可视化数字人体
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数字化虚拟人解剖学教学平台的应用现状万丽丹;伍洪昊【摘要】利用计算机辅助教学是我国面向21世纪高等教育改革的一项重要模式,它对推动和培养具有独立思维和创新精神的高素质人才具有重要作用.数字化虚拟人解剖学教学平台是现代计算机信息技术与医学等学科相互整合的产物,人体的可视化、虚拟化和可控化,是生命科学与信息科学相结合的前沿性科技产物.它的出现必将对数字化医学教育改革以及远程医学教育的发展产生重大影响.%Computer-assisted instruction promotes the cultivation of high-quality talents with independent thinking and innovative spirit,therefore has become an important model in China's higher education reform in twenty-first century.Digital virtual human anatomy teaching platform,a leading technology combining modern computer information technology with medical science,provides controllable visualization and virtualization of human body.Its emergence is bound to have a significant impact on the reform of medical education and the development of remote digital medical education.【期刊名称】《中国组织化学与细胞化学杂志》【年(卷),期】2017(026)006【总页数】4页(P625-628)【关键词】数字化虚拟人;人体解剖学;教学研究;教学改革【作者】万丽丹;伍洪昊【作者单位】南昌大学基础医学院人体解剖学教研室,南昌330006;南昌大学基础医学院人体解剖学教研室,南昌330006【正文语种】中文【中图分类】G642.0数字化虚拟人解剖学教学平台是应用数字图像和现代计算机技术,采用CT、MRI断层扫描等影像学方法获取人体尸身超薄切削的数据信息,在计算机上构建全数字化、可视化的完整人体三维模型,生动地重现逼真实物图像、器官组织内部的结构,并模拟各种解剖学和外科学的操作。
3D人体扫描技术的发展及应用近年来,3D打印技术已经成为了热门的话题,而在这一技术中又分别涉及到3D扫描技术和3D建模技术。
随着尤其是3D扫描技术的发展,它被广泛应用于数字造型、医疗、艺术、文化遗产保护等领域。
尤其是,3D人体扫描技术的发展及应用已经变得愈发重要。
一、3D人体扫描技术的发展历程3D人体扫描技术没有一个明确的起点,但可以从断层扫描技术的发明开始。
20世纪70年代,人类开始使用断层扫描科技来探测导致人体结构和形态发生变化的疾病。
这种技术可以将被扫描的物体分成不同的切片,然后将这些切片重建成一个完整的模型。
几十年的技术发展后,二维成像发展成为了三维成像,从CT机到磁共振成像(MRI),扫描技术迅速发展并被各个领域所广泛应用。
二、3D人体扫描技术的应用1. 公共安全领域3D人体扫描技术已经成为公共安全领域中的重要工具。
当今,越来越多的机场和其他公共场所开始使用这一技术来检测危险物品,特别是液体炸药和化学品。
由于扫描技术可以在不接触物体的情况下检测出违禁品,因此,对安全性要求较高的公共场所将继续使用这一技术。
2. 医疗领域3D人体扫描技术是医学领域中最受欢迎的工具之一。
这种技术可以在手术前生成非常精确的数模,使外科医生可以在医学显微镜下精确地执行手术。
另外,在身体上设置3D标记,还可以用来指导放射学医生在放射治疗过程中的放射方向,以确保放射线无误。
3. 个性化定制领域随着互联网业务的发展,3D人体扫描技术能够在商业领域中创造许多价值。
现在,越来越多的消费品行业开始使用这一技术来推动定制化发展,如:汽车、内衣、鞋和珠宝等,通过3D扫描技术,可以快速生成3D模型,从而使定制化的生产变得更加容易。
三、3D人体扫描技术展望3D人体扫描技术已经成为了人类发展历史上的重要里程碑,但是,这种技术的发展并没有停止。
随着技术的不断发展,这种技术在未来有望更为广泛地应用于医疗、计算机图形学、设计和可视化领域。
人体喉部血管的应用解剖及三维可视化探究目的:探讨三维可视化下人体喉部血管的应用解剖效果。
方法:选取第三军医大学所采集的中国首例数字化可视人体数据集当中连续断面图像,提取会厌软骨上缘至环状软骨下缘的断层图像,通过Photoshop CS软件准确对位、微机采用数据、绘制重建等步骤,进行三维喉部连续断面可视化立体虚拟演示,观察各解剖结构立体解剖结构。
结果:数字化解剖结构的完整可视数据集,使各断面图像达到精确配准,完成了喉部断面影像解剖结构可视图。
使喉部每个结构都能在三维空间上旋转任何角度,为人体喉部血管的应用解剖提供数字化可视平台和三维解剖依据。
结论:人体喉部连续断层图像有较为清晰的结构,可以重建喉部血管可视化模型,可以完全展示喉部血管精确面貌,为喉部血管的应用解剖提供了很好的辅助教学作用。
标签:可视化人体;喉部血管;断面解剖;三维可视化20世纪80年代后期,数字化人体研究形成一门学科,将人体断面数据信息和计算机有效结合重建人体三维立体结构影像,建立三维可视模型,为医学应用提供较为形象的基础数据条件和技术支持。
三维重建的可视化能够充分显示喉部解剖结构。
从实际需要出发,每个角度都能够精确标示出喉部形态、位置及毗邻关系,还可以根据实际应用进行追踪放大、定量研究[1]。
此三维可视化的构建使得人体喉部有了较为精确的可操作平台,对实际的应用解剖有了准确的数字影像学依据,所提供的医学资料更加的详细完整,有利于三维可视化人体解剖学的发展。
1资料与方法1.1一般资料选取第三军医大学所采集的中国首例数字化可视人体数据集当中连续断面图像,提取会厌软骨上缘至环状软骨下缘的断层图像61幅,传输至PC机。
定标线确保每一个断层图像参数都相同。
根据标准定位点,所有Photoshop CS进行连续点对点的对位和配准,得到连续断面图。
1.2方法将进行了对位配准的61张图像转换成为Jpg格式,使用Photoshop CS建立一定动作,于同一范围及大小标准下裁剪出每个喉部断面JPG图像。
基于Unity3 D技术的数字人体腧穴教学信息系统的设计与实现张季;张宏如;董海艳;王瑞娟【摘要】The digital human model introduced into acupoints teaching is a typical example of applying virtual reality technology to specialized teaching at colleges and universities .Starting with the teaching demand for function , the paper introduces the analysis and design of the digital human acupoints teaching information system , which was developed on the platform of Unity 3 D.Design and development of the system is based on cross-platform expanded demand , thus providing new methods and means for acupoints teaching as well as a new way to popularize the knowledge of TCM acupuncture .%将数字化人体模型引入腧穴教学是虚拟现实技术在高校专业领域教学的典型应用。
文章从一线教学需求的功能入手,分析、设计了数字人体腧穴教学信息系统,并在Unity3D平台上实现系统的开发。
该系统的设计与开发基于跨平台的扩展需求,为经络、腧穴教学提供了新的方法和手段,为中医针刺知识的普及提供了新的途径。
【期刊名称】《中国医学教育技术》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P139-142)【关键词】腧穴教学;Unity3D;数字人体模型【作者】张季;张宏如;董海艳;王瑞娟【作者单位】南京中医药大学信息技术学院,南京 210046;南京中医药大学第二临床学院,南京 210046;南京中医药大学信息技术学院,南京 210046;南京中医药大学信息技术学院,南京 210046【正文语种】中文【中图分类】G434医学院校学生专业技能的培养,不仅关系到学校自身教育的成败,更为社会医疗水平的发展筑建基础。
可视人三维定位的针灸腧穴课件的设计与制作作者:郭锡全温泽发来源:《中国民族民间医药杂志》2008年第02期摘要:本文从设计和制作在日常教学,甚至网络教学中具有实际应用价值的可视人三维定位的针灸腧穴课件出发,介绍了“数字化虚拟人体”研究的四个阶段以及构建可视人的基本步骤;阐述了虚拟人当前的研究水平和虚拟人技术在教学中应用的技术条件瓶颈,介绍了作者把可视人技术用于针灸腧穴三维定位的一套技术方法,并举例展示了研制开发的可视人三维定位的针灸腧穴课件。关键词:可视人腧穴三维定位课件针灸腧穴的准确定位,以及熟知针灸腧穴所在位置的人体组织结构,是针灸学生必备的基本功。但是,至今对经络腧穴信息的描述,大体上还是以文字、手绘图像、针灸模型作为主要表现形式,停留在抽象以及不真实的状态。学生针灸技能的操作训练,目前大多数还是通过在人身上的实际操作来实现,有一定危险性。可视人(虚拟人)技术是近年来医学与信息技术结合的热门课题。将可视人(虚拟人)技术与经络腧穴定位相结合,以三维的形式清晰、逼真、完整地反映出人体肌肉、骨骼、血管、神经和各种体内脏器等解剖结构的大小、形状、位置及其毗邻关系,实现腧穴定位的三维可视化、针灸技能训练的智能虚拟化,创设虚拟现实的经络腧穴教学和训练环境,是提高学习兴趣、降低教学风险[1]、提高教学质量的有效方法。1 构建可视人的基本步骤一般将可视人体、虚拟人体、数字化人体统称为“数字化虚拟人体”,简称虚拟人。1989年,美国国家医学图书馆首先启动可视人计划(Visible Human Project,VHP)研究[2],1994年11月,美国Colorado 大学健康科学中心公布“可视人计划”获取的男性人体数据集,包括CT、MRI和系列高精度组织切片光学照相断面图像;1998年,美国可视人项目又公布一女性数据集[3]。美国可视人计划的实施在全世界引起了巨大反响。韩国、日本、意大利相继启动了虚拟人体研究计划,2001年后,我国也开始了中国数字化可视人体的数据集采集以及基于数据集的应用开发研究[4]。1.1 “数字化虚拟人体”研究大体可以分为四个阶段[5]:1.1.1 可视人将人体组织的结构信息数字化,再用计算机定量描绘出人体的解剖结构,实现虚拟人的静态形体。1.1.2 物理人在“可视人”基础上,考虑人体组织的力学、形变等物理特性。1.1.3 生理人在“物理人”的基础上,加载人体生理机能参数,让物理人也有如血液循环、气体交换等等生理功能。1.1.4 虚拟人是从解剖、物理、生理、生化、智能,从宏观到微观,从表像到本质,全面精确模拟、反映人体的数字化人体。因受技术发展水平的限制,“数字化虚拟人体”研究目前只处于可视人过渡到物理人的初始阶段。更多应用研究还是处于可视人的水平。1.2 可视人的构建步骤1.2.1 样本的挑选与切削前处理1.2.1.1 样本的挑选挑选身高或体重适中,生前没有传染病、代谢疾病史、无手术史、无严重外伤的健康人。1.2.1.2 切削前处理包括尸体固定、CT、MRI 图像采集、动脉灌注、冷冻保存。1.3 样本的切削和断面光学图像的采集。1.4 断面图像的配准、除噪、分割1.4.1 配准和除噪配准校正数据采集过程造成的位移或偏转,消除背景噪点信息。1.4.2 分割对断面二维图像中不同信息进行的归类或者区分,是三维重建的前提和关键技术。1.5 三维重建医学可视化人体中基于表面的三维重建方法,可以分为体素级重建和切片级重建两类。其中,体素级重建主要采用立方体法、移动立方体法和分解立方体法(DividingCubes);切片级重建主要采用环行轮廓拼接方法[6]。总之,可视人的实现涉及到解剖学、精加工、光学、信息科学等一系列学科,人体又是一个复杂整体,要全面可视化,技术难度、对计算机的图形处理能力和应用平台要求很高,需要花费大量的人力和时间。2 可视人三维定位的针灸腧穴课件由于虚拟人数据集的数据十分庞大,需要图像处理性能极高的计算机才能有效地处理这些海量数据以实现人体的三维重建、显示和应用,限制了可视人成果在经络腧穴定位方面的实际教学应用。因此,需要突破计算机硬件技术瓶颈,设计和制作可在课堂上,甚至在网络上应用的可视人三维定位的针灸腧穴课件,才能从实际出发、尽快、有效地把可视人技术应用于针灸教学,提高教学效果。可视人三维定位的针灸腧穴课件以德国汉堡大学基于VHP数据集开发的Voxel man 可视人模型为基础,从人体表面到人体内部的脏器、神经血管,分为十层,每层都以360°自由旋转的控制方式,显示某个腧穴的三维定位以及穴位毗邻的各层面人体组织结构。使用者通过键盘或着鼠标旋转可视人,即可从各个视角观察穴位的各个解剖层的真实三维定位投影,下面截取该课件的中脘穴的各部分三维可视人图像来简介可视人三维定位的针灸腧穴课件。2.1 从正面俯视10°的角度,观察中脘穴从第一到第十个解剖层的位置关系。见图2至图5(为了减少文章的容量,三维可视人图片只截取4个解剖层中脘穴周围部分)。2.2 第七个解剖层俯视10°的角度旋转一周的三维可视人中脘穴定位关系(为了节省篇幅,只截取部分角度),见图6至图11。3 可视人三维定位的针灸腧穴课件的设计制作由于直接从人体切削所获取的断面图像,通过配准、除噪、分割和三维重建来获得可视人,其工作量巨大,技术复杂,难度很高;更因为其数据集的数据十分庞大,直接采用象素信息来实时重绘三维图像,对计算机的图像处理性能要求极高,不可能在课堂教学甚至网络上的推广应用。所以,该课件避开“尸体处理+图像分割+三维重建”的技术路线,而是采用德国汉堡大学开发的Voxel-man项目,通过一套简便而快捷的方法来重建可视人,快速将可视人成果应用于经络腧穴定位,从而实现针灸腧穴定位三维可视化在教学中的应用。可视人三维定位的针灸腧穴课件的设计制作方法主要包括:①利用Macromedia Flash 封装可视人数据集十个解剖层,每层36张图,一共360张图的二维序列图片以模拟3D场景的可视人。②使用3DMax建模制作穴位的定位标记的360°序列图片。穴位定位标记的制作必须考虑可视人3D场景的观察视角、准确位置对应关系、显示长度以及与可视人数据集序列图的遮挡关系进行处理。③使用Photoshop来帮助确定每一个定位标记在可视人3D场景上的位置,并且处理每一个定位标记在可视人场景的三维层次的遮挡关系。④在Macromedia Flash中将定位标记放到与其相对应的层,以及视角一致的图片上,匹配定位标记与可视人3D场景,使定位标记与每一个解剖图达到融合。⑤课件控制功能的制作。经过上述的设计和制作过程,使可视人三维定位的针灸腧穴课件可以通过鼠标左右拖动换帧,很好地模拟物体在三维场景中的拖动旋转;定位标记能够与可视人序列图的换帧同步,在不同解剖层次的切换过程中,定位标记能够实时切换匹配的显示长度,腧穴在不同解剖层的投影得到很好的三维标识。人体可视化是新兴的信息技术和医学学科交叉的世界前沿性研究领域,通过可视人技术构建人体虚拟现实的教学课件和教学环境,有广阔的发展前景和重要价值。参考文献1、刘红菊,严振国.数字化虚拟人为针灸学发展提供新舞台[J].上海针灸杂志,2004;23(10):33-352、Ackerman M J. The Visible Human Project. A resource for education[J]. Acad. Med.1999,74(6):667-6703、罗述谦.中国虚拟人医学图像方法学考虑[J]. 中国基础科学, 2002,6:20-244、柴慧臻,罗述谦.构建中国女虚拟人一号的初步探索[J].中国医疗器械信息,2003,9(4),18-205、刘强,朱文峰.中医虚拟人的构建方法及态势[J].中医药学刊,2003;21(10):1709-17106、林斌,鲍苏苏.中国针炙虚拟穴位人的三维表面重建[J].现代计算机,2003;(169):6-11(收稿日期:2007.12.17)。
广东职业技术教育与研究2018年第5期人体解剖学是一门重要的医学基础课程,也是一门重要的形态学课程。
实验教学是人体解剖学教学中的重要组成部分。
随着科学的发展和时代的进步,传统的理论教学、标本模型教学等方法已不能满足教学需求。
“数字人解剖系统”是在现代医学与计算机信息技术飞速发展下的成果,是信息化时代背景下较先进的一种虚拟仿真系统,也是人体解剖学教学过程中很好的辅助工具,在很多医学院校已经得到很好的推广和应用。
1数字人解剖系统简介数字人是信息科学与生命科学融合的产物,是利用信息科学的方法对人体在不同水平的形态和功能进行虚拟仿真,包括可视人、物理人、生理人、智能人四个交叉重叠的发展阶段,在人体解剖、物理、生理及智能多层次多领域有应用[1]。
数字化人体研究最早由美国国立医学图书馆(NLM )1998年提出图像数据集的可视人计划(Visible Human Project ,VHP )并于1994年11月完成首例VHP 男性解剖数据采集,1996年完成数字人解剖系统在人体解剖学教学及社会服务中的应用陈金锋郑二来尹春丽邹锦慧张海玲黄剑真叶茂盛杨涛张灼荣(肇庆医学高等专科学校,广东肇庆526020)[摘要]数字人解剖系统是近年来应用和推广非常迅速的一种人体解剖学教学辅助工具,随着网络化和信息化的快速发展,已经在解剖学教学中发挥非常重要的作用,改变教学模式,优化教学资源,提高教学质量,发挥社会服务效应,为人体解剖学教学及社会服务带来了很多便利,是数字医学不断发展下的一种优秀成果。
[关键词]数字人解剖系统人体解剖学课堂教学社会服务基金项目:肇庆医学高等专科学校创新强校项目(项目编号:2014-6-2);广东省高职教育医药卫生类专业教学指导委员会项目(项目编号:201610007)[2]张丽琼,杨晓娟,缪云仙.本科实习护生循证认知调查及循证能力培养[J ].当代护士:上旬刊,2017(1):21-22.[3]李倩茹,裴改琴,邱霞,等.国内期刊刊载循证护理领域研究的可视化研究[J ].循证护理,2015,1(1):1-6.[4]石柳清,何小俊.护理专业实习生循证护理能力现状分析[J ].中华护理教育,2013,10(4):187-189.[5]付强强,嵇承栋,张建琴,等.上海某三级医院护理人员临床护理决策依据认知与实践现况调查[J ].中国护理管理,2016,16(5):677-680.[6]朱蓉,高静,叶艳,等.我国循证护理教育的发展现状及思考[J ].循证护理,2016,2(4):215-218.[7]朱云,田萍,王梅新.新疆护理本科生对循证护理知晓状况分析与对策[J ].护理实践与研究,2009,6(24):123-125.[8]李荔,张彤,王薇.临床护士循证护理态度、实践和知识的认知状况及其影响因素的现况研究[J ].护士进修杂志,2015,30(11):1050-1055.[9]陈纯,郭玲,滕清霞.本科护士对循证护理认知及应用现状调查分析[J ].齐齐哈尔医学院学报,2013,34(5):734-736.[10]常保霞,孟繁洁,靳英辉,等.国内护生对循证护理相关知识认知、态度的调查类文献分析[J ].护理研究,2013,27(9B ):3324-3327.26首例VHP女性数据采集。
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Visiual Digital Body可视化数字人体解剖是以真实人体的CT\MRI扫描数据为基础,
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统的3D技术是设置好若干固定角度,不能真正地无死角地自由控制。
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实现了解剖学教学以及相关实验的人机交互与虚拟可视化。
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二、Visiual Digital Body可视化数字人体解剖优势
可视化人体工程学是二十世纪末才兴起的一门崭新的综合性信息技术,它融
合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分
支。它生成的视觉环境是立体的、音效是立体的,人机是交互式的。它能够创建
出三维的人体结构,从而解决了解剖学教学的虚拟化及自然交互性的要求,因此,
可视化虚拟人体解剖学软件具有以下优势 :
1、标本的数字资料完整,为教师教学及学生学习提供完整的学习资源
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是以人体的CT\MRI扫描数据为基础,
全面准确的三维立体解剖学数据库。该系列软件全面汇集了人体所有系统和器官
的高精度三维数字解剖模型。针对中医学人士的要求,最新增加了3D针灸穴位的
解剖模型!而且全部经过解剖学专家审核,是完整、精准的解剖学数字图像库。
在教学中完整地断层图片以及完整的人体结构对学生建对立人体整体形态及内
部结构的认知提供了可能。
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2、直观的为学生创建人体器官的空间结构,将教学中某些难于讲述的复杂的宏
观与微观的内容,生动地展现给学生。帮助学生在头脑中构建复杂的人体结构。
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在操作上,只要将计算机鼠标移到某
一解剖结构上,通过超链接则该结构的详细说明便会显示出来。并且可以显示某
一部位的断层图像,还可将该结构立体显示,并可旋转。融科学性和趣味性于一
体,既生动又形象,学生可直观地、立体地和动态地学习。有利于对所学内容的
理解和记忆。它全方位、多视角、多层次、对人体结构进行的立体演示,将教学
中某些难于讲述的复杂的宏观与微观的内容,生动地展现在学生的面前,使教学
内容化虚为实,化难为易,化抽象为具体,化枯燥为趣味,与传统教学方法相比,
显示出强大的优势。
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3、可重复对数字人体进行解剖操作,节省了大量的尸体资源
利用该软件进行人体解剖实验教学时,学生可以反复进行操作和训练。通过
鼠标的点击、选择即可完成逐层解剖、构建结构、器官等。学生在上实验课之前
可利用软件反复的虚拟练习。在头脑中形成人体各系统器官的形态和结构特征以
及各器官、结构间的空间概念之后,成竹在胸。这时在动手对标本进行实际操作,
不仅让学生感觉到实验教学的轻松同时可大大提高了实验的效果,起到了事半功
倍的作用。与此同时随着反复的地虚拟练习,学生对人体空间结构认识的加深,
在实验中准确性大大提高。减少了对标本的浪费,节约了宝贵的标本资源。
4、教学时间和场所可灵活设置,实现了自主开放性教学
传统教学是在某一段时间内,在固定的地点,集中进行授课。这不仅受时间
和空间的限制,且就某一次授课内容而言,无法重复和再现。该数据库教学则不
同,它可通过校园网,将授课内容与校园其它计算机联网共享。只要有一台计算
机,学生们即可随时随地地进行学习,打破了传统教学的时空限制。通过这种“人
机对话”的学习方式,学生可直观地、立体地和动态地学习知识,从而加深记忆,
充分发挥学生自主学习的积极性。
5、整合了大体、断层、局部、系统解剖学课程,将独立的课程有机的集合起来.
作为解剖学的教学平台,软件将大体解剖学、断层解剖学、局部解剖学、系
统解剖学、表面解剖学等有机结合起来。使学习更具有连贯性、关联性。软件通
过断层图片可以构建人体的空间结构,把断层解剖学与大体解剖学、系统解剖学、
局部解剖学有机的关联起来。通过透明度的处理将表面解剖学与大体解剖学、系
统解剖学、局部解剖学巧妙的关联起来。让各门课程有机的结合在一起,使其系
统化。为学生进一步学习后续的医学基础课程和临床医学课程奠定基础。另外软
件还提供中英文对照,并伴有英文发音,为解剖学的双语教学提供了可能。
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6、可根据教学需要整合、扩充教学资源
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,同时还支持多种格式的图像、动画
的导入。教师可根据教学大纲和教材内容,利用软件中的资源编排教学教案。并
可添加导入自定义的图像和多媒体插件。软件中的图片也能够导出存储,用于其
他形式的多媒体课件中。这样学校的教学资源就得到了整合与扩充。
三、Visiual Digital Body可视化数字人体解剖的功能
1、可解剖男女全部系统和各个器官。
2、通过鼠标的点击、选择即可完成逐层解剖、添加某结构、器官及系统组建。
3、3D模型可360度旋转,实现从不同角度观看同一结构,并通过拉动显示尺度
放大或缩小图像显示。
4、中英文对照的解剖菜单导航和说明注释
5、快速查询功能,图片的导入导出功能。
6、皮肤透明度可调节,选择透视察看内部结构。
7、编排教案的功能
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