解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用

引文：张娜，谭立文，李凤英，韩冰，徐义发.解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用。虚拟现实智能硬件，2021，3（4）：315-335DOI：10.1016/j.vrih.2021.08.005虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4·文章·解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用张娜，谭丽雯，李凤英，韩冰，若若aXU*山东迪吉曼科技有限公司股份有限公司、邮编：250100*通讯作者，147985802@qq.com投稿时间：2021年2月25日修订日期：2021年5月11日接受日期：2021年6月14日支持项目：山东省科技重大专项（新兴产业）（2015 ZDXX 0201 A02）; 2019&年山东省重点研发计划（2019 JZZY020106）。摘要背景解剖学是所有医学相关行业的必修课。 近几十年来，由于人体标本数量减少，学生对解剖学的热情降低，解剖学教学课时减少，医学教育规模扩大，现场解剖和观察困难等因素，影响了解剖学的教学质量和效果。方法在我国数字化可视人体研究成果的基础上，从断层图像中提取解剖结构的边界信息，构建具有真实纹理信息的三维数字化解剖模型，开发基于解剖学知识点的师生解剖学辅助教学系统，以满足不同专业、不同层次的解剖学教学需求。结果该方法科学、完整，整体系统制作了6000多个三维数字解剖模型、5000多个解剖学知识点、50多个解剖学操作视频、150多个微型演示课，提供了系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学、运动解剖学、虚拟解剖手术台等不同专业、不同层次的教学内容。从网络终端、台式机、触摸屏3D显示器、台式机、投影3D立体显示器到增强现实，其多样化的交互形式满足了不同环境下学习环境的要求。结论该教学系统涵盖了教学环境、教学资源、教学幻灯片、自主学习、学习效果评价等多个教学环节，是解剖学教学的重要组成部分和必要资源，是传统解剖学教学的重要补充。该系统在全国大部分医学院校得到了应用和推广，得到了解剖学教师和学生的认可和肯定，对保证解剖学教学效果和质量起到了积极的作用。教学解剖学;解剖学教育;虚拟现实;仿真;数字解剖学;数字人体2096-5796/©版权所有2021北京中科学报出版有限公司Elsevier B. V.代表KeAi Communization Co. Ltd.提供的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。www.vr-ih.com虚拟现实智能硬件2021年11月3日第41引言作为医学教育的核心学科，解剖学是所有医学生、医务工作者和卫生管理者的必修课，也是正规医学教育中学时最长的[1-4]。大体解剖学通常根据研究手段和观察结构的重点分为系统解剖学、局部解剖学和断层解剖学。从大体解剖学的研究角度和应用领域出发，可以衍生出护理解剖学、运动解剖学、表面解剖学、临床解剖学等一系列解剖学课程。除临床医学生、医务工作者、卫生管理人员只需要学习同类专业的一门解剖学课程外，临床医学专业的学生需要掌握系统解剖学和局部解剖学，而影像学相关专业的学生还需要掌握断层解剖学知识[5]。这些解剖学课程的核心基础是人体的形态结构和相关的专业知识，而学习这些知识的最佳途径是现场解剖和尸体标本的观察[6]。然而，对遗体捐献的顾虑导致尸体标本来源和解剖标本减少，对这门学科的热情降低，导致对解剖教学的重视程度和教师素质下降[7]。与此同时，新学科的出现和发展，减少了解剖学的学习时数。一系列因素极大地影响了解剖学的学习效果，进而直接影响临床诊疗效果[7-9]。目前，COVID-19的爆发增加了获得尸体标本的难度，减少了面对面教学、现场解剖和观察的机会，使解剖学研究更加困难[10]。因此，一些解剖学工作者不断探索新形势下的辅助教学体系，更新解剖学教学模式，以提高教学效果[11-13]。由于尸体标本来源丰富，时间充裕，解剖学知识的教学和学习往往建立在现场解剖和解剖标本观察的基础上[14]。然而，由于尸体和解剖标本的减少，人们已经开始用人造模型和塑化标本代替实际的人体标本[15]。随着计算机技术的发展，出现了基于计算机的解剖学辅助教学系统，它可以用计算机模拟人体的形态结构。它利用虚拟现实、增强现实等相关技术，重构解剖学教学场景，模拟解剖操作，虚拟再现人体形态结构，整合相关解剖学知识，形成有利于教学的虚拟解剖学教学系统[15-18]。该系统的应用极大地缓解了教学资源的紧张，提高了解剖学学习效果。然而，受数据来源和技术的限制，这些系统在虚拟解剖模型的有效性、教学系统的完整性以及系统的交互性和可操作性方面仍然存在不足[19]。因此，本文拟以我国数字化可视人体数据集为基础，采用计算机三维重建技术，真实地重建人体的三维结构，并根据解剖学各门课程的特点和知识体系，通过虚拟现实和增强现实技术，开发一套完整的解剖学教学体系的数字化解剖学教学系统。316张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用2数字化解剖学教学系统的设计数字化虚拟人是医学与信息技术、计算机技术相结合的产物，是通过整合大量真实的人体断面数据，采用计算机算法重建的人体三维结构图像，为医学教育提供了丰富的系统解剖学、局部解剖学、断面解剖学教材。确立“虚实结合”的自主学习理念，构建基于中国人体标本横断面数据的“教科书式”三维数字人体解剖学教学软件，推进数字化、清洁化、临床化、开放式自主实验室建设，开发智能化教学工具，打造集“教学理念、教学软件、教学实验室、教学工具和教学网络”。2.1数字解剖标本模型2.1.13D几何模型(1) 数据源从中国数字化可视人体数据集中选取了一男一女两个数据集[20]，作为数字化解剖学教学系统的核心--三维数字模型的基础数据。这些数据集是通过使用低温研磨技术研磨尸体标本获得的光学图像，该技术具有超高空间分辨率和结构识别[21]。通过对这些数据集的操作，包括横截面图像的预处理、解剖结构的边界分割和提取以及三维重建，构建具有真实三维形状和空间关系的解剖结构的三维数字模型。(2) 断面数据由于受采集设备、环境光线、环境温度等属性的影响，图像会发生几何变形、偏移、颜色空间不一致等，因此，对各层人体真实断面图像进行预处理（即，空间配准和颜色配准）对于确保每层上相同解剖结构的空间位置和颜色的一致性是必要的。(3) 解剖结构边界对预处理后的各层人体断层图像进行解剖结构分割。解剖结构分割最常用的两种方法是直接手动分割和交互式分割。手动分割是指在医学专家基于经验和知识的指导下对图像上的解剖结构进行直接扫描采样。交互式分割是指通过计算机自动提取边界和二值化图像来分割解剖结构，灰度范围由医学专家确定。使用手动分割作为示例，解剖结构的边界提取示出如下：绘制控制点确定解剖结构各层边界，形成矢量曲线，曲率变化明显处适当增加控制点密度，使得所提取的边界精确地拟合初级结构，其中不同水平上的每个解剖结构的边界是闭合曲线。317虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4(4) 解剖结构模型边界提取完成后，导入模型生成工具，调整控制点数等信息，对各解剖结构进行表面重建，得到三维几何模型。通过对生成的3D模型进行后处理，如平滑和纹理映射，增强模型数据的真实感。2.1.2纹理映射该数字解剖教学系统从参考材料分析、模型精度、UV布局、纹理制作四个方面对三维数字模型进行处理和优化，确保数字解剖标本的逼真度。(1) 标准物质分析由于数字标本物理结构的复杂性，数字标本的制作必须考虑其合理性和有效性，对纹理、颜色、反射等信息进行分析。在皮肤的情况下，角质层主要反射由皮肤反射的太阳光的部分，而真皮和皮下组织反射次表面散射（SSS）（i.例如，SSS效应通常在计算机图形学中被提及）。实验表明，与皮肤接触的光中约96%被皮肤的多层散射，只有约4%被反射。由于皮肤的半透明特性，光将在其表面上多次散射，并且散射的辐射基于其路径而衰减。光线会在周围扩散，这对皮肤的纹理有很大的影响。(2) 模型精度和拓扑拓扑结构对于数字标本的保真度至关重要。纹理的结构、排列和密度影响拓扑关系。图1显示，仅创建一个映射并不能真实地反映结构。在这里，我们必须分析肌肉的腱性部分、肌肉部分的纹理排列以及两者之间的层次关系，并根据结果分析合理分布拓扑线，如上图中的蓝色网格所示。在模型制作中必须充分考虑拓扑结构，后续制作的高模型烘焙法线贴图，可以更好地支持结构的纹理，使模型的表现更加真实自然。(3) UV布局合理利用好肌理空间。如图2a所示，UV空间为4096×4096，这也是后续映射的大小。纹理显示在UV上;然而，图2b中的纹理仅约为UV空间的1/4。因此，纹理是模糊的，正常像素不能更好地显示细节，这严重限制了效果。(4) 纹理制作要达到最终的效果，需要对地图信息进行属性值的控制，更好的模拟真实效果。• 基本颜色图：基本颜色图需要最多的努力，它直接显示所做标本的颜色信息。• 粗糙度图：定义物体表面粗糙度的图不同的物体。图1纹理贴图。318张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用• 镜面反射贴图：与粗糙度贴图一起使用。• 法线贴图：使用纹理中的值来干涉照明方程中的法向参数，以改变照明效果，更好地显示结构的细微纹理。• 环境光遮挡贴图：增强灯光环境光遮挡导致的衰减真实感，让纹理有更好的真实感图2UV布局。• 次表面彩色图：在具有SSS效果的标本中添加颜色，以更好地表达渗透性。此外，为了体现效果的真实性，必须通过氛围和灯光来衬托。通过模拟真实和谐的环境光照信息，高动态范围成像和全局照明可以创建自然的环境效果，增强待展示标本的真实感。数字人体解剖系统包含6000多个三维数字解剖模型，这些模型反映了模型的形状和相邻层次关系，如图3所示。图33D解剖结构。2.2数字化解剖学教学系统数字解剖学教学体系中的解剖学教学内容包括三维模型数据、知识点（文本、图像和视频）和微课堂，由系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学和临床解剖学课程组成。它的基本目录是基于系统解剖学和丰富的其他类别，包括地形，断面和临床解剖学（图4）。319虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4图4数字化解剖学教学系统框架。系统解剖学是基础医学和临床医学研究的基础学科。同样，数字解剖学教学系统以系统为单位，组织三维模型数据，生成系统解剖学目录，作为整个数字人体三维模型数据的通用程序和索引。局部解剖学的相关属性，如3D模型的部分名称和从身体表面到内部的层次级别，并显示从身体部位的浅层到深层的区域内每个器官的结构分布、相对位置和形态。添加人体的CT/MR图像，与人体的横截面图像相对应，并匹配3D模型的空间位置。通过图像数据、截面图像和3D模型的确认，显示解剖结构的形态变化和位置关系。加入临床真实病例的相关数据，重建图像数据模型，与三维数字解剖模型绑定，直观显示解剖结构的正常形态与病变形态的对比。以“教、学、练、考、管”的教学模式组织数字解剖学教学体系的逻辑体系。根据上述教学模式，功能性、互动性和分类系统促进了教学和促进自主学习。“磁铁”功能优化了教学模式，为自主学习和复习带来便利。有了“磁铁”功能，教师可以整理和保存自己的课件内容，学生320张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用可以自学或复习所学课件。课内练习结合课内试题库，促进教与学的互动，加深对课的印象。同时，通过系统的后台数据记录，可以有效地记录教师和学生的使用情况，为评价、教学和学习质量提供参考信息。另外，独立成熟的考试系统，能够快速有效地组织虚拟标本考核。3数字解剖学教学系统的构成将解剖学实验课与先进的数字化虚拟人体技术相结合，构建了包括系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学等内容的数字化解剖学教学系统，为师生提供了丰富的解剖学教学视频和课件。在学习过程中，通过虚拟与真实人体结构的对比，学生可以快速准确地掌握相关知识，进行课前备课或课后复习。为提升学习体验，提供虚拟现实/增强现实（VR/AR）解剖产品，并设置在线教学产品，以便在课堂上和课后方便使用。在实验室外，在办公室、图书馆、宿舍等有网络覆盖的地方，可以随时访问解剖学教学系统。3.1数字人体解剖学系统本产品主要应用于解剖学相关学科的教学中，紧扣教学大纲，内容完整，按教学顺序排列。该软件包括六个模块，包括“系统解剖学”，“局部解剖学”，“断层解剖学”，“临床病例”，“解剖微课”和“自主学习”，如图5所示。该软件拥有丰富的教学资源，包括人体解剖模型，横断面图像，临床病例，微课视频，图片和动画，支持数字化教学和课前，课中和课后的自主学习。系统中的资源齐全丰富，包括6000多个3D数字图5数字化人体解剖学系统的关键组成部分。321虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4解剖模型、5000多个解剖知识点、50多个解剖手术视频、150多个微型演示课。教师可以通过课件制作模块制作带有数字人预置位的教学课件，并以“磁铁”的形式放置在主界面中。在教学过程中，教师可以借助“磁铁”功能快速调用预设的三维人体结构。该系统设计了多种快速方便的课件演示、分析、讲解功能，包括背景切换、注释、透明、染色、剥离、搜索、发音、画笔、三维显示等，如图6所示。图6数字化人体解剖系统的主要方案。基础解剖学由额外的学科知识补充。在“系统解剖学”和“局部解剖学”模块中的相关“磁体”中添加组织切片图像，与“磁体”中的解剖结构相对应，并对关键结构进行注释，以方便学生观察同一结构的大体形态和显微形态，如图7所示。“临床病例”模块包含80多个真实的临床病例，这些病例被分为八类：神经系统、五官、腹部、骨骼肌、颈部、消化道、胸部和盆腔。每个临床病例包括多个真实的计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）、病例描述、基于临床图像重建的3D数据以及关于对应的正常人体结构的三维数据。将病例模型数据与正常人体结构模型数据一一对比，如图8所示。3.2数字人体虚拟解剖台该产品包括两个数据集：男性和女性。通过切片、3D显示、触摸屏交互、横屏、竖屏等方式，可显示任意切面、系统、部位、层次的解剖结构，并可关联相应的显微组织学322张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用图7组织学知识链接。结构图8案例模型的综合展示。该系统可快速显示高清切片，完成切割、内窥镜等手术操作（图9），缓解医学教学中标本短缺的问题，帮助医学生和医生对立体结构进行宏观和微观的多层次认知，满足医学教学、临床实践和科普教育的需求。图9虚拟内窥镜的显示效果。323虚拟现实智能硬件2021年11月3日第43.3数字人体VR解剖教学系统在医学教学中，大量的时间都花在讲解解剖学知识上，如人体各部位的结构、形态及其相邻关系。单靠语言表达和简单的模型展示，并不能在学生的头脑中建立起系统的人体框架，使他们理解和记忆课本内容。数字人体VR解剖学教学系统将VR技术应用于解剖学知识的教学中，通过沉浸式体验和精细化的人体结构数据，将解剖结构生动、立体、系统地表达出来，让学生在沉浸式环境中学习人体解剖学，如图10所示。图10数字人体VR解剖教学系统场景。数字化人体VR解剖教学系统采用面向医学教学的多人协同模式，模拟课堂场景，将教师端与关联的学生端对接，确保VR场景中模型、知识点等课堂内容的一致性。学生端的信息反馈到教师端，促进学生和教师之间的沟通和互动，帮助教师掌握可用学生的进度。在数字人体VR解剖学教学系统中增加了认知测试模块，通过人工组合解剖结构测试模式，调动学生学习的积极性和主动性，加深解剖结构的形态、空间位置、毗邻关系等医学知识，提高教学质量。3.4数字人体AR解剖系统该系统具有“深度感知”、“全景”和“逼真仿真”的特点。通过戴上一副3D眼镜，用户可以用一个特殊的控制笔交互地操作系统。该系统可以六个自由度自由操作。用户可以从各个方向观察人体结构，并通过控制摄像头观察器官内部，获得身临其境的3D体验。通过控制笔上的按钮启用不同的操作。其他观察者可以通过外部屏幕查看图像，如图11和图12所示。该系统结合现实场景，对传统的口语教学方法进行了改进，324张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用通过为学生提供立体和生动的感官体验，静态和2D图片补充表达。沉浸式交互体验通过促进学生的参与，激发学生的学习兴趣，提高教学效率和学习效果，达到虚拟仿真教学的目的。3.5数字化人体解剖学系统网络版数字人体解剖系统安装在校园网服务器上，如图13所示，供学校师生使用用户名和密码登录。系统只在需要时下载，防止网络图11数字人体AR解剖系统的立体效果。带宽限制，最大化运行速度，并支持尽可能多的用户同时登录。图12数字人体AR解剖系统的场景效果。3.6数字化人体解剖学检查系统考核是解剖学教学中重要的调节环节，具有测试、反馈、监督、激励、指导等多重功能。它体现了教学效果，有效地充实了教学内容，是培养学生综合能力的重要手段。教师可以通过考试调整教学方法的运用，增删教学内容，影响学生的学习和思维方法。因此，考试改革是教学改革的一个重要方面。数字化人体解剖学考试系统通过计算机对真实标本的数字化采集，实现了基于网络的无纸化考试。系统管理更简单、高效，收集了大量的优质习题和样本，具有丰富的创新功能，可以帮助教师进行试卷的设置、编排、评分和统计，鼓励学生自主学习。325虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4图13在线数字人体解剖学系统框架图。传统的解剖学考试主要有“实物考试”、“图片/PPT静态考试”、“多媒体考试”等形式。受客观条件的限制，这些考试形式往往不能客观反映学生对标本的掌握情况，存在诸多弊端。数字化人体解剖学检查系统为数字化解剖学检查提供了新的工具。它使考试更加科学、客观、规范、方便，同时节约了教学资源，优化了资源配置，提高了教学效率，对数字解剖学教学的发展具有重要意义。4数字化解剖学教学系统的应用4.1解剖学综合教学实验室通过智能实验室管理系统和各种智能控制和管理系统，实现实验室的智能管理和远程控制，提高实验室管理水平。为环境创设、空气处理、数字化教学、专业解剖学教学资源提供全方位设备，优化教学手段，虚实结合，提高教学质量，辅助教师进行教学信息化改革。为医学院校解剖学教学提供整体解决方案，根据各校的具体情况和需求进行分步建设，通过改善实验室整体教学环境，逐步打造出世界一流的解剖学实验教学新模式。经过对各种解剖学实验室和数字化教学设备的打磨和优化，优质的教学资源变得简单易用，可以完美地融入解剖学教学，提高教与学的效率。师生之间的学习交流是326张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用通过多种互动方式推广。实验室之间可以实现交互式教学，通过练习和考试系统加强对学习过程和学习效果的监督，从而提供了一种泛在的学习模式。4.1.1虚拟解剖学教学实验室虚拟解剖教学实验室由“数字人体解剖教学系统”、“数字人体VR解剖教学系统”、“数字人体AR解剖教学系统”、“数字人体虚拟解剖台”组成，采用一体化装修设计（图14）。图14虚拟解剖学教学实验室。通过VR、AR、3D投影、虚拟解剖等技术带来的交互体验，实现前所未有的解剖学学习效果，身临其境的观察和操作，仿佛用户亲临现场，为医学解剖学教学创造更加真实、面向未来的教学场景。4.1.2智能解剖实验教学中心智能解剖实验教学中心由“实验室环境综合营造”、“智能综合空气管理系统”、“数字化教学设施”和“智能实验室管理系统”组成，严格按照数字化解剖实验室建设规范进行设计和建设（图15）。完善的实验室环境优化了实验室的使用方式，创造了国际一流的智能解剖学实验教学条件，提高了学校形象和教学效果，促进了解剖学教学新理念、新方法和教学改革的实施。4.1.3解剖学自主学习实验室该解决方案包括“数字人体解剖教学系统”、“高清断层3D打印模型”和“成像临床诊断和手术计划系统”等数字教学系统（图16）。结合临床医学专业五年制和八年制人体断层解剖学教学计划，327虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4图15智能解剖实验教学中心。图16解剖学自主学习实验室。并结合医学CT、MRI图像重建实例进行对比分析。以断层解剖学微课堂和观片器等教学设施为支撑，实现断层影像学教学的个性化需求和自主学习。4.2教学应用根据教学需要，对虚拟解剖学教学系统的内容进行了整合，并按照教学大纲的教学顺序进行了安排。数字化人体解剖模型可快速便捷地导出，并通过“磁石”、切片图像、微课视频、图片、动画等方式提供丰富的优质教学资源，极大地方便了数字化教学和课前、课中、课后的自主学习。328张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用该系统是医学与信息技术、计算机技术相结合的产物，通过计算机算法将大量的真实人体断面数据整合并重建成人体的三维结构图像。它提供了丰富的系统解剖学、局部解剖学和断层解剖学教材，改变了传统的解剖学教学模式，打破了传统解剖学教学的桎梏。丰富的教学资源，立体化、生动化、互动化教学，极大地提高了学生的学习兴趣。4.3推广应用28个省、市、自治区的200多所医学院校购买了中国数字化人体解剖学教学系统，30多所学校建立了数字化解剖学实验室，全部应用于医学生的人体解剖学教学。截至目前，共收到8份申请证书，培训教师213人，受益学生123042人。截至目前，数字人系统已在5家三级甲等医院安装。该系统已在包头市、呼伦贝尔市、单县科技馆等地得到应用。5讨论5.1数字化解剖标本的科学性与形态特征的还原程度解剖学是研究正常人体形态结构及其规律的科学，对解剖知识的认知也要准确无误。近年来，医学生对某些解剖学知识的误解，以及缺乏经验的外科医生缺乏解剖学知识，导致了一些本可以避免的临床医疗事故[22，23]。除了学习态度外，对某些解剖知识的误解或认知不足，在更大程度上是解剖教学资源不足的后果，或者观察到的人体形态结构不准确[22，23]。数字化或电子化解剖学教学系统中的虚拟解剖模型是利用数字化工具在虚拟环境中构建的。虚拟解剖学教学系统中的一些模型是基于解剖学专家对人体形态结构的认知而构建的，这些模型的形态结构和空间关系很难得到准确、科学的描述，特别是对于一些复杂的结构[21，24 -27]。在一定程度上，这些不准确的虚拟模型可能会导致医学生的认知错误。数字解剖学教学中的模型是在真实人体连续薄层断层图像的基础上，通过图像分割、计算机辅助三维重建、纹理映射等技术手段构建的三维数字模型。由于原始断层数据的高精度，重建的三维数字模型能够真实地表示人体的形态结构及其三维空间关系，保证了数字解剖系统中解剖结构的科学性和形态特征的高度还原性。对于一些细小的血管和神经以及在断层图像上无法识别的结构，严格根据其在断层图像上可识别的参考结构来确定其空间位置和近似大小，并在三维建模方法中生成相应的三维模型。的329虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4生成的模型再经过解剖学专家的鉴定，保证了模型的真实性和科学性。5.2数字解剖学教学系统解剖学教学的目标是让医学生了解身体结构的形态，位置和空间关系。由于这些结构的复杂性增加了理解其空间特征的难度，因此医学生必须从不同角度识别和理解解剖结构，以全面了解系统和地形水平的知识[28]。该系统科学、完整、全面，制作了6000多个三维数字解剖模型、5000多个解剖知识点、50多个解剖手术视频、150多个微型演示课，提供了系统解剖、局部解剖、断层解剖、运动解剖、虚拟解剖手术台等不同专业、不同层次的教学内容。从网络终端、桌面、触摸屏3D显示器、投影3D立体显示器到AR，其多样化的交互形式满足了不同环境下学习环境的要求。5.3数字解剖学教学系统中虚拟解剖的多样性解剖学专业学生主要包括临床医学生、非临床医学生、医务工作者、特殊行业从业人员和解剖学再学习者。不同专业的学生有不同的学习需求和目标。如临床医学专业学生要求全面深入地掌握人体解剖学，涉及系统解剖学、局部解剖学甚至断层解剖学的学习，护理、检验医学、预防医学专业学生往往侧重于系统解剖学的学习，体育专业学生侧重于运动解剖学，解剖学的再学习者，特别是进修的外科医生，需要掌握更精细的解剖学知识，尤其是局部解剖学的细节。数字化解剖学辅助教学系统充分考虑不同解剖学需求和教学目标，构建了有针对性的解剖学辅助教学系统，包括系统解剖学、局部解剖学、护理解剖学和运动解剖学辅助教学系统。每个数字解剖学辅助教学系统中的数字模型都来自同一个数字解剖学标本模型库。在不同的解剖学辅助教学体系中，教学内容的安排和三维数字模型的虚拟解剖操作都是根据各门课程各自的特点和要求，充分体现课程的教学特点，达到良好的教学效果。当考虑用户的不同需求和各阶段的要求时，除各解剖学课程体系的导航框架外，所有解剖学课程的常见解剖学知识的教与学都安排了快速导航“磁铁”;制作展示特殊结构和功能的动画和视频资源以及以大纲形式的解剖资源以供复习和记忆强化，设计了一系列解剖学辅助教学工具，包括解剖标本结构识别考试系统和解剖学知识测试系统。解剖学各门课程的辅助教学系统将解剖学的教与学有机结合，满足了医学生和各级解剖学教师的教与学需求[29]。330张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用5.4教学模式的多样性和实用性5.4.1虚拟解剖学教学环境解剖学的学习效果除了学生的努力和教师的教学水平外，还与解剖学的学习环境和教学资源有直接关系。良好的学习环境可以在很大程度上消除对尸体标本的恐惧，甚至增加对解剖学研究的兴趣[30]。数字技术的普及和虚拟仿真实验教学的快速发展，以及“5G”、“IoT”和“智能技术”的快速发展，必将带来新一轮的数字化学习变革。“智慧解剖学实验教学中心”建设“智能化、数字化、专业化”，由“标本处理与展示”和多种“解剖学实验室”、“临床解剖学培训中心”、“智能控制管理系统”组成。在解剖学教学过程中，涵盖了系统解剖学、局部解剖学、断层解剖学和临床解剖学，开创了一种无处不在的自主学习新模式，为各医学院校解剖学教学改革做出了贡献。虽然尸体标本被认为是最好的教学模式，但由于标本的短缺，一些替代性的教学资源和模式也被应用于教学中。数字化人体解剖学教学系统来源于真实人体数据，结构细致真实，在视觉外观上与真实标本相似，整合了解剖学知识体系，符合各专业层次的解剖学教学大纲，是解剖学教学资源的有力补充和教学模式的创新。它满足了解剖学教学“学、教、练、考、管”的多方面需求，有效解决了解剖学教学中存在的尸体来源不足、标本供应不足、教学资源单调、自主学习障碍、自主练习和考试难以实施等问题。5.4.2虚拟解剖学教学通过问卷调查和使用证明[31]，数字化解剖学教学系统得到了师生的一致好评，提高了人体解剖学课程的教学效果[32-38]。这一改进的原因概述如下：(1) 数字化人体系统提供的自主学习环境，创新了传统的解剖学教学模式，促进了学生从被动学习向自主学习的转变。(2) 该系统立体、生动、交互性强，极大地提高了学生的学习兴趣。(3) 三维解剖结构培养学生的空间思维能力。(4) 数字人类系统的创新实验有助于学生培养创新和创业能力。(5) 中外语音系统教学生术语的正确发音。(6) 教师拥有丰富的教学资源。5.4.3对数字化解剖学教学系统数字人体解剖学系统是以中国人的数据和现代信息化手段为基础，具有原创性、规范性、先进性和自主性。在全国220多所医学院校的解剖学教学中应用，提高了教学质量，成为医学解剖学教学的发展趋势。331虚拟现实智能硬件2021年11月3日第4人体解剖学教学改革乃至医学教育信息化[32-38]。与其他同类产品相比，在数据来源上，产品内容和产品体验交互具有突出优势[39]。(1) 真实和详细的数据来源中国数字化人体解剖系统是国内唯一基于连续光学切片三维重建的数字化人体解剖产品。与其他同类应用相比，在真实性和准确性方面具有显著优势，产品已通过中国解剖学会专家委员会鉴定。(2) 完整的产品知识体系模型结构真实，制作了6000多个逼真的3D数字解剖模型。模型是真实的，渲染效果与真实标本没有显著差异。综合解剖学知识涵盖了系统解剖学、局部解剖学等多门课程，适合临床和非临床医学教学。(3) 灵活的沉浸式交互体验数字人体系统集成了多种交互设备和教学环境，能够充分发挥数字解剖学教学系统的教学目的和教学效果。与其他相关系统相比，这些系统更能体现数字化解剖学教学资源和教学模式的价值。6结论中国数字化可视人体数据集是通过低温铣削技术铣削尸体标本获得的光学图像，具有超高的空间分辨率和结构识别能力[25]。数字人体结构模型细致真实，渲染效果与真实标本无明显差异，具有真实感和沉浸感。综合解剖学知识涵盖系统解剖学、局部解剖学等多门课程，适合临床医学和非临床医学教学。在数字化人体解剖学教学系统中，根据教学安排的要求，通过整合三维解剖结构模型、解剖模型知识点、切片、断层图像、CT/MRI图像、微课视频等资源，构建系统解剖、断层解剖、局部解剖、临床病例、微课解剖等模块，封装成VR解剖系统，AR解剖系统、数字人体解剖系统、数字人体解剖检查系统等基于交互体验要求的产品。数字人体系统、各种交互设备和教学环境的集成，可以充分增强数字解剖学教学系统的教学目的和教学效果。与其他相关系统相比，这些系统更能体现数字化解剖学教学资源和教学模式的价值。随着交互设备的完善，有望取代大部分解剖学教学内容。数字化、信息化技术的发展不断推动着医学院校解剖学教学的创新与进步。随着教学理念的更新，数字化教学资源的完善，解剖学教学理念、信息化、网络化建设的改革不断深化和推广，教学工具不断创新。在解剖学教学过程中，数字化人体解剖学系统有效地332张娜等：解剖学数字化辅助教学系统的开发与应用解决了尸体来源不足、标本供应紧张等问题，有助于各医学院校解剖学教学改革，改善实验室整体教学环境和学校形象。该系统已在全国大部分中医院校应用，得到了解剖学教师和学生的肯定和认可，对保证解剖学教学质量起到了重要作用。研究的局限性本研究开发的数字化人体解剖学系统虽然在知识传播、解剖模型的感知表现、解剖操作体验等方面接近真实解剖学教学，但具有替代传统解剖学教学模式的潜力。借助良好的VR交互设备，数字化人体解剖学教学系统可以教授大部分解剖学课程，尚不能完全满足对解剖技能培养要求相对较高的临床专业医学生的教学需求。最好将野外解剖学教学与该系统相结合。竞合利益我们声明我们没有利益冲突。引用1作者：J. J.解剖学教学：过去、现在和未来的幽灵。医学教育，2006，40（3）：243–253DOI：10.1111/j.1365-2929.2006.02401.x2Chia T，Oyeniran O.尼日利亚的解剖学教育：挑战与前景。当代医学教育杂志，2019，9（3）：61DOI：10.5455/jcme.20190531113058s3Chia T I，Oyeniran O I，Ajagbe A O，Onigbinde O A，Oraebosi M I.医学生在解剖室所经历的症状和压力。TaibahUniversity Medical Sciences，2020，15（1）：8-13 DOI：10.1016/j.jtumed.2020.01.0014Vorstenbosch M A T M，Kooloos J G M，Bolhuis S M，Laan R F J M.低年资医师解剖能力之调查研究。解剖科学教育，2016，9（1）：8DOI：10.1002/ase.15135吴伟杰，王伟杰，王伟杰.医师对解剖学核心课程的意见：以医学影像学为例 垂直整合。解剖科学教育，2014，7（4）：251DOI：10.1002/ase.14016作者声明：A.我们需要解剖在一个综合的问题为基础的学习医学课程？一年级和二年级学生的看法。外科与放射解剖学，2007，29（2）：173DOI：10.1007/s00276-007-0180-x7[10]杨文，杨文，杨文.为什么解剖学知识很重要：继发于外周静脉套管插入的假性动脉瘤病例报告。欧洲血管和血管内外科杂志，2018，3，18杜默尼克D E，范古尔H，库卢斯J G M，十布鲁克R P。医学二年级学生解剖学知识的纵向保留。解剖科学教育，2017，10（3）：242DOI：10.1002/ase.16569亚明湾解剖学知识的现状：我们现在在哪里？我们需要去哪里，如何到达那里？医学教学，2014，26（2）：184DOI：10.1080/10401334.2014.88398510Onigbinde O A，Chia T，Oyeniran O I，Ajagbe A O.尸体解剖在COVID-19后解剖学教育中的地位。形态学，2020年DOI：10.1016/j.morpho.2020.12.004333虚拟现实智能硬件2021年11月3日第411Norcini J.《反馈的力量》医学教育，2010，44（1）：16-17 DOI：10.1111/j.1365-2923.2009.03542.x12Hadie S N H，Hassan A，Ismail Z I M，Asari M A，Khan A A，Kasim F，Yusof N A M，Manan H A，Muda T FM T，Arifin W N，Yusoff M S B.解剖学教学环境测量建构之德尔菲法研究。程序-社会与行为科学，2014，116：4219DOI：10.1016/j.sbspro.2014.01.92013Estai M，Bunt S.解剖学教育的最佳教学实践：批判性评论。解剖学年鉴-Anatomischer Anzeiger，2016，208：151DOI：10.1016/j.aanat.2016.02.01014父亲N.解剖学教学：解剖学。上一篇：解剖学教学Cham：Springer International Publishing，2014，213-221.DOI：10.1007/978-3-319-08930-0_2415Estai M，Bunt S.解剖学教育的最佳教学实践：批判性评论。解剖学年鉴-Anatomischer Anzeiger，2016，208：151DOI：10.1016/j.aanat.2016.02.01016谭M D B S，哈特A R，威廉姆斯S M，荷兰R，海林斯D，伦斯特S。评价计算机程序（“disect”）巩固解剖学知识：一项随机对照试验。医学教师，2010，32（3）：e138-e142 DOI：10.3109/0142159090314411017Trelease R B.解剖信息学：新前沿的千年展望。解剖记录，2002，269（5）：224-235DOI：10.1002/ar.1017718Fyfe G，Fyfe S，Dye D，Crabb H.在一个大的第一年核心单位使用解剖表。第30届电子梦想Ascilite会议。悉尼，麦考瑞大学，2013年19[10] Hobalda M K，Stefura T，Koziej M，Skomarovska O，Jasiovska K A，Saghabun W，Klimek-Piotrowska W.医学生和医生对解剖结构的认识出现了惊人的下降。解剖学年鉴，2019，221：48-56 DOI：10.1016/j.aanat.2018.09.00420埃利斯·H医学法律诉讼及其与外科解剖学的联系。外科学（牛津），2002，20（8）：i-iiDOI：10.1383/10.20.8.0.1451821放大图片作者：J. 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