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        VR技術在耳部解剖學習中的應用

        2018-02-09 16:23:50侯煒
        中國繼續(xù)醫(yī)學教育 2018年15期
        關鍵詞:耳部鼓膜虛擬現(xiàn)實

        侯煒

        VR技術是將計算機圖形技術、廣角立體顯示技術等多種技術融合在一起,在《虛擬現(xiàn)實藝術:形而上的終極再創(chuàng)造》中“以虛擬現(xiàn)實(VR)、增強現(xiàn)實(AR)等人工智能技術作為媒介手段加以運用的藝術形式”稱之為虛擬現(xiàn)實藝術,簡稱VR藝術[1]。VR技術在醫(yī)學領域中應用十分廣泛,可以建立虛擬人體模型,并借助跟蹤球、感覺手套、HMD充分了解內(nèi)部各個器官的結(jié)構(gòu)。相比較傳統(tǒng)的教科書式的學習更加有效,同時不受場地、標本等的限制,應用起來方便快捷。目前在國內(nèi)采用的標本主要是塑膠或者是人體標本。塑膠標本容易損壞,仿真度差,達不到理想的效果;人體標本來源有限,資源稀缺[2]。標本的缺失已經(jīng)影響到了教學的質(zhì)量。VR技術的應用剛好緩解了標本缺失的現(xiàn)狀,進一步提高了教學的質(zhì)量。

        1 VR技術的特征

        虛擬現(xiàn)實技術(VR技術)具有交互性,是利用人體的各項感官包括:聽覺、嗅覺、視覺等體驗虛擬世界,從而產(chǎn)生身臨其境的感覺,最大程度的保證了事物的還原性、真實性,達到高仿的地步,從而幫助人們獲取信息。VR技術是傳感技術、計算機技術、圖像技術等多種技術結(jié)合的產(chǎn)物??偟膩碚f,虛擬技術是在多維度空間里對事物進行建模,幫助人們獲取新的信息。VR技術主要具有以下4個特征:(1)交互性。人們可以通過虛擬世界與虛擬世界的東西進行交互[3];(2)構(gòu)想性。主要通過對虛擬事物的操作,提高對事物的認知,從而促進概念的形成以及認識;(3)沉浸性。由于虛擬世界的高仿性,人們沉浸在這種環(huán)境里。VR技術充分發(fā)揮參與者的各項感官功能,全方位的啟發(fā)人們的思維;(4)多感知性。VR技術是三維立體的,并通過聲音、圖片、觸摸等方式進行感知,充分調(diào)動了視覺、聽覺、觸覺等進行感知。

        2 VR技術在耳部解剖實踐的條件

        要想建立虛擬的耳部解剖模型,除了硬件與軟件之外,還需要對耳部的構(gòu)造有所了解。

        2.1 硬件與軟件

        硬件主要是數(shù)據(jù)儲存設備、人機交互設備、中央處理設備等。軟件主要包括虛擬現(xiàn)實顯示軟件、平臺開發(fā)軟件以及系統(tǒng)軟件等。目前的虛擬系統(tǒng)主要有共享型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),主要是用戶在同一個虛擬空間中進行操作,達到相互合作,共同研究的目的[4];其次是桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng),這種系統(tǒng)操作簡單,上手快,但容易受到周圍的環(huán)境的影響,再者是沉浸式虛擬系統(tǒng),通過進入到一個封閉的虛擬空間中,進行操作,給人一種很逼真的感覺,但是操作難度較大,實用比較麻煩[5]。

        2.2 耳部的構(gòu)造

        耳主要包括外耳、中耳、內(nèi)耳。外耳由外耳道和耳廓組成。外耳道上的腺體以及耳毛能夠阻擋外界異物,外耳道是一條彎曲的管道,由軟骨部與骨部組成。外耳道與中耳以鼓膜為界限,外界的刺激使得鼓膜振動。中耳由鼓室、咽鼓管等組成。內(nèi)耳由前庭、耳蝸、半規(guī)管3個部分組成,由一系列管腔組成,稱之為迷路。聽覺感受器就位于耳蝸。外界的刺激通過耳廓進行搜集,經(jīng)過外耳道傳到鼓膜,使得鼓膜振動,振動繼續(xù)傳導,傳到聽小骨之后,通過聽骨鏈使得振動力量加強,接著引起耳蝸內(nèi)淋巴振動,刺激位于內(nèi)耳的聽覺感受器,感受器產(chǎn)生的神經(jīng)沖動通過耳蝸神經(jīng)傳導到的大腦的聽覺中樞,隨之產(chǎn)生聽覺。金艷、王海[6]認為在進行虛擬模型的建立的時候,可以創(chuàng)建整體三維模型,對可剖分實體,應以剖切面為界分2個部分處理,對于裝配形體,復雜組合形體,應分別創(chuàng)建組成部分。因此在進行耳部解剖的虛擬模擬的建立的時候,首先要分清哪些為可剖分實體、應以剖切面。

        3 VR技術在耳部解剖學習中的應用的優(yōu)勢

        耳部的生理學形態(tài)、生理功能、解剖形態(tài),以及外耳、中耳、內(nèi)耳各個組織之間的關系都是解剖學當中的難點,通過耳部三維數(shù)字化的模型的建立,較少成本以及模型的耗費,不僅能夠減少資源的浪費,還能更進一步的加強對耳部解剖形態(tài)的進一步研究。

        3.1 避免有害氣體的危害

        各種人體標本所用的尸體都是經(jīng)過福爾馬林等防腐劑的處理進行保存,福爾馬林氣味刺鼻,而且富含致癌物質(zhì)。在耳部解剖學習中不僅對人的鼻腔造成損害,還會使得眼睛結(jié)膜產(chǎn)生不適應。通過VR虛擬技術的應用,避免了傳統(tǒng)學習中這些標本造成的傷害,減少了致癌物質(zhì)對人體的影響。

        3.2 提升學習的興趣

        靜態(tài)的事物往往不容易引起人們的興趣,可聽、可看、可動的事物更容易引起人們的興趣。在傳統(tǒng)的耳部解剖學習中,呈現(xiàn)在面前的就是耳部的平面圖,當鼓膜受到刺激的時候靜態(tài)并不能很好地表現(xiàn)出來,VR技術在耳部解剖的學習中充分利用動畫、視頻功能達到聲形俱佳的狀態(tài),能夠生動形象的表示出鼓膜的震動,聽覺的形成。增加了耳部學習的趣味性,加強對耳部生理結(jié)構(gòu)的認識。同時可以通過動態(tài)的模擬聽覺的形成過程,進一步促進對耳部的學習,把以往單純的文字、圖片轉(zhuǎn)換成立體動態(tài)的,生動形象的展示耳部的解剖圖,提升學習以及探索的興趣,從而發(fā)覺其中的知識點[7]。

        3.3 提升耳部學習質(zhì)量

        通過VR虛擬技術,解決標本缺失的問題。同時可以多角度多層次的進行觀察。耳部結(jié)構(gòu)復雜,如鼓膜與聽小骨、鼓室之間的位置,之間的聯(lián)系,聽覺神經(jīng)的分布以及傳導通路,在學習中通過VR虛擬技術進行耳部立體模型的構(gòu)建,充分展示耳部的立體構(gòu)象,幫助學習,加深印象,從整體再到局部進行充分的展示。鼓膜、聽小骨、前庭、耳蝸的位置關系,并從不同的角度進行反映出來,將抽象的事物具體化,靜態(tài)的事物動態(tài)化,復雜的問題簡單化。孫兵等[3]認為虛擬技術能夠?qū)⒊訏呙?、影像?shù)據(jù)以及三維重建技術等結(jié)合在一起,為人體解剖提供了依據(jù),并通過虛擬仿真技術對靜脈進行解剖,為手術選擇了合適的手術入路。高璐[8]認為虛擬解剖更能直觀的看清各器官的病理生理性變化,并且不需要觸摸尸體, 不破壞器官組織結(jié)構(gòu)并能夠提供3D結(jié)構(gòu),并對一些肉眼看不到的不能顯示的結(jié)構(gòu)進行放大。適合對像耳部這類復雜精細的器官進行解剖檢驗。

        4 VR技術在耳部解剖學習中應用的劣勢

        4.1 VR技術模擬耳部不能完全達到真正立體

        VR技術雖然是高仿的,但并不能全部代替真實標本,和真實的耳部標本有所區(qū)別,在學習的過程中不能夠進一步真實的感受。虛擬技術雖然是三維立體的,但是也是通過圖片進行建立,并不能達到真正意義上的立體。人體的器官雖然大同小異但是存在明顯的個體差異[9]。在進行耳部解剖學習中,并不像VR技術中那樣干凈整潔,即使在理論上通過VR技術了解了耳部的生理構(gòu)造,但是在耳部解剖的實際操作中,可能出現(xiàn)不知所措的現(xiàn)象。郝海峰[10]認為虛擬模擬不能全部代替親手解剖,和真實的人體構(gòu)造存在本質(zhì)上的區(qū)別,在實際的解剖過程中對實際部位的辨認分析,往往達不到熟練的要求。

        4.2 VR技術在進行耳部模擬時技術要求高

        VR技術含量較高,在進行耳部圖像處理的時候,通常需要利用PPT、3DMAX進行圖像的處理,如果不是專業(yè)的人士,在進行虛擬模擬耳部構(gòu)造的時候可能出現(xiàn)偏差,圖像失真,或者做出來的圖像跟想象中耳部構(gòu)造不一。醫(yī)學專業(yè)人員對耳部的構(gòu)造很熟悉,在對耳部解剖也能熟練的掌握,但利用VR技術進行虛擬模擬就可能出現(xiàn)一定的問題。這就要求不僅需要對VR技術進行掌握,還需要更進一步的對耳部或者人體的其他器官有所了解。

        5 結(jié)論

        在人體解剖的學習中用的較多的就是書本上實際的靜態(tài)圖,或者是根據(jù)多媒體進行探討,又由于實際標本的有限,且又受場地、時間、空間等的限制,再加上耳部的解剖結(jié)構(gòu)較復雜,在實際的操作中很難從單一的標本二維圖像進行分析探討,尤其對一些空間立體感較差的人,在學習的過程中,很難將抽象的事物進行具體化,這就給耳部的研究帶來了極大的不便,因此在實際的操作中需要揚長避短充分發(fā)揮VR技術的長處,合理科學的應用,促進耳部以及人體解剖的學習。

        參考文獻

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        [2]鄢思倩,劉力. 虛擬解剖技術在溺死檢驗中的研究進展[J]. 刑事技術,2016,41(1):13-15.

        [3]孫兵,楊德林,顧士欣,等. 三維仿真技術虛擬labbé靜脈解剖在神經(jīng)外科手術中的應用[J]. 臨床神經(jīng)外科雜志,2008,5(2):61-63.

        [4]李世清,王守森,高進喜,等. 竇匯區(qū)影像解剖的虛擬現(xiàn)實技術研究[J]. 中國臨床解剖學雜志,2014,32(1):26-30.

        [5]焦培峰,張美超,李本富. 基于Virtools虛擬現(xiàn)實技術的三維解剖圖譜開發(fā)[J]. 計算機工程與科學,2014,36(8):1555-1559.

        [6]金艷,王海. 虛擬現(xiàn)實技術在解剖實驗室的應用與研究[J]. 中國社區(qū)醫(yī)師(醫(yī)學專業(yè)),2011,13(2):239-240.

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        [8]高璐,張曉紅,金海威,等. 虛擬現(xiàn)實技術在口腔頜面部解剖及三維數(shù)字模型構(gòu)建中的應用[J]. 中國組織工程研究,2015,19(46):7492-7497.

        [9]王濤,張步彩,程漢,等 高職動物解剖虛擬實驗技術與數(shù)碼互動系統(tǒng)的建設與實踐[J]. 黑龍江畜牧獸醫(yī),2014(22):117-119.

        [10]郝海峰. 虛擬現(xiàn)實技術在解剖實驗教學中的利弊分析[J]. 基層醫(yī)學論壇,2009,13(2):59-60.

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