動畫模擬技術在血液病學教學中的應用

王 勁

(第三軍醫大學大坪醫院野戰外科研究所，重慶 400042)

隨著計算機軟件技術的創新發展，多媒體教學已成為醫學教育課程中不可或缺的重要手段，其中，計算機動畫模擬演示技術越來越凸現其優勢。血液病教學中困擾教學的一大難點就是難以形象、生動地演示正常造血活動、骨髓內部環境乃至造血異常的發生發展過程，呆板的細胞圖片和枯燥講解所收到的教學效果微乎其微［1］。采用動畫模擬演示技術可將血液病多種復雜的生理、病理過程直觀地呈現給學員，達到事半功倍的效果。

一、血液病教學中常見的理解難點

(一)骨髓造血細胞的生成。

造血組織起源于胚胎時期卵黃囊中的原血細胞，造血細胞經歷全能干細胞、胚胎干細胞至造血干細胞分化成熟為各系列造血細胞，過程紛繁復雜，至定向分化為粒系、紅系、單核系、巨核系的各個階段時更顯突出。

(二)造血微環境。

造血微環境是血液學的重要概念，由基質細胞、基質細胞分泌的細胞外基質和造血調節因子組成，這么多成分如何存在骨髓中又怎樣發揮造血支持作用，這是抽象難懂又難以用影像學或圖片完整詮釋的。

(三)血液病的發生過程。

血液病發生時在骨髓造血中會有多種改變，包括細胞類型改變、細胞數量改變、細胞形態改變。這些改變單純用圖片在課堂中講授常難以讓學員在短時間內理解。

(四)凝血的發生過程。

凝血功能異常的學習需立足于對正常凝血、纖溶等系統作用的理解，這一直是從基礎到臨床都在學習而又一直難以理解的難點，主要原因在于凝血因子多，以“瀑布”樣形式一級推向一級;交互影響多并形成網絡樣改變;凝血/纖溶/抗纖溶幾大系統同時發生又互相影響。

二、動畫模擬演示技術在血液病教學中的應用

計算機動畫是指采用圖形與圖像處理技術，借助編程或動畫制作軟件生成一系列景物畫面的模擬演示技術，包括有Maya、3D、PS、Flash、Painter及 AE 等軟件，這其中還包括從一維平面到三維立體不同動畫圖像［2］。

(一)Flash技術的運用。

Flash技術簡單、易做，直觀性強，能在較短時間內根據教員意圖構思并繪制出不同畫面加以制作。對造血活動的演示實用性強。首先根據血液學圖譜，繪制不同時期、不同系列細胞圖像，通過控制幀幅長短演示細胞逐級分化過程，由于是一個動態變化過程，教員可以根據動畫的速度、節奏，配合演示授課［3］。比如，在講解髓系造血干細胞分化為原始粒細胞時，Flash顯示出原始粒細胞圖像，進一步再分化則顯示早幼粒細胞圖像，學員隨著講授，結合圖像，不但掌握了造血細胞的分化進程同時也較形象地理解了細胞形態特點和改變;逐級演示細胞分化后，構置一個包含血管、神經、基質細胞、纖維組織在內的復雜組織結構圖，造血細胞分布之中;選取一個富含上述各種組織細胞的局部圖像放大，利用Flash軟件制作出動畫效果圖，演示在此復合、多種細胞環境中造血細胞的分化、發育成熟、通過血竇進入微血管血液循環并移行入外周血液循環的全過程，另外再演示基質細胞提供造血環境、造血細胞依附基質和基質細胞分泌包括粒細胞刺激因子、粒—巨噬細胞刺激因子、血小板生成素等造血因子的過程，展示正常造血時骨髓中的“生機盎然”“景象”。同樣，血液病發生時，如在講授急性白血病發生時，Flash則演示造血干細胞分化到某階段，如原始粒細胞期時停滯了分化，轉為惡性克隆增殖，展現出在造血環境中，一個異常原始粒細胞不斷復制、擴增，同時其它正常幼稚粒細胞、紅細胞及巨核細胞因該異常克隆的增生不斷受抑減少，最后，骨髓中充斥著原始粒細胞，讓學員仿佛深入透視到骨髓立體結構中造血環境內的異常征象。

(二)Maya技術的運用。

三維動畫軟件技術較復雜，但通過一些基本的制作完全可滿足多媒體教學需要，重點和難點是制作模型過程，如所需要的細胞、血管模型，即基礎建模階段，通過構建二維圖形，選擇視圖操作，處理各幀動畫并合成即可制作基本的立體動畫演示［4］。如在制作止血教學軟件時，選擇血管模型，包括血管壁(含血管外膜、中層結締組織、內膜和血管腔內的血液)及凝血因子、紅細胞、白細胞、血小板等，止血的三大因素有血管受刺激時的收縮、血小板的趨附聚集和凝血因子凝集過程，以此為制作依據和流程，分別制作局部血管收縮、血小板向受損部位的趨附、凝血因子的動態激活直至纖維蛋白單體形成血栓各環節，將軟件中主要模型按照上述關鍵環節的姿態分段逐幀制作，再拼接成連續動作，可采用旋轉、顛倒、局部放大等方式使止血過程尤其是凝血“瀑布”學說更完整、逼真，最后優化各細節，掌握重、難點內容演示速度，使畫面清晰、生動。

三、動畫模擬演示技術在血液病教學中運用的優勢和不足

(一)動畫模擬演示技術在血液病教學中運用的優勢。

1.形象逼真、連續性強:將抽象、復雜的細胞增殖、分化過程或其它生理、病理改變通過模擬圖像真實傳達，能讓學員“豁然開朗”;教員也能將“生澀”的語言講解轉化為形象表達。另一方面，動畫模擬的可連續性強，如缺鐵性貧血的鐵代謝過程涉及組織、細胞部位多，鐵離子的轉變形式多，設計單個鐵離子在體內的代謝過程就將它參與血紅蛋白合成的功能得到充分演示。首先演示鐵離子通過食物進入胃、十二指腸，模擬酸性物質包繞三價鐵將其還原為二價鐵在腸道吸收，隨之突出轉鐵蛋白與之結合，將其“載”入腸粘膜細胞及進入血循環到達骨髓，在幼紅細胞中轉鐵蛋白與之分離，改為去鐵鐵蛋白與之結合形成鐵蛋白，部分鐵離子在胞漿中游離至線粒體與卟啉結合形成血紅素再與珠蛋白結合合成血紅蛋白，最后結果以紅細胞胞漿由橙黃色變化為紅色，顯示幼稚紅細胞血紅蛋白化。學員隨著鐵離子的不斷轉運、在不同部位的結合、分離、再結合等，充分掌握了鐵離子從吸收到最后合成血紅蛋白的全過程，又將鐵離子經歷的不同階段和經過的不同部位有機、序貫地銜接，一氣呵成。

2.生動活潑，興趣提升度高:教學輔助形式從傳統教具如掛圖、投影進步到計算機輔教階段，目前能極致發揮的就是動畫演示尤其是三維立體動畫，也可以拍攝電教片，但一些不能用實體展示的組織器官是電教片難以企及的，動畫技術則將此瓶頸問題迎刃而解，它能通過耳目一新的表現方式讓學員感到新穎有趣又能聚集精力看完全過程，教學內容得到有效灌輸，這在實際工作中被印證。如再生障礙性貧血的骨髓象可通過正常造血細胞在細胞毒性T淋巴細胞功能增強時動態釋放負性造血物質時造成造血細胞不斷減少，非造血細胞漸增多的動態過程演示體現，在此過程中，釋放的負性造血物質形態及顏色多樣，畫面豐富，伴隨不同細胞的淡出和增強顯影使學員明白了再障發生時性質不同、種類不同的細胞的“此消彼長”過程。

3.深入淺出，簡單實用:動畫演示實際是模擬演示，通過模擬，能讓復雜、疑難的問題簡單化。由于專業特性所致，血液病發生涉及多種機理，設計中可先給出全面、多種因素參與的骨髓內部活動象，然后逐步地局部放大給出一項項因素或物質的作用方式和演變過程，既展示了全貌，又演示了細節，經過思維的整理融合，其發生機制則清晰明確了。

(二)動畫模擬演示技術在血液病教學中運用的不足。

1.教員意圖與制作需要整合統一:一個優秀的動畫課件需充分體現教員的授課目的，要求教員在制作前精練教學重點和難點并在課件中突出，而制作者一般對醫學內容知曉少，需要教員與其良好溝通，準確傳達信息，包括選擇如正確的細胞形態、變化模式和骨髓復合結構以及正常或異常造血發生的順序和速度;另一方面，還要設計制作簡單易行的界面，使教學實施可控性及操作性強，否則錯誤信息反而會讓學員糊涂或認知錯誤。

2.教員授課與動畫演示需要整合統一:電教軟件可以配音制作，但與教員現場生動有趣的講解相比，畫外配音呆板單一。現場講授需要充分熟悉動畫課件并與演示過程默契統一，讓學員“視”、“聽”、“記”得到統一。這雖是動畫演示中沒有完全“自動”化的缺陷，但反而更突出了教員主導教學的重要性。如鐵代謝過程，當教員講授到“鐵粒子和卟啉結合形成血紅素，再與珠蛋白結合合成血紅蛋白”時，動畫也同時演示到最后一個畫面即幼紅細胞胞漿顏色轉為紅色，形象表示出胞漿的血紅蛋白化，其效果是讓學員體會到如電影結束時的一個圓滿大結局。以上兩個“統一”如果操控不好，不但不能體現動畫演示的優勢，反而會“畫蛇添足”，攪亂學員正常思維。

總之，動畫技術具有目前傳統或初級多媒體教學難以替代的優點，是未來課堂教學和臨床教學發展的必然趨勢。這在“教”與“學”之間對“教”提出了更高要求。一方面教員要有意識地運用其技術優點解決教學中難以用語言、圖片所解決的難點，另一方面，日常工作中要著重收集素材并發現或發明創新點，根據教材設計出科學、正確、合理及完美的動畫課件;同時要加強與學員的溝通，了解授課效果，及時修整課件中的不足或模糊內容，使其更有效實用。當然，不能要求所有教員都掌握具體的制作技術，與電教技術人員合作、交流，不但能完成授課課件，還能通過積累，促進多媒體教學向更高、更新及更科學的方向發展。

［1］王 勁.血液科實習教學中學生臨床思維能力的培養［J］.中華醫學教育探索雜志，2011，10(8):915-917.

［2］溫曉艷，張艷超.多媒體技術在實驗診斷學教學中的應用體會［J］.檢驗醫學教育，2009，16(2):20-21.

［3］施金龍，施 煒，倪蘭春，等.Flash課件在神經外科臨床教學中的應用［J］.中國高等醫學教育，2011，6:81-82.

［4］于 哲，馬保安，周 勇，等.計算機三維動畫技術在創傷骨科教學課件中的應用及優勢［J］.中國醫學教育技術，2012，26(1):32-34.