沈臻懿

尸體解剖，是每一名醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生了解與掌握人體結(jié)構(gòu)的必經(jīng)過程。每名醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)解剖學(xué)的過程中，均需邁過心理這道坎。不過，當(dāng)前一項名為3D虛擬解剖的前沿技術(shù)問世，正在悄然改變著這一傳統(tǒng)過程。借助于該技術(shù)的應(yīng)用，操作者在虛擬解剖臺上可以通過觸摸屏的操作，實現(xiàn)對人體的觀察和檢驗。不同于真實尸體解剖中，人體組織只能被切除的特點，3D虛擬解剖技術(shù)可以令人體器官、組織、神經(jīng)等反復(fù)“切除”后再重新“生長”，從而令操作者更深入認(rèn)識人體各組織間的聯(lián)系。除醫(yī)學(xué)專業(yè)教學(xué)、科研外，3D虛擬解剖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域尚在不斷拓寬。無論是個體死亡原因的查明、陣亡士兵尸體的檢驗，抑或尸塊的復(fù)原與檢驗，均可發(fā)現(xiàn)3D虛擬解剖技術(shù)在其中所起到的關(guān)鍵作用。

傳統(tǒng)尸體解剖技術(shù)的變革

數(shù)個世紀(jì)以來，任何一名醫(yī)學(xué)生均需通過尸體解剖這一專業(yè)課程來掌握與熟知人體各個部位的構(gòu)造。不過，解剖者面對的畢竟是一具真實存在的人類尸體，其在操作與實踐的過程中顯然首先需要邁過心理障礙這道坎。有幸的是，前述情形在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的背景下，已經(jīng)悄然轉(zhuǎn)變。這一切的變革，源自于3D虛擬成像技術(shù)的不斷成熟，為醫(yī)學(xué)解剖領(lǐng)域帶來了極大的便利。

當(dāng)前，澳大利亞、英國、美國等國的研究團隊已相繼設(shè)計、研發(fā)了一項名為3D虛擬解剖的前沿技術(shù)用于醫(yī)學(xué)解剖的教學(xué)與科研?？茖W(xué)家們花費了二十余年的時間完成了前期基礎(chǔ)研究，并建立了極為詳盡的虛擬人體解剖切面。

英國愛丁堡大學(xué)解剖學(xué)學(xué)院利用3D虛擬技術(shù)，已研制出了一臺頗為新奇的高科技醫(yī)學(xué)教學(xué)科研設(shè)備——3D虛擬解剖臺。目前，這一新型儀器設(shè)備已被運用于英國愛丁堡大學(xué)解剖學(xué)學(xué)院的日常教學(xué)與科研之中。CT掃描設(shè)備的全景掃描，可以將尸體結(jié)構(gòu)以圖像形式輸出，從而在虛擬解剖臺上呈現(xiàn)出與真人比例完全一致的男性或女性生理結(jié)構(gòu)的詳細解剖圖像。通過3D虛擬成像技術(shù)，人體各處生理結(jié)構(gòu)可以互相疊加并組成彩色3D影像。人體整個身體以及皮膚之下的每一處細節(jié)均可呈現(xiàn)在虛擬解剖臺上，供學(xué)習(xí)者在某處虛擬位置上加注標(biāo)簽，并用于解決實際臨床問題。借助于虛擬解剖臺這一設(shè)備，醫(yī)學(xué)生們只需通過觸摸屏就可對尸體予以虛擬“解剖”。

3D虛擬解剖技術(shù)的優(yōu)勢

對于傳統(tǒng)解剖工作而言，尸體解剖的前期準(zhǔn)備極為繁瑣。不僅需要制定極為周密、翔實的解剖計劃，還需要對尸體中的脂肪等結(jié)構(gòu)予以清除。另就分層解剖而言，傳統(tǒng)尸體解剖的效果較之于3D虛擬解剖遜色不少。3D虛擬解剖技術(shù)擁有區(qū)域解剖功能，可以實現(xiàn)分層解剖的效果。醫(yī)學(xué)生在操作時，不僅可以深入了解與掌握某一層生理結(jié)構(gòu)的細節(jié)特征，亦可便于學(xué)生反映觀察分層解剖的特點。前述優(yōu)勢使得3D虛擬解剖技術(shù)同時具備了“導(dǎo)航”功能。醫(yī)學(xué)生在實踐操作時，可以在自主尋找的基礎(chǔ)上對人體的某處位置予以深入解剖，并可以在重點關(guān)注的部位標(biāo)記不同顏色與標(biāo)簽。

不同于傳統(tǒng)解剖工作需要應(yīng)用的解剖刀、手術(shù)剪、開顱鋸等器械，醫(yī)學(xué)生在對虛擬尸體進行“解剖”時，使用的是觸摸屏這一設(shè)備。據(jù)英國愛丁堡大學(xué)解剖學(xué)教授高登·凡德賴特介紹：“虛擬解剖臺的最大特點就在于，操作者可以借助于特別的3D視角來對人體的不同側(cè)面進行旋轉(zhuǎn)、觀察和檢驗。誠然，3D虛擬解剖技術(shù)無法等同于真實的尸體解剖。但醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生可以應(yīng)用3D虛擬解剖技術(shù)來開展解剖學(xué)的教學(xué)和實務(wù)操作。從當(dāng)前已經(jīng)收到的醫(yī)學(xué)生和外科醫(yī)生的反饋來看，這一技術(shù)普遍得到了較好反響?！迸c真實的尸體解剖相比，3D虛擬解剖技術(shù)還有著自身獨特的優(yōu)勢。真實的尸體解剖過程中，尸體的肢體、器官等組織只能被一次性切除，而無法再重新生長、復(fù)原。3D虛擬解剖技術(shù)則使這一過程具有了可逆性。虛擬解剖臺上顯示出的人體器官、神經(jīng)、組織、動脈以及紋理等，均可被反復(fù)“切除”后再重新復(fù)原。醫(yī)學(xué)生在操作時，通過前述生理結(jié)構(gòu)的移除或者添加，可以深入理解并掌握人體各部分以及各個組織之間的關(guān)聯(lián)。

虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)中心的出現(xiàn)

3D虛擬解剖技術(shù)的顯著優(yōu)勢，開拓了當(dāng)前醫(yī)學(xué)專業(yè)教學(xué)的思路。在這一前沿技術(shù)的基礎(chǔ)上，美國加利福尼亞州健康科學(xué)西部大學(xué)開創(chuàng)先河，設(shè)立了全新的虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)中心。該中心運用3D虛擬解剖技術(shù)，開設(shè)了骨科、牙科、護理、物理治療和獸醫(yī)五項虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)科目。加利福尼亞州健康科學(xué)西部大學(xué)的羅伯特·W·哈澤爾博士表示，利用3D虛擬解剖技術(shù)建立起的虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)中心，是此前從未有過的新型教學(xué)模式。利用該虛擬技術(shù)，可以令解剖學(xué)教師與學(xué)生之間的教授與學(xué)習(xí)實現(xiàn)互動。醫(yī)學(xué)生在解剖人體時，能夠借助于3D虛擬解剖技術(shù)提供的人體全息圖，實現(xiàn)人體360度旋轉(zhuǎn)，并可同時通過多界面對人的身體各系統(tǒng)予以觀察、識別。

據(jù)羅伯特·W·哈澤爾博士介紹，學(xué)生通過在線自主學(xué)習(xí)的方式，即可登錄虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)中心，并完成相應(yīng)核心課程的學(xué)習(xí)。對于每一門核心課程，系統(tǒng)均會設(shè)置有相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，并引領(lǐng)學(xué)生進行自主學(xué)習(xí)，且在學(xué)習(xí)過程中不斷進行自我評估與學(xué)生之間的相互幫助。羅伯特·W·哈澤爾博士指出：“視頻游戲中的3D虛擬現(xiàn)實模擬，是該虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)中心創(chuàng)立的靈感與源頭。通過與高科技軟件公司的合作，能夠為醫(yī)學(xué)專業(yè)學(xué)生提供人體解剖學(xué)學(xué)習(xí)的新型方案，也可以讓解剖學(xué)教師以在線互動的方式指導(dǎo)學(xué)生進行學(xué)習(xí)?！辈贿^，虛擬現(xiàn)實學(xué)習(xí)中心對于3D虛擬解剖技術(shù)的應(yīng)用，并未完全摒棄真實尸體的解剖實踐。其主要起到了以科技取代傳統(tǒng)教科書的作用，允許學(xué)習(xí)者在實際進行尸體解剖前，先在虛擬環(huán)境下進行演練。換言之，3D虛擬解剖技術(shù)的發(fā)展與成熟，標(biāo)志著從傳統(tǒng)科教幻燈片教學(xué)到使用虛擬現(xiàn)實技術(shù)親身實踐的重大變革。

3D虛擬解剖技術(shù)應(yīng)用的不斷拓展

個體死亡原因的查明

除了應(yīng)用于醫(yī)學(xué)專業(yè)教學(xué)與科研外，3D虛擬解剖技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。在這一背景下，3D虛擬解剖技術(shù)以其自身獨特的優(yōu)勢，開始應(yīng)用于個體死亡原因查明的工作中。據(jù)報道稱，曾有一名低齡兒童在接受聲帶喉鏡檢查時突然死亡。面對這一突發(fā)事件，法醫(yī)專家在對其尸體進行解剖檢驗后，仍難以確定該兒童的死因。在此情形下，法醫(yī)專家嘗試使用了3D虛擬技術(shù)來輔助查明其確切死因。經(jīng)3D掃描圖像顯示，法醫(yī)專家在該名兒童的喉部發(fā)現(xiàn)了一處微小的穿孔。這一重要發(fā)現(xiàn)揭示，該名兒童在接受聲帶喉鏡檢查時，喉鏡上的一根細針發(fā)生了位置偏離，并刺破了喉部。這使得空氣進入了兒童的胸腔，并導(dǎo)致左肺衰竭。當(dāng)臨床醫(yī)生試圖對兒童的肺部進行降壓時，這根偏離的細針轉(zhuǎn)而刺穿了兒童的心臟，從而致使其心臟停止跳動。3D虛擬解剖技術(shù)對于尸體各部位的深入掃描與復(fù)原，使得其成為法醫(yī)檢驗領(lǐng)域中確定人員死因的一項新型“武器”。

對陣亡士兵尸體進行檢驗

美國國防部五角大樓當(dāng)前也已應(yīng)用3D虛擬解剖技術(shù)來對阿富汗和伊拉克戰(zhàn)場上陣亡的美軍士兵尸體進行檢驗，以確認(rèn)制式頭盔和防彈衣對于子彈和彈片的防護能力和效果。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，美國五角大樓已對1700多具陣亡士兵的尸體進行了虛擬解剖。美軍法醫(yī)克雷格·麥拉赫對3D虛擬解剖技術(shù)的高效率與檢驗結(jié)果稱贊有加?？死赘瘛溊毡硎?，原先我們經(jīng)常需要花費數(shù)個小時來尋找一塊嵌入士兵尸體內(nèi)的彈片或彈頭。但現(xiàn)在，虛擬解剖技術(shù)形成的3D圖像能夠快速告訴我們彈片或彈頭在尸體內(nèi)的準(zhǔn)確位置。除美國外，瑞典、瑞士等國家的法醫(yī)專家也已開始采用3D虛擬解剖技術(shù)對前述類似案件來進行檢驗。

尸塊的復(fù)原與檢驗

在一些特定的刑事案件或大型災(zāi)難事件中，現(xiàn)場遺留的遇難者尸體往往并不完整。譬如，爆炸案件現(xiàn)場或者碎尸案件現(xiàn)場中，刑偵專家在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的尸體基本上都屬于尸塊的范疇。如果采用傳統(tǒng)尸體檢驗手段，刑偵專家只能在確認(rèn)尸塊來源于同一個體的基礎(chǔ)上，分別對相關(guān)尸塊進行檢驗。不過，3D虛擬解剖技術(shù)的引入與應(yīng)用，則可突破傳統(tǒng)尸體檢驗的局限性，通過3D掃描來實現(xiàn)對尸體完整性的檢驗。無論是完整的還是破碎的尸體，都可以通過現(xiàn)代CT掃描儀對尸體圖像予以處理，從而在虛擬環(huán)境下實現(xiàn)對尸塊的復(fù)原。此外，由于不需要進行耗時耗力的實際解剖，一臺高性能的電子計算機只需十多分鐘即可以將CT掃描儀獲取的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為皮膚、肌肉、神經(jīng)、骨骼等人體組織的清晰、準(zhǔn)確圖像。這些圖像不僅被可視化，其靈活翻轉(zhuǎn)的程度也是實際尸體解剖所無法比擬的。尤其是在槍擊案件中，法醫(yī)專家如通過實際尸體解剖方式，難以直接發(fā)現(xiàn)彈頭射入人體體內(nèi)的彈道痕跡。但如果借助于3D虛擬解剖技術(shù)，人體體內(nèi)的彈道痕跡在3D圖像中即可直觀顯示。

醫(yī)學(xué)解剖的有力替代者

3D虛擬解剖技術(shù)的迅猛發(fā)展，使其有可能在未來，取代或部分取代現(xiàn)行的醫(yī)學(xué)解剖工作。自20世紀(jì)下半葉起，醫(yī)院已取消最低解剖率的標(biāo)準(zhǔn)。其醫(yī)學(xué)解剖率從20世紀(jì)60年代的40%～50%，下降到當(dāng)前4%左右。醫(yī)學(xué)專業(yè)人士普遍認(rèn)為，與高科技的圖像、檢測技術(shù)相比，醫(yī)學(xué)解剖并不能充分了解有關(guān)病患診斷與治療的關(guān)鍵信息。此外，醫(yī)學(xué)解剖所需花費的代價，也讓越來越多的醫(yī)院不愿意進行較多的尸體解剖。在此背景下，3D虛擬解剖技術(shù)顯然成為了未來醫(yī)學(xué)解剖的有力替代者。通過這一前沿技術(shù)，也可以準(zhǔn)確判明醫(yī)生在對病患的診療過程中是否存在誤診，或是否弄錯病人的死因。

高清“虛擬人”的重建

無論是醫(yī)學(xué)專業(yè)的教學(xué)、科研，還是案件事實或死亡原因的查明，3D虛擬解剖技術(shù)所依賴的，均是通過現(xiàn)代CT掃描儀所獲得的圖像信息。為了能夠模擬更為真實的尸體，科學(xué)家也在不斷對該項技術(shù)予以改進和完善。有科學(xué)家提出設(shè)想，可以建立一個“虛擬人”，讓操作者得以通過3D虛擬解剖技術(shù)，觸碰到“虛擬人”身體的各個生理部位。根據(jù)這一設(shè)想，當(dāng)前已問世的多點觸控技術(shù)可以用來模擬真實的尸體，從而幫助操作者直接感觸到解剖工作的存在。在這一技術(shù)的支持下，操作者能夠直接感觸到人體肌肉的組織、肌膚的紋理，甚至是腹部脂肪等。3D虛擬解剖技術(shù)不僅可以呈現(xiàn)出分層切片的虛擬影像，更可幫助操作者利用該技術(shù)模擬解剖刀切割皮膚、組織與人體組織的力度，并將這一過程完全呈現(xiàn)在電腦屏幕之上。不過，這一技術(shù)的開展，離不開一項重要的基礎(chǔ)工作，即高清“虛擬人”的重建。所謂的“虛擬人”，即是通過電子計算機合成的3D人體詳細結(jié)構(gòu)。

為了取得人體詳細數(shù)據(jù)信息，建立高清“虛擬人”，美國國家醫(yī)學(xué)圖書館發(fā)起了一項名為“可視人計劃”（Visible Human Project）的項目。參與此項目的科學(xué)家挑選出了一名男性和一名女性的遺體作為樣本，分別對其進行了全身CT掃描以及磁共振掃描。隨后，科學(xué)家對遺體采取冰凍處理后，使用精密切削的方式，將兩具遺體進行了逐層橫切，并制作成切片標(biāo)本。其中，男性遺體的切片標(biāo)本厚度為1毫米，而女性遺體的切片標(biāo)本厚度僅僅為0.33毫米，極為纖薄精細。對于每一片薄片，科學(xué)家均需使用彩色數(shù)碼相機對其切面進行拍攝，并將這一斷層數(shù)據(jù)予以圖像處理后，在電子計算機中建立起高清的3D立體“虛擬人”。經(jīng)過這一精密方式所構(gòu)建起的“虛擬人”，其解剖結(jié)構(gòu)與真人完全一致。借助于高清“虛擬人”的構(gòu)建，3D虛擬解剖技術(shù)的可視化、直觀性將進一步得到提升。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com