趙翌如 胡建立

（1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院三全學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003；2.新鄉(xiāng)市中心醫(yī)院,河南 新鄉(xiāng) 453003）

1 引言

隨著信息技術(shù)、計算機技術(shù)以及醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化虛擬人在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)字化虛擬人不僅對醫(yī)療健康發(fā)展具有重要的推動作用，同時也帶來以人體解剖課程為主的醫(yī)學(xué)課程教學(xué)的巨大變革。人體解剖學(xué)屬于醫(yī)學(xué)形態(tài)學(xué)范疇，是醫(yī)學(xué)院校重要的基礎(chǔ)課程，數(shù)字化虛擬人以其強大的技術(shù)支撐可以滿足當(dāng)前人體解剖教學(xué)的需求，因此利用好數(shù)字化虛擬人技術(shù)，充分發(fā)揮其作用和優(yōu)勢，來推進醫(yī)學(xué)課程教學(xué)改革，是當(dāng)前醫(yī)學(xué)課程教學(xué)面臨的重要任務(wù)。

2 傳統(tǒng)人體解剖教學(xué)中的不足

傳統(tǒng)的人體解剖課程主要是通過觀看解剖圖譜，利用簡單的教學(xué)模型進行教學(xué)。人體標本資源緊缺，教師不能隨時通過人體標本進行教學(xué)。圖譜雖然容易獲得且教學(xué)方便，但是有一個明顯的缺點，即缺乏人體組織和器官的結(jié)構(gòu)真實感和立體感，學(xué)生難以通過圖譜觀察來獲取清晰科學(xué)的認識，從而對解剖知識了解得不夠深刻。教學(xué)模型雖然克服了圖譜立體性不強的缺點，讓學(xué)生可直觀了解人體的組織結(jié)構(gòu)，但模型尺寸、大小比例等失真現(xiàn)象較為常見，難以精確還原人體標本，導(dǎo)致學(xué)生觀察了解不充分，動手實驗?zāi)芰Σ蛔?，理論教學(xué)充分，而實踐教學(xué)不足，學(xué)生動手操作能力差，進而導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以提升。隨著醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生的不斷擴招，人體標本的數(shù)量供應(yīng)遠遠無法滿足當(dāng)前人體解剖課程的教學(xué)和實踐需要。如果還是利用傳統(tǒng)的教學(xué)模式進行教學(xué)，則對學(xué)生知識儲備和臨床操作能力的培養(yǎng)造成消極影響[1]。因此，人體解剖課程必須彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，解決標本不足的問題，切實提升教學(xué)質(zhì)量。

3 數(shù)字化虛擬人的特點

3.1 真實性

數(shù)字化虛擬人最大的特點和優(yōu)勢即是對人體的還原度高，具有真實性，可供醫(yī)學(xué)教師和學(xué)生進行觀摩和實驗。數(shù)字化虛擬人體解剖系統(tǒng)是將大量人體斷面數(shù)據(jù)信息在計算機里整合并重建成人體的三維立體結(jié)構(gòu)圖像，主要運用人體解剖軟件將人體數(shù)據(jù)進行整合計算，在計算機技術(shù)和圖像處理計算的輔助下，構(gòu)建三維人體立體數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)模型與人體結(jié)構(gòu)精確一致，可供學(xué)生進行模擬解剖[2]。

3.2 立體性

數(shù)字虛擬人技術(shù)充分利用三維動畫技術(shù)，人體結(jié)構(gòu)圖可任意分離、可自由組合,解剖結(jié)構(gòu)可任意角度旋轉(zhuǎn)、縮小與放大，便于轉(zhuǎn)變視角和多方位觀察結(jié)構(gòu)圖，圖像清晰，虛擬人體立體且完整，且在細節(jié)處添加必要的文字注釋，鼠標一點即可學(xué)習(xí)組織或器官的相關(guān)文字注解，從而幫助學(xué)生理解人體知識，引導(dǎo)學(xué)生更系統(tǒng)地學(xué)習(xí)解剖知識。

3.3 功能強大

將虛擬人體應(yīng)用于人體解剖課程教學(xué)的重要原因之一是數(shù)字化虛擬人功能強大，在醫(yī)學(xué)教學(xué)課程方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，除以上真實性和立體性以外，還具有分離顯示功能、透明化功能、染色功能、逐層剝離功能、隨手畫功能等，極大地方便教師進行教學(xué)演示，學(xué)生也可通過虛擬人體加深對解剖知識的理解。

4 數(shù)字化虛擬人在人體解剖學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 數(shù)字解剖圖譜

圖譜是解剖學(xué)中重要的學(xué)習(xí)和教學(xué)工具，醫(yī)學(xué)圖譜產(chǎn)生于中世紀，是通過二維圖畫的方式來解釋人體各個組織和器官的組成，簡單易學(xué)，直觀清晰，易于獲得，長期以來是人體解剖學(xué)課程學(xué)習(xí)和教學(xué)的基礎(chǔ)工具。但其二維表達的方式嚴重限制圖譜作用的發(fā)揮，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，三維成像技術(shù)應(yīng)用成熟，圖像的獲取、存儲、顯示和應(yīng)用方式發(fā)生了根本性變革。利用數(shù)字化虛擬人技術(shù)可制作三維立體的數(shù)字化圖譜，通過操作計算機，可隨時查看數(shù)字圖譜中的任意解剖結(jié)構(gòu)，解剖結(jié)構(gòu)的解釋說明則通過計算機技術(shù)存儲在其中，鼠標一點即可顯示，數(shù)字化虛擬人也能顯示器官或結(jié)構(gòu)的截面圖像，360度觀看該解剖結(jié)構(gòu)，便于教師教學(xué)，學(xué)生也可通過觀看虛擬人了解解剖知識，從而彌補二維圖譜缺乏解剖結(jié)構(gòu)在人體空間定位的缺陷。在學(xué)習(xí)解剖之前要對一個人體器官或組織有著充分而深入的了解，如教師要想讓學(xué)生充分了解某個組織的生長過程，可通過數(shù)字化虛擬人制作數(shù)字圖譜，并輔以計算機模擬動態(tài)技術(shù)，動態(tài)演示某組織發(fā)育生長的過程，讓學(xué)生更直觀、更科學(xué)地學(xué)習(xí)人體發(fā)育生長的相關(guān)知識[3]。

4.2 重要器官解剖

實驗是人體解剖課程的重要教學(xué)內(nèi)容，數(shù)字化圖譜有助于幫助學(xué)生了解人體各個組織和器官的組成和特點，在了解之后，則要進行解剖實驗來鍛煉動手能力，因此，在人體解剖課教學(xué)中，解剖實踐是不可缺少的步驟。但在現(xiàn)實中，可供學(xué)生進行解剖實踐的大體標本嚴重匱乏，數(shù)字化虛擬人可以解決這個棘手的問題。首先利用數(shù)字化技術(shù)根據(jù)需要構(gòu)建虛擬人，并建立與其配套的虛擬手術(shù)器械。利用虛擬手術(shù)器械解剖虛擬尸體，并利用操縱桿、手套和其他設(shè)備的觸覺強力反饋來感知人體組織的不同質(zhì)感。除了整體性結(jié)構(gòu)以外，還可將某一特定部位或組織剝離出來，對該組織進行細致的模擬解剖。在重要器官的模擬解剖過程中，有兩點需要注意：一是要讓學(xué)生充分了解虛擬人模擬解剖系統(tǒng)的操作流程，以免在解剖中損壞解剖模擬系統(tǒng)；二是如果學(xué)生發(fā)生錯誤，該虛擬人系統(tǒng)可隨時返回，恢復(fù)器官解剖前原樣，并支持重新解剖，同時學(xué)生可反復(fù)進行練習(xí)和訓(xùn)練，這是傳統(tǒng)標本實驗解剖所無法實現(xiàn)的優(yōu)勢。此外，數(shù)字化虛擬人還解決了時空的限制，學(xué)生通過遠程系統(tǒng)也可隨時進行解剖模擬訓(xùn)練，無須進入解剖實驗室學(xué)習(xí)，同時也節(jié)省了實驗器材費用，減少了器材的損耗，降低了解剖教育成本。總體來說，在實驗解剖中，與傳統(tǒng)解剖教學(xué)相比，數(shù)字化虛擬人解剖具有優(yōu)勢：一是學(xué)生可不限次數(shù)對解剖進行反復(fù)練習(xí)和訓(xùn)練；二是學(xué)生訓(xùn)練突破時間和空間的限制；三是一定程度上節(jié)省了教育成本，減少了器材的日常損耗。

4.3 建立計算機解剖學(xué)教學(xué)和實習(xí)操作系統(tǒng)

當(dāng)前不少醫(yī)學(xué)院引進數(shù)字化虛擬人，并建立數(shù)字化虛擬人數(shù)據(jù)集，利用計算機建模技術(shù)和功能強大的數(shù)據(jù)庫，獲取更多例數(shù)的人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集，進行觀測和統(tǒng)計；對重要的器官,獲取更為細致的數(shù)據(jù)資料，完善虛擬人數(shù)據(jù)采集，建立科學(xué)完整的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。系統(tǒng)化是數(shù)字化虛擬人在人體解剖教學(xué)推進中的重要步驟，通過建立數(shù)字化虛擬人系統(tǒng)和計算機解剖實操系統(tǒng)，為教學(xué)提供可靠的技術(shù)和平臺支撐[4]。建立數(shù)字化虛擬人解剖系統(tǒng)是當(dāng)前解剖課程教學(xué)改革和發(fā)展的重要方向之一，要實現(xiàn)教學(xué)方式的突破和教學(xué)質(zhì)量的提升則必須重視數(shù)字化虛擬人解剖系統(tǒng)的引進、使用以及建設(shè)。

5 數(shù)字化虛擬人在人體解剖學(xué)教學(xué)改革中的作用與優(yōu)勢

5.1 緩解大體標本資源短缺的現(xiàn)狀

解剖課是醫(yī)學(xué)教育體系中的重點課程，隨著醫(yī)學(xué)院校招生規(guī)模的不斷擴大，我國醫(yī)療衛(wèi)生后備人才增多，標本損耗率不斷攀升，解剖課中的重要大體標本嚴重不足，基本無法滿足醫(yī)學(xué)教育的需求。這導(dǎo)致學(xué)生無法獲取高質(zhì)量的解剖課程知識，影響對學(xué)生實踐操作能力的培養(yǎng)和提升。數(shù)字化虛擬人則緩解了大體標本資源短缺的問題。首先，數(shù)字化虛擬人可供學(xué)生進行反復(fù)解剖和實踐。其次，隨著數(shù)字虛擬人技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中的虛擬人不斷升級，一方面，數(shù)字虛擬人無限接近真實的人體標本，其系統(tǒng)人體數(shù)據(jù)也更加豐富，虛擬人模型更加精確科學(xué)，另一方面，解剖教學(xué)、實驗過程與真實的人體解剖過程基本一致，解剖過程的還原度越來越高，這大大緩解了大體標本不足的教學(xué)困境。因此，在人體解剖課教學(xué)中，要注重大體標本解剖教學(xué)與數(shù)字虛擬人教學(xué)的結(jié)合，利用二者的優(yōu)勢，在發(fā)揮其各自的教學(xué)功能的基礎(chǔ)上合理分配和利用教學(xué)資源，為解剖學(xué)教學(xué)服務(wù)，促進學(xué)科發(fā)展。

5.2 豐富解剖實驗教學(xué)模式

教學(xué)模式單一歷來是人體解剖課程改革的難點，也是導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以提升的重要原因之一，數(shù)字化虛擬人應(yīng)用于解剖實驗教學(xué)可豐富單一枯燥的解剖實驗教學(xué)模式。這主要體現(xiàn)在兩個方面，一是數(shù)字化虛擬人可展現(xiàn)完整的斷層系列標本，包括頭部、頸部、胸部、盆部、四肢等重要的人體斷層組織，實驗過程可供學(xué)生觀看，使學(xué)生充分了解人體各個部位及組織，獲取充足的人體結(jié)構(gòu)知識，為親自解剖打下良好的知識基礎(chǔ)。二是教師可通過操縱計算機來對解剖過程進行模擬演示，通過動畫演示，學(xué)生可清晰了解到解剖的全過程，并迅速獲取解剖過程中的關(guān)鍵點，從而有利于學(xué)習(xí)水平提高。此外，數(shù)字化虛擬人系統(tǒng)具有強大的模擬實驗功能，學(xué)生在上課過程中可自主參與解剖過程，人人都有機會實驗操作，從而實現(xiàn)理論知識與實踐的結(jié)合，這大大提升了學(xué)生的動手能力，提升了解剖實驗教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。因此，數(shù)字化虛擬人的引入大大豐富了解剖實驗教學(xué)的教學(xué)模式，使得教學(xué)課堂更加豐富多彩、靈活生動，學(xué)生也更加喜愛這種教學(xué)形式，學(xué)習(xí)的主動性和積極性也得以大幅度提升。此外，數(shù)字化虛擬人系統(tǒng)還能對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行考核，這大大改變了傳統(tǒng)的考核方式，數(shù)字化虛擬人系統(tǒng)提供解剖模擬功能，學(xué)生可在系統(tǒng)中進行解剖實操，教師可根據(jù)學(xué)生的能力來綜合打分，同時查漏補缺，找到教學(xué)中的薄弱之處，從而繼續(xù)改進教學(xué)。

5.3 優(yōu)化解剖實驗教學(xué)環(huán)境

數(shù)字化虛擬人應(yīng)用于解剖課堂教學(xué)可優(yōu)化解剖實驗教學(xué)環(huán)境，一方面，可優(yōu)化真實的空間環(huán)境，常規(guī)的解剖實驗教學(xué)離不開福爾馬林等防腐固定處理的大體標本，而福爾馬林揮發(fā)出強烈的刺激性氣味，對教師及學(xué)生的呼吸道和視覺器官會產(chǎn)生強烈刺激及損害。在這種環(huán)境的實驗室教學(xué)，教師的教學(xué)狀態(tài)和學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)都會受到影響，這種環(huán)境也限制了實驗教學(xué)的學(xué)習(xí)時長，即不具備長期待在實驗室學(xué)習(xí)的條件[5]。而數(shù)字化虛擬人可有效解決這個問題，虛擬人是以真實人體橫斷面影像數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過三維重建得來，其位置、形態(tài)與真實人體數(shù)據(jù)一致，不需要化學(xué)和醫(yī)學(xué)制劑來維持，安全無毒，不會產(chǎn)生氣味，這大大提升了解剖實驗教學(xué)的安全性，也提升了教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。另一方面，數(shù)字化虛擬人教學(xué)同時也提升了教學(xué)的人文環(huán)境，改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)的枯燥氛圍，通過觀看和操作虛擬人解剖過程，學(xué)生的課堂參與程度提升，課堂氛圍更加活躍，學(xué)習(xí)的整體環(huán)境也得以改善。因此，總體來說，數(shù)字化虛擬環(huán)境可優(yōu)化解剖實驗教學(xué)環(huán)境，促進教學(xué)質(zhì)量的提升。

5.4 提升學(xué)生學(xué)習(xí)積極性

數(shù)字化虛擬人應(yīng)用于人體解剖課程教學(xué)可有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。數(shù)字化虛擬人是以計算機和信息技術(shù)為支撐，易于操作，學(xué)生可通過電腦、手機等設(shè)備登錄進入數(shù)字化虛擬人系統(tǒng)，這種學(xué)習(xí)方式深受當(dāng)前年輕的大學(xué)生群體歡迎，并且虛擬人解剖結(jié)構(gòu)可滿足全角度、多方位的觀看，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，現(xiàn)代化的數(shù)字人體解剖系統(tǒng)和科學(xué)的實驗步驟給學(xué)生良好的視野和滿足感，從而引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極學(xué)習(xí)。教學(xué)改革的目標之一是改變傳統(tǒng)教學(xué)中教師主導(dǎo)、學(xué)生被動的教學(xué)模式，人體解剖課程也不例外，只有學(xué)生積極主動地獲取知識，發(fā)揮主觀能動性，才能提出問題，深入思考，主動實踐，促進其解剖能力的提升。因此，數(shù)字化虛擬人教學(xué)的一大優(yōu)勢就是能夠以其強大的技術(shù)功能和全新的教學(xué)方式全面激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，改變教師和學(xué)生的課堂角色定位，從而促進教學(xué)質(zhì)量的提升。

6 結(jié)語

數(shù)字化虛擬人在解剖教學(xué)課程中的廣泛應(yīng)用是醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字化虛擬人可最大程度代替真實人體標本，有效緩解大體標本供應(yīng)不足給教學(xué)帶來的困擾，同時以其強大的功能豐富了解剖實驗教學(xué)模式，也提升了學(xué)生學(xué)習(xí)解剖學(xué)的興趣，改變了傳統(tǒng)課堂中學(xué)生的角色定位，對于提升解剖課程教育質(zhì)量、促進人體解剖學(xué)科教育發(fā)展具有重要的推動作用。因此，面對數(shù)字化虛擬人發(fā)展的態(tài)勢和醫(yī)學(xué)教學(xué)改革理念，要有效利用數(shù)字化虛擬人資源，將大標本解剖教學(xué)與虛擬人體解剖相結(jié)合，克服傳統(tǒng)教學(xué)的不足，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)和獨立解決問題的能力，推動醫(yī)學(xué)教育邁上新臺階，為醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)等應(yīng)用研究提供支撐。