基于神经解剖3D动画技术的研究与应用

曾超胜,刘姝,李鹏翔,周经霞,闫丽敏,陈聪,陈琳,陈敏,邢槐杰

基金项目：2019年度海南省高等学校教育教学改革研究重点项目（编号：Hnjg2019ZD-20）

摘要：在社会发展的今天,传统的医学教学方式已经无法适应当今社会对专业知识的需要,随着计算机科学的迅速发展以及视听科技在计算机领域中的广泛应用,初代PPT平面式教材也逐步发展完善和普及,但PPT平面教学在临床本科课中的缺陷也逐步展露,神经系统是在解剖学课中比较不易掌握和记忆的内容,特别是对其内部结构还没有立体直观的标本加以观测地认,进一步加大了掌握的困难。根据以上情况,我们利用计算机技术并整合了医学知识,创新医学教材系统,使医学多媒体教材更具有3D立体化,提高了医学教育效率,增进了学生对所学知识点的掌握,使教学更具有生动性和创新性。

关键词：神经解剖；3D动画技术；应用价值

引言

解剖学属生物学中的形态学范畴,是描述正常人体器官形体构造的基本科学知识,是现代医学最重要的支柱学科之一。清代名医王清任就曾说过:"著书未知脏腑,岂不是痴人说梦;看病未知脏腑,无异于盲子夜行。"掌握身体解剖学的主要目的,就意味着了解并熟悉有关身体外形构造的知识,为掌握一些基本医学和临床医学课题,提供了必备的知识。而内脏构造是身体解剖学教材中最难掌握和理解记忆的部分,教学内容也相对枯燥,其内在的纤维连接和信息传递通道要求使用者发挥立体的思考能力,在脑海中随时勾勒出内脏不同部位的位置构造和相互邻近关联。为培养学生对掌握神经系统解剖的浓厚兴趣,从而减轻抵触与恐慌心态,并使学生更好地理解和掌握该体系的重点内涵,除运用了传统的教学方式与技术手段之外,对多媒体3D教材的使用也发挥了良好的辅助效果。

1神经系统解剖学的教学现状与分析

    神经系统解剖学是医学各专科学生的必修课或基本科目,由于生僻字和专业名词较多,学生一般反映为不易掌握和记忆。在各个版本教材的章节设置上,周围神经系统一般都是最后的重要组成部分,但由于其对人体其他方面也有着控制和调节的作用,其知识涉及面也较广,所以学生在教学实践中不要孤立片面的认识,也要融会贯通、比较掌握。周围神经的很多构造特征都可借助对标本的观察地认来加深认识掌握,所以学生了解的困难程度不大;在中枢神经系统中,大脑和脊髓的形态构造虽然都能够借助模拟和标本的认识易于掌握,但其内核团和纤维联系方面却没有形成统一的标本能够使学习者更直接的去认识其定位、毗邻、走行等特征,可以借助简单的模拟和动画仿真的辅助教育方法来补充不足,所以这些知识点已经成为学习者所反映的知识点和试题的易失分点。

2 3D动画技术在神经系统解剖应用的优势与成效

3D技术是现阶段一门新兴的数据处理与传输手段,它把表达某项目内容的声音、像、图形、文字、动画、影像等数据组成网状结构,按照指令整合而生动的表达出用户所要求的内容。多媒体技术3D软件能够将传统的教学方式与3D仿真技术相结合,通过图片提取、图片预处理、图片切割、多媒体技术3D软件能够将传统的教学方式与3D仿真技术相结合,通过图片提取、图片预处理、图片切割、三维重建等方法建立三维空间模式,同时通过3D画图软件能够把人体内的中枢神经系统和周边神经系统按比例加以缩小,可采用静止或移动的方法立体显示身体各结构的距离、结构、毗邻关系和神经通路的传递过程等信息。例如:在讲解脑嵴髓液循环过程,教师可以先把四个颅室在各个脑区的具体位置逐个展开显示,并借助在各个方位的旋转考察其形态构造的整体性,进而借助动态模拟脉路组织和脉路丛结构怎样形成的脑脊液,从而介绍其功用原理以及有关临床常识等,采用这种教学方法,学习者在课堂上就可以记住了这一知识点。

这种三维或立体结构图有很大的直观性,不但减轻了学生的学习困难,使其认识更为深入,同时也开拓了老师的讲课思路,大大提高了学生对知识的主动性,有助于进一步提高解剖学质量。近年来,多种3DboDy软件也相继推出,并被不少学校运用于解剖学理论与实验课程,并获得了相当的成功。不光有电脑版,还有手机版本,3D教材的使用也日益普遍,它不但突破了传统课堂和实验室等教学场所的限制,而且减少了对课堂教学资源的制约,还能够使学习者能够及时随地练习,从而更好地调动其课堂教学主观能动性,并合理支配自身的课堂教学时间性。

我们应用神经系统解剖3D技术，由于其神经系统解剖三维重建,视图直观,因而受到了广大同学的肯定与青睐,课堂气氛也更加活泼,他们的学习积极性也得到了较大提升。

3 3D动画技术在神经系统解剖应用的弊端与展望

由于中国经济社会的发展和信息的进步,医学教育技术也日新月异,而神经解剖学课堂亦不例外,由最初的黑板加粉笔到挂图伴模型教学,再到最近十几年来的多媒体辅助教学软件的普遍应用,神经解剖学课堂效率有了明显的提升,而多媒体3D视频教学在神经解剖学中的使用优势也越来越明显。它不但能够适应各专业的对学习知识的各种要求,而且能够丰富学生的课外阅读知识,减少教学内容和学知识的部分冲突,缓解了学生的知识负担,而且能够缩短教师在剖检实验教学中接触福尔马林的时间,减少不良实验室条件对人体的伤害性影响。

尽管多媒体3D视频的应用有着其他诸多的优点和效果,但不要过于信赖这些教学模式和方法。因为它是经过必要的数据收集和数字合成后绘制的三维模型,既无法表现出个体差异,也无法充分表现出身体一些结构的微细特征,而且由于人大脑表面的沟回变异度较大,周围神经的走行与分支位置也具有较大的不同,所以还必须从实物标本上加以了解点认,才能比较确切掌握人身体中最实际的秘密。还必须努力做到"虚实结合、互相补充",将各种方法结合使用,才能比较切实达到使学习者扎扎实实的掌握人身体解剖学的基本知识,从而打下更加扎实的思想根基。

虚拟现实信息技术(VirtualRealitySystem,VR)是近年来兴起的图形像素应用领域的高新科技,它运用计算机仿真生成一种三度空间的虚幻世界,实现用户对于视野、听力、触觉等感受的仿真,让用户如同身历其境一样,能够适时、毫无局限地观看三度空间内的事情。这项信息技术现已被应用许多各行各业,当中包含医疗高等教育,其前景巨大。由于人们认识的进步,电子科技的飞跃发展,将诞生出更多的科学技术产物,高等教育方式也将越来越多样化,教育资源越来越丰厚,解剖学高等教育的课堂有效性将会提高,从而造就出更多优良的医疗后备人才,更好的为人体保健服务。

4 结语

3D动画技术运用电脑建模生成了一种三度空间的虚幻社会,能够进行对使用者有关视野、听力、触觉等情感能力的模仿,使他们犹如身历其境一样,能够适时、毫无阻碍地看到三度空间里的东西。这项技术现已被广泛应用于许多产业,当中包含医疗教学培训等,且前景良好可观。

参考文献

[1]曾超胜, 刘姝, 李鹏翔,等. 3D动画技术在神经解剖教学研究中的应用[J]. 解剖学研究, 2021, 43(6):650-653.

[2]罗贤臣, 尚成浩, 潘晶雪,等. 多媒体3D课件在神经系统解剖学中的应用与研究[J]. 医学理论与实践, 2017, 30(19):2962-2963.