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虚拟医学解剖实验方法研究

【摘要】医学解剖实验需要实验动物和人体标本,因一些条件的限制,部分院校和医院在开展解剖学研究时,往往无足够的实验标本。伴随着科学技术的不断进步,近年来虚拟医学解剖实验逐渐发展起来,现阶段已被作为一种新的教学途径和解剖实验方法,在高等医学院校的教学中得到应用。实践应用发现,虚拟医学解剖实验能够获得良好应用效果的前提是对该种试实验模式关键方法的掌握。为此,本文对虚拟医学解剖实验的关键方法进行分析,旨在提高虚拟医学解剖实验的应用水平。

【关键词】虚拟;医学;解剖实验;关键方法;三维图像重建技术

一、虚拟医学解剖实验概述

所谓虚拟医学解剖实验是指利用虚拟现实技术模拟解剖试验的过程,创建一种模拟现实环境的多维信息空间,通过这一空间获取与实际医学解剖实验接近或一致的信息。虚拟医学解剖实验的实现需要综合应用多种技术,包括计算机图形学技术、多媒体技术、人工智能技术、仿真技术、计算机网络技术、多传感技术、并行处理技术等。利用虚拟医学解剖实验室能够对虚拟的标本进行无限次的手术练习,且不受场地、温度等多种因素的限制。若制作的标本仿真度够高,还可用于大型医疗科研项目,其所具有的优越性是不可估量的。虚拟标本仿真度的高低主要由三维图像重建技术决定,因此三维图像重建技术是虚拟医学解剖实验的关键方法[5]。

二、虚拟医学解剖实验关键方法

—三维图像重建的原理三维图像重建这一词汇并不陌生,医疗领域的放射性检查中常应用这一词汇。所谓三维重建是指三维物体建立适合计算机表示和处理的数学模型。该种技术主要依赖计算机和图像处理技术实现,是在计算机中建立、表达客观世界的关键性技术。三维图像重建技术在虚拟医学解剖实验中的应用需要基于LabView平台获取最佳应用效果。现阶段,大部分三维精确重建算法均是以FDK算法为基础算法进行计算得到的,重建原理结合图1进行分析。图1为锥束圆形的扫描轨迹,其中x轴、z轴、y轴分别用于描述扫描区域做标记,u轴和v轴用于描述探测器投影数据坐标系,t轴和s轴用于描述射线源坐标系。以z轴为旋转中心轴进行旋转,s轴会一直经过射线源的中心,并与探测器平面保持垂直关系。为了方便极端,根据集合比例将探测器投影数据转换为经过原点O的平面投影数据,基于FDK算法的三维图像重建需要进行滤波和反投影的计算。滤波的计算公式为:滤波=aa2+b+c姨d•h(e),其中a为射线源中心与原点之间的距离,b和c均为旋转角夼下的投影,d为旋转角夼下的滤波投影数据,h(e)为卷积函数。反投影计算公式为:反投影(f(x,y,z)=2π0乙u2P(p,q)a),其中(p,q)用于描述重建体素点在滤波投影平面上的反投影点位置。

三、三维图像重建技术的应用

三维图像重建技术的应用主要包括两部分,分别为建立虚拟模型和制作虚拟模型,以简单的形体为例,可直接建立整体的三维模型,然后对各个剖切面进行处理,形成一个复杂的组合体。之后借助三维CAD设计虚拟模型的各个部分。本文以人的手臂为例,分析三维图像重建技术的实际应用,具体步骤如下:(1)首先建立一个整体三维模型,然后以剖切面为界限对各个部分进行处理,分别创建组成部分。(2)完成模型建立后使用三维CAD设计软件的输出插件功能生成VRML文件,将三维模型建好后在三维CAD设计软件中应用输出插件导出1wrl格式的文件,与VRML问卷和HTML文件基本相似,并用文本文件对场景和链接进行描述。(3)在VRMLPad中打开查看上一步骤导出的源代码,使用VRMLPad自带的文件压缩功能对文件进行优化压缩,得到人体手臂三维模型。(4)应用VRML的设计交互功能,通过VRML的脚本节点Script对场景对象进行定义和改变。脚本节点Script包括一个Java文件,在脚本节点Script初始化时应用,当收到事件指令后将执行相应的函数,该函数能通过常规的机制发送事件指令或直接向脚本节点Script指向的节点发送事件,最终通过双击“shoubi.1wrl”文件,之后可借助VRML浏览器浏览“shoubi.1wrl”文件。至此,完成了三维图像重建技术在虚拟医学解剖实验中的一次应用。

四、结论

综上所述,三维图像重建技术作为虚拟医学解剖实验的关键方法,能够将大量解剖学知识直接表现出来,使抽象的解剖学概念更加直观化、形象化,不仅能够节约昂贵的实验动物和人体标本,还能提高解剖实验过程的灵活性,避免真实解剖实验研究过程中存在的风险事件。但其也存在一些应用弊端,如在解剖实验教学中的应用,可能会导致学生缺乏对解剖基本技能的重视,忽视相关仪器的使用规范。因此,建议我国医疗领域和高等医学院校合理应用该项技术。

作者:张雷 李斌 单位:张家口学院

参考文献

[1]李一帆,杨茂有,尚云龙等.三维虚拟数字化可视人体在解剖教学中的应用[J].解剖学研究,2012.

[2]陈方.虚拟艺用人体解剖教学平台的设计与构建[J].装饰,2016.

[3]屈淑平,张旭光,赵腾等.可视化肝脏虚拟解剖教学与常规教学方法的对比分析[J].解放军医院管理杂志,2013.

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