動漫在醫學中的應用

摘要：動漫可以逼真的呈現現實世界的事物，它已經被廣泛地應用于諸多領域，特別是在醫學領域。介紹了動漫技術在基礎醫學、臨床醫學等方面的應用，并展望了動漫技術在醫學中的應用前景。

關鍵詞：動漫；醫學；應用

中圖分類號：TP37文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)22-792-02

The Application of Animation in Medicine

TANG Zhong

(Computer Network Staff Room in Guangxi Medical University，Nanning 530021，China)

Abstract: The objects of the real world can be vivid displayed by animation， which can be applied in many fields， especially in medicine. In this paper the application of the animation in basic medicine， clinical medicine and so on were introduced， and its further promising development is prospected.

Key words: animation; medicine; application

1 引言

動漫是計算機技術、多媒體技術和圖像處理技術相結合的產物，動漫中的3D動漫是近年來產生的一種新興技術。3D動漫首先在計算機中建立一個虛擬的世界，設計師在這個虛擬的三維世界中按照要表現的對象的形狀尺寸建立模型以及場景，再根據要求設定模型的運動軌跡、虛擬攝影機的運動和其它動漫參數，最后按要求為模型賦上特定的材質，并打上燈光。當這一切完成后就可以讓計算機自動運算，生成最后的畫面。

動漫能夠不受時間、空間、宏觀、微觀的限制，直觀的將真實世界中的各種事物、現象甚至動作行為用動態圖像的形態呈現出來。由于其具有效果逼真、圖像細膩、無損放大等諸多優點，目前被廣泛應用于娛樂界、機械制造、建筑領域、軍事和醫學等諸多領域。在醫學方面，動漫可為醫學研究、教學和臨床提供形象而逼真的模型，為疾病診斷和新醫療手段的開發提供參考。

2 動漫在醫學中的應用

2.1 在基礎醫學中的應用

醫學各分支學科中普遍存在的抽象性和微觀性等特點，一直是醫學教育中的重點和難點。而動漫技術在醫學教育上改變了傳統的表現手法，將肉眼無法看見、攝像機無法拍攝的人體內部世界、細胞的微觀世界生動、簡單地呈現在大家面前，使醫學教育空前的高效和完善。

成都醫學院教育技術中心利用3DMAX和Poser兩種軟件共同制作了分娩的全程動漫課件，畫面上拋開了一切干擾視線的因素，只出現骨盆和胎兒，重點突出、主題鮮明地進行教學，解決了傳統分娩機制教學呈現方式不直觀、學生理解困難等難題。美國國立衛生研究院投資7百萬美元，由紐約州的羅徹斯特大學及其技術學院的機械工程師、計算機專家和心臟病學專家們共同合作，利用3D動漫技術和虛擬成像技術建立了一個人體心臟發育過程的三維立體計算機模型，以實時顯示細胞生物和機械動力對單個心臟細胞的影響。這樣可以幫助醫生了解、探索糾正心臟缺陷的方法。從1985 年開始，美國采用CT 和核磁共振方法對男女人體結構進行了細致的系統掃描，通過三維重建的算法，將圖像創建生成冠狀面和矢狀面，構成人體3D動漫，使活生生的人體顯示在計算機上，可以旋轉、剖切，真地重現人體的解剖面，同時提供斷層掃描、核磁共振和放射影像、核醫學方面的資料圖片等。德國漢堡Eppendorf大學醫學院醫學數學和數據處理研究所甚至利用基于動漫等多種技術發展起來的虛擬現實技術建立了一個“虛擬人”，學員可以任意選擇觀察視點，可以做內窺鏡觀察和立體觀察；可以任意模擬解剖、手術和穿刺；模擬放射成像；得到任意器官和組織的名稱、類型、描述以及結構等解剖信息；還可以測量器官或組織間的距離。另外，還可以將人體各器官的解剖、生理學、病理學的數學模型存在一個數據庫中，在動漫中有意識地顯示某些細節，學員可以將病人的各種病變部位分開或合在一起觀察病變情況。可以說動漫為醫學的研究和教育提供了一個新的視角，并提供了良好的條件。

2.2 在臨床醫學中的應用

2.2.1 模擬手術

傳統的手術訓練一般是采用現場觀察和操作以及動物實驗等方法進行的， 這些方法都存在著一些缺點， 如不能重復進行、耗費巨大、可能會給操作對象帶來一定程度的傷害等。而日益復雜的外科技術(尤其是微型介入外科技術) 又要求外科醫生的手術技能日益精湛，因此由3D動漫技術和虛擬現實技術相結合而產生的模擬手術應運而生。在術前，利用由CT、B超等手段獲得三維影像數據，通過虛擬成像和動漫技術構造出一個三維虛擬的手術環境。該虛擬的手術環境可以讓訓練者使用虛擬的手術器械進行手術操作的訓練，讓外科醫生在術前身臨其境般真實地將整個手術過程按照預定的手術方案“預演”一遍，然后對模擬手術獲得的數據加以分析，從而從中找出預定手術方案的不足可以加以改善，并可以提高醫生的手術技能和確保實際手術中更高的安全性。

2.2.2 遠程手術

遠程手術誕生于美國的NASA，其最初目的是能夠讓醫生在一個地球基站對太空中的宇航員進行手術。它可以作為一種遠距離的醫療干預方法或是在本地醫療基礎設施不足的情況下的應急措施。

此種手術是一種基于3D動漫技術的虛擬現實手術，醫生只需對虛擬病人進行手術操作，通過網絡將醫生的動作傳送到網絡另一端的手術機器人，由機器人對病人實施手術，手術實施的情況反饋到監測器上，與虛擬的病人相比，以便醫生實時掌握手術的情況，并發出手術的指令，遠程控制手術的操作，也可以將手術的部位放大或縮小，對病人實施細微或顯微手術。

最小侵入性手術是遠程手術的一種，它針對病人某一部位而進行的一項特殊的皮下手術，它可使病人的皮膚、肌肉以及周圍的組織和器官受損傷最小。內窺鏡手術是一種重要的最小侵入式手術，3D動漫技術和虛擬現實技術的對這一類外科技術提供了很有價值的方法。奧地利維也納大學的一個研究小組成員勒內·文茨爾博士在接受英國的《柳葉刀》雜志采訪時說：通過將3D動漫和虛擬現實技術相結合，外科醫生們可以看到三維的人體內部器官。他指出：這兩項技術的結合可以提高外科醫生的技巧，能獲得好一些的定位，并且使手術工具的動作更精確。

從1992年底，新加坡國立中央醫院就開始了為病人進行遙控手術，其中有一名患者通過此種手術方式切除了左腦腫瘤。整個手術從準備到完畢僅用了5小時，手術非常成功，手術后一周出院。

2.2.3 定制治療計劃

動漫也可以利用CT等圖像數據和各種成像模型，對病人的病變部位進行三維重建，然后計算病情的各種特征參數， 根據此參數來確定治療計劃。例如：利用動漫對高度不規則腫瘤制定精確的三維立體放療計劃，提供接近腫瘤真實形狀的真正適形治療，目的在于使治療腫瘤所使用的放射線劑量盡可能地與殺傷腫瘤細胞所需的劑量相匹配， 以減小周圍健康組織的不良反應。它不僅對放射治療的計劃設計和照射質量的提高有明顯作用，而且將顯著提高在某些腫瘤的控制率和病人的生存率。

2.3 在其他醫學中的應用

由于動漫技術能夠利用計算機再現各種現實世界中存在或不存在的事物，所以這一技術也可以運用于精神疾病的治療中。Hoffman HG等人發表了一則報告， 動漫可以對青春期燒傷患者減輕病痛， 報告指出動漫技術是一種獨特的吸引注意力的方法， 它能最大的限度的將患者的注意力從現實世界中拉回來，從而減輕患者的病痛。報告還指出動漫作為減輕病痛的一種方法， 極具潛力。Riva G 等運用動漫和虛擬現實技術，采用短期的、綜合的、面向患者的經驗認知療法(experiential cognitive therapy， ECT ) 治療厭食癥取得了較好的療效。另外還有利用動漫技術用于恐高癥的治療的報道。

3 結論

計算機技術、多媒體技術、圖像處理技術和醫學影像技術的飛速發展，促成了動漫在醫學上的廣泛應用。目前，動漫技術最有前途的應用是醫學教育和培訓，它能逼真、準確地呈現現實世界的對象，包括微觀世界，從而克服了傳統學習和訓練方法抽象、理解困難等缺點，學員可以迅速掌握知識，提高技術水平。但是和許多高新技術可發展一樣，動漫技術的發展和應用也將帶來許多新的不可預知的問題，而所有這些問題對我們人類的智慧都將是新的挑戰。我們可以期望在不久的將來，動漫技術能為我們人類提供更高度逼真的視覺、聽覺、觸覺甚至嗅覺等體驗，是其自身更加智能化，可以預見，動漫技術在醫學中更廣泛、更深入的應用，將會給傳統醫學帶來革命性的變化。

參考文獻：

[1] 江澍，陳菁.多媒體在醫學形態教學中的優勢[J].解剖科學進展，2001，7(3): 251-252.

[2] 陳俊，李健.從《分娩機制》的制作看三維動畫在醫學教育中的應用[J].中國醫學教育技術，2005，19（4）: 294-296

[3] 郭凡，王儀生，，李炎秋，等． CT 仿真支氣管內窺鏡的臨床應用研究[J] ．中華放射學雜志，1999，33 (1) : 16-19

[4] 劉聚卑. 虛擬現實在醫學上的應用[J] . 北京生物醫學工程， 2000 ，19 (1) :47-54.

[5] 李子豐， 慕容居敏. 虛擬現實技術對現代醫學的影響[J] . 醫學信息， 2000 ，13 (10) :516-517.

[6] Riva G， Bacchetta M， Baruffi M. et al. Experiential cognitive therapy in anorexia nervosa[J]. Eat Weight Disord， 1998， 3 (3) : 141-150.