三維虛擬人體技術在解剖學消化系統教學中的應用

盧碧燕，許穗平，占小多

（東莞衛生學校，廣東 東莞 523000）

三維虛擬人體技術是以人體CT/MRI斷層掃描數據為基礎，應用計算機技術、數字圖像處理技術和虛擬現實技術建立數字化三維解剖模型，從而實現人體解剖學信息在虛擬現實環境中的交互顯示[1]。通過三維虛擬人體技術重建的人體三維立體結構模型具有高度模擬真實性和交互性的特點，可以從多個層面立體地觀察各臟器的形態結構及其位置毗鄰。三維虛擬人體技術的應用將為模擬手術導航、醫學解剖教學等提供極大的便利[2-4]。目前，國外已有多家機構應用三維虛擬人體技術開發了相關的應用程序，例如華盛頓大學開發的數字解剖學系統[5]、斯坦福大學開發的虛擬內窺鏡系統[6]、哈佛大學開發的全腦圖譜和漢堡大學開發的VOXEL-MAN系統[7]。而在國內，第三軍醫大學應用我國數字化可視人體數據建立了計算機輔助斷層影像解剖教學系統，并已應用于醫學影像專業的輔助教學[8]。由此可見，三維虛擬人體技術的發展已經對醫學教育手段的變革產生了影響。本課題擬對三維虛擬人體技術在解剖學消化系統教學中的應用進行探討，評估該教學方法的應用效果，為解剖學教學改革提供參考，現介紹如下。

1 研究對象和方法

1.1 研究對象

隨機抽取我校2013級三年制護理專業4個班的中專學生為研究對象。

1.2 研究方法

2013級護理專業學生以全市統一入學考試成績為基準隨機分班，各班學生的年齡、性別、入學成績比較，均無顯著性差異（P＞0.05）。從中抽取4個班分成實驗組112人（采用三維虛擬人體技術輔助教學法）和對照組112人（采用傳統教學法），教材均采用人民衛生出版社出版的《解剖學基礎》（第2版，王懷生主編），教學內容和教學時數均相同。

1.3 教學方法

1.3.1 傳統教學法 采用常規的授課方法，學生利用晚自習時間，提前集體預習解剖學消化系統章節內容，授課教師認真備課，編寫教學方案。安排6個學時應用多媒體課件結合圖譜、模型和標本詳細講述人體消化系統的組成及各器官的位置、毗鄰、形態、結構和生理功能；安排2個學時進行人體標本模型觀察，并根據教學大綱的要求總結本章節的重難點內容。

1.3.2 三維虛擬人體技術輔助教學法 授課教師課前認真備課，編寫教案。安排6個學時應用多媒體課件和三維虛擬人體軟件引領學生進入虛擬人體，使其身臨其境、直觀形象地觀察和認識消化系統各器官的位置、毗鄰、形態、結構。授課過程中只需對重難點加以闡述，同時根據課程知識點引入相關臨床病例進行分析討論，指導學生操作三維虛擬人體軟件并讓其自主探索，在此過程中提出問題讓學生分析問題和解決問題；安排2個學時進行人體標本模型觀察，期間教師進行本章節內容的總結和重難點內容的歸納復習。

1.4 效果評定

教學效果采用理論、實踐考試和學生對課程的認可度進行評估。

1.5 問卷調查

對實驗組和對照組學生進行教學模式的滿意度問卷調查，以無記名方式進行。發放調查問卷224份，收回有效問卷224份，有效問卷回收率100%。

1.6 統計學方法

數據采用SPSS17.0軟件包進行數據錄入和統計學處理。組間計數資料采用χ2檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 教學效果評價（見表1）

表1 兩組學生的理論、實踐考試成績及其對本課程的認可程度[n（%），人]

2.1.1 理論考試成績 理論考試由100道客觀選擇題構成，滿分100分。內容主要考查學生對解剖學消化系統的組成、形態、結構、功能等基本知識的理解和掌握情況。考試結果顯示，實驗組學生的理論考試成績明顯高于對照組（P<0.05），而且獲得優良評價（≥80分）的學生人數明顯更多（P＜0.05）。

2.1.2 實踐考試成績 實踐考試主要為人體標本辨認。考試結果表明，實驗組學生的實踐考試成績高于對照組（P<0.05）。實驗組80～100分的學生人數明顯多于對照組（P<0.05）。

2.2 問卷調查結果

在本章節教學結束后對兩組學生進行問卷調查，結果見表2。在實驗組學生中，75.9%認為三維虛擬人體技術輔助教學有助于提高學習興趣，較對照組學生的滿意度高（P<0.05）；81.3%的實驗組學生認為三維虛擬人體技術輔助教學有助于理解和記憶知識；61.6%的實驗組學生認為三維虛擬人體技術輔助教學有助于理論與臨床實踐相聯系；93.8%的實驗組學生希望今后繼續采用三維虛擬人體技術輔助教學。

3 討論

解剖學中消化系統、神經系統和脈管系統具有組成臟器眾多、結構復雜、位置深等特點，常常使學生理解和記憶起來較困難。目前大部分醫學院校采用的解剖學教學方式是以多媒體課件講授為主，輔以圖譜、模型和尸體標本觀察的模式。多媒體課件和圖譜往往是二維圖像，難以直觀、立體地顯示人體器官的三維結構及其位置、毗鄰關系，學生不易理解。塑料模型的失真性和尸體標本的日漸匱乏不利于理論知識與臨床實踐相結合。上述種種因素導致了解剖學課堂枯燥乏味，學習氣氛沉悶，學生處于被動接受的狀態，教學效果差。因此，革新現有的解剖學教學方式顯得非常重要。本課題以我校2013級護理專業中的4個班為試點，在解剖學消化系統教學中采用三維虛擬人體技術輔助教學，通過問卷調查和理論、實踐考核的方法對該教學方法的應用效果進行評估。

在三維虛擬人體技術輔助教學中，教師利用三維虛擬人體軟件系統引導學生進入虛擬人體，使其身臨其境地從三維角度觀察消化系統各器官的組成，應用軟件的圖形分割功能對臟器進行多角度切割，可從任意方向深入觀察其形態、結構、位置、毗鄰，使用軟件的模擬內窺鏡功能，可以動態觀察三維虛擬人體軟件系統模擬的消化系統生理功能。在授課過程中，引入護理專業學生臨床操作時相關的解剖學知識點（如洗胃術、灌腸術等），指導學生應用虛擬人體模擬實際操作。教學效果評價顯示，實驗組學生解剖學消化系統理論和實踐考試成績均高于對照組（P＜0.05）。問卷調查顯示，三維虛擬人體技術輔助教學能促進學生對復雜臟器的三維立體結構和位置、毗鄰關系的理解和掌握，激發學生對解剖學課程的學習興趣，培養學生的實際動手能力。

表2 兩組學生對教學模式的滿意度比較[n（%），人]

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