué)更加生動、有趣,極大地吸引了學(xué)生的注意力,提高了教學(xué)效果。但是,在神經(jīng)教學(xué)過程中不能過分突出課件的作用,忽視教師的必要講解,出現(xiàn)課件排擠教師的現(xiàn)象。合理安排課件內(nèi)容充分發(fā)揮傳統(tǒng)教學(xué)優(yōu)勢。

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Construction of three-dimensional interactive model of lateral cerebral ventricle and design of multimedia courseware

YANG Zhi-rong,GU Zhi-lin
(Department of neurosurgery,the9th hospital affiliated to shanghai jiao tong university)

Objective:To develop an interactive three-dimensional(3-D)computerized anatomic model of the lateral cerebral ventricle for teaching microneurosurgical anatomy.Methods:The three-dimensional(3-D)computerized anatomic model of the lateral cerebral ventricle was designed and constructed using software,Multimedia courseware was devised using powerpoint.Results:The 3-D model of the lateral cerebral ventricle and related structures was constructed and systematic courseware on 3-D computerized anatomic model of the lateral cerebral ventricle in both Chinese and English versions were completed and applied in teaching with good results.Conclusion:Multimedia teaching is superior to the traditional one in various aspects.The application of modern medical imaging and video technology plays an important role in improving teaching results.

anatomy;multimedia;courseware;teaching;educational technology

G423 < class="emphasis_bold">[文獻標識碼] A

A

1002-1701(2012)11-0089-03

＊通訊作者

2012-05

楊治榮,男,博士,主治醫(yī)師,神經(jīng)外科臨床及基礎(chǔ)研究。