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【關(guān)鍵詞】 虛擬現實(shí)；人體解剖學(xué)；教學(xué)
虛擬現實(shí)也稱(chēng)為視覺(jué)模擬，是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)跨學(xué)科的綜合集成技術(shù)，利用計算機形成逼真的三維視、聽(tīng)、觸等感覺(jué)，使人作為參與者通過(guò)適當裝置, 對虛擬世界進(jìn)行體驗和交流［1］。傳統的人體解剖學(xué)教學(xué)方法是以課堂教學(xué)為主，再結合掛圖、模型、標本、人體等輔助教學(xué)工具進(jìn)行教學(xué)，并配以尸體解剖來(lái)加深學(xué)生的理解。尸體標本進(jìn)行解剖是傳統人體解剖學(xué)教學(xué)必不可少的條件，標本缺乏嚴重影響教學(xué)質(zhì)量的提高。虛擬現實(shí)技術(shù)的產(chǎn)生能使學(xué)生在虛擬的人體標本上進(jìn)行解剖觀(guān)察和學(xué)習，可緩解尸體標本缺乏的狀態(tài)，降低教學(xué)成本，減少危險性，提高教學(xué)質(zhì)量，彌補教學(xué)條件的不足。
1 虛擬人體標本數據的獲取和模型的構建
虛擬現實(shí)技術(shù)的關(guān)鍵之一是在計算機軟件和硬件的支持下，必須有構建虛擬場(chǎng)景的數據。人體結構和功能極其復雜，要想在計算機上實(shí)現對人體結構的精確模擬，首先需要建立基本的人體解剖模型，這是虛擬解剖技術(shù)的前提。數字化人體研究的開(kāi)展為構建虛擬解剖學(xué)提供了基礎數據與相應技術(shù)支撐。該研究是將成千上萬(wàn)條人體斷面數據信息在計算機里整合重建成人體的三維立體結構圖像，構成人體形態(tài)學(xué)信息研究的實(shí)驗平臺，建立三維數字化模型［2］?？梢暬梭w數據集提供了完整、連續、精細的人體二維解剖圖像，可用于建立三維可視化模型和構建虛擬人體解剖模型。使用這種模型，學(xué)生可以在三維空間對人體中感興趣的對象進(jìn)行放大、任意旋轉和平移，認真細致的觀(guān)察，清楚地了解人體內部復雜的空間關(guān)系。由于模型是數字化的，可以很方便地對整個(gè)體數據進(jìn)行重采樣，使學(xué)生能夠從任意角度、任何剖面觀(guān)察人體結構。中國可視人體計劃自2002年10月完成首例可視化人體數據集以來(lái)［3］，我們已獲得5例成人(3女, 2男)的可視化數據集，整個(gè)數據集數據量為1 157.23 GB。虛擬人體解剖模型的構建解決了目前解剖學(xué)教學(xué)中標本緊缺以及標本不可重復使用等缺陷，尤其是和現代教學(xué)中廣泛運用的多媒體網(wǎng)絡(luò )教學(xué)相結合，可以實(shí)現遠程教學(xué)、資源共享［4］。
2 虛擬解剖教學(xué)
在建立起虛擬人體標本三維模型的基礎上，要實(shí)現虛擬解剖教學(xué)就必須有計算機軟件和硬件的支持及提供虛擬的計算機界面。在硬件方面，主要是高性能的計算機與周邊設備的組合關(guān)系，表現在更大存儲容量的數據存儲設備、數據中央處理設備、圖像輸入輸出設備和人－機交互設備等，各組成部分有機地結合起來(lái)組成協(xié)調的運行系統，以完成虛擬仿真功能。VR軟件系統是整個(gè)系統中的軟件部分，它包括兩部分：開(kāi)發(fā)平臺軟件、虛擬現實(shí)投影顯示軟件和系統應用軟件。虛擬解剖環(huán)境構建完成后，可以為人體解剖學(xué)教學(xué)提供直觀(guān)、逼真、形象、方便的實(shí)驗環(huán)境，學(xué)生可以在組織、器官的三維動(dòng)態(tài)人體解剖學(xué)幾何模型上利用專(zhuān)業(yè)的虛擬解剖手術(shù)器械，依據計算機圖像進(jìn)行精確定位，同時(shí)用專(zhuān)業(yè)的力反饋器械和系統來(lái)模擬解剖手術(shù)的各種動(dòng)作，并給予模擬解剖操作中的力回饋，使學(xué)生可以感受到人體組織的不同質(zhì)感，還可以選擇任一人體組織結構的三維模型，并將其從數字化虛擬人體中獨立出來(lái)，再對其進(jìn)行更精細的觀(guān)察。應用動(dòng)畫(huà)技術(shù)可以實(shí)現在血管、氣管中或在心室間漫游，還可以應用虛擬內窺鏡對中耳、內耳結構以及胃腸道結構進(jìn)行三維立體顯示。在虛擬解剖過(guò)程中，學(xué)生可以反復進(jìn)行復習和訓練。由于多媒體網(wǎng)絡(luò )的運用，學(xué)生們還可以隨時(shí)運用個(gè)人電腦進(jìn)行簡(jiǎn)單的虛擬解剖，不需一起來(lái)到解剖學(xué)實(shí)驗室進(jìn)行學(xué)習，既可方便老師、學(xué)生，又可節約寶貴的尸體標本，也減少了器械消耗。
虛擬現實(shí)技術(shù)的應用和發(fā)展將對傳統解剖學(xué)教學(xué)手段和教學(xué)方法產(chǎn)生深刻的影響，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，拓展教學(xué)思路。目前，國內尚無(wú)真正運用虛擬現實(shí)技術(shù)的人體解剖學(xué)教學(xué)實(shí)驗室，本研究所目前正進(jìn)行虛擬現實(shí)系統的軟硬件環(huán)境建設，在可視化人體數據集和計算機三維模型的基礎上，構建數字化人體解剖教學(xué)系統。
【參考文獻】
［1］ 孫秀偉，閻 麗，李彥鋒. 虛擬現實(shí)技術(shù)(VR)在醫療中的應用展望［J］. 醫療保健器具, 2007, 9(5): 17-20.
［2］ 劉樹(shù)偉，張紹祥，吳得昌，等. 斷層影像解剖學(xué)的現狀與未來(lái)［J］.中國臨床解剖學(xué)雜志, 1997, 15(1):1-3.
［3］ Zhang SX, Heng PA, Liu ZJ, et al. Chinese visible human project［J］. Clin Anat, 2006, 19:204-215.
［4］ 譚立文，李振強，張 偉.解剖學(xué)多媒體網(wǎng)絡(luò )教學(xué)系統的組建［J］. 解剖學(xué)雜志, 2003, 26(2): 200-201. |
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