韋聰聰

河南科技職業(yè)大學(xué)

近年來(lái)，我國(guó)的綜合國(guó)力飛速發(fā)展壯大，各種各樣的技術(shù)全部得到了質(zhì)的發(fā)展和突破，其中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)更是被大范圍應(yīng)用起來(lái)。不管是在工業(yè)、農(nóng)業(yè)還是教育，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的作用都是至關(guān)重要的。高校醫(yī)學(xué)教學(xué)的過(guò)程中，通過(guò)使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以創(chuàng)造出一個(gè)全新的三維空間，讓學(xué)生在里面進(jìn)行實(shí)踐，不但使成本支出大大減少，教學(xué)質(zhì)量也會(huì)顯著提升。

一、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的含義和發(fā)展方向

（一）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的含義和實(shí)現(xiàn)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要是把一系列的學(xué)科和理論作為基礎(chǔ)條件，使用計(jì)算機(jī)和一些相關(guān)的軟件等進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)解決問(wèn)題的目的，是綜合性的技術(shù)。在實(shí)際的仿真中，使用計(jì)算機(jī)類(lèi)型都是不相同的，可以分為模擬機(jī)仿真、模擬—數(shù)字混合機(jī)仿真和數(shù)字機(jī)仿真這三個(gè)部分，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)從出現(xiàn)到發(fā)展至今所變化的三個(gè)階段。在現(xiàn)階段，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生、工程建設(shè)、交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)行業(yè)中都得到了極快的發(fā)展和應(yīng)用。對(duì)于所研究的目標(biāo)，計(jì)算機(jī)往往不能直接認(rèn)知和進(jìn)行處理，這個(gè)時(shí)候就需要構(gòu)建出科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，不但要把所研究目標(biāo)的實(shí)質(zhì)給展現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)要保證計(jì)算機(jī)非常容易處理。數(shù)學(xué)模型可以把研究的目標(biāo)實(shí)質(zhì)做抽象處理，然后計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行科學(xué)有效的分析，同時(shí)把與這部分模型相關(guān)的數(shù)據(jù)信息輸送出來(lái)，把研究目標(biāo)的特質(zhì)展示出來(lái)。這種展示方式是三維立體的，足夠直觀且清晰，在當(dāng)前被無(wú)數(shù)研究人員使用。通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)輸出量的分析，可以對(duì)研究目標(biāo)有更加全面的掌握和認(rèn)知。同時(shí)，通過(guò)這層關(guān)系還可以得知，數(shù)學(xué)建模的精準(zhǔn)度會(huì)直接影響到計(jì)算機(jī)仿真水平的高低?？偟膩?lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)仿真可以分成三個(gè)環(huán)節(jié)：建模、模型轉(zhuǎn)換和模型的仿真試驗(yàn)。

（二）發(fā)展方向

截止到當(dāng)前計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還是在不斷地發(fā)展進(jìn)步當(dāng)中，比如可以使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行異地仿真，或者使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)達(dá)到虛擬制造的目的等等。一是網(wǎng)絡(luò)化仿真。在現(xiàn)階段有大量的仿真系統(tǒng)都不能真正達(dá)到彼此之間的兼容，共享也非常麻煩且缺乏足夠的可移植性，而開(kāi)發(fā)成本相對(duì)來(lái)說(shuō)卻非常高，需要消耗大量的時(shí)間，無(wú)法做到物盡其用。所以，首先要使用有較高兼容性的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫(xiě)仿真系統(tǒng)，其次再次使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)共享的目標(biāo)。這樣一來(lái)，就可以合理避免出現(xiàn)重復(fù)開(kāi)發(fā)的情況，使資源得到有效的節(jié)約，同時(shí)還可以用收費(fèi)的手段來(lái)使一些開(kāi)發(fā)成本得到一定的填補(bǔ)。二是虛擬制造技術(shù)。這種技術(shù)是計(jì)算機(jī)仿真發(fā)展的重要趨勢(shì)之一，使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，讓兩者充分結(jié)合，基于此，達(dá)到對(duì)產(chǎn)品的制造和科學(xué)管理。之制造技術(shù)不用全部以經(jīng)驗(yàn)作為支撐，而且還可以對(duì)制造進(jìn)行科學(xué)合理得到預(yù)測(cè)，從而有著非常光明的發(fā)展道路和前景。

二、高校醫(yī)學(xué)教學(xué)和計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)合途徑

（一）計(jì)算機(jī)仿真在人體解剖學(xué)中的應(yīng)用

對(duì)于高校的醫(yī)學(xué)教學(xué)而言，人體解剖學(xué)是一門(mén)最關(guān)鍵也是最基礎(chǔ)的重要的課程。為了讓學(xué)生對(duì)于人體解剖的結(jié)構(gòu)有充分的掌握和了解，往往都會(huì)使用尸體標(biāo)本來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)踐活動(dòng)。但是隨著高校開(kāi)始不斷擴(kuò)招，醫(yī)學(xué)院的學(xué)生變得越來(lái)越多，標(biāo)本資源已經(jīng)不再滿足高校醫(yī)學(xué)教學(xué)的實(shí)際需求。而通過(guò)使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，可以用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)來(lái)三維重構(gòu)人體，創(chuàng)造出虛擬數(shù)字化的人體，讓學(xué)生有更加真實(shí)的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生在虛擬的環(huán)境下進(jìn)行解剖的時(shí)候，可以把整體的解剖過(guò)程全部在數(shù)字化人體上展示出來(lái)，還可以隨意取下臟器等，這樣就能夠使標(biāo)本資源匱乏的問(wèn)題得到了有效的解決。除此之外，傳統(tǒng)的人體骨骼結(jié)構(gòu)教學(xué)大部分都是展示骨骼標(biāo)本或者靜態(tài)的圖片，然而當(dāng)使用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)之后，就可以創(chuàng)造出與之相符合的仿真系統(tǒng)，讓學(xué)生能夠?qū)θ梭w骨骼在靜止和運(yùn)動(dòng)兩種狀態(tài)下的情況進(jìn)行全面具體多角度的觀察和研究，可以使學(xué)生的記憶更加深刻，更為直觀地學(xué)習(xí)。

（二）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在內(nèi)科臨床教學(xué)中的應(yīng)用

使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以把人體在不同身體狀態(tài)下的體征做出相對(duì)應(yīng)的模擬，同時(shí)顯示出具體的化驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生可以根據(jù)虛擬人體來(lái)記錄各種各樣的人體活動(dòng)。比如X光拍片、記錄心電圖、測(cè)量血壓等等，然后對(duì)這些指標(biāo)和情況進(jìn)行具體的研究和分析，同時(shí)還可以和虛擬病人提出關(guān)于病情的各種各樣的問(wèn)題，從各個(gè)因素進(jìn)行考慮分析，最后得出診斷的結(jié)果，制定出有效的治療手段。之后再使用計(jì)算機(jī)對(duì)其診療手段進(jìn)行判斷，從而得出治療方式是否具有合理性，并告訴學(xué)生這種病情的診斷特點(diǎn)，讓學(xué)生對(duì)其事項(xiàng)有明確的把握和了解，同時(shí)采取最有效的治療手段。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在內(nèi)科臨床教學(xué)中的有效應(yīng)用，教學(xué)的時(shí)間被顯著的減少，教學(xué)的質(zhì)量和效率獲得了直線上升。

（三）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在藥物合成教學(xué)中的使用

在開(kāi)展藥物合成教學(xué)的過(guò)程中，也可以使用虛擬和仿真的手段，從試劑庫(kù)里面把所需的試劑取出來(lái)，讓學(xué)生進(jìn)行虛擬稱量等各種操作步驟。然后讓學(xué)生根據(jù)合理的比例把試劑和其他的試劑相混合在一起，而且發(fā)生反應(yīng)，對(duì)于出現(xiàn)的化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行全面的觀察和研究，得到需要的產(chǎn)物。然后再對(duì)得到的最終產(chǎn)物在模擬動(dòng)物或者模擬人體上進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，能夠證明藥物的實(shí)用性，同時(shí)還要檢驗(yàn)出其具有的安全性和毒性。

（四）在生理學(xué)、藥理學(xué)和病理學(xué)中的使用

不管是是生理學(xué)、病理學(xué)還是藥理學(xué)，都是機(jī)能實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍，而使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)動(dòng)物進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，可以使實(shí)驗(yàn)成本的支出大大減少，還能夠讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作有更高的效果和質(zhì)量，對(duì)所學(xué)的理論知識(shí)進(jìn)行有效驗(yàn)證。使用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，可以把實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)中可能會(huì)出現(xiàn)的各種情況全部真實(shí)模擬并且重現(xiàn)出來(lái)，比如動(dòng)物的呼吸頻率、血壓以及血容量等等。特別是對(duì)于一些比較抽象的，不能使用正常實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證的醫(yī)學(xué)理論，就可以使用計(jì)算機(jī)仿真模擬的方式，能夠?qū)ζ渥龀鲈敿?xì)的描寫(xiě)，并形象的展示出來(lái)。比如細(xì)胞變性運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)、腎臟的過(guò)濾、氧氣在身體里面的變化等等。這種直觀且形象的內(nèi)容就會(huì)使學(xué)生的印象和記憶力得到充分的增加，有利于學(xué)生的進(jìn)一步掌握。

（五）在臨床外科教學(xué)和研究中的使用

使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，外科醫(yī)生可以使用模擬人體來(lái)進(jìn)行各種各樣的手術(shù)方案，通過(guò)對(duì)患者的組織和骨骼進(jìn)行全面掃描從而復(fù)制一具新的模擬人體。醫(yī)生在手術(shù)室里面穿的并不是消毒衣物，而是高技術(shù)的護(hù)目鏡和全身數(shù)據(jù)服，手術(shù)臺(tái)上的是患者的模擬人體。醫(yī)生通過(guò)在模擬人體上的手術(shù)，能夠體驗(yàn)到堅(jiān)硬的骨骼、充滿彈性的肌肉和不斷流動(dòng)的血液。當(dāng)醫(yī)生在模擬人體上進(jìn)行手術(shù)遇到問(wèn)題的時(shí)候，就會(huì)被計(jì)算機(jī)所提醒，在手術(shù)完成之后還會(huì)得到計(jì)算機(jī)的評(píng)價(jià)。醫(yī)生還可以對(duì)模擬人體進(jìn)行徹底的檢查，把其他的的患病部分全部找出。使用這種手段，可以選擇出最有效的手術(shù)方案，對(duì)手術(shù)進(jìn)行練習(xí)，保證手術(shù)真正實(shí)行的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

（六）在軍事醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)能夠把戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、爆炸物和槍彈等真實(shí)的模擬出來(lái)，同時(shí)其對(duì)人體造成傷害的過(guò)程和一些救護(hù)技能等也能夠全部模擬展示。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還可以模擬出水下不同程度壓力對(duì)人的影響和當(dāng)出現(xiàn)水下事故的時(shí)候有效的救助手段。除此之外，在航天醫(yī)學(xué)中，使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還能夠有效模擬真空狀態(tài)下的宇航員體征變化，從而采取更加合理的處理手段。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，使傳統(tǒng)的教學(xué)手段和思想發(fā)生了翻天覆地的變化。因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)的趣味性使學(xué)生再也不用死記硬背，不但使學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量得到了顯著的提高，而且時(shí)間也大大節(jié)省，可以學(xué)到更多的知識(shí)。把高校醫(yī)學(xué)教學(xué)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)相結(jié)合有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，使教學(xué)效果從根本上顯著增加。