張?zhí)m華,張金池,張兆臣,李惠萍

（泰山醫(yī)學院信息工程學院,山東 泰安 271016）

虛擬醫(yī)學教學系統(tǒng)的實踐應用研究

張?zhí)m華,張金池,張兆臣,李惠萍

（泰山醫(yī)學院信息工程學院,山東 泰安 271016）

為了合理的利用現(xiàn)有醫(yī)學教學資源、解決醫(yī)學實驗教學資源緊張的問題,利用虛擬現(xiàn)實及模擬技術,在傳統(tǒng)教學及平臺的基礎上,結合已有教學資源與軟件平臺開展虛擬教學系統(tǒng)的實踐應用研究。利用虛擬醫(yī)學系統(tǒng)不僅形象生動的體現(xiàn)了復雜的教學過程,對于醫(yī)學教學中不能開展的實驗或有限的教學資源提供一種新的教學及實驗方式。實踐證實在醫(yī)學教學過程中開展虛擬醫(yī)學教學與實驗是可行的。

虛擬現(xiàn)實；模擬技術；教學系統(tǒng)

10.3969/j.issn.100221701.2012.10.042

隨著高校的擴招,高等醫(yī)學院校學生人數(shù)大幅度增加,隨之而來的就是醫(yī)學教學資源的緊張。在醫(yī)學教學中,實驗教學同理論教學一樣,成為醫(yī)學教學活動中不可缺少的教學方式,而且是學生提高實踐能力有力的保障。如何解決醫(yī)學資源緊張問題是醫(yī)學院校急需解決的問題之一。

醫(yī)學教學系統(tǒng)是輔助醫(yī)學院校進行教學活動常用的方式之一,醫(yī)學教學系統(tǒng)可以生動形象的對醫(yī)學教學活動進行描述和表達。虛擬現(xiàn)實技術是一種綜合計算機圖形技術、多媒體技術、傳感器技術、人機交互技術、網(wǎng)絡技術、立體顯示技術以及仿真技術等多種技術制造逼真的人工模擬環(huán)境,并能有效地模擬人在自然環(huán)境中的各種感知系統(tǒng)行為的高級的人機交互技術,虛擬環(huán)境通常是由計算機生成并控制的,使用戶身臨其境地感知虛擬環(huán)境中的物體,通過虛擬現(xiàn)實的三維設備與物體接觸,從而真正地實現(xiàn)人機交互[1]。因此在醫(yī)學教學系統(tǒng)中運用虛擬現(xiàn)實技術對緊張的醫(yī)學資源進行模擬為醫(yī)學院校解決資源緊張問題提供了一條可行之路。

一、實踐應用研究現(xiàn)狀

在國外的醫(yī)學研究及教學領域,已經(jīng)利用多種模擬手段開展了大量的研究與應用,取得了大量的研究成果,得到了良好的教學效果。

從1990年開始,模擬教學在美國、英國、德國等發(fā)達國家的醫(yī)學教學中得到逐步推行。20世紀90年代初,我國浙江醫(yī)科大學、華西醫(yī)科大學和九江醫(yī)學專科學校受美國中華醫(yī)學基金會資助,實施了臨床技能教學改革并取得了積極的成果。目前,全世界已經(jīng)建立有數(shù)百個醫(yī)學模擬訓練中心,并建立了地區(qū)性和世界性模擬醫(yī)學教學專業(yè)協(xié)會。模擬教學正越來越多地應用于醫(yī)學各個學科的臨床教學、人員培訓、技能評估和科學研究中[2]。

對于模擬研究,國外利用虛擬現(xiàn)實技術建立虛擬的人體模型,借助于跟蹤球、HMD、感覺手套,可以很容易了解人體內(nèi)部各器官結構[3]。另外,在遠距離遙控外科手術,復雜手術的計劃安排、為手術過程提供操作和信息上的輔助、預測手術結果及改善殘疾人生活狀況,乃至新型藥物的研制等方面,都使用模擬技術開展研究。

同時,借助計算機圖形學與虛擬現(xiàn)實進行虛擬生物解決方案,特別是醫(yī)學教學過程中較為復雜的手術過程等,使用計算機技術來模擬、指導醫(yī)學手術所涉及的各種過程,在時間段上包括了術前、術中、術后,同時對于手術計劃制定,手術排練演習,手術教學,手術技能訓練,術中引導手術、術后康復等都有多項研究成果[4]。

結合計算機人工智能的研究,國內(nèi)外的研究機構以智能仿真技術為核心開展病人模擬系統(tǒng),解決醫(yī)學生臨床教學所面臨問題。

二、虛擬醫(yī)學系統(tǒng)實踐研究

作為輔助實驗教學的主體,虛擬醫(yī)學系統(tǒng)的開發(fā)直接影響最終的實踐效果,因此利用已有教學資源與軟件平臺相結合來開發(fā)虛擬教學系統(tǒng),通過對已有的醫(yī)學教學資源進行分析設計,結合相關的軟件平臺,在傳統(tǒng)教學及平臺的基礎上,利用模擬技術開發(fā)虛擬教學平臺,使之更加形象生動的體現(xiàn)復雜的教學過程。然后利用模擬技術通過軟件平臺模擬不能開設的或資源緊張的實驗。對于醫(yī)學教學中不能開展的實驗或有限的教學資源,通過軟件平臺模擬實驗過程或教學過程,最終使學生掌握此相關知識。

借助虛擬醫(yī)學系統(tǒng),首先在理論教學過程中將復雜的醫(yī)學過程進行形象表示,在實驗教學之前,先通過虛擬醫(yī)學系統(tǒng)對學生進行培訓。由于醫(yī)學過程的復雜性,眾多實驗及理論必須通過親身實踐才能掌握,因此,對于過程復雜、要求較高、需要反復鍛煉的教學過程通過虛擬現(xiàn)實的技術表達在醫(yī)學系統(tǒng)中。

虛擬醫(yī)學系統(tǒng)與其他教學方法和系統(tǒng)相比有其獨有的特性。計算機輔助的模擬技術可將醫(yī)學教學中復雜的實驗及操作數(shù)字化,通過直觀的表達學生易于學習和掌握,在傳統(tǒng)教學方法和模式的基礎上,提供多樣性的主動學習的環(huán)境,具有較強的人機對話功能,容易建立起雙向交互式人機界面,使學生從被動學習到主動積極靈活的學習,提高教學水平和教學質(zhì)量。

除此之外,模擬系統(tǒng)還可以解決醫(yī)用資源不足的問題,可以利用虛擬手術器等模擬,并可利用操縱桿,選擇任一結構的模型將其從數(shù)字化虛擬中獨立出來,進行更精細的觀察,這樣的過程可以進行反復練習,分組進行,方便師生,不僅節(jié)約資源,還解決現(xiàn)實資源不能重復利用的問題。

利用模擬技術在醫(yī)學教學中進行開發(fā)與應用有多種形式[5],比如虛擬實驗室可用于課堂教學和學生自學,可以提高教學效果、增強學生的學習興趣、培養(yǎng)學生創(chuàng)造力和想像力等。

醫(yī)學模擬教學可以應用于普通的理論及實驗教學活動,比如解剖學、生理學、藥理學、物理診斷學、護理學等,也可以應用在臨床教學中,如婦產(chǎn)科、兒科、急診科、麻醉科、外科、內(nèi)科及內(nèi)窺鏡等的學習。

通過虛擬醫(yī)學教學系統(tǒng)的應用,不僅為教師、學生提供一種新的學習方式,也為學校及臨床提供積極的輔助手段,利用模擬技術構建醫(yī)學虛擬教學系統(tǒng)可以改善傳統(tǒng)教學方式和教學手段的不足,提高教學的效果和效率。同時可以提高學生的動手能力,節(jié)約實驗資源。

三、應用推廣前景

虛擬醫(yī)學教學系統(tǒng)的試點及應用為學校、教師及學生提供一條嶄新的教與學的方式。

醫(yī)學教學系統(tǒng)可以結合新的技術開展新型的理論與實驗教學,提高學生的實踐動手能力。同樣,虛擬現(xiàn)實也可以應用于臨床及實踐操作中,為實習醫(yī)生或?qū)W生提供新的實驗資源。

同時,其他專業(yè)或課程也可以借鑒虛擬醫(yī)學教學系統(tǒng)作為理論教學或者實驗教學的輔助手段。

四、結束語

不管在醫(yī)學研究還是教學領域,模擬技術作為一種新的手段和其他計算機技術相結合,成為推動醫(yī)學教學改革和發(fā)展以及解決醫(yī)學研究的新的熱點方向。

模擬技術在醫(yī)學教學中的應用為中國醫(yī)學教育改革與發(fā)展提供了一條新的途徑,利用模擬技術不僅可以在滿足資源的要求,還可以生動形象的表達教學過程,并且在一定程度上綜合了一整套新的教學方法,使學生得到一個完整醫(yī)學學習過程的訓練及模擬。

當然,虛擬醫(yī)學教學系統(tǒng)在實驗教學中還存在一定的不足：沒有真實環(huán)境的實物感,不能完全反映現(xiàn)實醫(yī)學過程,也不能完全表達真實環(huán)境中的意外情況等。下一階段我們將針對實踐應用中出現(xiàn)的問題和發(fā)現(xiàn)的不足,繼續(xù)展開研究,努力提高醫(yī)學虛擬系統(tǒng)的應用效果。

[1]劉 怡,曾照芳,李 驕.虛擬現(xiàn)實技術中的肝臟構建及其相關研究[J].中國生物醫(yī)學工程學報,2007,26（2）：7462750.

[2]徐 晤,王志榮,黃一虹,等.虛擬與現(xiàn)實結合的心電圖軟件的構建[J].中國醫(yī)學教育技術,2007,21（1）：33235.

[3]李 橋,潘 燕,孫文紅,等.虛擬儀器在醫(yī)學信號檢測分析實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理,2005,22（1）：28230.

[4]邱 峰,張際平,高 巖.虛擬手術實驗在醫(yī)學教學領域中的應用[J].現(xiàn)代教育技術,2009,19（7）：1272129.

[5]楊曄琴,高歌心,蔡福滿,等.虛擬教學平臺在護理實踐教學中的應用[J].中國高等醫(yī)學教育,2011（5）：64265.

Practice and application research on virtualmedical teaching system

ZHANGLan2hua,ZHANGJin2chi,ZHANG Zhao2chen,et al
（College of Information and Engineering,Taishan Medical College,Taian 271016 Shandong,China）

In order tomake full useof themedical teaching resource and satisfy the requirementofmedical experiments,based on the custom teaching platform,the authors have developed the practice and application research on virtualmedical teaching system taking advantageof the virtual reality and simulation technology and combining the original teaching resourceson software platform.It reflects the complex teaching process directly and visually,also provides a new method in the teaching and experimentswhich are difficult to develop in the limitedmedical resources.The practice has verified that it is feasible to develop the virtualmedical teaching and experiment inmedical teaching.

virtual reality；simulation；teaching system

G642.0

A

100221701（2012）1020080202

2011208

張?zhí)m華,男,博士,講師,研究方向：醫(yī)學信息學及復雜網(wǎng)絡建模與算法。

中華醫(yī)學會醫(yī)學教育分會醫(yī)學教育研究課題（20101403）；山東省高等學校科技計劃項目（J10LC59）。

●教學管理