虚拟人技术对传统解剖教学的影响

2022-09-11

随着信息化时代的到来, 医学数据数字化作为研究与应用的热点方向, 对传统的解剖教学方式造成了很大的冲击。虚拟人技术这一集多领域现代化科技的应用势必会对解剖学教学方式的革新、教学效率的提高产生影响。这一技术建立了计算机辅助解剖学的模式, 使得学生能在虚拟的人体上进行操作, 将三维立体解剖模型牢记心中, 并准确熟练的将所学应用于实践, 取得了一定的效果。很好的缓解了传统解剖教学具有的局限性所造成的困扰, 造福于解剖学、医学等多个领域。

一、传统解剖教学及其局限性

人体解剖学是医学生必修的主干基础学科, 为后续的医学基础和临床医学课程奠定基础。具有内容繁杂、名词概念多、方位术语难懂、难以描述、不易记忆以及实践要求高等特点, 向来作为医学生的重点难点。

“黑板—挂图—模型—标本”模式是以教师为中心的传统教学方式。单一的教学手段、复杂静态的大量挂图、模型和标本等枯燥乏味, 学生难以形成整体与局部、多层次间的系统体系, 在临床中不易结合理论。加之学生实习时标本极易损坏不全, 尸体标本作为传统人体解剖中不可或缺的一部分, 严重缺失, 也造成了学生记忆的难度, 使得学生的积极性和创造性受到打击, 不利于适应现代医学的快速发展和临床医学工作中。另外该教学方法不够直观生动、所包含信息少, 教师在教学中被其束缚。有这显而易见的局限性。

二、虚拟人技术的研究进展

1、虚拟人技术

虚拟人技术通过参数化图像、图形及数学运算, 通过对人体解剖结构的数据分析在计算机上虚拟人体建模, 即创建有着人体真实结构的全数字化三维立体模型。该项技术需要人体解剖学、医学、计算机图形图像学等多个领域学者专家共同研究建出模型。这一虚拟现实极为逼真, 除了一般计算机技术所能达到的视觉感之外, 还有听觉、触觉、力绝、运动等多种感知, 具有浸沉感、交互性、构想性三大基本特征, 体验者能够身临其境从自己视角出发进行观察学习, 利于学习者形象、直观、可重复性的理解记忆。

2、虚拟人技术的研究进展

从上世纪90年代开始, 世界一些先进国家已经开始了针对虚拟人体的数据采集与立体重构。美国建立的可视人体计划在全球范围内得到了重大反响, 其他先进国家先后启动了该项计划。其中韩国的可视人体研究计划在实施效率与短期成果上取得了良好成效;日本根据为期十年而建立的人体数据库制定了本国的人体数据标准, 对日后人体数据的应用提供了巨大便利。我国于2001年在香山正式召开相关数字化虚拟人体研究的会议, 会议确立了我国数字化虚拟人体的阶段化实施方案, 三个阶段分别是虚拟几何人体、物理虚拟人体和生理虚拟人体三个阶段。我国目前在虚拟人体上的研究已经突破了许多技术问题, 对人体数据的积累也提供了许多资料, 但对于拥有人口众多的我国来看这些数据的可用性有待核验, 因此我国需要大量的相关技术人员合力突破, 才有可能打造出真正具有生命力的虚拟人体。

三、虚拟人技术在解剖教学中的应用

虚拟人技术需要有基本的人体解剖模型, 数字化人体研究的开展使得大量的人体断面数据信息被整合在三维立体结构图像中, 数字化的处理为使用者获取、存储、利用提供了便利, 同时还可以依照需求提供给使用者完整、精密细致且具有连续性的二维人体解剖图像。因此使用者可以根据需要在人体中准确定位, 只需将计算机鼠标移动到某一器官或结构, 便可得到详细的结构说明、断面图、三维测量数据、立体结构图等, 可以多层次多角度自由观察, 利于学生掌握知识和自主学习。此外, 人体组织是有一个发育过程的, 这一过程有着抽象复杂的特点, 如果能将发育过程数字化, 通过对比每一阶段的数据变化, 借助计算机辅助教学功能动态直观地展现, 就减轻了学习和理解上的难度。因此, 必须要加强虚拟人技术在解剖中的应用, 加强虚拟人技术的不断发展。

人体解剖学作为医学的基础课程, 需要与实践紧密结合, 最好的方法就是亲自对尸体进行解剖实验。由于目前解剖人体标本紧缺且不可重复利用, 非常不利于对于学生实践学习操作。虚拟人体解剖模型很好解决了这一问题。用虚拟手术器械解剖虚拟尸体, 并通过操作杆、手套等多种器械接收到对于人体组织质感的触觉。操作者还可将任意结构从虚拟人模型中单独提出, 进行更细致的观察学习, 或是通过动画效果在人体中进行漫游。处于学习阶段的医学生难免会发生错误操作, 如果是在尸体标本是进行操作, 这个错误是不可逆的, 然而在模拟人体中进行则可以返回纠错, 并且能重复练习反复训练。使得学生由被动转向主动, 教学质量和效率也大大提高。既节省了对于尸体标本的损害, 又降低了对学校和实验室的经济需求。

但虚拟人技术仍然有一定的缺陷, 虽然该技术具有高度仿真性, 但是仍然需要依托屏幕进行展示, 也并不能完全取代实际操作。另外由于技术含量高的特点, 这项技术的推广普及仍需进一步的改进研究