数字化解剖实验平台在医学整合课程中的应用

刘源劼，龙志敏，曾庆桦，甘胜伟，朱淑娟，汪克建，贺桂琼

(重庆医科大学基础医学院人体解剖学教研室， 重庆400016； △通讯作者)

推动基础与临床融合、鼓励探索开展基于器官/系统的整合式教学，是目前我国深化院校医学教育改革的重要举措[1]。我校自2010年展开以器官系统为中心、基础与临床课程全线整合的探索，从2017年秋季开始对临床医学专业五年制本科学生全面实施以器官系统为中心的临床医学整合课程教学模式，打破以往的以学科为中心的传统三段式(基础课程、临床课程、临床实践)教学模式，将基础学科与临床学科的知识重新组合，构建新的医学课程教育体系，弥补了传统医学教育模式存在的基础与临床脱节、偏离医学工作实际需要等不足。

人体解剖学为器官系统整合课程中的基础医学部分，是研究正常人体器官形态结构和位置毗邻关系的学科，属形态学范畴[2]。人体解剖学由于其学科自身的特点，采用的教学模式通常为小理论大实验，理论讲解和实验操作与观察均在实验室完成。在器官系统整合课程中，人体解剖学均安排在每学期开学后的前六周。随着各年级不同器官系统整合课程的同时开展，实验室和授课教师出现周期性、暂时性紧缺等现象，实验室存在尸体堆积存放、福尔马林超标等问题。此外，学生普遍反映内容多、专业术语多，教学时间偏少，记忆和掌握难度较大等情况。因此，如何解决这些问题，帮助和加深学生对器官形态结构的理解迫在眉睫。

1 数字化解剖操作实验教学平台的构建和特点

随着信息技术的快速发展，医学与信息技术、计算机技术、图像处理技术相互交叉、渗透、融合后，高校教师和技术人员利用人体结构信息，通过计算机建立可视的、可控的、整合了人体结构的数字化系统。数字化虚拟人体将是未来基础医学研究与临床应用的基础，同时也为医学形态学基础教学提供了全新的技术手段[3]。而推进信息技术与医学教育融合也是我国目前深化院校医学教育改革的方向之一。

我校数字化解剖操作平台硬件构成包括87寸多点触控显示屏、高清摄像头、平衡臂式无影灯、多媒体计算机、投影仪、冷藏解剖台和多抽屉大体标本冷藏柜，软件包括中国数字人解剖教学系统、VH Dissector可视化人体解剖学系统和高清录播解剖互动系统。中国数字人解剖教学系统由山东数字人科技股份有限公司开发完成，选用第三军医大学人体断面解剖学课题组的男、女两套完整人体断层图像数据进行三维重建，位置、形态与原始数据一致。VH Dissector可视化人体解剖学软件则包含3D男性人体全身模型和女性腹部模型。

中国数字人和VH Dissector配合多点触控显示屏可实现对三维模型任意角度拖动、360°旋转、平移、缩放、透明度调节、结构隐藏、显示、分离及着色，能够实现仰视、俯视等观察效果。VH Dissector还可通过一水平抛面对人体断面进行划分，拉动抛面选取观察对应的断面[4]。高清录播解剖互动系统结合平衡臂式无影灯的使用，可实现教师在高清摄像头下进行实验讲解或带一组学生对某一局部进行解剖操作时，通过高清录播解剖互动系统以直播的方式将讲解内容同步传输到实验室多点触控显示屏上，使同时上课的其他学生直观细致地观察标本结构或全部操作过程，还可将视频录制成教学影片，供后期学习和复习使用。

为防止人体标本腐败和霉变，标本常采用10%的福尔马林进行防腐处理。福尔马林挥发性很强，对皮肤和黏膜具有强刺激性和伤害性，长期接触福尔马林可导致癌症的发生，世界卫生组织已将其列为1类致癌物质[5]。冷藏解剖台具有数字控温(可在-20 ℃-4 ℃范围内任意设定)、自动升降、兼有实验操作和低温储存等功能。福尔马林在4 ℃左右挥发较慢，冷藏解剖台的使用较好地改善了实验教学的环境，减少了福尔马林对师生健康的影响，保护师生健康。而多抽屉大体标本冷藏柜主要用于教学过程中的标本存放，可有效缓解我校器官系统整合医学教学改革后存在的标本堆积问题。

2 数字化解剖操作实验教学平台的应用体会和思考

我校实施以器官系统为中心、基础与临床全线整合的教学模式改革，将传统教学模式中系统解剖学和局部解剖学的知识点糅合并分配到器官系统整合医学课程(人体概述(一)、呼吸系统疾病、循环系统疾病、泌尿生殖系统疾病、消化系统疾病、运动系统疾病、神经精神系统疾病等)中。学生通过三年时间完成这些课程的学习。系统解剖学和局部解剖学这两门课程原本的系统性和完整性被打破，对学生的知识归纳总结能力提出了更高的要求。中国数字人包括系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学、临床病例、解剖学微课和自主学习六个模块，可为学生提供以学习者为中心的课堂教学形式，便于学生对解剖学知识回顾复习和归纳总结。而VH Dissector除了在实验室使用外，还可在校园各处通过网络登录使用，方便学生在课前预习和课后复习时查询和学习，从而拓宽形态学实践教学的学习路径，从长远来看节省了教学资源，极大提高了教学效率，改善传统的教学弊病，提升教学质量，进一步满足21世纪医学教育对复合性人才、高素质人才培养的要求。

数字化解剖操作实验室的建设充分利用现有场地，添加优质资源和先进技术，将传统的解剖实验课和先进的计算机虚拟仿真技术相结合，促进解剖教育内容、教学手段和方法现代化。解剖学理论教学通常采用PPT以图片和文字的方式来进行。然而图片是二维平面结构，初学者难以通过二维平面结构转换为三维的人体立体形态结构，对结构的理解和掌握存在一定困难。将传统解剖学实验室教学升级为数字化解剖操作实验室后，教师在上课时对结构复杂的器官可在多点触控显示屏上，通过中国数字人和VH Dissector直接呈现三维人体立体形态结构，帮助和加深学生对器官形态结构的理解。学生在标本观察时亦可自行使用数字化解剖操作实验教学平台，将三维结构、断层数据、关键点注释及英文发音紧密关联起来，增强了师生间、学生间的互动能力，提升学生利用现代技术自学能力，充分调动学生的主观能动性，解决尸源不足、直观性差的传统问题，形成虚实结合、各自发挥优势的解剖教学新模式。

数字化解剖操作实验教学平台毕竟不是真实的，无法让学生体会人体结构的真实感，亦无法充分展现一些细微结构的位置关系[6]，因而不能完全取代真实的人体标本观察和解剖操作过程，故教师在实验教学过程中仍需要结合一定的尸体标本进行教学。我校人体解剖学通常采用小班授课的教学方式，每个小班约30名学生。我校原本五年制临床医学本科的系统解剖学为88学时，其中24学时为理论课(6次课)，64学时为实验课(14次课)；局部解剖学为80学时，其中8学时为理论课(2次课)，72学时(15次课)为实验课。实施以器官系统为中心、基础与临床全线整合的教学模式改革后，以观察为主的器官系统整合课程(如人体概述(一)、循环系统疾病、泌尿生殖系统疾病、神经精神系统疾病等)中，游离标本、瓶装标本、模型等尚能满足教学所需，然而以解剖操作为主的器官系统整合课程(如呼吸系统疾病、消化系统疾病和运动系统疾病等课程)则出现了解剖标本与学生人数无法匹配的问题。传统局部解剖学每个小班30余人完成一具大体标本的解剖操作，在局部解剖学的15次实验课中每位学生至少有1次机会作为主刀进行解剖操作。然而，在以解剖操作为主的器官系统整合课程中，最少的仅为2次实验课，最多的也不过为5次实验课，学生在上课前自行选课时所选的各门器官系统课程的小班并不完全一致，因此只能对每门器官系统整合课程进行分组操作。这意味着30余人的小班仅能分成2-5组，存在每次课上多则超过15人围在一起进行某局部的操作，另外15余人围观操作过程的情况。怎样才能在人体标本相对缺乏的情况下，使全班学生既能完成解剖操作，又能及时了解和发现操作过程中的解剖知识呢？87寸多点触控显示屏、高清摄像头和平衡臂式无影灯的使用可以使4-6位学生交替操作，同时上课的其他学生现场观看实况操作录像，直观、细致地观察全部操作过程，不仅锻炼了学生的实践操作能力，而且也提高了教学质量和标本利用率，达到资源共享的目的。

以器官系统为中心、基础与临床课程全线整合的教学模式通过整合与重组，将某个系统的疾病从形态、结构、发生、功能、生理、病理、临床有机串联起来，使学生将学到的知识融会贯通，同时可让学生早期、长期接触临床。因此，以器官系统为中心的医学课程改革是一项具有深远意义的开创性研究[7，8]。数字化实验室是信息技术、计算机技术在实验教学中的具体应用与实现，是传统实验室在时间与空间上的延伸，将虚拟解剖学与传统解剖学教学结合，使之相互补充、相辅相成。数字化解剖操作实验教学平台配合我校以器官系统为中心、基础与临床全线整合的教学模式改革，除了有效地解决了目前存在的问题外，对全面推进教学改革，尤其是解剖学教学模式改革的创新性发展奠定了基础，进一步满足21世纪医学教育对复合性人才、高素质人才培养的要求。