獸醫病理學虛擬大體標本的制作及其在教學資源中的應用

唐發書　李德龍　陳思懷

摘 要：為了將獸醫病理學實驗教學的大體標本制作成數字化虛擬標本，通過連續標本圖片拍攝，應用Objiect2VR軟件進行編輯與制作。生成的虛擬3D標本線上線下均可觀看，能360°自動與手動控制旋轉，實現無級放大縮小，其標本解讀信息、器官組織結構、病變名稱等實現了鼠標指示即可彈出相應文字的熱點關聯。所創建的虛擬標本可在標本室VR、自動評分試題、虛擬圖譜等實驗教學資源中拓展應用。

關鍵詞：虛擬標本;虛擬現實;虛擬圖譜;病理學

中圖分類號 G642.0文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）03-0152-03

Preparation of Virtual Specimen of Veterinary Pathology and Application in Teaching Resources

TANG Fashu et al.

（College of Veterinary Medicine，Southwest University， Chongqing 402460， China）

Abstract： In order to make the virtual specimen in veterinary pathology experimental teaching， the virtual specimen were edited and made by using Objiect2VR software. The results showed that the virtual 3D specimen could be viewed both on-line and off-line， and rotated automatically or manually at 360℃with stepless zoom-in and zoom-out， also the hot-spot realized association between specimen interpretation information， tissue structure， lesion name and corresponding words. The virtual specimen could be used in experimental teaching resources including the laboratory VR， automatic grading test questions， virtual atlas .

Key words： Virtual specimen; Virtual reality; Virtual atlas; Pathology

動物病理大體標本觀察是獸醫病理學實驗教學的重要內容之一。病理標本因其收集、典型病變、制作均不容易，適合實驗教學的大體標本顯得尤為珍貴。但由于標本的保存隨時間易褪色、搬運與學生使用中的損毀等原因，迫切需要對標本進行數字化保存[1]。由于病理標本的立體性、病變需多角度觀察等特點，觀察大體標本不能簡單以一張靜態圖片完成，需要能360°旋轉的立體虛擬標本。目前，對于此類標本在高等醫學院校中制作構建的報道較多，但在國內高等農林院校中還未見虛擬大體標本的相關建設報道[2-4]。同時，構建好的數字化大體標本未見進一步應用于其他教學資源（課件）的報道。為此，筆者對實驗教學的獸醫病理大體標本采用相關軟件制作虛擬數字化標本并擴展應用于實驗教學資源，以期為病理標本的數字化保存、學生的遠程學習、實驗在線課程建設、高仿真虛擬實驗室建設以及其他形態課程如動物解剖學、動物胚胎學、寄生蟲病學、產科學等大體標本的虛擬建設與應用奠定基礎。

1 虛擬大體標本的制作

1.1 制作過程 選用畜禽病理原色或非原色福爾馬林浸漬標本瓶放置蛋糕轉盤（手動型）中央，要求標本重心垂直線在圓盤中心。標本的主觀察面（主要病變觀察面）作為首張照片拍攝面，并旋轉轉盤30°拍攝第2張，以此方法連續12張，在圖片拍攝全程保持數碼相機（或智能手機）位置固定，拍攝參數相同。應用Objiect2VR3.0軟件，從其看版臺導入圖片，要求橫向水平欄位12張，縱向垂直欄位0張。完成顯示參數（首張標本主觀察面圖片的欄位值為“0”，控制標本的旋轉為水平環繞）、用戶數據（包括標本名稱、制作時間、作者、版權等信息）、交互熱點（標本的各種結構與病變名稱熱點和標本解讀信息熱點）以及輸出設置（圖片與顯示設定、播放設定、縮放數值、皮膚控制器）等選項設置或創建。選擇3種輸出格式（HTML5/ Flash /Quicktime）中的一種，點擊創建即可完成。

1.2 制作結果 創建的虛擬標本以Flash輸出格式為例，生成的*.SWF文件在Flash player播放器中打開或直接把*.SWF拖進Flash player可見主觀察面的虛擬標本，點擊虛擬標本皮膚控制器上“<>”按鈕實現標本的相應方向水平360°旋轉;或鼠標點住標本左右移動可實現標本的手動旋轉（見圖1A，B）;點擊皮膚控制器“っ”按鈕實現標本的自動旋轉，點擊標本信息“i”按鈕可顯示標本名稱、作者等基本信息（見圖1C）;對于器官結構或病變的觀察可點擊標本“+-”按鈕或鼠標點住標本通過滾輪均能實現無級放大與縮小（見圖1D）;對于創建的結構熱點，鼠標在每個觀察面上指示標本中器官的任意位置，則彈出相應的結構名稱或病變名稱;鼠標指示病變處即刻彈出“病灶—肉芽組織”，移開鼠標則顯示文字消失。標本解讀信息則實現鼠標指示“標本解讀標志”即刻顯示該標本的病變描述（見圖1E，F）。

2 虛擬大體標本在教學資源中的應用

2.1 在虛擬標本室（VR）中的應用 根據標本室空間分區，分別放置血液循環障礙、萎縮變性、壞死修復、炎癥、腫瘤、系統病理以及其他等類型大體標本，應用帶超廣角（魚眼）鏡頭的數碼相機在云臺支架上對標本室和各類標本區均旋轉拍攝6～12張圖片，再應用拼接軟件如PTGui PRO完成全景圖拼接，生成的全景圖導入VR（Virtul Reality，VR）制作軟件如Pano2VR Pro輸出7200旋轉的VR。要求標本室的場景與各類標本區的場景建立熱點，即在標本室漫游時可轉場至各類標本區的場景。該場景中的每個標本再與制作的可3600旋轉虛擬大體標本建立超鏈接，即實現觀察者對任一標本能無級放大、多角度觀察標本的組織結構和病變結構。

2.2 在自動評分試題（庫）構建中的應用 傳統的驗課程大體標本識別考試以PPT中嵌入靜態圖片或擁擠在標本室現場考核等形式進行，這些方式存在影響學生的判讀或考試進程難組織管理等缺點。針對大體標本的識別和病變描述為考核內容的實驗考試，可采用自動評分試題制作軟件如Wondershare Quizcreator制作試卷，該類試卷在提交后能對客觀題自動評分。該軟件的優勢是各類題型的題干可插入圖片或視頻。因此，考核標本識別可創建單項與多項選擇題，考核標本病變描述則以填空題或簡答題型出現，并在題干中導入要考核且未創建病變名稱與標本解讀熱點的虛擬大體標本（*.SWF文件）。進行題目作答時可點擊標本，仿真真實標本觀察。試題發布在有局域網如數碼互動實驗室的主機端電腦上或課程網頁，考試既公平又便于組織;同時該類試題也可作為學生練習題，自我檢測學習效果。

2.3 在虛擬電子圖譜中的應用 虛擬圖譜通常采用相關軟件制作，有真實書籍樣式和翻頁效果的虛擬3D圖譜。圖譜內容主要包括實驗課程相關的光學顯微鏡下各種染色的圖片、電子顯微鏡圖片、大體標本的主觀察面圖片。這些圖片常常以文字、數字、字母、符號等對結構進行標注說明，但最終以靜態圖片呈現。對于大體標本僅主觀察面圖片，不能完全反映標本的病理信息。為此，可選用電子虛擬圖譜（雜志或相冊）制作軟件如FLIP Flash AIbum、FLBook、iebook等，利用該類軟件可添加Flash動畫的功能，在空白頁導入交互性虛擬大體標本，生成*.SWF或*.exe文件，運行相應文件，在虛擬圖譜頁面能實現旋轉、放大縮小、病變結構熱點名稱顯示的功能，拓展了虛擬圖譜的裝載內容。

3 討論

目前，三維物體數字化主要用于商品、建筑物、博物館、儀器等物體的展示。實現虛擬三維的3D技術主要有Pulse3D、X3D、JAVA3D、SHOEKWAVE3DH、VIEWPOINT等5種[5]。主要涉及3D Studio Max、Maya、JQuery、Unity3D、3DProductShow、PixMaker Pro、KRpano、造型師、環視制作者等國內外軟件[6-8]。但這些軟件或因價格貴甚至購買困難，或因需專業計算機技術基礎限制了普通使用者的廣泛應用。本研究使用Objiect2VR軟件開展獸醫病理大體標本的環視制作，該軟件價格便宜、操作者不需相關軟件知識基礎、制作步驟簡單，可生成HTML5、Flash、Quicktime等格式文件。HTML5為第5代網頁編程語言，筆記本、臺式機、智能手機均方便運行瀏覽;Flash文件播放簡單，傳輸方便;Quicktime格式的文件為*.mov，多種視頻播放器均能播放，但虛擬標本的交互性受限，不適合教學應用的虛擬三維物體輸出格式。

虛擬的大體標本除在標本室VR、實驗考試題、虛擬圖譜等教學資源中拓展應用以外，還可選擇性應用于以下方面：首先，對標本實現數字化保存，解決珍貴病理標本因各種原因造成的損毀[9]。其次，在實驗課程教學上，替代教師傳統教學以靜態圖片講解的抽象，虛擬標本實現高仿真;減少每次實驗課前的標本準備、搬運以及多次運輸震蕩對標本的損毀;虛擬標本可在水平方向3600旋轉，因而可多角度，全方位觀察;虛擬標本可無級放大縮小，便于對病變細節觀察。再次，虛擬標本上傳課程主頁或學習平臺實現遠程教學與學習，本研究制作的虛擬標本建立器官的組織結構、病變名稱、標本解讀信息等熱點，鼠標指示相應位置即刻彈出相關的信息，替代了《實驗指導》的描述與教師指導確認，方便學生的自主學習。結合病理切片的數字掃描，即數字切片，實現真實切片標本顯微鏡下的全息仿真[10]。獸醫病理學實驗內容除如尸體剖檢、白細胞吞噬活動以及不同類型缺氧等操作性、綜合性實驗外，驗證性實驗的線上教學、遠程學習均能開展。雖然仿真虛擬不能完全替代真實標本的觀察學習，但在課前自主學習、課后拓展學習以及泛在學習等方面具有廣泛的教學應用。

參考文獻

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[10]姜希娟，李虎虎，張云莎，等.基于CBL和數字切片構建整合實驗教學模式——夯實病理學橋梁作用[J].中國高等醫學教育，2020（8）：66-67.

（責編：張宏民）

基金項目：西南大學實驗技術研究項目（SYJ2020012）。

作者簡介：唐發書（1964—），男，重慶梁平人，高級實驗師，從事獸醫病理學教學與科研工作。 *通訊作者? 收稿日期：2020-11-26