三維數字化模型在人體解剖學教學中的應用

于鵬輝，李 俏，鞠曉軍，陳 峽，伍修宇

（湖南醫藥學院，湖南 懷化 418000）

三維數字化模型在人體解剖學教學中的應用

于鵬輝，李 俏，鞠曉軍，陳 峽，伍修宇*

（湖南醫藥學院，湖南 懷化 418000）

在計算機上建立數字化人體結構的三維模型，并將其應用到人體解剖學教學中，以便清晰地顯示人體的立體層次結構與各器官間的位置及毗鄰關系，彌補采用尸體標本教學的不足，縮短師生接觸甲醛的時間，解決學生課后看不到標本、不方便復習的難題，提高教學效果。

三維模型；數字化；人體解剖學

為適應醫學技術革新需求以及醫學與多個學科交融滲透的大趨勢，數字醫學這一新興學科應運而生，推動了醫學進一步發展。三維數字化模型也稱3D模型，可以展現虛擬的人體器官結構，讓學生更直觀、立體地掌握人體各器官的形態結構、位置及毗鄰關系，彌補人體解剖學傳統教學的不足，提高學生學習主動性、學習效率和教學效果[1～5]。在人體解剖學教學中應用3D模型，能提高教學效果。

1 人體解剖學教學現狀

人體解剖學是研究正常人體形態結構的科學，屬生物科學中的形態學范疇[6]。傳統人體解剖學教學中，教師往往采用傳統教具，如掛圖、模型、尸體標本等，或者借助PPT課件，不能很好地展示各器官形態結構、位置及毗鄰關系，也無法讓學生對立體層次結構進行整體掌握；實驗室的示教模型仿真度不高，無法與真實的人體器官形態完全一致，也無法無差別地展示人體結構，甚至會在學生學習過程中產生錯誤導向；對尸體標本進行解剖操作或觀察實物標本是人體解剖學教學中學生常用的學習方法，但近年來教學尸體標本緊缺，用于實驗課中供學生進行解剖操作和作為教學示范的標本異常缺乏，導致學生無法將理論知識、實際操作和人體各器官結構對應，影響了學習效果。此外，教學所用人體標本大多經甲醛防腐處理，而甲醛具有揮發性、腐蝕性以及極大的刺激性氣味，教師和學生如果長期吸入會對身體健康造成不良影響[7，8]。學生在解剖和觀察尸體標本時，也常因無法忍受甲醛的刺激氣味或內心對尸體存有畏懼心理而不愿接觸尸體標本，在教師示教標本時遠遠地站在一邊甚至早早地離開實驗室，這些因素都不同程度地影響了學生學習興趣和教學質量。

2 三維數字化模型應用于人體解剖學理論教學的優勢

在人體解剖學理論教學中應用三維數字化模型，可以彌補傳統教學存在的不足，提高教學效果以及學生學習興趣和學習主動性，促進學生對所學知識的內化吸收，提高對人體結構的立體認識，使其從三維空間構造層面理解人體器官形態結構、位置及毗鄰關系。三維數字化模型具有以下優勢：（1）可將人體解剖學理論教學中的二維圖片或繪圖轉換為三維立體顯示，學生可根據實際情況任意旋轉、組合與拆分，從不同角度和方位進行觀察，以便更好地建立立體空間，更準確地掌握人體各器官形態結構、位置及毗鄰關系。（2）課后，學生可將三維數字化模型在自備電腦上播放，解決課后看不到標本、不方便復習的難題。（3）三維影像數據是在人體標本基礎上采集的，比教學模型更真實，失真與錯誤率低。（4）與通過錄像來展示人體結構相比，在教學中應用三維數字化模型，學生不再被動地觀看錄像、接受信息，而是主動操作圖像，旋轉變換角度，從不同方位進行觀察，增強學習過程的交互性，從而刺激大腦更好地處理信息，調動學習積極性和主動性，提高學習效果。

總之，在人體解剖學理論教學中應用三維數字化模型，可將抽象枯燥的知識立體、生動地展現給學生，從而提高學生學習效率和學習主動性。

3 三維數字化模型應用于人體解剖學實驗教學的優勢

在人體解剖學教學中，理論教學與實驗教學必須互相結合，相輔相成。但在實驗教學中存在許多問題，影響了教學效果。（1）目前各院校均存在尸源緊缺問題，標本數量無法滿足教學需要，并且無法及時得到補充；教學模型仿真度不高，教學效果不理想；教師通過人體標本和模型等教具演示人體各器官形態結構、位置及毗鄰關系時，學生只能被動觀察、接受信息，動手機會少。運用三維數字化模型進行人體解剖學實驗教學，可以立體、直觀地展示人體各器官形態結構、位置及毗鄰關系，學生通過電腦鼠標操作來旋轉變換圖像角度，更立體、直觀地掌握人體各器官形態結構。（2）在人體解剖學實驗教學中，甲醛的刺激性氣味及毒性一直困擾著廣大醫學教師和學生。借助三維數字化模型，可縮短師生接觸甲醛的時間，減少對身體的傷害。（3）學生在實驗初期由于對人體結構認識不足，往往會在操作中出現切割失誤現象，破壞標本結構，造成嚴重浪費。應用三維數字化模型，可以讓學生及早地對人體結構有一個直觀、清晰的整體認識，打好基礎，從而有效降低這一現象的發生率。

4 在人體解剖學教學中應用三維數字化模型存在的問題

在人體解剖學教學中應用三維數字化模型雖有較大的裨益，但仍存在以下問題：（1）圖像分割技術有待提高，目前的圖像分割技術所能達到的精細度與人眼的識別能力仍有較大差距。因此，需進一步提高圖像分割技術，使之盡量與人的識別機理類似，或者嘗試借助交叉學科來彌補這一不足。（2）計算機圖形學的發展限制了模型展示的真實感，運用三維模型展示人體組織器官時，無法收到百分百的還原效果。（3）在教學中，三維數字化模型的應用仍需與人體標本、影像CT圖片等相結合，互為補充，才能更好地提高教學效果。（4）運用三維數字化模型需耗費大量人力和時間，以做好大量的前期工作。只有足夠細致、精準的三維重建與圖像分割，才能保證三維圖像的質量，尤其是對血管、神經等的分割與重建，工作量更大[9，10]。此外，將三維重建的結構轉換為普通電腦能打開和使用的三維動畫，需要計算機專業技術人員的協助才能完成。

5 結語

三維數字化模型可適用于醫學及醫學相關專業和需要學習人體解剖學課程的學生，它可以展示虛擬的人體器官形態結構，讓學生更直觀、立體地掌握人體各組織器官形態結構、位置及毗鄰關系。三維數字化模型雖然直觀，但與實物仍有差距，無法完全替代尸體標本和模型等實物教具。因此在人體解剖學教學中，三維數字化模型與尸體標本應相互結合，相輔相成，取長補短，更好地為教學服務。

[1]劉明.3D多媒體在人體解剖學教學中的應用[J].解剖學研究，2012，34（2）：147-150.

[2]吳毅，譚立文，羅娜，等.女性盆底三維數字化模型在解剖教學中的應用[J].局解手術學雜志，2014，23（2）：213.

[3]周小兵，向宇燕，謝巍，等.人體血管三維可視化在解剖學教學中的應用[J].解剖學研究，2011，33（5）：397-398.

[4]王勇，杜趙康，張秀君.三維數字化虛擬在人體解剖學教學中的初探[J].四川解剖學雜志，2015，23（1）：54-58.

[5]朱光瓊，劉建，唐謙，等.“數字人”解剖系統在系統解剖學實驗教學中的應用探索[J].四川解剖學雜志，2016，24（1）：40-41.

[6]曹述鐵，劉求梅.人體解剖學[M].北京：世界圖書出版公司，2014.

[7]陸進，陳士文，俞鵬，等.離子保存液對標本防霉效果的觀察分析[J].山西醫科大學學報，2016，47（2）：181-183.

[8]王利英，楊振德.甲醛環境危害研究綜述[J].安徽預防醫學雜志，2006，12（3）：178-181.

[9]彭田紅，張元智，李嚴斌，等.上肢血管與神經的三維重建研究[J].中華手外科雜志，2007，23（3）：180-182.

[10]張毅，劉小林，盧昊，等.周圍神經功能束三維可視化中完整信息的二維全景圖像獲取[J].中華顯微外科雜志，2010，33（4）：319-321.

（*通訊作者：伍修宇）

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：1671-1246（2017）17-0028-02

注：本文系2016年湖南醫藥學院教學改革項目（2016JG18）