三款安卓3D 解剖軟件應用體會及對比分析

王碩林

1 三款安卓3D 解剖軟件的介紹

1.1 維薩里3D 解剖 維薩里3D 解剖是西安維薩里數字科技有限責任公司開發的3D 人體解剖平臺,數據模型準確、精細,包括系統解剖、局部解剖、功能解剖、運動解剖、腧穴解剖、醫用解剖和應用解剖,具有國內最完整的3D 肌肉運動和姿勢庫,系統解剖內僅半數為免費項目,包括全身骨骼系統、全身骨連接、全身肌肉、髖部肌肉起止點、消化系統、呼吸系統、男(女)生殖系統、口腔、食管、心血管系統、淋巴系統、感覺器官、中樞神經系統、周圍神經系統、內分泌系統,基本可以滿足學習需要,VIP 項目包括整體人、運動、動畫展示和局部器官細微結構。維薩里3D 解剖具有豐富的學習模式和拆分模式,可以自由組合器官,點擊器官后有詳細的器官簡介和結構描述,并有試題供強化記憶、專家微課可以學習［1,2］。開機界面見圖1。

圖1 維薩里3D 解剖

1.2 3D body 解剖 3D body 解剖是由上海橋媒信息科技有限公司開發,以真實的人體CT 和磁共振掃描數據為基礎,構建的男女兩套三維數字模型。涵蓋人體所有系統,分為系統解剖、局部解剖、斷層解剖,提供詳細的文字解釋,可以3D 顯示解剖結構,自由放大、縮小、拼接組合、拆解拆分,還可以選擇從0～100 不同的透明度,3D body 解剖還有畫筆、截圖和中英對照等功能,尤其適合醫學生使用。男女解剖屬于免費項目,選擇器官簡捷,文字說明詳細,對于理解器官結構和毗鄰關系非常有幫助［3,4］。開機界面見圖2。

圖2 3D body 解剖

1.3 人體解剖學圖集 人體解剖學圖集是由成都犀池科技有限公司開發的專業交互式3D 醫學解剖軟件,共有29 個欄目可供選擇學習,其中24 項免費,內容全面,包括有舌切面、骨性標志、顱腔底部等特殊解剖部位的呈現,較前兩款軟件詳細［5,6］。選擇想學習的欄目后,即可非常直觀地查看各個部位,具有自由旋轉、無損放大、增減器官等功能,每一個器官都有詳細注釋,包含知識點豐富、分類詳細,并且支持筆記和多語言切換等功能,非常適合早期學習使用,大部分內容免費,界面簡潔無廣告,對學生非常友善。開機界面見圖3。

圖3 人體解剖學圖集

2 三款軟件對6 處代表性解剖結構的顯示效果

2.1 蝶骨 蝶骨細微結構較多,三款解剖軟件的蝶骨建模見圖4～6。從正面觀可見,維薩里3D 解剖與人體解剖學圖集可以清楚顯示蝶骨體及蝶竇位置,而3D body 解剖僅能呈現蝶竇口；從上面觀可見,維薩里3D 解剖、人體解剖學圖集均能清晰呈現鞍結節、前床突等細微結構,而3D body 解剖中骨的凹凸處理粗糙,僅可見垂體窩、后床突、鞍背等較大結構。總體來講,維薩里3D 解剖與人體解剖學圖集的蝶骨建模比3D body 解剖更加細致具體,其中人體解剖學圖集的背景顏色使圖像對比明顯,骨骼的還原度最高。

圖4 維薩里3D 解剖蝶骨建模

圖5 3D body 解剖蝶骨建模

圖6 人體解剖學圖集蝶骨建模

2.2 髖骨 髖骨由幼年時期的髂骨、恥骨、坐骨融合而成,切跡、骨棘、關節面眾多,此處結合解剖軟件學習效果良好。三款解剖軟件的髖骨建模見圖7～9。外面觀中,髂結節作為一個重要的體表標志,在維薩里3D 解剖和3D body 解剖中可清楚顯示,而在人體解剖學圖集中表現不明顯。其余如髂前上、下棘,髂后上、下棘,坐骨大、小切跡,坐骨棘等重要解剖部位,三款軟件均清晰可見,經過旋轉3D 建模后能夠幫助學生理解記憶。三款軟件對髖臼的處理比較粗糙,僅能看出髖臼窩的解剖位置,更加精細處如月狀面、髖臼切跡均有所欠缺。對比內面觀,3D body 解剖中的髖骨顯示比較粗糙,不如其余兩款軟件骨面隆起、凹陷明顯,還原度高。三款軟件均無法清晰分辨恥骨梳、恥骨結節、恥骨嵴、恥骨聯合面這種解剖關系復雜的結構,不如課本顯示清楚［7,8］。

圖7 維薩里3D 解剖髖骨建模

圖8 3D body 解剖髖骨建模

圖9 人體解剖學圖集髖骨建模

2.3 腹前外側群肌 腹前外側群肌包括腹內、外斜肌,腹橫肌和腹直肌,肌肉層次多,結構復雜。此處結合3D 解剖軟件的隱藏透明、單獨顯示功能學習效果顯著。三款解剖軟件對腹前外側群肌的顯示情況見圖10～12。上面是腹肌分層結構截圖。其中維薩里3D 解剖中對于肌肉腱膜的呈現最直觀,但還原度低。維薩里3D解剖和人體解剖學圖集能呈現完整的腹內斜肌腱膜,3D body 解剖在此處做了簡化,但能充分展現腹直肌的走行,相對于其余兩款軟件的完全呈現各有千秋［9,10］。3D body 解剖在肌學學習中最顯著的特點是有肌肉紋理這一單獨選項,效果見圖11,肌肉顏色加深加重,凹凸更加明顯,尤其是在肌纖維走行上呈現最清楚,這是其他兩款軟件無法展示的。

圖10 維薩里3D 解剖

圖11 3D body 解剖

圖12 人體解剖學圖集

2.4 肝 肝是人體最大的腺體和最大的實質性器官,其與周圍的器官、血管有復雜的聯系,鐮狀韌帶、冠狀韌帶、肝圓韌帶都是重要的解剖結構。三款解剖軟件的肝建模見圖12～15。三款軟件的肝圓韌帶、鐮狀韌帶以及冠狀韌帶表現清楚,結合腹腔器官建模可清楚分辨韌帶與相應部位的附著處。同時膽囊位置與形態特征也大致相同,還原度高［11,12］。肝的3D 建模均未能清楚顯示分葉情況,僅能通過靜脈韌帶分辨肝左右葉,難以分辨尾狀葉和方葉的具體位置,同時各處壓跡如胃壓跡、十二指腸壓跡等未能顯示。但是三款軟件通過單獨選取左右葉、方葉、尾狀葉觀察,可以彌補上述不足。

圖13 維薩里3D 解剖肝建模

圖14 3D body 解剖肝建模

2.5 心臟 心臟是脈管系統最先學習的部位,也是全身血液運輸的起始與終點,不僅要掌握心的外形與血管走行,也要了解心房心室的分布與房室瓣、動脈瓣等細微結構。課本上有清楚的說明,但是龐雜的知識點仍需要結合3D 軟件的輔助進行理解記憶［13,14］。三款解剖軟件的心臟建模見圖16～18。

圖17 3D body 解剖心臟建模

圖18 人體解剖學圖集心臟建模

三款軟件中均能清楚展示主動脈、上下腔靜脈、肺動脈及后面兩對肺靜脈走行,心的四溝及溝內走行的動脈顯示準確,膈面中冠狀竇、房室交點均清晰可見,同時通過旋轉3D 建模可以清楚了解心臟的立體結構。3D body 解剖中能同時顯示肺動靜脈,但是左右心耳不如其余兩款解剖軟件清楚,維薩里3D 解剖的3D 模型略顯失真,人體解剖學圖集在心臟的還原度與立體感上為最優。

三款解剖軟件對心臟內部各心房心室的結構有很好的呈現,并可以分層進行隱藏、透明,從而方便觀察到心房及心室的內部構造,如右房室口、右房室瓣,并可以看到右房室瓣為三尖瓣,由三尖瓣環、三尖瓣、乳頭肌及腱索構成。同時心的傳導體系如竇房結、左右束支、房室節在上述三款解剖軟件中也均有涉及。三款解剖軟件均能很好的呈現心臟外面的心包及其與肺、膈的毗鄰關系,但心包竇未能清楚顯示。

2.6 頸總動脈 脈管系統是最復雜的人體結構,幾乎所有大、中動靜脈的位置毗鄰、起始器官以及各種動靜脈之間的融合交通都是學習重點,截選頸總動脈處圖片說明這三款解剖軟件對脈管系統學習的重要作用。見圖19～21。維薩里3D 解剖整體人圖需要付費使用,無法同時顯示面、頸部肌肉與頸總動脈的毗鄰關系。上述三款軟件對于頸總動脈的還原度高,各處分支清楚,在面部的止點、交通和課本一致。同時,三款軟件均可以自由選擇動脈并分段以不同顏色顯示,能清楚分辨每段動脈的具體位置,比課本圖片直觀明確。

圖19 維薩里3D 解剖頸總動脈顯示

圖20 3D body 解剖頸總動脈顯示

圖21 人體解剖學圖集頸總動脈顯示

3 討論

三款3D 解剖軟件均提供了相似的模型建構,具有接近真實的人體解剖結構,血管、神經、肌肉都可以清晰顯示,尤其是對于較為復雜的脈管系統和層次相對容易混淆的器官組織,通過放大縮小、360°旋轉、隱藏透明、單獨選取等方式,可以清楚了解這些器官的立體結構和毗鄰關系,遠遠優于課本上橫斷截面圖或是翻折器官顯示深部結構的圖片。3D 解剖軟件這種構建三維立體模型的方法在復雜解剖結構學習上有明顯優勢,可以幫助醫學生迅速構建人體結構的立體觀,便于記憶。西安交大曾經將74 例醫學本科生隨機分組,實驗組采用3D 解剖軟件和Sandwich 教學法,對照組采用常規教學,結果顯示：實驗組成績和總滿意度均優于對照組,差異具有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 西安交大兩組本科生的成績、滿意度比較［,n(%)］

表1 西安交大兩組本科生的成績、滿意度比較［,n(%)］

注：與對照組比較,aP<0.05

尸體標本組織固化、變性后,脈管系統和神經系統不易區分,多人共用一具尸體,有限的解剖時間內很難做到面面俱到,醫學生只能根據課本內容觀察相應標本,非常不利于理解、學習。同時福爾馬林強烈的刺激氣味,也容易使醫學生產生消極情緒和畏懼心理。3D 解剖軟件以不同顏色標記神經、血管、淋巴管,形象生動的顯示其外形結構和走行位置,克服了傳統解剖課程的缺陷,使醫學生有身臨其境的學習體驗。不需要消耗尸體資源,就可以在虛擬環境中重復做各種體感試驗,加深了對解剖知識的理解和記憶。在將3D解剖軟件引入系統解剖學實踐課程中,超過一半的醫學生認為先實體標本解剖再使用3D 解剖軟件效果更佳［15-20］。

3D 解剖學軟件不能完全替代傳統的課本學習和解剖實踐課程,過分依賴解剖軟件,會淡化醫學生對人體真實器官結構的認識,只有將兩者有機結合,才能發揮各自優勢,解決在系統解剖學學習中的諸多問題,發揮醫學生的主觀能動性,形成虛實結合、交互式的學習方式,養成自主研究、自主探索的學習習慣。