三维仿真技术在眼视光检影验光中的应用

王 磊,边云卓,周 静

（沧州医学高等专科学校,061001）

三维仿真技术在眼视光检影验光中的应用

王 磊,边云卓,周 静

（沧州医学高等专科学校,061001）

检影验光是一种重要的眼视验光法，因其检验操作简单、检验结果客观、准确，较其他检验方法更加实用，因此得到广泛应用。然而传统的眼视光检影验光教学模式主要是教师在光学镜下通过肉眼直视观察，并将观察结果口述教导学生，由于该项教学课程内容比较抽象，导致学生学习兴趣不佳、难以理解，因此目前我国学生的眼视光检影验光学习水平普遍较差。近年来随着我国计算机技术的不断创新与发展，以计算机技术为核心的三维仿真技术的发展与应用为医学眼视光检影验光教学创造了新的发展平台，有效提高了学生的学习兴趣以及教学效率与质量。本文主要结合三维仿真技术的作用谈谈其对于眼视光教学改革的重要性及必要性，分析三维仿真技术在眼视光检影验光教学中的应用，主要从三维仿真模型、虚拟现实技术以及三维动画技术等三个方面进行具体探讨。

眼视光；检影验光；计算机技术；三维仿真技术；应用分析

0 前言

眼视光检影验光是一门内容极为抽象的课程，课程内容包括眼部神经的传导与解剖、胚眼发育、光学原理、斜视检查等等，因此学生学习的难度较大。随着我国计算机技术的不断发展以及眼视光检影验光教学改革的不断深化，各种先进的多媒体教学手段已经被广泛应用于医学教育及教学工作中，不仅可以活跃教学氛围，丰富教学内容，同时可充分调动学生的学习兴趣和教学效率，帮助构建有效的课堂教学。

1 在眼视光检影验光教学中应用三维仿真技术的重要性

传统的眼视光教学模式过于强调对于光路图以及光学原理的理论知识讲解，很少进行实验教学，即使是上实验课，教师也是将自己肉眼观察到的检影图结果口述传导给学生，而学生观察到的检影结果，教师也只能在学生完成实验后再重新进行实验从而判断学生检影结果的准确性。这种教学模式最大的弊端是检影过程无法实现同步示教，检影过程中无法记录图像和动态视频，在教师完成检影后，学生只能凭借自己的主观理解教师的口述结果；学生在完成检影后，教师也无法及时对其检影结果做出评价与指导，从而导致教学效果低下。虽然在计算机技术不断发展的推动下，教师利用了图片、视频及动画等多媒体辅助教学手段，但教学成效并不明显。更为先进的三维仿真技术可实时记录学生及教师实验过程中的动态检影过程，并将视频、图像以及文字等信息同步融入课堂教学过程中，可以将一些比较抽象，无法用语言、文字来形容的教学内容利用三维仿真技术的同步视频进行生动形象的表达示教，为学生营造一个逼真的学习环境，为学生提供一个感性与理性认知相结合的学习平台，这样学生可以更加直观、深刻的理解教学内容，最大限度地激发学生学习兴趣以及求知欲望，有助于实现课堂互动教学，帮助学生攻破学生的重点、难点。

2 三维仿真技术在眼视光检影验光教学中的具体应用分析

2.1 眼视光检影验光教学中应用三维仿真模型分析

眼视光检影验光的教学内容主要涉及到散光成像、研究支配眼外肌的皮质与神经核团之间的关系、斜弱视诊疗眼外肌功能检查以及手术等，这些内容都非常的抽象、难懂，若仅仅依靠传统的平面成像或者简单的二维动画以及实体的三维模型进行演示教学，学生还是无法攻克学习难点，学习效果较差。随着我国科学技术的不断创新与发展，各种检查仪器日新月异，很多视网膜成像及眼前节分析诊断系统中都应用了先进的三维成像技术，较传统的二维动画更加清晰、直观的观察眼部解剖结构的生理及病理特征。比如在活体眼组织显微镜结构的光学相干断层成像（OCT）中可利用非接触式的三维断层成像技术对眼前节以及视网膜进行三维成像；在眼前节分析诊断系统中可利用Scheimpflug照相机来得到关于眼前节结构的三维图像以及数据信息；可利用超声生物显微镜以及计算机的图像处理技术可构建眼部睫状体以及眼部房角的三维成像模型。谭珂等应用3D-Doctor软件，重建了4条直肌和眼眶壁以及眼球和直肌滑车系统的三维立体模型，更加直观的显示出人眼直肌滑车的生理结构，为临床医生以及学生的学习提供了便利。国外研究人员Sponsel WE等，正在努力研究设计出一种可视化视网膜的交互式三维成像虚拟现实环境，为临床医生与学生了解眼球解剖及其病理、生理提供了新的互动、直观式的学习模式。

2.2 眼视光检影验光教学中应用虚拟现实技术分析

在我国科学技术不断进步与创新的背景趋势下，眼部疾病患者对于眼科手术的操作要求也越来越高，因此对于眼科手术操作者的专业知识以及临床实践操作能力也有了更高、更加严格的要求，为了适应新形势下发展的需求和要求，加强眼科手术的教育与培训具有极其重要的现实意义。随着三维仿真技术的发展，眼科手术虚拟器已经成为临床教育与培训的重要辅助手段，手术虚拟器的虚拟现实技术可以借用计算机功能为培训的医生创建一个多感知的虚拟三维仿真环境，可以让培训医生感觉像在真实的手术环境中进行操作。同时在实际应用过程中，首先可以利用虚拟器对一些新的眼科仪器以及手术操作进行验证，以便及时发现问题进行完善和改进，可以大大促进新技术的研发进度，并提高患者应用新技术的安全性。

在实际的眼科教学过程中，教师可以利用虚拟现实技术为学生营造一个逼真、生动的模拟真实手术环境，从而提高教学效率及质量，于哲等通过对眼科虚拟现实手术模拟系统（EYESI）的多中心研究，结果证实利用三维仿真技术的虚拟现实技术创建的模拟现实平台可作为有效的培训辅助以及教学考核手段；李跃明等，利用三维仿真技术的虚拟现实技术创建的眼科白内障手术环境，成功的研究出首次具有触觉反馈功能的手术模拟系统。虚拟现实技术的应用效果显著，但由于人眼本身生理结构的特殊性，加上科学技术仍存在一定的局限性，利用虚拟现实技术尚不能精确的模拟真实的人眼结构，尤其是对于一些比较精细的组织结构，完全模拟有很大的难度，比如眼部血管、神经及其每个组成部分的空间位置等。

2.3 眼视光检影验光教学中应用三维动画技术的具体分析

近年来很多教师都为了提高教学效率及教学质量，都根据自己的教学需要借用先进的计算机技术来编写应用程序，通过多媒体生动、形象的动态画面都向学生演示疾病知识，使学生更加直观的理解疾病知识。但是这些简单的动画并没有在眼球光学成像、斜弱视三级视力功能检查以及眼部结构解剖等极其抽象、难以理解的课程教学中达到提高教学效果的目的。先进的三维动画技术可以更好的展示物体位置以及人物动作的变化过程进行实时跟踪记录，同时可以利用精巧的三维仿真动画技术持续生动、形象的演示视角的变化，给学生更加深刻、全面的记忆冲击。目前MAX、3D以及Maya三种三维动画制作软件比较常见，其中前两种最为普遍，在眼睛光学、医学验光教学中，可利用三维软件中的渲染技术进行模拟真实的光线追踪进行三维动态可视化展示。对于斜弱视三级视力功能检查一直是教学的重难点，可应用三维软件构建眼外肌及眼球的三维模型，通过观察不同的视角制作出每条眼外肌跟随眼位转动时各种动画，从而帮助学生更加深入的理解眼部的解剖结构以及生理功能。

三维仿真技术是一种有效的教学辅助工具，其具有的三维仿真模型、虚拟现实技术以及三维动画技术可有效改善传统教学方法，提高学生的学习兴趣和主观能动性，提高教学效率及教学质量。

[1] 李跃明，孙辉红，曹代荣，等．医学影像学数字化多媒体教学改革的优缺点及教学体会[J]．中医药管理杂志，2011，17(7)：627—628．

[2] 于哲，马保安，周勇，等．计算机三维动画技术在创伤骨科教学课件中的府用及优势．中国医学教育技术，2012，26：32—34．

[3] 谭珂，潘新华，蔡守旺，等．三维立体显示技术在肝脏手术仿真训练系统中的应用[J]．中国医学教育技术，2011，25(5)：522—525

王磊，（1980—），女，河北沧州人，主治医师，本科，研究方向：眼视光实验教学

Application of 3D simulation technology in optometry optometry in

Wang Lei,Bian Yunzhuo,Zhou Jing
(Cangzhou medical college,061001)

Check the shadow it is a kind of important eye optometry,for its inspection operation is simple,objective and accurate test results,more practical than other test methods,so widely used.But the eyes of the traditional optical inspection shadow optometry teaching mode is mainly teachers through direct observation,to the naked eye under optical lens and observations of oral teaching students,because the teaching curriculum content is abstract,lead to poor students'learning interest and difficult to understand,so at present,the students' level of eye optical inspection shadow optometry learning is generally poor.In recent years,along with the constant innovation and development of computer technology, computer technology as the core of the development and application of three-dimensional simulation technology for medical eye light shadow optometry teaching has created a new development platform, effectively improve the students'interest in learning and teaching efficiency and quality.This paper combined with the role of three-dimensional simulation technology about its importance and necessity of teaching reform for eye optical,analysis of three-dimensional simulation technology in eye shadow optometry teaching the application of optical detector,mainly from the 3 d simulation model,virtual reality technology and the three dimensional animation technology such as concrete,this paper discusses three aspects.

eyes see light;Inspection shadow optometry;Computer technology;3d simulation technology; Application analysis