數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用

[摘 " " " " " 要] "目的：研究數(shù)字化人體圖像和三維模型在解剖教學(xué)中的應(yīng)用。方法：分析數(shù)字化人體研究狀況、三維模型、解剖學(xué)教學(xué)中數(shù)字化人體圖像的運(yùn)用、解剖教學(xué)中三維模型的運(yùn)用。結(jié)果：在解剖教學(xué)中運(yùn)用數(shù)字化人體圖像和三維模型可以增進(jìn)學(xué)生對人體的認(rèn)識，提升教學(xué)質(zhì)量。結(jié)論：在解剖教學(xué)中運(yùn)用數(shù)字化人體圖像和三維模型可以提高教學(xué)質(zhì)量，值得在解剖教學(xué)中推廣。

[關(guān) " 鍵 " "詞] "三維模型;實(shí)施方法;解剖教學(xué)

[中圖分類號] "G718.3 " " " "[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] "A " "[文章編號] "2096-0603（2015）20-0054-02

在解剖教學(xué)中，觀察標(biāo)本、解剖實(shí)體尸體是較為重要的實(shí)訓(xùn)方式。科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展改變了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的實(shí)際教學(xué)模式與方法。數(shù)字化人體圖像及三維模式正是科學(xué)技術(shù)帶給醫(yī)學(xué)界重大的發(fā)展成果，給學(xué)生提供了更多接觸實(shí)際解剖的機(jī)會。利用數(shù)字化人體圖像和三維模型進(jìn)行現(xiàn)代醫(yī)學(xué)教學(xué)，可以較好地處理解剖教學(xué)中存在的矛盾，奠定解剖教學(xué)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。本文描述與分析解剖教學(xué)中數(shù)字化人體圖像和三維模型的應(yīng)用情況。

一、數(shù)字化人體簡述

數(shù)字化人體或數(shù)字人都是現(xiàn)代高科技的產(chǎn)物。依靠現(xiàn)代影像學(xué)及人體解剖學(xué)的手段取得人體的解剖結(jié)構(gòu)數(shù)量信息，在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建全部數(shù)字化人體結(jié)構(gòu)的三維模型。該數(shù)字化人體自20世紀(jì)90年代開始發(fā)展，直至2001年才傳入我國，并在我國快速發(fā)展起來。迄今為止，已經(jīng)構(gòu)建完成8個(gè)高度精密的中國數(shù)字化人體數(shù)據(jù)集。要想了解已經(jīng)建立數(shù)字化人體工程研究中心及數(shù)字化醫(yī)學(xué)研究所，已設(shè)立人體虛擬解剖平臺，只要點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能完成解剖、器官重建等操作;并利用360度旋轉(zhuǎn)，學(xué)生就可以通過不同角度觀察人體結(jié)構(gòu)，以更好地理解解剖器官與生理功能的詳情，請點(diǎn)擊“長沙醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室”官網(wǎng)。

二、三維模型概要

三維模型是指展示物體的多變性，利用其他視頻設(shè)備及計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)其多性的顯示。在三維模型中，可以顯示虛擬物體，也可以顯示現(xiàn)實(shí)存在實(shí)體。一般來說，使用常用三維建模工具的軟件就可制成三維模型，或者采用其他可行性手段也可制成三維模型。因?yàn)槿S模型是由其他信息與相關(guān)點(diǎn)匯集組成的集合性數(shù)據(jù)，所以也可以采用手工方式生成。任何三維圖形的領(lǐng)域都可以使用三維模型。例如：在醫(yī)療行業(yè)中，用三維模型是相應(yīng)的器官的精準(zhǔn)模型;在科技領(lǐng)域中，將三維模型匯總制作相應(yīng)的化合物的精確模型。在視頻游戲產(chǎn)業(yè)中，可以利用三維模型充當(dāng)視頻游戲及計(jì)算機(jī)中的有效資源。三維模型的紋理主要指一般意義上的物體表面紋理，以便在物體表面展現(xiàn)凹凸不平的溝紋、物體光滑表面上的色彩和圖案。

利用三維模型，并配合數(shù)字圖像化處理，有著很大的教學(xué)優(yōu)勢。第一，可以較為直觀地展現(xiàn)人體器官結(jié)構(gòu)、空間分布，便于學(xué)生觀察，以補(bǔ)充理念教學(xué)中較為復(fù)雜的宏觀與微觀內(nèi)容，有助于在學(xué)生腦海中構(gòu)成完整的人體結(jié)構(gòu)。通過反復(fù)觀察模型，以加深對結(jié)構(gòu)的印象。第二，三維模型可以進(jìn)行重復(fù)性操作，彌補(bǔ)了尸體解剖教學(xué)中無法重復(fù)的缺陷，可以較好地節(jié)省大量資源。第三，借助軟件進(jìn)行人體解剖教學(xué)，學(xué)生可依據(jù)自身需求，運(yùn)用點(diǎn)擊操作或手工操作的方式逐層掌握人體結(jié)構(gòu)與器官。課外，學(xué)生可以憑借模擬軟件不斷反復(fù)學(xué)習(xí)，以利于器官形態(tài)、結(jié)構(gòu)分布的形態(tài)與概念等在大腦中形成。通過不斷練習(xí)，反復(fù)學(xué)習(xí)，以強(qiáng)化概念，最終可以提高學(xué)習(xí)效果。

三、解剖教學(xué)中數(shù)字化人體圖像的應(yīng)用

斷層解剖教學(xué)常使用人體標(biāo)本的鋸切照片作為圖像，這就會形成較大差距，無法持續(xù)追蹤結(jié)構(gòu)，無法與MRT、CT圖像進(jìn)行完全匹配，信息量也就較小。本次研究借助中國數(shù)字化可視化人體研究方式，取得了連續(xù)斷面數(shù)據(jù)集，采用橫斷面圖像標(biāo)注解剖結(jié)構(gòu)，還把相對應(yīng)的MRT、CT圖像應(yīng)用到斷層斛剖教學(xué)中。將不同層面的MRT、CT影像和人體的斷面圖像同時(shí)在一張幻燈片中展示，相互對照實(shí)物斷面圖像和其影像，以加深學(xué)生對任意重點(diǎn)斷面的理解，并讓學(xué)生記牢MRT、CT影像之間的聯(lián)系與不同。對數(shù)字可視化人體連續(xù)橫斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)配對，待完成預(yù)處理后，再構(gòu)建數(shù)據(jù)集，并將數(shù)據(jù)集錄入到圖形工作站中，利用Amira軟件把重采樣實(shí)施計(jì)算機(jī)化，以取得矢狀面及冠狀面的圖像。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)注后，再在斷層解剖學(xué)中應(yīng)用。這樣一來，斷層解剖教學(xué)的多媒體課件就制作完成了，這其中包括腹部、胸部、頸部、頭部、男性盆部、女性盆部、四肢關(guān)節(jié)及脊柱等。同時(shí)這套完整課件還被廣泛應(yīng)用到醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)當(dāng)中，并取得不錯(cuò)成效。

四、解剖教學(xué)數(shù)字化人體三維模型的應(yīng)用

傳統(tǒng)的解剖教學(xué)方式就是向?qū)W生提供實(shí)際制作的尸體，而在實(shí)際應(yīng)用過程中，場地、時(shí)間等相關(guān)因素都會限制與影響到標(biāo)本。如今是個(gè)信息時(shí)代，所以需要把計(jì)算機(jī)三維模型技術(shù)運(yùn)用到解剖教學(xué)當(dāng)中，以推動解剖教學(xué)向前發(fā)展。數(shù)字化人體計(jì)算機(jī)三維模型是以連續(xù)重建軟件構(gòu)件的虛擬性模型為基礎(chǔ)的，可以從各個(gè)不同的角度，觀察與了解剖結(jié)構(gòu)實(shí)際空間位置之間的關(guān)系，可以很好地顯示立體結(jié)構(gòu)，而這是標(biāo)本所無法體現(xiàn)的。在顯示與構(gòu)造的過程中，數(shù)字化人體三維模型所重的結(jié)構(gòu)可以任意搭配各種色彩，便于任意旋轉(zhuǎn)觀察，或者進(jìn)行特定角度旋轉(zhuǎn)視頻的錄制，并應(yīng)用到解剖教學(xué)當(dāng)中，以便學(xué)生可以通過三維空間角度觀察人體器官結(jié)構(gòu)形態(tài)與位置關(guān)系。課后，學(xué)生也可以自主觀察與學(xué)習(xí)，以激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。

通過分割斷面圖像數(shù)據(jù)構(gòu)建出數(shù)字化人體三維模型，它可能在虛擬世界與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行互換顯示。在教學(xué)當(dāng)中，課堂上本校教師讓學(xué)生觀察不同角度的解剖結(jié)構(gòu)，解剖原理與尸體解剖學(xué)保持一致。引導(dǎo)學(xué)生觀察位置，顯示與分析平常不易展示的結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生獲得更加直觀的感受。在實(shí)際教學(xué)過程中，教師利用數(shù)字化的特有功能，運(yùn)用不同的色彩去標(biāo)配所需要的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行單獨(dú)講解或錄制視頻，多角度、全方位地展示人體器官。還可以讓學(xué)生下載相關(guān)視頻與圖片，以便學(xué)生課后進(jìn)行復(fù)習(xí)。本校運(yùn)用這一教學(xué)方法，很大程度上提高了教學(xué)質(zhì)量。因此，這樣的教學(xué)方式可以促進(jìn)學(xué)生鞏固各類知識，增進(jìn)對各種知識之間存在的聯(lián)系的了解，為今后臨床研究與實(shí)踐打下良好基礎(chǔ)。

五、以數(shù)字化人體喉部三維解剖為例

（一）實(shí)施方法

在對數(shù)字化喉部數(shù)據(jù)集中的連續(xù)斷層圖像進(jìn)行對位與配準(zhǔn)之后，將其轉(zhuǎn)換為*.Jpg格式，并導(dǎo)入Amira4.0可視化軟件中，執(zhí)行可視化運(yùn)算。以制成喉部三維可視化模型，呈現(xiàn)喉部的三維虛擬。在計(jì)算機(jī)上，任意方位、角度剖切觀察可視化喉部，并進(jìn)行動態(tài)化演示，利于可視化研究。以任一點(diǎn)為原點(diǎn)，確定正交切割面，并設(shè)立三維坐標(biāo)系。對喉部可視化模型的結(jié)構(gòu)位置的坐標(biāo)值進(jìn)行明確，實(shí)時(shí)演示可視化模型的橫、冠、矢狀面。

（二）結(jié)果

通過Amira 4.0可視化軟件，以高質(zhì)量三維可視化圖像，將喉部斷面數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上，以獲取喉部及其周圍結(jié)構(gòu)的可視化模型。數(shù)字化喉部解剖模型可以瀏覽2D圖片，也可以處理3D圖片。以臨床常用的三維空間坐標(biāo)系為基礎(chǔ)，構(gòu)建該模型數(shù)據(jù)集。重新采樣與生成原始采集數(shù)據(jù)，可在任意一點(diǎn)坐標(biāo)中展現(xiàn)，可以對比臨床影像資料。

數(shù)字化人體圖像和三維模型的應(yīng)用給解剖教學(xué)帶來了重大變革。此教學(xué)方式避免了尸體解剖資源的匱乏與實(shí)驗(yàn)的繁瑣。抽取教學(xué)平臺中復(fù)雜且抽象的內(nèi)容予以單獨(dú)展示，讓學(xué)生充分了解與掌握，如心臟、腎臟、胃部等的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及彼此間的毗鄰關(guān)系。以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)時(shí)效，增強(qiáng)尸體解剖試驗(yàn)的準(zhǔn)確度。因此，受到師生的廣泛歡迎。

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