《功能解剖学》教学实践结合应用虚拟可视化技术的探索

杨春 张业辉 郭金华 张剑凯 崔晓军 杜以宽

《功能解剖学》是一门整合医学，伴随医学教育不断发展、完善的结果。通常把理论和方法讲授作为《功能解剖学》教学方法的基础，其关键是教会学生通过观察和触摸等方法来处理康复治疗科的常见病，这样可以更好地认识机体，从而为推进医学理论、临床实践而服务，进一步灵活应用所学的视触动量于临床常见病，强化学生对知识的理解。3D仿真重建、虚拟可视化动态互动式解剖学软件等是结合传统的医学与现代高科技技术的产物，其广泛应用可推进教学方法的创新与教学模式的改革。运用3D仿真重建、虚拟可视化等人体解剖学软件于《功能解剖学》授课中，不仅可以丰富教师的教学形式内容，还提高了学生的学习兴趣。

1 《功能解剖学》与数字化虚拟可视化技术

通常将两种或两种以上学科内容融合为一个整体称之为整合课程，通过整合来实现学科知识之间的融通，可进一步提升课程综合应用能力。当前课程改革的主要途径是课程整合及教学手段多样化的运用，人体结构功能学课程是医学教学改革过程中出现的一门较为经典的整合课程，通过运用3D仿真重建、虚拟可视化等人体解剖学软件既可以丰富此门课程的教学形式、内容，又可以提高学生的学习兴趣，从而为加强教学效果奠定了基础[1]。

《功能解剖学》是人体解剖学的一个分支学科，是在系统解剖学的基础上，侧重于研究人体某一局部的层次结构以及血管、神经、肌肉和器官之间的位置和毗邻关系[2]。本课程是医学生在学习外科学、康复治疗学等课程之前必须要学习的一门重要专业基础课，是联系基础医学和临床医学的桥梁课程，旨在培养学生对人体局部的层次结构特点和各器官、血管、神经之间的位置及毗邻关系的认识能力，为临床学习运用奠定坚实的基础。

解剖学学习的一个重要原则即为掌握概念和名词，但往往由于人体组织结构多、名词概念多，导致学生记忆理解困难。同时，传统解剖学课堂教学形式单一，学生被动接受知识，内容枯燥且乏味，同时缺乏互动性，因此学生学习热情、兴趣都不高，严重降低教学效果。以上原因是当前大多数的医学初学者认为解剖学的“难学”“难记”等的重要原因之一。随着科技的不断进步与发展，多媒体技术也广泛应用于解剖学教学，通过运用多种软件，可进行文字、图片、声音、动画和视频等多种信息的编辑，通过幻灯片放映等更直观的方式向学生传递知识信息，从而将枯燥乏味的内容形象化、具体化，在极大的程度上弥补传统教学单纯讲授的不足[3]。但课堂教学中依然存在图片、动画和视频等等不能解决的立体感缺乏等问题。人体结构是三维的、立体的，在学习人体器官结构、层次形态以及相互间的位置、毗邻关系均需要极强的立体感。传统的解剖教学过程中要求引导学生通过抽象的平面及断层图形等来构想各个层次、器官之间的立体结构和位置以及毗邻等空间的关系，往往事倍功半，师生都费神费力。因此当前的传统模式教学已不能满足教学的需要，这就要求教师有所变革，通过在教学中的不断寻找、更新教学方法、手段，进而提高解剖的教学质量，从而激发学生的学习积极性和兴趣[4]。

由于科学技术的发展，人类社会的数字化时代已经来临，数字化技术在医学教育中得以广泛应用[5-6]。目前以人体的计算机断层扫描/磁共振扫描（CT/MRI）数据为基础，运用三维重建技术重建人体的主要器官和所有系统，整合成一个完整的数字化标本，已是可视化人体解剖学软件的技术支撑，从而形成了高精度的三维动态互动式学习软件APP，如3D body等。上海桥媒信息科技有限公司为师生免费提供的3D body APP软件，使用时无需网络连接即可使用。它不是传统图片的拼接，而是完全基于三维数字模型的重建，人体标本可于360°内任意角度旋转，高度立体、直观。APP还可以将单个想要观察的结构独立展示，软件中提供有5 000多个解剖结构，而且任何的结构均可通过显示、隐藏、透明等操作显示，同时可以随意的放大、缩小和平移，随时高度清晰、立体地展现所需视角，从而实现近距离观察细节。用指触划每处结构，都会自动显示出该结构的名称，而且都配有中英文对照及详细的文字注释，或图片、动画等说明，而想要查看的结构也均可快速找到，便于学生预习、复习[7]。课堂上，利用每位学生随身携带的智能手机打开APP即可教学，操作简单，应用方便灵活，且无需电脑、平板等专门设备，节约教学成本。手机3D bodyAPP为师生提供了极大的便利。

如前所述，目前多媒体教学依然存在图片、动画和视频等二维平面结构，不能形象直观地展示立体层次和位置、毗邻等空间关系。对医学初学者而言，很难通过利用抽象的思维，来建立起各器官、系统之间的立体层次以及空间结构。而各类3D仿真重建、虚拟可视化的动态互动学习式APP软件，可在教学时更清楚地展示各系统、器官和组织的位置以及毗邻关系，从而有助于在理论学习时的医学初学者及时理解掌握人体的结构，再进一步的结合实体标本操作观察，来提高学习的效率，减少了资源浪费[8]。三维数字化模型的可视化动态互动式教学与传统功能解剖学教学两者结合，旨在获得学习效率和教学成效的最大化。

2 虚拟可视化软件教学在《功能解剖学》中的应用

2.1 3D可视化解剖学软件在《功能解剖学》理论课中的应用

《功能解剖学》教学内容相对繁多，而传统教学手段、方法已经很难满足目前教学的需要。掌握正常的人体结构是本门课程的重要内容，要求对器官、系统以及立体层次的形态和位置、毗邻等的空间关系准确深入的记忆、理解，这将直接影响其对功能的理解[9]。而医学初学者常感到知识的抽象、晦涩、难懂。通过运用3D仿真重建、虚拟可视化等动态互动解剖软件，可自主设计相应的三维模型用于课程辅助教学，教师可以在尽短的时间内对所示结构讲述清楚，学生也能够尽快理解相应的结构位置、掌握空间定位，能够为后续的功能学习打下坚实的基础[4]：如躯干肌的分步和分层概况、臂丛的组成及其位置毗邻关系，脊神经的毗邻及其分支等。一方面可清楚描述组织、器官的形态与空间位置，另一方面又能明确其功能以及发病的原理，通过立体、可视化的动态互动式教学提高了学生的乐趣，极好地调动其学习积极性，不仅能直观清晰展示各器官、层次的形态与空间结构、毗邻，又可进一步阐述其功能及发病机制[10]。

2.2 3D可视化解剖学软件在《功能解剖学》实验课中的应用

课程整合后，会减少《功能解剖学》的实验课时。《人体解剖学》课程是《功能解剖学》的基础，在教学中占有很大的比重。作为理论课的补充，学生可以在实验课上通过观察、操作人体标本，进一步完善对各器官、各系统的立体层次的形态学认识以及位置、毗邻等空间结构关系的理解。整合课程前因实验课的学时较多，故有较充足的时间学习，课上可基本完成对知识的掌握。传统的实验课教学模式是学生先自主的观察实验标本，而后再由教师统一讲解；随后学生再更有针对性地自主观察，教师则通过巡视实验室来答疑。整合课程以后的学时数不能满足以上这种模式的教学需求，学生需要更加充分地利用课余的时间来学习，但这样的操作往往会受到不同标本实验室条件的限制，通过运用3D仿真重建、虚拟可视化等解剖软件可以在很大程度上解决这一矛盾[11]。此类人体解剖学学习软件是基于智能操作，学生不仅可单独的某个器官、局部的三维形态、空间结构进行观察，还能够对解剖操作的过程进行模拟。教师通过简单介绍软件以后，学生便可在课余登录学校局域网进行操作，甚至无需网络连接也可进行操作，这样可以有针对性地强化学生自己知识薄弱的环节。通过有效的进行人机交互，学生不仅可以解决学习中遇到的问题，还能提高其探索、解决学习中的问题的能力。在尸源标本短缺已成为限制国内外人体解剖学教学发展的瓶颈的情况下，三维立体、虚拟可视化动态互动式人体解剖学软件应用到非医学主干类专业的教学中，不仅可在一定程度上节约教学标本，而且还可提升教学效果[12]。

在医学本科教育阶段，在功能解剖学教学过程中引入数字化教学，探索3D仿真重建、虚拟可视化软件在功能解剖学教学中的作用，符合现有的课程设置和学生需求，且与建设特色专业，培养创新型人才的教学理念一致。现代高新科技的发展，推动了教师教学方法变革，唯有不断的发现、创造新的教学手段及方法，才能够充分的调动学生学习的积极性，激发其学习兴趣，最终获取满意的教学效果[13]。