刘雪芹 赵云鹤 张 忠 陆 利 杨桂姣

(山西医科大学人体解剖学教研室,太原 030001)

“数字解剖”研究最早可追溯到20世纪80年代末美国国立图书馆发起的可视人计划(Visible Human Project,VHP),随后可视人、虚拟人、数字人等研究在诸多国家问世,2001这些研究被综合概括为“数字人计划”[1]。我国的“数字人”研究提出于21世纪初,经过近20年的努力,其发展先后经历了数字可视人→数字物理人→数字生理人→数字智能人等相互交叉重叠的阶段,目前已广泛应用于医疗、教育等领域[1]。“数字人”是一个相对宽泛的概念,随着应用领域不同会衍生出具体的数字化名词,“3D数字解剖”正是应医学教育之运而生,对解剖学的教学改革、发展乃至现代医学教育和临床实践的发展发挥着重要作用。近年来,本校在局部解剖学实验教学中引入3D数字解剖系统,教学效果明显提高,深得广大师生的支持和赞成。为此,笔者结合本校实际从“3D数字解剖系统简介、应用实施和应用效果”三方面浅析该系统在局部解剖学实验教学中的应用。

1 3D数字解剖系统简介

3D数字解剖系统(以下简称“3D数字人”)是通过计算机技术和生物信息技术实现人体解剖结构信息可视化的一套软件系统,即通过收集经冷冻、切片和测量所获取的人体解剖信息,然后利用计算机和生物信息技术进行三维重建,形成一套系统、完整、灵活的可视人体解剖信息软件,最后通过显示屏动态显示,便于多视角、多方位观察,操作界面还设置了一些诸如分离显示、透明化、逐层剥离等特殊功能[2]。本校解剖实验室的“3D数字人”购自山东数字人科技股份有限公司,其按照局部解剖学的目录和教学需求,分为头部、颈部、胸部、腹部、盆部与会阴、脊柱区、上肢和下肢共八个区域,每个区域可以共同显示,也可以单独多维度动态显示某个局部的位置、层次和毗邻关系,并可根据实验设计和目的对局部结构进行分离显示、透明化、逐层剥离等特殊处理。

2 3D数字解剖系统在局部解剖学实验教学中的应用实施

本校对八年制临床学生的局部解剖学实验教学进行改革,在传统“学生自主解剖尸体”模式的基础上引入3D数字人,辅助教师指导学生进行尸体解剖。每个实验室各配套一台“3D数字人”一体机和四个对角安装的终端显示屏,一体机播放的解剖内容可通过四个显示屏同步显示给操作台周围各个方位的学生。每次实验课1位老师指导1个小班(约30人),每班分4小组,于同一尸体标本的交错部位同时开始解剖实验。

3 3D数字解剖系统在局部解剖学实验教学中的应用效果

3.1 提高实验效率,减少尸体浪费,增加尸体利用率

局部解剖学内容层次和结构排列复杂,解剖实验具有破坏性和不可逆性[3]。传统的实验教学模式下,实验效率低、尸体利用率低、浪费严重等问题突出。例如,解剖“枕下三角”时,该区较小较深,层次较多,肌肉长短不一且相互重叠,再加上课本和挂图只能终结性地解释和说明“枕下三角”的结构,无法由浅入深动态性地逐层显示和暴露“枕下三角”的结构。学生在解剖过程中常因辨别困难而无法下手,甚至动刀过早、过大,造成局部结构不可逆的损毁,既浪费尸体标本,又造成学生的挫败感。3D数字人能够动态性多角度逐层显示项部浅、中和深层的全部肌肉,并通过透明化功能显示围成“枕下三角”的头后大直肌、头上斜肌和头下斜肌及其在寰椎横突和枢椎棘突的附着点,以及穿经该三角的枕下神经和椎动脉,这样可以有效辅助教师引导学生循序渐进的逐层解剖,既减少尸体标本浪费,又提高实验效率和尸体利用率。

3.2 提高学生的实验成就感,激发学生的主动性和积极性

“学生自主解剖尸体”的实验教学模式能够充分发挥认知主体学生的主观能动性[4],培养其动手操作能力和解剖实践的主观体验,但也给学生操作和教师指导带来了挑战。如指导教师难以手把手地照顾到每一位学生,学生在实验中会遇到速度慢、不敢动刀、动刀过度等困扰。3D数字人一体机和终端显示屏可动态播放实验内容,实现局部与整体、单层与多层间相互切换,多维度显示目标区域的肌肉、血管、神经、淋巴等的三维层次和毗邻关系,有效缓解师资力量不足和学生的解剖困惑,期间指导教师需负责操作手法和重难点部位解剖的监督和把关。这不仅能减轻教师负担,还能提高实验效率,增强学生解剖尸体实践的主观体验和动手操作技能,促成学生解剖实践的成就感和积极主动性。

3.3 促进青年教师专业素质的成长和进步

随着高校招生规模不断扩大,解剖教学任务逐渐加重,越来越多的青年教师加入到解剖教学一线行列。青年教师热情高涨、踏实肯干。但是,他们在教学中会遇到诸如专业素质薄弱、教学经验欠缺、课堂驾驭能力差等问题[5]。3D数字人可高精度动态呈现小局部、多层次复杂部位的三维立体结构,实现复杂局部如腹股沟管、枕下三角、肌腔隙、血管腔隙等的可视化。期间,青年教师借助3D数字人指导学生完成尸体解剖的同时,也强化了自己对某些重难点专业知识的理解和认识,促进其自身专业素质的不断成长和进步。

3.4 软件操作简单、便捷,使用灵活、广泛

局部解剖学实验课受时间和场地限制,实验课上学生的某些遗留问题很难在课下解决,导致问题堆积,甚至将这些问题带入随后的临床实践,这制约着局部解剖学教学质量的提高和临床型医学人才的培养。借助互联网技术,3D数字人可与实验室的显示屏终端、师生手中便携的笔记本、平板电脑和手机终端连接,实现解剖教学资源的时空共享。在课堂上,能够缓解师资力量的不足,指导教师可以进行选择性辅导,负责操作手法和重点难点的把关。课前学生通过可移动的多样化终端设备在教室、宿舍共享3D数字人内容,提前虚拟预习、制定实验方案;课后通过可视化的虚拟情境弥补和巩固课堂上尚未解决或者操作欠妥的问题,及时总结经验教训,为后续的实验奠定基础。

3.5 软件系统可升级和更新,能够实现有限资源的高效利用

3D数字人价格昂贵,购置成本较大,在实际应用中还存在一些问题,如内容不够完善,个别结构在科学上的误差,以及将来可能出现版本过旧等等。其实,随着计算机和生物信息技术的进步和知识的完善,3D数字人可以不断升级和更新。因此,高额引进的3D数字人短期内并不会被浪费或淘汰,相反还可实现有限资源的高效利用,后期需要做的就是软件系统的升级、更新和终端设备的配套跟进。

总之,利用3D数字人辅助局部解剖学实验教学受益颇多。但是,实际应用中仍存在一些不足,如3D数字人内容丰富、生动形象,易导致师生过度依赖;其虚拟情境缺乏操作的真实性,过度依赖则无法培养学生的临床动手能力和操作技能等。因此,在局部解剖学实验教学中,将“学生自主解剖尸体”模式与3D数字人相结合,才能各取精华,促成局部解剖学实验教学中教师“教”和学生“学”两者的真正统一,推动局部解剖学教学和师资质量及学科水平的不断发展。

参 考 文 献

[1] 刘曾旭,刘德明.数字化虚拟人——多学科融合的产物[J].医学与哲学,2006,27(2)：70-71.

[2] 张庆金.数字人解剖系统用于护理本科解剖学实验教学的利弊谈[J].四川解剖学杂志,2014,22(4)：47-51.

[3] 刘雪芹,陆利,杨桂姣.提高麻醉解剖学实习教学效果的探讨[J].基础医学教育,2015,17(11)：967-968.

[4] 蔡理,张磊,杨海洋,等.外科与解剖学创新型教学模式的探讨[J].四川解剖学杂志,2012,20(2)：77-78.

[5] 郜飞.青年教师在高等职业学校解剖学教学中的问题及对策之我见[J].教育教学,2011,6(20)：94.