三維仿真技術在眼視光檢影驗光中的應用

王 磊,邊云卓,周 靜

（滄州醫學高等專科學校,061001）

三維仿真技術在眼視光檢影驗光中的應用

王 磊,邊云卓,周 靜

（滄州醫學高等專科學校,061001）

檢影驗光是一種重要的眼視驗光法，因其檢驗操作簡單、檢驗結果客觀、準確，較其他檢驗方法更加實用，因此得到廣泛應用。然而傳統的眼視光檢影驗光教學模式主要是教師在光學鏡下通過肉眼直視觀察，并將觀察結果口述教導學生，由于該項教學課程內容比較抽象，導致學生學習興趣不佳、難以理解，因此目前我國學生的眼視光檢影驗光學習水平普遍較差。近年來隨著我國計算機技術的不斷創新與發展，以計算機技術為核心的三維仿真技術的發展與應用為醫學眼視光檢影驗光教學創造了新的發展平臺，有效提高了學生的學習興趣以及教學效率與質量。本文主要結合三維仿真技術的作用談談其對于眼視光教學改革的重要性及必要性，分析三維仿真技術在眼視光檢影驗光教學中的應用，主要從三維仿真模型、虛擬現實技術以及三維動畫技術等三個方面進行具體探討。

眼視光；檢影驗光；計算機技術；三維仿真技術；應用分析

0 前言

眼視光檢影驗光是一門內容極為抽象的課程，課程內容包括眼部神經的傳導與解剖、胚眼發育、光學原理、斜視檢查等等，因此學生學習的難度較大。隨著我國計算機技術的不斷發展以及眼視光檢影驗光教學改革的不斷深化，各種先進的多媒體教學手段已經被廣泛應用于醫學教育及教學工作中，不僅可以活躍教學氛圍，豐富教學內容，同時可充分調動學生的學習興趣和教學效率，幫助構建有效的課堂教學。

1 在眼視光檢影驗光教學中應用三維仿真技術的重要性

傳統的眼視光教學模式過于強調對于光路圖以及光學原理的理論知識講解，很少進行實驗教學，即使是上實驗課，教師也是將自己肉眼觀察到的檢影圖結果口述傳導給學生，而學生觀察到的檢影結果，教師也只能在學生完成實驗后再重新進行實驗從而判斷學生檢影結果的準確性。這種教學模式最大的弊端是檢影過程無法實現同步示教，檢影過程中無法記錄圖像和動態視頻，在教師完成檢影后，學生只能憑借自己的主觀理解教師的口述結果；學生在完成檢影后，教師也無法及時對其檢影結果做出評價與指導，從而導致教學效果低下。雖然在計算機技術不斷發展的推動下，教師利用了圖片、視頻及動畫等多媒體輔助教學手段，但教學成效并不明顯。更為先進的三維仿真技術可實時記錄學生及教師實驗過程中的動態檢影過程，并將視頻、圖像以及文字等信息同步融入課堂教學過程中，可以將一些比較抽象，無法用語言、文字來形容的教學內容利用三維仿真技術的同步視頻進行生動形象的表達示教，為學生營造一個逼真的學習環境，為學生提供一個感性與理性認知相結合的學習平臺，這樣學生可以更加直觀、深刻的理解教學內容，最大限度地激發學生學習興趣以及求知欲望，有助于實現課堂互動教學，幫助學生攻破學生的重點、難點。

2 三維仿真技術在眼視光檢影驗光教學中的具體應用分析

2.1 眼視光檢影驗光教學中應用三維仿真模型分析

眼視光檢影驗光的教學內容主要涉及到散光成像、研究支配眼外肌的皮質與神經核團之間的關系、斜弱視診療眼外肌功能檢查以及手術等，這些內容都非常的抽象、難懂，若僅僅依靠傳統的平面成像或者簡單的二維動畫以及實體的三維模型進行演示教學，學生還是無法攻克學習難點，學習效果較差。隨著我國科學技術的不斷創新與發展，各種檢查儀器日新月異，很多視網膜成像及眼前節分析診斷系統中都應用了先進的三維成像技術，較傳統的二維動畫更加清晰、直觀的觀察眼部解剖結構的生理及病理特征。比如在活體眼組織顯微鏡結構的光學相干斷層成像（OCT）中可利用非接觸式的三維斷層成像技術對眼前節以及視網膜進行三維成像；在眼前節分析診斷系統中可利用Scheimpflug照相機來得到關于眼前節結構的三維圖像以及數據信息；可利用超聲生物顯微鏡以及計算機的圖像處理技術可構建眼部睫狀體以及眼部房角的三維成像模型。譚珂等應用3D-Doctor軟件，重建了4條直肌和眼眶壁以及眼球和直肌滑車系統的三維立體模型，更加直觀的顯示出人眼直肌滑車的生理結構，為臨床醫生以及學生的學習提供了便利。國外研究人員Sponsel WE等，正在努力研究設計出一種可視化視網膜的交互式三維成像虛擬現實環境，為臨床醫生與學生了解眼球解剖及其病理、生理提供了新的互動、直觀式的學習模式。

2.2 眼視光檢影驗光教學中應用虛擬現實技術分析

在我國科學技術不斷進步與創新的背景趨勢下，眼部疾病患者對于眼科手術的操作要求也越來越高，因此對于眼科手術操作者的專業知識以及臨床實踐操作能力也有了更高、更加嚴格的要求，為了適應新形勢下發展的需求和要求，加強眼科手術的教育與培訓具有極其重要的現實意義。隨著三維仿真技術的發展，眼科手術虛擬器已經成為臨床教育與培訓的重要輔助手段，手術虛擬器的虛擬現實技術可以借用計算機功能為培訓的醫生創建一個多感知的虛擬三維仿真環境，可以讓培訓醫生感覺像在真實的手術環境中進行操作。同時在實際應用過程中，首先可以利用虛擬器對一些新的眼科儀器以及手術操作進行驗證，以便及時發現問題進行完善和改進，可以大大促進新技術的研發進度，并提高患者應用新技術的安全性。

在實際的眼科教學過程中，教師可以利用虛擬現實技術為學生營造一個逼真、生動的模擬真實手術環境，從而提高教學效率及質量，于哲等通過對眼科虛擬現實手術模擬系統（EYESI）的多中心研究，結果證實利用三維仿真技術的虛擬現實技術創建的模擬現實平臺可作為有效的培訓輔助以及教學考核手段；李躍明等，利用三維仿真技術的虛擬現實技術創建的眼科白內障手術環境，成功的研究出首次具有觸覺反饋功能的手術模擬系統。虛擬現實技術的應用效果顯著，但由于人眼本身生理結構的特殊性，加上科學技術仍存在一定的局限性，利用虛擬現實技術尚不能精確的模擬真實的人眼結構，尤其是對于一些比較精細的組織結構，完全模擬有很大的難度，比如眼部血管、神經及其每個組成部分的空間位置等。

2.3 眼視光檢影驗光教學中應用三維動畫技術的具體分析

近年來很多教師都為了提高教學效率及教學質量，都根據自己的教學需要借用先進的計算機技術來編寫應用程序，通過多媒體生動、形象的動態畫面都向學生演示疾病知識，使學生更加直觀的理解疾病知識。但是這些簡單的動畫并沒有在眼球光學成像、斜弱視三級視力功能檢查以及眼部結構解剖等極其抽象、難以理解的課程教學中達到提高教學效果的目的。先進的三維動畫技術可以更好的展示物體位置以及人物動作的變化過程進行實時跟蹤記錄，同時可以利用精巧的三維仿真動畫技術持續生動、形象的演示視角的變化，給學生更加深刻、全面的記憶沖擊。目前MAX、3D以及Maya三種三維動畫制作軟件比較常見，其中前兩種最為普遍，在眼睛光學、醫學驗光教學中，可利用三維軟件中的渲染技術進行模擬真實的光線追蹤進行三維動態可視化展示。對于斜弱視三級視力功能檢查一直是教學的重難點，可應用三維軟件構建眼外肌及眼球的三維模型，通過觀察不同的視角制作出每條眼外肌跟隨眼位轉動時各種動畫，從而幫助學生更加深入的理解眼部的解剖結構以及生理功能。

三維仿真技術是一種有效的教學輔助工具，其具有的三維仿真模型、虛擬現實技術以及三維動畫技術可有效改善傳統教學方法，提高學生的學習興趣和主觀能動性，提高教學效率及教學質量。

[1] 李躍明，孫輝紅，曹代榮，等．醫學影像學數字化多媒體教學改革的優缺點及教學體會[J]．中醫藥管理雜志，2011，17(7)：627—628．

[2] 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府用及優勢．中國醫學教育技術，2012，26：32—34．

[3] 譚珂，潘新華，蔡守旺，等．三維立體顯示技術在肝臟手術仿真訓練系統中的應用[J]．中國醫學教育技術，2011，25(5)：522—525

王磊，（1980—），女，河北滄州人，主治醫師，本科，研究方向：眼視光實驗教學

Application of 3D simulation technology in optometry optometry in

Wang Lei,Bian Yunzhuo,Zhou Jing
(Cangzhou medical college,061001)

Check the shadow it is a kind of important eye optometry,for its inspection operation is simple,objective and accurate test results,more practical than other test methods,so widely used.But the eyes of the traditional optical inspection shadow optometry teaching mode is mainly teachers through direct observation,to the naked eye under optical lens and observations of oral teaching students,because the teaching curriculum content is abstract,lead to poor students'learning interest and difficult to understand,so at present,the students' level of eye optical inspection shadow optometry learning is generally poor.In recent years,along with the constant innovation and development of computer technology, computer technology as the core of the development and application of three-dimensional simulation technology for medical eye light shadow optometry teaching has created a new development platform, effectively improve the students'interest in learning and teaching efficiency and quality.This paper combined with the role of three-dimensional simulation technology about its importance and necessity of teaching reform for eye optical,analysis of three-dimensional simulation technology in eye shadow optometry teaching the application of optical detector,mainly from the 3 d simulation model,virtual reality technology and the three dimensional animation technology such as concrete,this paper discusses three aspects.

eyes see light;Inspection shadow optometry;Computer technology;3d simulation technology; Application analysis