2018年医学解剖学教育行业数字人研究报告

基金项目：　黑龙江省高等教育学会“十三五”高等教育科研课题（１６Ｑ０６７）作者简介：　李雪梅，女，１９８０－１１生，博士，副教授，Ｅｍａｉｌ：ｌｉｘｍｊｐ＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：　２０１９－０３－１２３Ｄ可视化人体解剖学软件在解剖学实验教学中的应用李雪梅，吕晓红，李鑫磊，齐秀英，杨慧科△　（哈尔滨医科大学基础医学院人体解剖学教研室，　哈尔滨　１５００８１；　△通讯作者）摘要：　解剖实验课在解剖学教学过程中起重要作用，是对课堂所学理论知识的巩固，亦为日后临床课程学习奠定基础，其教学质量的好坏直接关系到学生能否学好这门课程。３Ｄ可视化人体解剖学软件在传统解剖学实验教学中的应用，可使教学内容更加直观、立体化，提高学生的学习效率。关键词：　解剖学；　实验教学；　教学方法；　３Ｄ可视化人体解剖学软件中图分类号：　Ｒ３２２　文献标志码：　Ａ　文章编号：　２０９５－１４５０（２０１９）０５－０３８６－０３　ＤＯＩ：１０．１３７５４／ｊ．ｉｓｓｎ２０９５－１４５０．２０１９．０５．１６ 随着计算机技术的迅猛发展以及医学与信息技术、计算机技术的结合，医学教学的数字化成为当今研究与应用的热点。利用智能手机、计算机和网络技术平台学习是一种新的学习方式，对培养学生的独立思维和主观能动性具有重要作用［１］。人体解剖学是研究人体正常形态结构的学科，包括系统解剖学和局部解剖学两大主要分支。人体解剖学内容繁杂、枯燥乏味，以及教师满堂灌的传统教学方式直接影响学生的学习兴趣及课堂教学效果。那么，医学数字化教学是否可以改善人体解剖学传统教学方式的弊端；数字化教学在人体解剖学实验教学中的应用是否可以提高实验课教学效果，这些都是值得研究的问题。１　我校传统的解剖学实验教学方法现在的高校教学中，“教”与“学”的位置关系不再是教师为中心、学生为配角，更多是要体现学生为主体的教学方式。以教师为中心的传统教学方法已不能满足学生对信息的摄取，这就需要教师运用多种教学手段，将讲授式、提问式、启发式、演示法、案例法等综合起来，把图片、动画、音频和视频等多媒体信息与抽象的理论知识结合起来，充分调动学生的各种感官和学习主动性，达到最好的教学和学习效果。我校传统的解剖实验教学是教师先讲解或观看教学录像，之后学生观察实物标本或动手操作，这有利于教师主导作用的发挥及对教学的组织与管理，但对于一些抽象的内容，如在神经系统的学习过程中，实物标本不能立体、直观地显示出某些结构，学生只能通过“听”和“看”来学习，无法将实践操作与理论密切联系，致使所讲内容对学生来说仅仅是抽象、晦涩、枯燥的文字堆叠；另外，传统解剖学实验教学中使用的尸体标本都是经过甲醛处理的，而甲醛具有较强挥发性和刺激性，部分学生因标本脏、刺激性气味大不愿意动手，甚至某些学生还具有恐惧心理；其次，由于课程教学改革，我校局解实验课课时缩短，由原来的７６学时变成现在的６４学时；再者，由于尸体标本来源匮乏，局解实验课所用标本由每６人半具尸体变成每１２人半具尸体。这些都使学生动手操作的机会减少，难以满足医学生的实践需求，影响教学效果。为了发挥传统教学的优势、避免其缺点，我们针对部分局解实验班级，拟在传统的实验教学方法基础上应用数字化３Ｄ可视化人体解剖学软件，以期改善解剖学实验教学效果。２　解剖学实验教学中应用３Ｄ可视化人体解剖学软件２０世纪末，国外开启了高校信息化教学的新篇章，即数字化媒体教学。进入２１世纪，国内数字化教学也在高校中蓬勃开展［２］。我校一贯重视教学，·６８３·　ＢａｓｉｃＭｅｄｉｃａｌＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｍａｙ．２０１９，Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．５　根据专业发展和培养目标，调整了部分专业的课程设置，为人体解剖学教学建设以学生能力培养为核心的课程创造了条件，也为临床医学专业学生教学过程中３Ｄ可视化软件的应用提供了契机。２．１　３Ｄ可视化人体解剖学软件简介　３Ｄ可视化人体解剖学软件将人体解剖结构数据信息，应用计算机技术重建成全数字化人体真实结构的三维模型，将人体结构数字化与可视化［３，４］。我校购买的３Ｄ可视化人体解剖学软件是ＶＨＤｉｓｓｅｃｔｏｒ。该软件三维结构的重建严格遵照美国国家医学图书馆的标准执行，数字人的形态比例、大小与真实尸体标本一致。软件界面设置简洁，包括导航区、解剖区和断面区，三个区域窗口可任意调整，只需点选即可完成所需操作。２．２　３Ｄ可视化人体解剖学软件在解剖学实验教学中的应用方法　传统的局解实验课教学方法是教师先讲授本次课所需观察和解剖的内容，然后学生观看局解录像。视频结束后，学生分组操作，每１２个学生为一组解剖半具尸体。每次实验课每组由２名同学主刀操作，根据本次实验课的大纲要求逐层显露浅筋膜、深筋膜、肌肉、神经、血管和各器官，观察各解剖结构的形态和毗邻关系；２名学生担任实验助手；１名同学根据解剖操作内容进行理论指导，１－２名同学负责根据本次课的学习内容，记录所有解剖出的重要结构，并与图谱、教材等进行对比、总结；其他同学辅助解剖、观看操作或观察标本。解剖过程中各种角色依次轮换，保证每位同学的各种能力都能得到锻炼。教师巡视整个课堂，指导学生操作并答疑。操作结束后由教师总结和考核。应用３Ｄ可视化人体解剖学软件的教学方法是在传统的实验课教学方法基础上施行的，实验课流程与传统实验课大致相同，但在实验过程中可按需使用３Ｄ可视化软件。在解剖操作之前，主刀同学可根据实验内容先在计算机上进行虚拟解剖操作，在头脑中构建该部位各结构的整体空间概念。我校第一节局解实验课的内容是解剖锁胸筋膜和腋窝，学生第一次动手操作常常手忙脚乱、无从下手。这时主刀同学可利用３Ｄ可视化软件在计算机上模拟解剖，逐层去掉胸部皮肤、浅筋膜、深筋膜和胸大肌，显露位于锁骨下肌、喙突和胸小肌之间的锁胸筋膜及穿行结构，为接下来的实际解剖奠定基础。在解剖过程中如遇到层次较多、毗邻关系复杂的部位也可利用３Ｄ可视化软件。如颈筋膜三层包绕颈、项部的肌和器官，各层间还构成筋膜间隙，实际操作过程中很难解剖并观察到完整的层次结构，此时担任实验助手的同学可在３Ｄ可视化软件的导航区域点击添加，逐层添加颈筋膜的三层结构；还可将鼠标停留在某层颈筋膜上，显示出该层颈筋膜形成的结构，这可为主刀同学提供理论指导。甲状腺下动脉和喉下神经的毗邻关系在颈前部解剖时不好显露，此时可利用３Ｄ可视化软件的旋转功能，清晰显露两者的毗邻关系。局解实验过程中利用３Ｄ可视化软件，既保证了同学们的参与度、避免了只有主刀同学在操作，其他同学都无所事事的状态，又解决了解剖操作中的困难，还培养了同学们协作解决问题的能力，提高了学习效率。２．３　教学效果评价２．３．１　我校局解实验课考核方法　局部解剖学侧重于器官结构层次关系和位置毗邻的研究，过去只能通过最后的考试成绩来考查学生对局解知识的掌握程度。现在我校已将局解实验的终结性考核方式改成形成性考核。局解实验成绩占４０分，由以下四部分组成，每部分１０分。①实验课考勤。为了严明课堂纪律，加强学生对局解实验课的重视程度，每次实验课的课前和课后，我们利用对分易软件对班级学生进行考勤。②阶段性考核。阶段性考核时间由任课教师根据学生解剖的实际情况而定，包括个人考核和小组考核。考核内容是实验课解剖出的全部结构，考核形式多样，可以是教师指出结构让学生辨认，也可以是教师说出结构让学生在尸体上寻找，或者是让学生动手解剖出某个结构。个人考核只由１名同学作答，考核某个学生对所学知识掌握程度；小组考核由１名同学主答，组内同学辅助答题，考核小组团队协作能力。③实物考试。实物考试在局解实验课的最后一周进行，每个标本１分。先由实验技术人员准备好标本并按顺序对各个结构进行编号。每个考场有４名监考老师，１０名学生为一组，备考１０ｍｉｎ后进入考场，在答题纸上写出各结构的名称。④填图作业。为了帮助同学理解并记住每次实验课解剖出的结构，我校免费为学生印发一本《局部解剖学填图作业》。要求学生每节实验课后必须把本节内容填写完毕，下次实验课老师随机抽查，实·７８３·　基础医学教育，２０１９年５月，第２１卷第５期　验结束后上交由教师审核。２．３．２　传统实验课和３Ｄ可视化软件应用实验课效果评价　为评价传统实验教学方法和３Ｄ可视化软件应用实验课教学效果差异，运用上述考核方法，分别统计２０１５级和２０１６级２个班级的局解实验成绩，见表１。表１ 局解实验成绩统计　（分）组别２０１５级ｎ平均成绩（分）Ｐ２０１６级ｎ平均成绩（分）Ｐ传统实验组４４３７．９３０．０３０４５３７．５３０．０１５３Ｄ可视化软件组４２３８．６７０．０３０４５３８．４４０．０１５ 从统计结果可以看出，应用３Ｄ可视化软件班级的实验成绩优于传统教学方法的班级，其在局部解剖学实验教学中的应用有其积极优势，即在具体的实验操作中把更多的学习时间交给了学生，发挥了学生学习的主观能动性，培养了学生协作学习的能力。另外，该软件设有理论课授课的相关课件、复习题及大量医学专业英文词汇等，每一个结构都有相关内容介绍，学生可以通过链接提示进行学习。这不仅扩大了学生学习知识的广度，而且提高了学生学习的积极性，提升课堂教学效果。但其也有一定的局限性和不足，如３Ｄ可视化软件是真实人体标本经数字化处理后再形成图片，部分结构失真，无法与现实解剖相匹配，特别是解剖过程出现变异结构时，学生容易出现解剖错误；另外，部分学生完全依赖该软件，仅在手机或平板电脑上虚拟解剖或查看学习，不再进行实际解剖学习，失去了理论结合实际的学习意义。因此，在实际的教学过程中仍需要教师进行巡视、答疑和监督，以促进３Ｄ可视化软件在人体解剖学实验教学中更好的应用。参考文献：［１］　万星光，曾建军，王凡．《安博３Ｄ系统解剖学》软件在解剖教学的应用［Ｊ］．解剖学研究，２０１５，３７（４）：３０４－３０６．［２］　赵艳茹，韩培林，向天成．数字化教学资源在高校教学中的应用现状与分析［Ｊ］．广州化工，２０１１，３９（２）：１４４－１４６．［３］　刘光久，张绍祥，谭立文，等．数字化人体图像和三维模型在解剖教学中的应用［Ｊ］．局解手术学杂志，２０１１，２０（２）：２１０．［４］　杨蓬勃，靳辉，张建水，等．３Ｄ解剖学教学软件在人体解剖学教学中的应用现状［Ｊ］．基础医学教育，２０１８，２０（１）：４９－５２．·８８３·　ＢａｓｉｃＭｅｄｉｃａｌＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｍａｙ．２０１９，Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．５

数字化虚拟人简介

第一节 数字化虚拟人概述

一、基本概念

数字化虚拟人体是将大量人体断面数据信息在计算机里整合重建成人体的三维立体结构图像，是医学与信息技术、计算机技术相结合的成果。“数字化虚拟人”的发展可分为4个阶段，即“虚拟可视人”、“虚拟物理人”、“虚拟生理人”和“虚拟智能人”。虚拟可视人阶段的任务是建立数字化几何人，将人体的形态结构通过计算机信息化手段建成系统、器官、组织等结构的数字化模型。虚拟物理人阶段的任务是建立数字化物理人模型，在几何人的框架上，加入人体结构的物理参数，从而能够体现结构的物理性能。虚拟生理人阶段的任务是在上述框架中，加入生理功能参数，反映人的新陈代谢、生长发育等。虚拟智能人是最高级阶段，虚拟人能够在人工智能的支持下调节自身的物理性能和生理功能。目前普遍开展的是虚拟可视人研究。

二、国外研发进展

二十世纪八十年代末美国科学家启动了“虚拟可视人计划（Visible Human

Plan，VHP）”，目标是实现人体从分子到细胞、组织、器官、系统和整体的精确模拟，被认为是二十世纪震撼全球的科研计划之一。1989年，美国国立医学图书馆（NLM）计划建立一个医学图库，为生物医学文献提供图像检索。在该计划中，美国科罗拉多大学的健康中心负责人体断面图像的获取工作，维克托·斯皮兹尔教授带领研究小组于1994年和1996年先后获得了一男一女两具尸体的相关数据，包括MRI、CT和切片图像等。其中男性身高1.82米，女性身高1.54米，用CT和MRI作轴向扫描，扫描间距为男性1mm，1878个断面，女性0.33mm，5190个断面。之后，将尸体填充蓝色乳胶并裹以明胶冰冻至摄氏-80℃后，再以同样的间距对尸体作切片并保留断面图像资料，由于CT和MRI受到断面精度和灰色成像的限制，后续 “数字化虚拟人”发展的基础框架均以切片图像数据集为主。这套由VHP在国际上发行并被广泛应用的VHP切片图像数据集，男性的电脑存储数据量为15GB，女性数据量为43GB，这些数据称VHP数据集，这是人类在信息技术基础上建立数字化解剖的首例尝试。许多著名大学的研究机构围绕该数据集开展了图像自动分割、图像处理建模、3D重构和VHP人体运动模型等大量研究工作并引发了一系列的前沿学术讨论。到2000年为止，美国人已经建立了全身皮肤肌肉骨骼和心脏等部分器官的三维模型，并开发了基于VHP数据集的具有触觉功能的医学虚拟现实硬件设备、虚拟内窥镜、虚拟病人模型系统等，这些研究成果的应用取得了非常好的社会和经济效益。

中国虚拟数字人市场供需状况及重点企业研究报告

中国虚拟数字人市场供需状况及重点企业研究报告

随着人工智能技术的迅速发展，虚拟数字人逐渐成为了新的焦点。虚拟数字人是基于计算机技术和人工智能技术创造出的仿真人形象，其外貌、语言、动作和表情均可与真实人类媲美。随着虚拟数字人的应用范围不断拓宽，市场需求也在逐年增长。本报告将对中国虚拟数字人市场供需状况及重点企业进行研究。

一、市场供需状况

1.市场需求

从市场需求来看，虚拟数字人已经成为了多个行业的热点。在教育行业，虚拟数字人能够与学生进行互动，从而提高学习效果。在医疗行业，虚拟数字人可以被用于训练医务人员技能，提高诊疗效率。在互联网行业，虚拟数字人可以被用于客服、直播等领域。此外，虚拟数字人还可以被应用于游戏、电影等娱乐领域，为用户提供更加真实的娱乐体验。

2.市场供应

从市场供应来看，中国虚拟数字人企业主要有三种类型：首先是以国内高校及科研机构为主打力量的科研机构型企业，如中科院自动化研究所、北航机器人研究所等；其次是依托工业园区和信息技术基地的科技型企业，如大连万通、武汉天行者等；最后是以游戏企业为主的文化娱乐型企业，如巨人网络、网易、盛大等。

二、重点企业研究

1. 中科院自动化研究所

中科院自动化研究所是中国大陆的一所国家级科研机构，是虚拟数字人领域的知名专家。该研究所主要从事机器人、自动化、信息技术等方面的研究，在虚拟数字人领域也有一定的研究经验。中科院自动化研究所在开放源代码的基础上，积累了丰富的虚拟数字人知识和技术，能够为企业提供专业、有针对性的虚拟数字人开发服务。

2. 武汉天行者

武汉天行者是一家专注于机器人和人工智能领域的公司，主要致力于虚拟数字人的研发和应用。该公司国内领先，已获得了多项虚拟数字人和机器人相关技术的国际领先专利，其VR眼镜和智能机器人产品的研发也处于国内领先水平。

3. 网易

网易是中国一家知名互联网企业，其在虚拟数字人领域的应用也颇为出色。网易在游戏、直播等领域均有虚拟数字人的应用案例，虚拟数字人产品不仅保持了富有表现力、无尽创意等特点，同时也满足新生代互联网用户对于高质量互动内容的不断追求。

3Dbody解剖软件在神经外科教学中的应用研究

摘要：目的探讨3Dbody解剖软件在神经外科教学中起到的积极作用。方法

以我校3年制2019级临床医学专业学生为研究对象，共266人，根据班级分成两组（两组除教学方法不同之外，所使用教材、课时及授课者均相同），对照组和实验组，对照组人数：142名，实验组：124人，两组学生在一般资料上进行比较无统计学意义（P>0.05），具有可比性。实验组班级学生在上课时采用传统PPT讲课为基础并结合3D Body解剖软件系统教学方法，学生在上课前在手机上下载 3Dbody解剖学教学软件手机版（3Dbody免费版）。对照组教学中采用传统多媒体结合板书教学模式，即以课本理论PPT 图片介绍讲解为主。结果采用3D

body 解剖学软件辅助教学法教学的实验组学生，其实验成绩、期末成绩和总成绩明显优于传统多媒体教学法教学的对照组，具有明显的统计学差异 (P＜0.05)，（P=0.033），差异具有统计学意义。结论3Dbody解剖软件在神经外科教学中能够显著提高临床医学系学生学习神经外科及颅脑解剖知识的兴趣并取得良好的教学效果，值得医学院校广泛推广。

关键词：3Dbody解剖软件 神经外科教学 应用研究

神经外科学（Neurosurgery）是外科学领域中的一个重要分支，是在以外科手术为主要治疗手段的基础上，研究人体中枢神经系统损伤、颅内肿瘤、脑血管病、周围神经系统，以及先天性发育畸形和功能紊乱等疾病，比如：帕金森病、癫痫、此类疾病的发病机制以及病因，进一步探索新的诊断、预防、治疗方法的学科，神经外科1896年出现，虽然是一门新兴的学科，但发展速度很快。颅脑神经、血管等布局细致缜密、繁杂，专业名词抽象，是人体最为复杂的器官，在理论学习和临床实践这两个方面都是比较棘手和难以攻克的知识点。而学生学习用的解剖图谱多采用解剖平面图，不能显示颅内器官的立体空间结构、毗邻结构（9），很难很形象的把局部的个面观展现出来，学习起来比较枯燥，不利于形成直观的认识及记忆，临床医学专业学生单纯靠死记宁背学习起来较为吃力，众多原因导致学生很难掌握，即使通过死记硬背记住也不能充分理解，考试成绩也差强人意，降低了对神经外科课程学习的兴趣。造成学生对颅内解剖结构知识掌握不扎实，进一步影响基础理论及临床实习效果。3Dbody教学软件弥补了传统教学的不足，3Dbody解剖软件主要通过CT、MRI断层扫描、尸体超薄切削技术获得三维数据，再将数据输入电脑，应用虚拟现实技术制成一个完整的立体人体躯体结构，三维图像生动逼真，内部器官组织结构层次清晰，可以在短时间内引起学生的注意力和兴趣。不仅为神经外科教学提供了拟真平台，同时也极大丰富了教学资源，激发了学生在学习兴趣（8），成绩也有了大幅度的提高。