虛擬現實技術在人體解剖學實驗教學中的應用研究

【摘要】隨著現代科學技術的不斷發展，虛擬現實技術應用于醫學高等職業院校解剖學實驗教育已經成為一種趨勢，新教育模式。筆者從虛擬現實技術在解剖學實驗中的優點和現階段使用中存在的問題進行分析討論，積極探索新的解剖實驗訓練模式。

【關鍵詞】虛擬技術? 人體解剖? 教學模式

人體解剖學是研究正常人體的形狀和結構的科學。傳統的解剖學實驗教學法主要是老師教和學生觀察和研究解剖標本。但浸入福爾馬林中的尸體標本的氣味很難問，現實環境限制很難達到既定的實驗教學目標，并且將來會影響醫學后續的專業學習。因此，我們應用虛擬實驗技術來改善解剖學實驗的訓練，并采取了重要步驟來探索新的教育模式。

1、在解剖學實驗中進行了虛擬現實技術重現完美標本

虛擬現實技術是計算機圖形和模擬技術、人機界面技術、多媒體技術、傳感器技術、網絡技術和其他技術的集合。虛擬現實技術創建了一個新的解剖學教育環境。通過建立模型，學生可以在學習過程中的不同層次和空間觀察多次，并探索內部結構以深入探討人體結構和功能。這樣，可以在視覺上產生沉浸在虛擬環境中的感覺，并且可以實現沉浸效果。要實現上述想法，您需要建立一個新的虛擬解剖實驗室。實驗室硬件主要包括高性能計算機，大容量數據庫和處理設備，高分辨率顯示器，高清投影儀，高清成像設備以及人機交互設備。該軟件包括虛擬數字人軟件，投影可視化軟件和虛擬交互軟件。虛擬解剖實驗訓練系統具有較高的仿真水平，其優缺點是無法比擬的。

2、虛擬系統在解剖學訓練中的好處

2.1保存人類標本。近年來，醫學生的數量有所增加，但參加解剖學實驗的教師數量卻沒有增加。同樣，過度使用人體解剖樣本會導致老化和損壞。尸體的來源沒有及時補充，參加實驗的學生熱情低下，大大降低了教學效果。隨著虛擬解剖訓練系統的出現，這個問題已經得到有效解決。例如，解剖標本時，您可以首先使用高清攝像頭和投影儀使整個班級都能看到整個過程，然后進入虛擬解剖實驗教育系統來解剖人體的各種器官結構。并重復幾次操作。在實驗中，老師檢查學生的工作，指出缺陷，然后學生可以及時糾正這些缺陷。學生的參與已有所改善，有效地解決了樣本不足的問題。

2.2激發學生的學習熱情。過去，解剖學實驗的教學主要是通過標本和模型的教學。對于大量的學生來說，只有少量的人可以清楚地看到人體標本。解剖實驗的虛擬教育系統使用高分辨率的可視化設備，使每個學生都能看到樣本并加深他們的視覺印象。和過去一樣，通常使用壁模型和圖表來談論胰液的產生和排出，精子的產生和行走以及泌尿道的組成。難以理解，學習效果差。虛擬解剖實驗教學系統可讓您以全面，逼真的和生動的方式顯示大量的解剖內容，并將靜態圖像轉換為動態3D動畫。對學習的興趣增加了也調動了學習的熱情。

2.3幫助學生了解3D空間。降低教育難度。人體解剖學中的虛擬實驗可以使抽象問題動態化，并從多個角度顯示人體形態結構。傳統解剖學實驗的教義只是對內部器官相鄰關系的簡要描述，但不能完全證明相鄰器官的位置關系。例如，當描述肝臟與腎臟之間的相鄰關系時，據說解剖樣品不清楚，因為肝臟的后壁靠近右腎和右腎上腺并且腎臟很深。同樣，當涉及到心臟的傳導系統時，只有浦肯野氏纖維（Purkinje′s fibre）網絡中的始末節點才是已知的，但在整個樣本中找不到其形狀，只能通過圖表來幫助。解剖實驗的虛擬教學系統可以充分利用立體圖像來顯示人體各個器官的立體結構。如上所述，相鄰的肝臟-腎臟關系在前后透視圖中被虛擬系統包圍，并且在下部肝臟中也可以看到，因此無需將兩個器官分開。可以將心臟傳導系統轉換為三維動畫，并且可以動態顯示和分離傳導系統，將其組合以在多個角度和不同方向上顯示組成和關系，從而使學生能夠在他們的胸部上建立三維概念有能力去培養空間思維能力，以更好地了解人體器官的位置關系，提高實驗教學的效率，減少教學困難。

3、解剖學實驗虛擬教育系統中的幾個問題

3.1樣品的解剖結構無法完全替換。虛擬解剖學實驗訓練系統是一種全新的技術，但具有仿真性高，逼真的沉浸性和迭代性等優點，但是不能代替樣本解剖學。虛擬現實技術中使用的材料是從照片中獲取的，因此3D效果并不完全是3D。此外，照片中顯示的人體結構與實際樣本仍然略有不同，每個人體樣本都非常不同。在進行真正的尸體解剖時，虛擬現實技術無法為參與人員提供視覺，觸覺和聽覺刺激。這種真正全面的經驗為以后的臨床工作奠定了堅實的基礎。另外，尸體解剖不能由個人進行，而是需要他人的配合。虛擬現實技術沒有團隊合作。因此，虛擬現實技術無法完全取代實驗標本的解剖學操作。

3.2技術尚未成熟。虛擬現實技術對硬件的要求很高。在使用它之前，我們需要特殊的培訓。否則，很難掌握，沒有專業培訓，教師就很難獲得虛擬實驗教學技術來教授解剖實驗知識。因此，全面推廣虛擬現實技術還為時過早。

簡而言之，基于虛擬現實技術的實驗性虛擬教育平臺不受時間和空間的限制，且具備強大的交互性和可重復性以及便捷的特性。人體解剖實驗教學虛擬現實技術能充分考慮了醫學職業教育中對職業培訓的需求。解剖實驗訓練中的虛擬現實技術使您可以構建可視化、虛擬形狀和3D解剖成像系統。它在很大程度上彌補了教育資源的不足，并解決了大多數專業醫學院校的許多問題。在有限的實驗條件下，可以實現對醫學專業知識更好的培訓效果。這是一種新的實驗訓練模式，值得在醫學專業教育領域推廣。

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作者簡介：鄧愛民（1973-），男，副教授，主要從事人體解剖學教學、解剖外科應用和消化系統疾病基礎研究。