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[摘要]利用計算機輔助教學是我國面向21世紀高等教育改革的一項重要模式，它對推動和培養具有獨立思維和創新精神的高素質人才具有重要作用。數字化虛擬人解剖學教學平臺是現代計算機信息技術與醫學等學科相互整合的產物，人體的可視化、虛擬化和可控化，是生命科學與信息科學相結合的前沿性科技產物。它的出現必將對數字化醫學教育改革以及遠程醫學教育的發展產生重大影響。

[關鍵詞]數字化虛擬人；人體解剖學；教學研究；教學改革

數字化虛擬人解剖學教學平臺是應用數字圖像和現代計算機技術，采用CT、MRI斷層掃描等影像學方法獲取人體尸身超薄切削的數據信息，在計算機上構建全數字化、可視化的完整人體三維模型，生動地重現逼真實物圖像、器官組織內部的結構，并模擬各種解剖學和外科學的操作。本文就該平臺的使用情況和積極意義做一闡述，希望能進一步推動數字化虛擬人解剖學教學平臺的推廣。

1數字化虛擬人的歷史

世界上首例數字化虛擬人是1989年美國國立醫學圖書館發起，以提供生物醫學文獻的圖像檢索系統，這項隨之由Colorado大學健康科學中心承擔并實施的人體斷面的二維圖像信息獲取工作被稱為“可視人計劃”（VisibleHumanProject,VHP），即數字化的“解剖人”，它包含一男一女兩組斷層光學照片數據以及CT和MRI斷層掃描圖像、組織切片，男性有1878個橫斷面切片，女性有5190個切片，切片間距分別為1.0mm和0.33mm，1994年11月完成并向世界公布。1999年10月，美國又啟動了橡樹嶺計劃，至2001年美國建立了“數字化人體”，包含數字化虛擬人數據集和輔助數據集、虛擬人體的解剖層次、疾病和綜合癥的臨床基礎信息、相關的醫學知識以及不斷擴展的工具和產品。全世界對美國的可視人體計劃有著非常大的反響，韓國、日本、德國、澳大利亞都效仿過這個可視人體研究。2001年11月，我國科技專家在第174次香山科學會議上重點研討了“中國數字化虛擬人”（VisibleChinaHuman,VCH）。2002年，我國首套男女數字化虛擬人數據由第三軍醫大學張紹祥教授研究采集完畢。目前，我國共有男女各3個數據集被上海、重慶、廣州等地的解剖專家們采集建立。在這些數據集的基礎上，眾多科研、教學、醫療單位共同合作并研發了各種應用軟件，例如由山東易創電子有限公司研發的《中國數字人解剖系統》，采用第三軍醫大學的斷層數據（獲2007年國家科技進步二等獎），經計算機和圖像處理，在電腦屏幕上呈現出由2800多個人體橫斷面切片數據信息（男性人體2300個，女性人體500多個）整合重建出的三維立體虛擬人。

2數字化虛擬人在人體解剖學教學中的應用調查

目前國內醫學院校采用的數字化虛擬人解剖學教學平臺，主要有以下幾種：①杭州醫學院[1]、梧州市衛生學校[2]等引進的單機版《中國數字人解剖系統》。②長春中醫藥大學[3]引進的美國國家醫學圖書館的三維數字化可視人體工程，平臺構建了全數字化的虛擬可視人體三維解剖模型，結構逼真，骨、肌肉、纖維結締組織、血管、神經等結構可形成明顯對比，該平臺還可用于考試系統連接到網站上，考核學生對解剖學知識的掌握程度[4]。③廣州醫科大學[5]采用的“三維虛擬人體解剖展示平臺V2.0”，平臺包含圖像錄入系統和圖像處理系統兩部分，使用NikonD7000單反相機環360度拍攝，取得標本在不同角度的影像，得到球形全景在不同角度上的矩形投影圖或立方圖，通過Jbuilder9.0及Delphi程序開發的圖像處理系統進行拼接加工，得到三維虛擬標本的影像，按解剖各大系統進行分類排列，并配上說明文字，最終實現全方位互動式觀看的真實標本。一般來說，數字化虛擬人解剖實驗室配有1個教師控制平臺，10臺虛擬終端電腦，2組高清攝像頭，2個解剖操作臺，人體血管、神經、肌肉標本若干以及大量模型。數字化虛擬人解剖學教學平臺的特點包括：①提供任意角度和維度的透明人體結構和各器官清晰的位置毗鄰關系，能旋轉、放大、縮小顯示。②具有逼真的連續數字化圖像、鮮明的色彩及清晰的層次，擁有與CT、MRI工作站相同的3D醫學影像重建技術。③界面簡潔，操作簡單，通過鼠標在不同組織、器官和結構上的移動，可顯示出它們的中英文名稱和釋義，能反復多次觀察復雜多樣的組織器官，便于理解和記憶。④操作者可充分發揮想象力，對虛擬人進行體位旋轉和局部拆分，如觀察脊柱時，即可觀察全貌，也可以通過拆分將椎骨獨立出來進行細致的觀察；通過點擊、選擇還可以完成逐層解剖、構建組織與器官，虛擬手術可反復進行，不斷糾錯，熟練操作。⑤設計了很多快捷方便的數字化特效功能，包括分離顯示、輪廓示意、染色、逐層剝離、隨手畫、隱藏等，比如學生可利用畫筆工具標記突出重要的解剖位置，截圖保存，以便隨時瀏覽。⑥提供了大量斷層解剖學、系統解剖學、局部解剖學的教學素材，豐富了教學資源，有效地緩解當前人體解剖標本和尸體來源緊張的現狀。本校在引進數字化虛擬人教學系統后，以問卷調查的形式對200名臨床醫學專業的學生，分別從學習態度、自學能力、團隊協作能力和臨床實踐能力4項內容進行了調研評估。回收的問卷用Excel軟件建立數據庫，發放調查問卷表200份，回收有效問卷200份，回收率100%。整體問卷信度系數Cronbachα＝0.915＞0.8，故可以推斷問卷的內在一致性較高，信度較好。使用SPSS19.0軟件對學生考核成績和調查結果進行統計分析，經調查得出，數字化虛擬人解剖教學平臺得到學生的高度認可。其中學習教科書的時間是否延長，所呈現出來的調查結果是不一定顯著延長，這可能是因為數字化虛擬人教學平臺能夠使學習更容易。

3數字化虛擬人在人體解剖學教學中的優勢和積極意義

傳統的解剖學教學，學習者無法建立清晰的三維圖像，對人體結構的空間位置和形態理解比較抽象，對器官的位置、毗鄰等立體關系了解模糊，容易造成畏難心理。數字化虛擬人解剖系統具有完整性、系統性、層次性、交互性的特點，圖像清晰度和飽和度均優于圖譜，能顯示器官的立體構象，解剖結構可任意角度旋轉，便于轉變視角、多方位觀察，增強學習者的直觀視覺效應和立體思維能力，每個結構都加注了文字說明和關鍵結構標注，有效提高學習者對人體結構的理解和記憶。再者，三維數字化虛擬實驗平臺可有效減少實驗室常規損耗，節省教育經費的投入，還可以共享其他學校相關學科的先進實驗條件，改善醫學院校辦學條件，提高實驗教學水平。數字化虛擬人解剖系統的運用，能更好的引入辯證唯物主義的人體觀，以發展、運動、變化的觀點，來闡明人體形態、結構、功能間的相互關系和矛盾運動的規律，可以更好地幫助學生理解與解釋人體，有利于學生形成正確而穩固的世界觀和方法論[6]。以解剖學常用的肌肉的定點和動點為例，肌肉的定點和動點在一定條件下可以相互置換，如背闊肌起于下6個胸椎和全部腰椎棘突，肌束向外上方，集中止于肱骨小結節下方的骨嵴。其作用是使肱骨內收、旋內和后伸，但是當上肢上舉被固定時，則上提軀干（如引體向上）。再比如肌肉按功能可分為屈肌群和伸肌群，這兩組運動方向完全相反的拮抗肌群在功能上既相互對抗，又相互協調依存。如屈膝關節，經過該關節后方的股屈肌群收縮，伸肌群舒張則限制屈肌群過度收縮，當然這一動作的完成是在神經系統的統一支配下，互相協調又互相配合共同完成的。但是這種變化的、對立又統一的關系是無法用圖譜顯示出來的，而數字化虛擬人的運用則很好的彌補了圖譜的這一缺陷。依托電腦和網絡已成為當代大學生學習的重要手段和接收信息的主要來源方式，數字化虛擬人解剖系統共享到校園網上，學生可以根據自身實際情況調節學習內容，把握學習進度，培養學習興趣和獨立分析和解決問題的能力，學會不斷探索未知的領域，為學生的終身學習鋪墊基礎。

4目前存在的問題和展望

數字化虛擬人是對傳統解剖學教學方法的豐富和補充，實驗室的前期投入價格不菲。該系統信息量巨大，教師須在有限時間內引導學生準確快速的使用軟件，循序漸進地布置學習任務，讓學生自己發現、提出并解決問題，形成一套自律的學習模式。但是數字化虛擬人畢竟是計算機模擬的虛擬人體，缺乏真實的實驗操作情景。因此，在人體解剖學教學過程中必須堅持使用數字化虛擬人解剖學教學平臺的同時保留尸體解剖和標本觀摩，兩者有機結合，取長補短，合理運用先進的教學資源，更好地為解剖學教學服務。此外，數字化虛擬人還可應用于臨床相關手術入路的研究，指導臨床手術，為局部結構定量、定向、定性研究及手術提供準確、可靠的參考信息，在虛擬手術訓練、術前計劃的制定、手術入路的設計、手術方式的選擇、手術操作的模擬中有著重大的應用價值，還能為臨床MRI及PET等影像診斷提供數字形態學依據和解剖對照，為放療方案的設計和數字微創介入治療提供實驗指導，為醫學、生命科學等研究和應用提供基礎與技術支撐。

參考文獻

[1]王征，季華，安國防，等.數字化虛擬人在人體解剖學理實一體教學中的應用.浙江醫學教育，2016，15（5）：8-10.

[2]黃翠微.“數字人”解剖系統在解剖學教學中的應用.大眾科技，2016，18（206）：80-81.

[3]李一帆，楊茂有，尚云龍，等.三維虛擬數字化可視人體在解剖教學中的應用.解剖學研究，2012，34（5）：393-394.

[4]沈雷，何軍，馬勇，等.促進虛擬人體解剖實驗教學效果提高的策略研究.繼續醫學教育，2016，30（1）：75-77.

[5]涂臘根，廖丙修，楊蔭，等.三維虛擬人體展示平臺在高職檢驗醫學技術專業解剖學教學中的應用.國際檢驗醫學雜志，2017，38（2）：281-282.

[6]毛賽，李瑋，趙麗.在解剖學教學中運用一點辯證法.白求恩軍醫學院學報，2010，8（1）：50-51.

作者：萬麗丹；伍洪昊 單位：南昌大學基礎醫學院人體解剖學教研室