绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇人体解剖学综述范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
主管单位:广东省科学技术协会
主办单位:中山医科大学;中国解剖学会;广东解剖学会
出版周期:双月刊
出版地址:广东省广州市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1671-0770
国内刊号:44-1485/R
邮发代号:46-269
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1979
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
核心期刊:
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
【中图分类号】R758【文献标识码】A【文章编号】1005-0515(2011)02-0015-01
人体解剖学(常简称解剖学)是生命科学中的形态学科之一,是研究正常人体形态结构的科学,其基本任务是探索和阐明人体器官与组织的形态结构特征、位置毗邻关系。根据研究和学习重点不同,可分为系统解剖学(大体解剖学)、局部解剖学、外科解剖学、数字解剖学等各相关学科[1]。在这些名称中“解剖”一词让人产生歧义,尤其对那些对本学科了解较少的人误解很大。作为医学基础课的命名应该更科学,更容易准确理解,更有利于学习和掌握。
1 “解剖学”在命名方面与习惯不符,有商榷的必要
通常的学科命名是以内容为主的,很少以研究方法命名。anatomy,来自希腊语anatome,从ana-temnein,“劈碎”引申来的[2] 。从这一学科内容看,学科主体是人体的结构及结构之间的联系。从“劈碎”引申出的“解剖”是研究结构和结构关系的方法,不是学科的内容。而且随着学科的发展,对细胞、组织、器官、系统的研究也已经不是用持刀切割这样的方法能完成的了,显微结构的观察、组织处理技术、X线技术、计算机技术等都在应用。
2 在“解剖学”名称的起源上有商榷的必要
20世纪前中国知识界是以“全体学”指称“解剖学”,并经历了一场由“全体学”到“解剖学”的发展过程 。了解这个过程后,我们就能知道对这门学科的命名是有商榷的必要的。英国在华医学传教士、同文馆医学教习德贞于1886年翻译出版的《全体通考》开始使用了“解剖”、“解剖学”和“外科解剖学”等专业术语,用以阐述西方的身体知识和“解剖学”思想。但是德贞之所以要将其翻译为“解剖” 是因为他要打破中国传统文化中不能解剖人体的观念:中医既不究心于诸物之体,复不欲剖乎死人之身。1884年前,中文关于人体结构的著作中从未出现“解剖”和“解剖学”的字样。19世纪70年代德贞出版的人体结构解剖学图谱,其译名为《身体骨骼部位脏腑血脉图》(Anatomical Atlas),这里也没有“解剖”的字样[3]。说明他也没有把“解剖”这一名词作为一个专一的特指。
3 由于首次命名的历史背景有商榷的必要
1915年,教育部、中华医学会、中国博医会、中华民国医药学会和江苏省教育会五方以专业学者与官方机构结合,组成联合医学名词审查委员会,以完成医学名词统一事业。1916年,医学名词审查委员会召开的第一次会议的第一个议题就是要确定“Anatomy”的译名。当时的选择在“体学”和“解剖学”之间,主张采用“体学”代表的理由是:“体学”说法已有30多年,合信的《全体新论》和柯为良的《全体阐微》,就是讲“人体学”而有代表建议用“解剖”,其理由是:“《全体通考》亦以称之为解剖学,若再更改,永无统一之日[4]。最后,按名词统一标准:一有根据;二顺习惯的原则举手表决。 最后同意“解剖学”者举手,超过半数,即定“解剖学”为标准译法。1927年由教育部审定,科学名词审查委员会编辑的《解剖学名词汇编》出版,官方正式确定“解剖学”的译名[5]。也许同样是因为怕“若再更改,永无统一之日”,这个译名便被沿用至今。
4 在翻译方面有商榷的必要
1908年,《高氏医学辞汇》由博医会出版,标志着医学名词标准化工作迈出了实质性的一步。其中“Anatomy”译为“体学”,“Anatomist”译为体学士和解剖士,“Human Anatomy”译为“人体学”,“Dissection”当时译为解剖学[6]。现代汉语中“解剖学”对应英语中“Anatomy”,拉丁语“Anatolia”译为“解剖学”。不过,中文“解剖”可对应两个英文单词“Anatomy”和“Dissection”。当年,科学名词委员会审定“Dissection”为“解剖与解剖术”。“Dissection”意为“解剖”的这个动作或从事的医学行为,即“解剖术”。英语“Anatomy”(解剖与解剖学)最早源自希腊语,意思就是“Dissection”,这意味着“解剖”在西方古代医学中并不是一门学问,而是一门技巧与技术,是一门剖割术或解剖术。这与中医文献中“解剖”的意思完全一致。“解剖”一词虽在汉代已出现,但该词语并没有作为专用术语进入中医学和中国知识体系中。中国医学有其自成体系的身体知识语言,即脏腑学说[3]。“解剖”行为的词语表述一直沿用传统的“剖”、“割”、“刳”、“剥”等[7~8],现在当提及“解剖”时,首先想到的也是这些词语,而不是一门学科。这是不符合翻译原则的。翻译应信守的原则是:遵从译语习惯;切合语体语域。或严复提出的'信、达、雅'[9]。这里“信”与“达”都没有达到,就更不用说“雅”了。中国人提及“解剖”想到的还是“剖”、“割”、“刳”、“剥”,而不是人体结构。
5 在系统学习、科学掌握人体结构方面有商榷的必要
学习西医的医学生入学后首先要学习掌握人体结构,因为它是西医学基础的基础,即使生理、病理这样的基础课也一定要有人体结构知识做基础。一些学生会很快理解解剖学是讲人体结构的,但常会有学生恐惧的问:我们什么时候做解剖,尤其上实验课更是严重。作为教师几乎每学期都要为此作解释:我们是学习正常的人体结构形态的,不是一定让大家解剖尸体的,通过图谱、模型、课件、标本的观察都可以学习。当然如果在学习人体结构时亲自解剖尸体更有利于知识的掌握。有学生就是因为恐惧而不愿意学习这么重要的一门课。像“数字解剖学”就让人更费解了,从字面上看实在无法和人体联系起来。一门学科对于未知者应该更直白才有利于人们学习和了解,而不应平添障碍、自找其扰。
6 在作为科学进行普及方面值得商榷
随着人们生活水平的提高,人们更加注重对身体的保健,也就更需要对自己身体结构的了解。网络上搜索人体结构,内容很少,因为这些内容被冠以“解剖”字样了。当你搜索“解剖”时,网络中与解剖联系的又是恐怖、暴力,而不单是科学、正常人体结构。解剖学教师时常会被问:你解剖过多少个尸体?尸体从哪来?学生都要做解剖吗?你们害怕吗?神态中感觉解剖教师和刽子手差不多,经常有人对从事这一工作的人另眼相看。从业者做着如此高尚的工作,却得不到应有的尊重, 人们对这门科学和从业者的误解,与“解剖”学这一命名不无关系。这种现象是不利于这门学科的普及的。
既然“解剖”一词有诸多的不当,那么用那个词来替代它更好呢。笔者认为把“解剖”换为“结构”或“构造”更能表达这门学科的内容,即《人体结构学》。而且很多带“解剖”字样的词都应该换为“结构”,如:“动物解剖学”是“动物结构学”。这会更为人们接受。这样做从历史角度看也是有依据的。西方科学史家将近代解剖学的诞生定在1546年比利时解剖学家维萨里(Andreas Vesalius)的《人体之构造》(De Humani Corporis Fabrica,简称为Fabrica)的出版。这部具有里程碑意义的解剖学著作以人体解剖替代动物解剖,终结了盖伦解剖学在欧洲医学界两千年的统治。《人体之构造》使西方医学走出中世纪的大门,代表了近代医学的到来。维萨利的《人体之构造》,被誉为人类历史上第一部最准确、最完整、最精美的人体解剖学典籍[10]。维萨利(Andreas Vesalius) 被誉为人体解剖学的奠基人,现代医学的创始人之一,但是他介绍人体结构的书是(De Humani Corporis Fabrica,简称为Fabrica),而不是“Anatomy”和“Dissection”。
参考文献
[1] 窦肇华.正常人体结构学[M]第二版 人民卫生出版社2010年1月.1
[2] 朗文当代高级英语辞典[M] 2004年7月 第一版 外语教学与研究出版社 .58
[3] 高.历史研究 (京)][J/OL]2008年6期. 80-104
[4] 张剑.近代科学名词术语审定统一中的合作、冲突与科学发展文 [DB/OL]
[5] 《 中国医学通史》[OL]中国医学通史近代卷西医篇 近代西医书籍的出版
[6] 左玉河.西学移植与中国现代学术门类的初建 [DB/OL]中华文史网
[7] 《现代汉语辞典》[M] 人民日报出版社 2006年3月 第二版 .627
[8] 《现代汉语辞典》[M]商务印书馆 第五版 编者:中国社会科学院语言研究所词典编辑室2009年2月.701[9] 刘杰辉.中国当代翻译标准讨论综述[J/OL ]辽宁行政学院学报 2009年5月
中职解剖学基础教学课程中的课时安排相对较少且教学数量被过度重视,教学质量则会被忽视,课时数量缩减与教学目的和教学准则相违背,此时中职教师应该正视中职教学现状,不仅要向学生教授课本知识,还应该在立足于教学实践的基础上逐一举例,做到言传身教、授之以渔。中职解剖学基础教学要求教师能够对基本教学内容和基本临床护理操作知识等熟练掌握,之后在此基础上将二者有机结合起来进行讲解,以至达到预期教学效果。
一、解剖学基础教学中,应对运动系统体表骨性知识和运动系统肌性知识等进行重点讲解
众所周知,人体中有206块骨和大约600多块骨骼肌,中职解剖学基础教学中,教师不必对所有人体骨和人体骨骼肌进行全面系统介绍。较为正确的做法是应对各个小结中骨性标志知识和相关肌性知识等进行重点讲解,此时教师需要讲解的主要内容包括露骨骨性标志和躯干骨骨性标志以及对应四肢骨骨性标志等。颅骨骨性标志主要有枕外隆突、乳突、下颌角、翼点,躯干骨骨性标志则分为第七颈椎棘突、胸骨角、剑突、全部胸腰椎棘突和肋弓,四肢骨骨性标志与前者不同,其主要分为肩胛骨下角、桡/尺骨茎突、髂嵴、髂前上棘、耻骨结节、坐骨结节、股骨大转子。
应该了解到,全身肌性标志有咀嚼肌、胸锁乳突肌、胸大肌、腹直肌、肱二头肌、三角肌、股四头肌、臀大肌、小腿三头肌。上述人体骨性标志和人体饥性标志均在整体临床护理工作过程中起到辅助定位作用,可以对人体深部器官位置和血管以及相应神经走向等进行准确判定,在一定程度上为临床穿刺定位提供科学合理依据。中职教师在教授解剖学课程时应对每个课时进行详细教授,对学生进行引导,使学生能够从自身部位中找到正确位置,这样即可有效联系到临床实践,学生在课堂学习中若找到体内三角肌且同时指出人体肌肉注射正确部位即为人体内部三角肌中部,通过此种方法能够有效突出此类标志的重要性,以便使学生能够深刻记住这类知识。
二、人体器官形态结构和功能以及与相应临床护理流程相结合
此条中首要一点就是将人体消化系统、人体呼吸系统、人体泌尿系统、人体生殖系统中各个人体器官形态结构和人体器官功能相互联系,在此前提下将人体器官功能和临床护理知识相互联系起来,将学习顺序安排妥当,为后续解剖学知识学习奠定基础,所以我们在四大人体系统教授过程中应该将人体器官形态结构―功能―临床护理相结合的课时教学放在第一位,教师在人体器官形态结构讲解时应将人体脏器体表投影知识等进行重点讲解,进而联系临床以至能够为护理诊断工作提供科学化依据与合理化依据。
1.顺序教学法
中职教师在教学过程中主要运用顺序教学方法,此方法对学生掌握以及有效吸收知识更为有利,且使学生在课程思路方面更清晰,掌握更牢固。人体消化系统教学中,教师通常都会按照器官顺序进行讲解,其基本教学顺序为口腔―咽―食管―胃―小肠―大肠,教师在讲授此类知识的同时也应重点讲解人体脏器形态结构知识和人体脏器功能知识以及二者之间的联系等。胃壁结构特点教学中,胃底腺主要细胞分泌胃蛋白酶原,之后在此基础上会适时参与蛋白质分解功能,还需要注意的一点是,胃底腺壁细胞会分泌出盐酸和内因子等物质,此时盐酸则具有杀菌功能和激活人体胃蛋白酶原功能,内因子会对将回肠维生素B12吸收效能提升到最大限度,教师要将临床护理进行课堂教学融入,当胃粘膜出现损伤状况时,胃酸分泌会有所减少且会出现消化不良等状况。细菌生产繁殖会使人体胃酸分泌过多,会侵蚀胃和十二指肠等部位致使溃疡病状等产生。
2.脏器大体形态结构基础教学及体表投影基础教学相结合
人体重要内脏形态结构知识讲解和相应人体体表投影讲解等显得尤为重要,便于内外科护理系统疾病诊断教学和系统疾病护理教学等,内脏体表投影记忆工作也会从中受益,内外科护理疾病诊断效率和诊断质量也会有所提升,二者是互相影响、互相促进的和关系,这也是解剖学基础教学得以长足发展的主要原因之一。单就人体脏内结构与人体内脏功能而言,人体器官毗邻压缩则最为适宜,综上所述,中职教师在讲解解剖学知识时要侧重于内脏大体形态结构知识教学及人体体表投影知识教学等,在消化系统中胃、十二指肠、阑尾、肝脏、胆囊、胰腺的大体形态结构和体表投影;在呼吸系统中肺的大体形态结构和体表投影;泌尿系统中肾、输尿管、膀胱的大体形态结构和体表投影;生殖系统中、输精管、前列腺、卵巢、输卵管、子宫的大体形态结构和体表投影。
三、人体神经系统教学和人体脉管系统教学综述
1.人体脉管系统教学要点分析
应按照以够用教学原则进行中职解剖学基础知识教学,人体脉管系统检测时,护理专业学生和专业临床医生之间存在较大差别,中职护理专业需要重点掌握好人体全身血管分支和具体浅表静脉走行,细小人体血管动脉血分布知识和人体静脉学收集范围知识等,教师只要稍有提及即可,在教学中插入护理常用静脉注射部位及动脉止血部位,动脉血压的测量,丰富课堂教学。而对于心脏,在讲授中需侧重于讲授心脏的大体形态结构、入口与出口及心脏的体表投影,这样可以为临床护理内、外科心脏系统疾病的讲授打下基础。
2.人体神经系统教学要点分析
应该了解到,人体神经系统知识对于中职护理专业学生而言极为困难,本人从多年教学经历中发现,在进行解剖学基础教学中不能对人体神经系统知识进行盲目讲解,这样就不会达到预期教学效果和预期教学质量,中职护理专业学生在课堂学习中会屡不清头绪,基本知识也会难以掌握。教师在讲解人体神经系统内容时应对中枢神经系统答题形态和对应概念着重讲解,不必拘泥于临床护理关系知识讲解中,脊髓内上、下行纤维素知识、脑干内的神经核团知识、内脏神经、脑和脊髓传导通路知识等通通可以略讲,要详细介绍中枢神经系统的形态结构及周围神经的主要分布,这样就使神经系统一章浅显易懂,有利于学生记忆深刻。
结束语
解剖学基础课程是我们在进行整体中职护理教学中的重要组成部分和重点操作环节,从实际角度而言,其实一门专业性较强的学科,解剖学基础教学内容应该与具体临床护理需要等教学知识紧密相连,最为常见的即为护理注射技术教学、穿刺技术教学、插管技术教学和急救技术教学以及相应诊疗技术教学等,上述教学内容教授过程中均会在不同程度上应用到解剖学基础知识。
【摘 要】解剖实验课是医学生的必修课,是实现由基础医学到临床医学过度的重要途径。如何加快解剖实验教学改革,通过在实验教学中提高学生对解剖知识的求知欲,增强学生对解剖实验的兴趣,对于提高学生的实验动手能力,以便使学校的解剖实验教学适应现代化临床医学发展的需要意义重大。
关键词 医学院校;解剖实验;教学改革
作者简介:刘斯文(1964.10—),男,汉族,白城医学高等专科学校解剖实验室,实验师。
解剖学是门古老的学科,是基础医学的重要内容之一。解剖实验课是医学生的必修课,是实现由基础医学到临床医学过度的重要途径。解剖学课程内容庞杂,专业性强,理论描述抽象,学科中大量的医学名词需要死记硬背,学习起来非常枯燥,而传统的解剖实验教学,老师只在尸体标本上示教各器官的形态、结构、位置和毗邻关系。学生再观察标本,老师在旁指导、解疑与后期专业课及临床操作技术脱节。随着科技和人类的进步以及医学教育改革的不断深入,解剖学的教学面临许多新的课题,如何加快解剖实验教学改革,通过在实验教学中提高学生对解剖知识的求知欲,增强学生对解剖实验的兴趣,对于提高学生的实验动手能力,以便使学校的解剖实验教学适应现代化临床医学发展的需要意义重大。
1 调整教学内容 教学中精讲多练
解剖学是一门实践性很强的学科,复杂的结构只有通过学生的主动的学习观察及实际解剖才能得到充分理解。实验课通过对正常结构的观察及解剖,使学生掌握人体结构的形态位置,构造、毗邻及其在临床工作中的意义,使学生掌握形态学科学习的基本规律,养成科学思维方法,提高独立观察思考及实际动手能力,为后续临床学科的学习打下坚实的基础。
一是要从教学理念改革着手,从人才培养体系的整体目标出发,以培养学生实践能力和创新能力为核心,运用现代化的教学手段,改革实验教学内容,采用自主学习与实践促进学习相结合的新型教学模式。
二是改革教学内容和教学方法,调整课程体系,调整教学内容,减少课程之间的内容重复,加强课程内容的融通和联系。解决解剖学范畴的课程多、内容多、名词多、形态结构多异,学生普遍感觉难学的问题,适应高层次“精英”医学人才培养的要求。
三是充分利用现代教育技术,在原有的教学型多媒体课件的基础上,开发制作助学型多媒体课件,充分运用多媒体课件,图文并茂,使解剖形态学教学直观、形象,有利于学生理解和掌握人体的形态结构,便于学生自学和复习。
四是通过实验加深对理论的理解,调动学生学习的主观能动性,留给学生独立思考的空间。注重培养学生能力,教学中启发学生的科学思维,不仅把本学科的基本内容传授给学生,而且把本学科的科学思维方法传授给学生。培养学生的自学能力和动手能力。
2 理论联系实际,基础结合临床
一是以理论讲授与学生观察理论相结合,尤其强调学生对人体标本及模型的观察理解。二是加强学生动手能力的培养,在系统解剖学的实验教学中,以学生操作为主,要求学生自己动手找出人体重要结构,并作为评估其学习效果的主要标准。三是运用多种教学手段,提高学生学习效率,要在教学中量使用多媒体教学及声像教学,力图将教学中的难点形象的表达出来。四是结合临床进行病例讨论,教学中要突出重点,讲清难点,介绍热点,使学生通过尸体解剖操作,既提高了实践能力,又加深了对理论的理解,使解剖形态学基础与临床诊疗相结合。教学中穿插临床内容,把前后期的内容有机地结合起来,同时与临床医学院进行不同形式的合作,请临床医生参加教研室的集体备课,邀请临床医生上课,结合临床讲授部分解剖学内容,积极探索、安排局部解剖学与外科手术治疗相结合的教学模式,理论联系实际,使医学前后期的课程内容相融通,基础与临床相结合。培养学生理论联系实际,了解基础医学理论在临床实践中应用的方法。
3 提高实践性教学效果
高质量的教具是提高教学质量的关键。一是在继承传统解剖学教学优点的基础上,学校要为学生提供了主动学习的环境,高质量的多媒体教具,要具有逼真的图像、鲜明的色彩、清晰的层次、准确的定位,从而大大减少教学中的烦琐描述,更加直观的表现局部的毗邻、结构,提高教学效率和教学质量。二是发挥学生在实验课中主体作用有利于调动学生的积极性。借鉴国内外医学院校的经验,在实验观察的基础上结合临床病例学生自由讨论。通过讨论式教学,调动学生的积极性,培养了学生的表达能力和认知能力,拓展了学生的知识面,为后续课程的学习打下了坚实的基础。三是开展多种形式的实验室活动有利于培养学生的创新能力。要给学生创造更多接触标本模型的机会,定期开放实验室。指定专人管理、指导和答疑。在实验室教学活动中,组织学生组成科技活动小组,开展科技学术答疑,指导他们进行初步的科研实验,查阅文献,写综述和小论文等,增加他们的学习、科研兴趣,从而培养了学生的科研创新能力,为走上工作岗位后继续进行科学研究打下基础。
1.本科生人体组织学与解剖学教学面临的问题
人体组织学与解剖学作为师范类生物科学专业的一门基础课程,旨在使学生掌握人体组织学与解剖学的基本理论和基本技能,使学生具备学习后续课程所需的人体形态学基础。如今师范类本科生人体组织学与解剖学课程面临着一系列问题,既有客观原因又有主观原因。客观原因:学科本身的特点复杂难记,本科生解剖学实验时间的压缩,等等。主观原因:部分调整录取的学生对生物不感兴趣,学生考研选择带来的问题[1],[2]。
2.采用启发式教学、探究―发现式教学提高学生学习主动性
英国哈罗德・艾利斯教授明确提出了解剖学的教学目标,包括了以下几个方面:基本解剖学术语,解剖实验方法,可理解的三维解剖学,解剖学上常见的病理状态,学生实验的团队合作,学生适应现实造成的死亡和尊重身体。解剖学教学应以自主学习为主[3]。
21世纪生物学教学的宗旨、内容都发生了很大的变化,生物学各学科教学的方式、方法也必须相应地实行变革。随着生命科学的迅猛发展,以及教育教学改革的不断深入,人体组织解剖学的教学内容、教学手段、教学方法等也需与时俱进[4]。
人体组织学与解剖学课程内容丰富、系统性强。在学习过程中,如何发挥学生学习的主观能动性,对学习的效果有着很大的影响。为了强调学生学习的主观能动性,在教学方法上,我们应该采用启发式、探究―发现式教学,充分发挥学生的积极性和主动性[5]。
2.1启发式教学激发兴趣,提高学生学习的积极性
启发式教学,就是根据教学目的、内容、学生的知识水平和知识规律,运用各种教学手段,采用启发诱导办法传授知识、培养能力,使学生积极主动地学习,以促进身心发展。启发式教学方法多种多样,但原则只有一条,就是在发挥教师主导作用的前提下,充分调动学生的学习积极性、主动性和创造性,放手让学生大胆探索、实践、总结、提高,让他们主动去学习知识,掌握知识,应用知识,培养他们的思维能力,动手操作能力,应用知识能力,创新知识的能力。
2.1.1形象比喻启发
教学中面临的首要难点是常用术语,术语是描述性的,但只有通晓古希腊语的人才能理解原意。在引导学生了解身体的过程中,用单词激发想象而不是抽象概括是很重要的。形象比喻,既能给学生以丰富的联想,又能将孤单的抽象与枯燥无味的现象联系起来,从而使学生借助联想,加深理解某些生物概念和生物现象。激发想象是互动的,因为它把研究对象对学生的感官体验结合起来,而抽象的词语只来自阅读或被动地听讲座的记忆。举例来说,如果学生碰见不认识的术语,教师可以把它和图像联系起来,在黑板上写出,并把它们拆开,在课堂阐明。比如术语“气胸”,词面意思对学生来说很模糊,可以分开来阐明,它的意思是“在胸外的空气”。术语也可以用手势来说明和解释。在谈到动脉收缩时,举起一只手,慢慢地合上手指;要显示扩张,打开手指。同样,描述呼吸的机制,把手张开来显示胸腔扩张,然后握紧手,以展示胸部的收缩增加了肺部内的空气压力迫使空气呼出。
同时也可以联系临床上的病例和生活中的常识,加深对知识的记忆效果。比如,学习臂丛的分支时可用不同颜色的粉笔进行描绘,由闭孔神经联想到骑马,从动眼神经、滑车神经及展神经联想到眼睛的保健,由股神经和坐骨神经联系到临床上股静脉采血和臀肌注射,等等。教学时把知识性、科学性与趣味性有机地结合在一起,教学效果会事半功倍。只要学生感到有兴趣,其思维就会活跃起来,课堂上将出现有趣的生动场面,然后老师因势利导,使学生的认识步步深入,获取新知识[6]。
2.1.2启发性提问
教师在教学过程中根据教材内容、重点、难点和学生的能力水平提出富有启发性思维的问题,应该在教材的关键处、转折处和引申处等提出“为什么”,问题要有分量,又要难易适中,有利于师生间产生震动和共鸣。
举一个简单的启发式提问的例子。例如一个肺的气球模型,通过提启发性问题提示学生来如何设计肺,如何根据所需要的肺的功能来设计肺的结构。学生可以通过一系列的启发式问题来修改他们的原始设计或添加所需的结构特征。经过这种创造性的过程,学生在接下来观看解剖模型和幻灯片时能够把握住整体的概念而不会迷失在细节中。更重要的是,他们将会得到身体如何工作,以及可能的毛病的知识,而不仅仅记忆身体部位的名称和特征。以下通过两个启发式提问教学实例来说明问题。
2.1.2.1设计呼吸系统
向学生分发气球,让他们吸入最多空气尽可能一口气吹胀气球。这项活动将展示他们能够在肺部一口气吹出多少空气(肺活量)。然后写在黑板上:“呼吸―呼吸作用”,问学生:什么是呼吸道系统,需要做什么?学生会总结出来:首先,它需要用身体吸入和呼出空气,所以需要设计东西做这件事,称之为肺。肺需要有出口和入口,然后我们先做一个简单的模型:一个气球,它有弹性和一个缺口。可以画出身体躯干的轮廓(头部转向一侧的正面视图),然后补充气球肺和气管。
接下来问:身体如何使肺部舒张和收缩?让学生练习证明两种呼吸机制:使用胸腔的肌肉,提升和舒张胸部的胸式呼吸(手放在胸骨),和使用腹部肌肉动作的隔膜腹式呼吸(手放在肚脐),这两种呼吸可以说明为什么脊椎或脖子周围神经的损伤可能切断通向肋骨肋间肌或膈肌的信号,使一部分或另一部分肺不能进行呼吸。
肺吸取空气进入人体后,氧气必须从空气中进入血液。肺的气球模型不能很好地做到这一点,因为血液附近大多数的空气永远不会进入。我们需要一个设计带来的氧分子接近周围血管的模型。鉴于这一要求,学生将很快制定出肺的分支模型,解现实的肺部。这样一步步问题的提出,学生进行独立思考来解决问题,从而从一个气球的状态形成真正的肺的结构。
2.1.2.2设计循环系统
在设计呼吸系统中,将看到一个系统从肺部输送氧气到身体周围,这将是一个循环的系统。可以让学生预习课程,询问:如果这个系统出了问题会发生什么?然后返回循环系统。
本课程的下一个问题是循环系统需要什么组件:心脏、血管、血液和控制系统。这可以用一个简单的图或模型来说明。然后,引导学生开始考虑系统的功能,他们会在设计中增加更多的功能。例如,血液必须从肺部吸收氧气带回心脏,然后向全身输送含氧血液。所以,你需要两个循环的两个的心泵。心脏的各个部分也需要一个单向阀,以防止血液流回心脏。
为了保持血液循环,以控制血液分布,管道必须能够收缩和扩张,这就需要血管肌肉层壁富有弹性。学生同时也可以想到,血管同时也可作为热循环交换系统,这将有助于解释身体对冷热刺激的反应。
循环系统通过运输液体和营养物质和消化系统与淋巴系统相联系。这些设计特征都可从启发式问题中得出。
2.1.3直观的多媒体课件启发
根据教材性质,难易程度,学生接受知识能力的强弱,反应的快慢,教师应采用多种教学手段、方法和形式,注重启发式教学,应用多媒体课件,配合各种直观教具(如挂图、模型、标本、自身触摸,等等),充分发挥学生的主动性和积极性,培养学生独立观察和独立分析问题的能力,强调学生自学,努力提高教学质量和教学效益。
解剖学的课堂教学方法发展迅速,已经从书写板书演变到多媒体授课,完全改变了课堂上老师写板书、学生记笔记,课后学生背笔记的传统教学方式。现在,教师省去了板书的时间,充分利用多媒体教学,但是仍然以教师讲授为主,在讲授的过程中涉及一些与解剖学相关的临床病例知识,并采用CAI作为辅助手段,进行讲授。这样使所讲授的内容更加丰富生动,使学生非常主动地参与教学,充分发挥主观能动性,启发和培养学生的发现问题、分析问题和解决问题的能力,实现教学的最终目的。
传统解剖学教学需要用大量的挂图、模型、标本和录像资料等,费时、费力,效果还不理想。解剖学CAI教学使课堂有效时间增加,相同内容比用挂图、模型、录像资料等要节省1/3的时间;比用板书板图的方式至少节省2/3的时间[7]。CAI教学丰富了课堂教学的内容,有利于培养教师和学生的创新精神和创新能力,有利于及时更新教学内容,为非线性教学模式的建构提供了可能。而且越来越多的事例证明,现代教育将趋向大众化、个别化、终生化、多媒体化和网络化,应用计算机辅助教学,利用互联网开展远程教育是当今教育发展的主要趋势。
国内已有数家医学院校成功出版发行了解剖学多媒体课件,并将之应用于解剖学教学中;国外,开发成功的解剖学多媒体课件代表作有美国Stanford大学医学院开发的电子尸体解剖(Electric Cadaver),Utah大学病理解剖科开发的生命的细胞(Slice of life),两部CAI电子教材均收集了5000余幅解剖学及相关学科的图像,均取得了显著的效果。
人体解剖学过去通过标本、模型进行教学,人体大体结构还能展示清楚,组织结构、微观结构、动态过程展示就难以呈现。现在可以利用多媒体技术的强大功能,把抽象的、难以直接用语言表达的概念和理论以直观的、易于接受的形式表现出来,或把人体的微观结构或动态的生命过程通过动画形式展现出来,变抽象为具体,变静态为动态[8]。多媒体教学利于突出重点,易于突破难点。
2.1.4比较联系启发
在生物课教学中,将某些有共同属性的生物知识归类进行比较,启发学生找出异同,这样对学生认识、鉴别问题、想象思维、能力大有益处。对于有些常混淆的知识,把它们找出来,排在一起,加以比较,学生能一目了然。善于比较则可以抓住知识的本质特征和知识间的内在联系,从而达到准确理解、记忆和应用知识的目的。在学习中要善于用比较,首先要动脑,勤于思考,发现知识间有不同和相似之处,然后找到比较标准,即从哪些方面进行比较,比较时可以列表,也可以绘图,这样就可对所学内容去粗取精、去伪存真,可以提高学习新知和复习巩固的效率。
对于形态结构部分的教学,传统的方法往往是在讲授理论课时,老师利用挂图讲述其结构,而后学生到实验室观察相应标本、模型、组织切片,来验证和巩固课堂所学知识。这样,学生往往是被动地接受经典知识,难以达到培养学生观察能力、思维能力、自学能力等多种能力的目的。在教授这部分内容时,直接让学生到实验室,教师提出观察要点、具体要求、思考题,然后学生分3―4人一组,边观察、边思考,最后引导学生总结得出结论。由此,变学生为学习的主体,既能提高学习的兴趣,又能培养观察、思考、自学等多种能力,从而取得较好的教学效果。
根据人体解剖学的课程内容,即人体基本组织和九大系统的形态结构和功能,列表比较它们的异同和联系,从而理解人体各个系统、器官、组织和细胞的形态结构与功能的相互影响。器官或局部与整体间、局部间或器官之间,在结构和功能上既相互联系又相互影响,注重局部与整体的结合。
2.2探究―发现式教学启发学生科研思路
探究―发现式教学的本质就是在教学中充分发挥学生的主体作用,使学生充分参与和体验知识技能由未知到已知或由不掌握到掌握的过程,并在这一过程中使学生的各种素质得到全面发展。实施探究―发现式教学是社会发展的客观要求,也是教育学发展的趋势[9]。人体组织学与解剖学课应该依据实验课程特点,采用探究―发现式教学,通过学生之间的讨论加强知识点的研究和理解,促进知识的掌握。
探究―发现式教学模式的理论基础是布鲁纳的构建主义发现学习理论和施瓦布的生物科学探究模式。布鲁纳认为,不论我们教什么学科,务必使学生理解学科的基本结构,而掌握基本结构的方法是“发现”,学生的认识过程有共同之处,教学就是学生主动探究和发现结论和规律的过程。施瓦布的生物科学探究模式的实质是教学生用相似于生物学家的研究方法去处理信息,也就是教学生确认问题并用特殊的方法解决这些问题。
探究―发现式教学模式的一般教学程序:提出问题―创设问题情境―提出假设―推理―验证和得出结论。
生物科学技术发展史上重大发现和发明,往往集众多科学家多年的心血和智慧,通过一系列实验,反映了科学探究的一般方法。在教学中,要改变过去按教材顺序平铺直叙的讲述方法为探究式教学方法,通过重演科学史的发现过程,引导学生沿科学的逻辑思维路线,主动发现问题;分析、推测、探究问题,最终获得符合逻辑性的结论;理解科学实验方法、培养探索问题的能力,而不是记住这段历史。
教师在教学中应启发学生科研的思路,如在讲授植物神经的兴奋传递一部分时首先介绍T.R.Elliott,U.E.Dixon等人的实验:发现平滑肌对肾上腺素的反应与刺激交感神经效应相同,毒覃碱的作用与刺激副交感神经的效应相似。引导学生得出“兴奋的传递是经神经末梢释放特殊物质(递质)实现”的假设,然后布置学生设计实验方案来证明这一假设。最后老师介绍Off Loewi 1921年所做的蛙心灌流实验。该实验把两个蛙心用任氏液灌流系统连接起来,当刺激第一个蛙心的迷走神经时该心的搏动受到抑制,随后第二个蛙心的搏动也受到抑制,这意味着在一个蛙心迷走神经受到刺激时,释放某种化学物质,经灌流液的传递到第二个蛙心。当时Loewi把这物质命名为“迷走物质”,后来证实此物质就是Ach。这一独具匠心的精彩实验,不仅确凿地证明兴奋传递是经神经末梢释放递质来实现的,而且让学生领略了科研思路在科学研究中的重要作用[10]。
教师不仅要把书本知识传授给学生,而且应该把国内外最新的研究进展,以及自己的科研成果带入课堂,把最新的知识和信息传递给学生,将承担的科研项目的内容、研究成果及新的进展融会于课堂讲授之中,将发表的与课程有关的研究论文作为课外阅读资料,使学生加深对新知识点的理解,也使得讲述更为生动而富有启发性。在教学中,还可以针对人体组织解剖学的研究热点,开展研究性学习活动。例如由教师或学生确定主题,教师给学生提供一些信息参考,指导他们走进图书馆、资料室或上网,自己去查找相关资料,撰写相关主题综述,最后相互交流。这种活动不仅能使学生了解某领域的发展动态和最新成果,对课堂讲授也是很好的补充和延伸,而且能锻炼学生查找资料、总结资料和学术论文写作的能力,为他们今后的毕业论文设计奠定基础。
3.人体组织与解剖学教学方法改革的展望
高师院校的教学改革要达到培养学生学习能力(学习能力是学生顺利地完成学习活动所必备的能力)的目的,就必须使“教”和“学”达到高度统一,即要坚持“教为主导,学为主体”。要求学生通过自身主动的学习活动去掌握知识,要求教师从对教学内容的加工为主发展到以指导学生完成学习活动为主。任何改革都应该以有利于提高学生的综合素质、有利于提高教学质量为目标。教学活动是一个多因素、多环节的过程,其改革涉及的方面很多,会受到诸多因素和条件的制约。在今后的教学实践中,人体组织学与解剖学课程的改革将会越来越深入。
参考文献:
[1]张文学,张顺利,李莉等.高师人体组织解剖学教学改革探索[J].生物学杂志,2009,4:82-85.
[2]张文学,侯玉杰.高师生物系人体解剖学教学的困难及对策[J].解剖学研究,2003,(25),1:73-75.
[3]Andrew T Raftery.Anatomy teaching in the UK[J].Surgery,2006,(25),1:1-2.
[4]徐平,王卫东.人体组织解剖学课程教学改革的探索与实践[J].湖北师范学院学报(自然科学版),(28),1:100-102.
[5]李晓双,鞠学红,王金平.人体解剖学教学方法探索[J].教育论坛,2008,(5),23:103-104.
[6]刘进师.主体性教学法在解剖学教学中的应用[J].解剖学研究,2003,(25),1:75-76.
[7]雷万龙,初国良,曲怀刚,郭开华,徐杰,汪华.一种新型人体解剖学教学模式的实施和论证[J].解剖学研究,2007,(29),6:468-470.
[中图分类号] R602;G341 [文献标识码] C [文章编号] 1673-9701(2016)09-0120-04
[Abstract] Web 3D technology is an advanced technology which is used to realize virtual reality on web pages. Being a hot research interest in the current computer science domain, it is playing an active role in modern medical education owing to its vivid scenario simulation and powerful interactivity. This paper aims to introduce the basic concepts and key techniques with relation to Web 3D technology using WebGL(Web-based Graphics Language), which enables the visual interaction of virtual models of human body parts on web pages. Meanwhile, the application of the technology in the teaching of anatomy has made up for the lack of teaching resources by breaking the limit between time and space, realizing resource sharing and improving teaching quality.
[Key words] Web 3D; WebGL technology; Anatomy; Virtual reality
随着计算机技术、互联网技术和虚拟现实技术的发展,Web 3D技术应运而生,它具有高度的真实性、交互性、可重塑性,被广泛应用于教育、工业、医学等诸多领域,以其逼真的模拟场景和强大的交互能力在现代医学教育中起着积极的作用[1,2]。《人体解剖学》是研究正常人体组织器官形态结构、位置关系及其相关功能的一门学科,在传统教学中,解剖图谱教学是对人体器官三维结构的二维表达,制约着学习者对解剖学的学习和理解[3-5];人体标本实验室受到时间、地点的限制,学生不能自主安排时间、地点、内容等进行学习,影响着教学效果[6-8]。构建基于Web的三维人体器官模型的创新教学模式,可突破时间和场地的限制,缓解人体标本教学资源的不足,同时可提高学生的学习兴趣,改进教学质量。
1 Web 3D技术概述
1.1 Web 3D技术
Web 3D技术是在网页中实现虚拟现实的一种最新技术,是互联网与虚拟现实技术相结合的产物,其目的是在互联网上建立三维的虚拟世界,让人们更加清晰地了解真实的物体[9]。采用Web 3D技术构建的三维模型能在浏览器中进行移动、缩放、旋转等,360度全方位地展示物体,并能实现复杂的人机交互。Web 3D技术与传统的三维动画技术相比,具有其独特的优越性:①由渲染引擎对模型进行实时建模和动态显示;②在网页中网络传输的是模型文件,其传输量远小于视频图像;③具有无限的交互性。Web 3D技术是下一代互联网三维展示技术的核心[10]。
1.2 关键技术分析
现在Web3D 技术的研究和应用较为主流的解决方案有Java3D、Flash3D、VRML、Cult3D、Viewpoint等,它们各有自己的优缺点,但普遍存在兼容性低、开发效率低、不直接支持硬件加速、需要插件安装等不同的应用问题[11-13]。本文中采用了3ds Max三维建模软件构建人体器官模型,利用WebGL技术实现三维模型在浏览器端的展示和交互,客户端无需安装任何插件,使用非常方便。
WebGL是一种基于OpenGL ES 2.0标准、利用JavaScript API呈现3D计算机图形的技术,WebGL通过跨平台的、标准的、统一的OpenGL接口,为HTML5 Canvas提供硬件3D加速渲染,可以借助系统显卡在浏览器中流畅地展示三维场景和模型,还能够创建复杂的导航和数据视觉化[14,15]。WebGL技术完美地解决了现有的Web交互式三维动画两大问题:难以支持Web端的GPU硬件加速和对浏览器插件的依赖[16]。Three.js是JavaScript编写的WebGL第三方库,是一款运行在浏览器中的3D引擎,提供了丰富的3D显示功能。
2 在网页中实现三维模型可视化的方法
①定义场景:场景是所有物体的容器,在程序最开始的时候进行实例化,然后再将物体模型添加到场景中。
②设置相机:把三维场景投影到要显示的二维图形,经典的解决变换方法有两种:正交投影变换和透视投影变换,正交投影是将物体以原来大小投影到屏幕上,忽略物体的远近造成的大小变换。透视投影变换是一种接近视觉效果的投影,离视点近的物体大,离视点远的物体小。
③设置光源:光和影的利用影响场景渲染的效果。一个场景中可以设置多个光源,如环境光为场景提供一致的亮度,作为整体光照的基础,一般采用白色或者灰色;点光源可以看作一个点发出的光源,照到不同物体表面的亮度呈线性递减;平行光用来模仿来自无限远处的平行光源;聚光灯投射出类似圆锥形的光线。
④设置模型:可以使用由Three.js自带的规则模型,也可通过3D建模工具导出文件模型。使用WebGL能方便地创建常见几何模型,但创建人或者动物等复杂的结构模型较麻烦。因此,Three.js允许用户导入由3ds Max等工具制作的三维模型,并添加到场景中。Three.js加载模型的流程如图2所示,服务器存储着模型文件,浏览器使用javascript的异步请求从服务器下载模型文件,然后通过Javascript解析模型文件并生成一个geometry,最终生成Mesh模型,最后将其加入到场景中。
⑤渲染设置:渲染就是将模型数据在屏幕上显示出来的过程。在定义了场景、相机、光源等,通过调用渲染器的渲染函数来渲染整个场景。
3 Web 3D技术在解剖学教学中的应用
采用3ds Max工具进行人体器官建模,将模型的相关数据储存到自行搭建的本地服务器中,然后利用WebGL技术实现在网页中的三维展示和人机交互,通过浏览器进行查看,无需安装额外插件,方便浏览和使用。下面以采用WebGL技术制作人体泌尿系统三维模型为例说明Web 3D模型的可视化交互的实现过程,并应用于教学,解决解剖标本耗损大、尸体利用率低、尸源短缺、经费不足等问题[17,18]。
3.1建模
3ds Max制作的模型具有准确、真实等特征,利用3ds Max对人体器官建模可充分展示人体器官结构的大小、形态、空间位置及其毗邻关系,使教师及学生对人体器官的形态结构、位置、血供、神经支配等有准确的了解。笔者按照人体泌尿系统的解剖结构,将泌尿系统部位的器官分为肾脏、输尿管、膀胱等,使用3ds Max的多边形建模方式建立肾脏、输尿管、膀胱等器官模型的过程为:首先在视图中创建基本体,再将其转变为可编辑的多边形,按照各器官的解剖结构和形状特点进行编辑,调整到想要的模型。然后参照解剖学图谱选用各器官的材质,通过反复对比、改进,选择比较理想的组合。最后导出WebGL所支持的.obj格式,将模型的相关数据储存到自行搭建的本地服务器中。图3为通过3ds Max建立的泌尿系统模型,将泌尿系统部位的器官分为肾脏、输尿管、膀胱及尿道等结构。
3.2 泌尿系统模型在WEB中的可视化展示
总的设计思路是在浏览器中使用JavaScript语言编程来获取泌尿系统各个器官的模型参数,并通过鼠标事件控制模型的旋转、缩放、移动、触发热点等可视化属性,实现与之进行实时的交互式操作。
泌尿系统模型可视化展示的实现过程,首先利用在Three.js库中的Scene()函数建立三维虚拟场景;然后在场景中添加摄像机、光源和泌尿系统模型等,为了更接近人眼的观察效果,我们创建了透视摄像机,并设置透视相机的角度、横纵比、视锥的最近和最远距离、相机的位置,创建和设置了环境光亮度、平行光的亮度和位置光源,经过反复调整、改进,使模型展示达到较为真实的效果,而泌尿系统模型是从本地服务器上进行加载;最后结合场景和相机对画面进行实时渲染,得到泌尿系统三维模型在网页中的展示,如图4所示。实现的主要代码如下:
3.3 基于Web 的泌尿系统模型的交互操作
使用OrbitControls.js API来支持鼠标交互,通过一个轨迹球controls的控制,改变相应变量的值或场景中模型视图矩阵的值,从而实现与模型的交互。可以通过轨迹球controls的属性调整模型旋转、变焦、平移、惯性、灵敏度、缩放等效果。泌尿系统的旋转、缩放等效果如图5所示。①鼠标左击不放,移动鼠标模型旋转效果;②鼠标右击不放,移动鼠标模型移动效果;③鼠标滚动,模型缩放效果。以下是实现轨迹球控制的主要代码:
另外,通过Three.js中的RayCaster类,将光线投射到3D场景中,并确定光线与场景中指定的3D对象集合相交来拾取对象,通过鼠标点击触发,弹出相应的二维图片、文字说明等介绍。
3.4 基于Web 的人体器官数字模型在解剖教学中的应用
我们将基于Web 的人体器官数字模型在本校2014级影像技术专业1401-1403班的系统解剖学教学中进行了初步应用。课后采用问卷的方式对学习情况进行了调查,80%的学生表示器官数字模型比较有意思,吸引了注意力,提高了学习的兴趣;83.3%的同学表示数字模型能立体直观,可以更清楚地理解到局部解剖结构的相互关系,知识更容易接受;73.3%的同学认为学习的时间更自由,提高了学习的主动性。
利用WebGL技术构建的基于Web的虚拟人体器官数字模型,无需安装任何插件,只要在浏览器上输入服务器的地址就可以直接浏览,能显示一些难以立体展示的细微结构,还可以用不同的颜色表示出不同的结构,可任意旋转、缩放、移动结构模型,有助于在三维空间中观察人体器官结构的形态和位置关系,解决以往解剖学教学中的难点问题[19]。例如人体的循环系统,一般的教学图谱图像只能显示平面结构,而利用三维技术可以形象地、生动地展示血管的外形及构造,以使学生对循环系统的构造形成立体的、系统的概念,还可以用三维动画演示血液在心腔中的流动情况及血液在动脉、静脉、毛细血管中的循环情况,克服以往传统解剖学教材和图谱的缺点。同时基于Web 的人体器官数字模型彻底突破时间与空间的限制,可随时、随地的通过互联网获取学习资源,让学生真正成为学习的主体,有利于培养学生的自学能力,有效地提高学生的综合能力和教学质量[20]。
4 展望
以网页为载体,结合WebGL、3Dmax、JavaScript等技术,构建在线的三维人体器官模型应用于教学,可以很好地解决教学中的重点和难点问题,突破解剖教学受时间和空间的限制,有助于医学生的自主学习,拓宽解剖学的教学模式,提高教学质量。作者将通过对人体三维模型进一步完善和开发,建立解剖教学数字化资料和系列计算机三维模型,辅助解剖学的理论课和实训课教学,提高教学水平。随着信息技术的发展,Web 3D技术作为一种新型的教育教学媒体和手段,将在医学教学资源开发、教育领域应用中发挥更加重要的作用,对医疗教育事业的发展产生积极而深远的影响。
[参考文献]
[1] 李琨,董西广. Web3D技术在医学教育中的应用研究[J].河南职工医学院学报,2011,23(4):490-491.
[2] 杜赵康,杨开明,王勇,等. 人体解剖学实验教学中的实践与思考[J]. 解剖学研究,2015,37(1):72-73.
[3] 王勇,杜赵康,张秀君. 三维数字化虚拟人体在解剖学教学中的初探[J]. 四川解剖学杂志,2015,23(1):54,58.
[4] 韩中保,周羽韩,扣兰. 基于二维与三维相结合的《人体解剖学》学习平台的构建与应用[J]. 解剖学杂志,2013, 36(2):257.
[5] 侯振江,王凤玲,李红岩. 虚拟现实技术在医学教育中的应用价值[J]. 中国医学装备,2014,11(8):70-72.
[6] Mathias, Kaspar,Fred,et al. Web-based stereoscopic visualization for the global anatomy classroom[J]. Studies in Health Technology and Informatics,2011,163:264-270.
[7] 方杰,晏廷亮,何文渊. 虚拟仿真技术在解剖学教学中的应用探讨[J]. 中国保健营养,2015,25(13):301-302.
[8] 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,2012,34(5):393-394.
[9] 艾达,乔明明,李敏. Web 3D技术综述[J]. 微型机与应用,2014,33(2):4-7.
[10] 卞敏捷,高珏,高洪皓,等. Web 3D可视化技术的研究与应用[J]. 计算机技术与发展,2015,(6):141-144.
[11] Guan T,Ren BY,Zhong DH. The method of Unity3D based 3D dynamic interactive,2015query of high arch dam construction information[J]. Applied Mechanics and Materials, 2013,256(1):2918-2922.
[12] Danchilla B. Beginning WebGL for HTML5[M]. New York:Apress,2012:112-120.
[13] 汪浩,田丰,张文俊. 基于WebGL的交互平台设计与实现[J]. 电子测量技术,2015,38(8):119-122.
[14] JIN Ping,ZHENG Wen,CAO Ming,et al. Flower opening simulation based on key lines using WebGL[J]. Wuhan University Journal of Natural Sciences,2015,20(3):235-239.
[15] 高鹏,刘鹏,苏红森,等. 基于HTML5与可视化工具包的医学影像三维重建及交互方法研究[J]. 生物医学工程学杂志,2015,32(2):336-342.
[16] Parisi T. WebGL up and running[M]. Sebastopol:O’ Reilly,2012:58-83.
[17] 张庆金,陈金绪,李桂成,等. 数字人解剖系统在人体解剖学实验教学中的应用体会[J]. 右江民族医学院学报,2015,37(4):649.
[18] Pablo,De Heras Ciechomski,Mihai,et al. Development and implementation of a web-enabled 3D consultation tool for breast augmentation surgery based on 3D-image reconstruction of 2D pictures[J]. Journal of Medical Internet Research,2012,14(1):e21
1. 数字化可视人体在解剖学教学中的应用
随着数字化可视人体数据集的建立,计算机模拟人体将为解剖学的教学提供革命性的变化。过去,医学生通过阅读教材,看解剖图谱上的注释,并进行尸体解剖的实习来学习解剖学课程。利用虚拟人体进行人体解剖课的教学,学生可以用虚拟手术器械解剖虚拟尸体,并利用操纵杆、手套和其他设备的触觉强力反馈来感受到人体组织的不同质感,在虚拟解剖过程中如发生错误操作,学生可以返回纠正错误,当然也可以反复进行复习和训练。由于学生们可以随时进行虚拟解剖,不需一起来到解剖学实验室进行学习,这既可以方便老师和学生,同时又可以节约宝贵的尸体标本并减少其他器械如手套和刀片等的消耗,为学校和教研室减轻经济负担。
中世纪期间产生的解剖图谱构成了医学学习的基础,但解剖图谱是对人体器官三维结构的二维表达,容易使学习者对解剖结构的学习和理解受到制约。解剖图潜一般有许多个标注,细线的一端指向解剖结构,另一端注有该结构的名称,看上去非常复杂。数字计算机则为科学家获取、储存、利用和显示复杂图像提供了方便。1996年Toh MY等使用可视化人体数据集制成了交互式的大脑数字图谱,可同时显示多幅图像。1998年,美国国立医学图书馆开始了一个使用计算机技术组建标准的数字图像图书馆的计划。利用数字化可视人体数据集研制成的数字形式的解剖图谱,无需复杂的标注,只要将计算机鼠标移到某一解剖结构上,通过超链接则该结构的详细说明便会显示出来,并且可以显示某一部位的横断面解剖,还可将该结构立体显示,并可绕任意轴线旋转,使学生易于学习和掌握。另外人体组织的发育过程在教学中是一个难点,非常抽象,学生通常不易理解,如果将某一组织的发育过程数字化,并通过计算机辅助的模拟技术可将其非常直观地显示出来,这样就便于学习和理解。
2. 数字化可视人体在虚拟内镜检查中的应用
内镜是一种在临床医学中常用而有效的诊断和辅助手术治疗的丁具,它可以帮助医生观察并检测人体器官的内表面。通常包括胃镜、血管镜、肠镜等。然而它也存在这许多的不便,例如给病人带来不适,高昂的费用,有时可以产生严重的并发症如穿孔、感染及出血等。一般三维重建方法只能重构管腔外表面的解剖结构,而虚拟内镜是一项利用CT和MR1数据进行体积和表面重建的影像处理技术,是模拟显示管腔及其内表面的计算机成像技术。Wood等认为虚拟内镜因为无创且需极少的准备是一种理想的筛查工具。虚拟内镜作为一种内部器官结构的成像和检测手段,直接把病人体数据作为输人,可以通过接口接到CT或MRI设备上。通过体数据重建管状器官结构的病变区域,可以把三维体数据作为一种虚拟环境,在这个虚拟环境的内部,使用者可以交互的在器官结构的内部进行导航、成像或检查。Mitaritonno M等认为虚拟内镜很可能成为未来诊断显像领域的金标准,并可避免所有有关的顺从性问题以及传统内镜治疗所带来的穿孔和出血等危险。
虚拟内镜(virtual endoscopy)作为一种新的放射摄影技术,可以提供物体表面的轮廓细节,并能够通过使用高清晰度的图像和独特的计算机处理方法进行空腔器官的三维观察。它将内镜检查的特征和具有代表性的体积测量图像结合在一起,已被普遍使用到了胃肠癌和结肠癌的评价中, 1994年vining等首次提出CT虚拟内镜成像以来,学者们对此技术已进行了一系列的研究,且临床应用取得了初步的成效。Himi T等利用虚拟内镜进行的中耳模拟与术中发现完全相同,认为该技术将在耳科学的术前计划、手术训练以及术后评价中发挥重要作用, K ayCI等通过临床比较证实虚拟内镜能检查出大部分直径超过lom。的病损,并认为该技术正在发展成为直结肠病变的诊断和筛查工具。 Ishimaru T曾利用虚拟关节镜为一病人进行了检查,认为在不久的将来虚拟关节镜将作为一种新的技术上具被用来为患有颖下领关节病变的病人进行检查及治疗。Boor5等通过内耳疾病的临床应用表明虚拟内镜可以提供类似于真实内镜检查的视野,可以将内耳复杂的解剖结构如管道系统和内耳的病理变化准确显示,可用于病例讨论、术前计划和教学。
由于纤维内镜检查是一种带有创伤性的检查,因而病人通常不愿接受,然而虚拟内镜检查则完全避免这类弊端,同时人体许多不能进行纤维内镜检查的部位,但可进行虚拟内镜检查。虽然虚拟内镜检查可以代替真实内镜检查,但仍有必要对虚拟内镜检查的常规临床应用进行确认和改进。2000年Robb PA使用美国国立医学图书馆的可视人数据集改进和测试了虚拟内镜检查的使用程序并评价了其操作在一系列临床应用中的价值,表明虚拟内镜检查可以为临床诊断提供准确的依据。
3. 数字化可视人体在虚拟活检中的应用
“虚拟活检(virtualb iopsy)”系指在虚拟内镜的基础上,借助各种最新成像手段及计算机分析技术,以获取病变部位尽可能多的形态及功能信息,得出类似或接近组织学活检的诊断结果,其一般步骤是通过虚拟内镜技术观察到具体病变部位,在该处进行模拟组织提取,再通过对提取组织的形态、功能信息的分析得到检测结果。在医学上所使用的探针式活检是通过直接穿刺的方式或经纤维内镜从管腔内部将一根探针刺人病变部位,进行组织的提取或分析。活体组织检测对于了解病变组织的细胞学特征以及病变的定性诊断具有十分重要的作用,但由于其属于创伤性的诊断手段,并且对于从整体上和任意方向的取样检查有一定的限度,有时还可能出现假阳性结果。然而虚拟活检技术在这一点上具有突出的优越性。Hopper KD等研究认为利用具有淋巴结增强效应的虚拟支气管镜可以增加活检的成功率,然而一般经支气管活检一些在内镜条件下看不清的淋巴结和肿瘤的成功率通常要低于50%, Vahora F等研制了一种基于先进的力反馈设备的乳腺虚拟活检系统,可为外科医生在对病变区进行检查时提供高保真度的视觉和力反馈线索。从理论上讲,只要仪器的分辨率足够高,通过计算机成像技术对病变区进行尽可能的放大,就能够直接显示组织和细胞的形态结构。这将实现通过无创性虚拟影像学检查即可获得病理学信息的目标,是虚拟影像学研究的一个重要方向。
4 数字化可视人体在计算机辅助外科手术模拟中的应用
1 藏象的涵义
现代中医学对藏象的涵义有多种认识。孙广仁[1]认为,目前比较公认的藏的内涵有二:一指脏器,即为实质器官,可以属于形藏;二指气藏,即不指实质器官,而是指人整体之气运动变化呈不同状态的代名词。象的内涵有三:一指内脏的外见形象;二指内脏表现于外的生理病理征象;三指内在5个生理病理系统与外在自然环境相通应的事物与现象,即两者类比所获得的比象。戴俭宇[2]认为中医学实际上就是以象测藏的医学,是现象 (状态 )医学,藏象学说的思维方式指导着辨证论治的全过程。谷振省等[3]认为从词语属性及文字的演变看,藏象即脏象;从藏象的源流、本义及内涵、外延看,作为人体脏器名称特别是中医理论体系的概念术语,当称脏腑而不应称藏象。杨化冰[4]认为中医学以藏象学说为核心来阐释人体,其中象的思想贯穿于中医学理论与实践始终,并主张从观象、悟象、辨象、治象4个方面浅析中医之象。王颖晓[5]认为藏象之象有3个方面的意义。首先,具有形象之意,即为脏腑的具体形态结构;其次,更泛指一切可见的或可感知的现象与征象,即为脏腑生理功能、病理变化的外在表现;最后,具有古代哲学思维的特点,含有想象、取类比象之意,即将脏腑与自然界四时阴阳五行等相应的事物、现象进行类比,经抽象思维,寻找对应关系。
2 藏象与解剖的关系
近年来中医对藏象理论的认识侧重与现代解剖学进行比较的报道逐渐增多。《内经》藏象的含义与现代解剖学中的脏器的含义不同,后者立足于微观的实体解剖与描记,前者侧重于脏腑生理功能的宏观概括。如白云静等[6]认为中医学的藏象学说不是以解剖形态学为指归的,而是对人体生理功能、病理变化、病证现象的整体概括,每一脏均涉及多系统的部分结构和功能,每一脏所主的功能均不是某一系统所能独立完成的。孙尚拱[7]认为藏象理论的形成主要由3个因素造成,即初步的解剖知识、对临床生理及病理现象的观察和古代哲学思想。解剖学认识是中医藏象理论形成的起点,从象把握藏的本质的方法,是中医藏象学说的特点
3 藏象与黑箱理论的联系
中医学强调黑箱理论在藏象理论认识中的重要作用,并将藏象理论与黑箱理论结合起来共同研究藏象理论。张景岳称藏象是“藏居于内,行见于外”。王米渠等[8]认为,藏指内藏之脏,居于体内,外不可见;藏还有脏器的意义。象是现象、形象,流露于外,是可见的表现,是可预测的征兆。藏象就是通过外在可见形象研究内在不可见事物的一种方法。这种研究方法与现代之黑箱理论有相似之处。藏象概念强调它有实体脏器与功能系统双重涵义,倘否定一方,言象无脏器,言脏腑不言象(功能)则均有偏颇。钱丽[9]认为,黑箱是指内部结构尚不能 (或不便 )直接观测,但可以从外部去认识的事物;凡客观事物,当人们还未深入解剖其内部细节,还不清楚其内部详情时,都可以看作是黑箱;黑箱方法是不直接探测其内部结构,而通过考察对象的输入、输出及其动态过程,来研究对象的行为、功能等特性的科学方法。《内经》中“藏象”一词恰好道明了中医学理论“藏象学说”是不自觉地运用黑箱方法构建的。藏象学说正是把人体作为活的有机整体 ,以整个活的机体作为研究单位 ,在不割裂整体、不干扰正常生命活动的情况下,用司外揣内的推导方法,把握整体的运动规律。如《灵枢·本神》曰:“视其外应,以知其内脏,则知其所病矣。”这也说明了藏象理论是以象测藏的,由外知内的。
4 藏象与脏腑的比较
中医基础理论认为藏象和脏腑的涵义是不同的。王东坡[10]认为藏象学不是脏腑学,藏象学中的五脏是以心、脾、肺、肾、肝为代表的五大功能系统,是用以说明和指导临床辨证与用药的一种理论工具,经数千年历代医家的不断总结和补充,已形成其特有的体系,并有效地指导着辨证和临床治疗。杨洪军等[11]认为,藏象学说是中医学理论的核心,从本质上讲,藏象是研究人体脏腑经脉、形体诸窍的形态结构、生理活动规律及其相互关系的思维模型,它追求的是本质特征的神似,而略于形迹的逼真。将藏象这一思维模型,用于推演人体生命活动很实用,也具有科学性。郭海[12]认为藏象理论是中医基础理论的基石,藏象是脏腑功能的推理演化,脏腑与藏象是2个不同的概念,脏腑首先是解剖学上的器官,而藏象的系统功能是在解剖学脏腑的基础上建立起来的。
5 藏象与现代信息技术的联系
藏象理论与脏腑的功能特点、气血津液的功能特点以及经络的生理病理特点是息息相关的,而且正在与现代信息技术相结合共同发展。邢玉瑞等[13]认为,中医藏象学说对脏腑生理功能与特点、气血循环与作用的认识,以及经络系统的构建,都借用了类比思维的方法。类比思维的基本形式可分为比类、类推、比附。赵宏杰等[14]用指纹图谱“以时测象”研究藏象实质,指纹图谱方法是一种适合于记录气血信息的工具方法。具体做法是,以指纹图谱对血液(中医的气血)取象并利用信息技术建立动态模型,并认为依据藏象生理信息为藏象病理研究(即证本质研究)和藏象辨证论治研究所建立的平台,结合信息技术,完全能够实现藏象研究和应用的信息化和现代化。闪增郁等[15]认为从藏象学的形成及发展来看,它在认识论、方法论上体现了以下特征,即依据人体内外的完整统一性 ,通过见外而知内的方法,把人体作为一个整体进行考察,通过生命过程中自然流露的外部征象,来研究内脏的活动规律及其相互关系。吴弥漫[16]认为,古代医家运用“以表知里,以象知脏”的方法,通过深入细致地观察、分析外在生理表现和病理征象,以推知人体内部的生命活动机理,这种独特的研究方法形成了中医独特的生命观——藏象学说。参照现代科学方法论,这种藏象研究方法正是对信息的充分利用,包含有信息论、系统论方法的基本原理。其实质是中医关于人体生理和病理生理的理论,在认识论上具有整体恒动观的鲜明特色,在方法论上则具有信息论、系统论的显著特征。
小结
中医学对藏象理论的研究包括藏象理论与解剖理论的关系、藏象的涵义、与黑箱理论的联系、与脏腑涵义的比较、与现代信息技术的联系等。由此可见,藏象学说在《内经》中占有特殊重要的位置,成为《内经》理论的核心,也是临床辨证论治的重要理论基础。但是由于各种原因,藏象学说理论的研究还不完善,需要进行更深入的研究。
【参考文献】
[1] 孙广仁.藏象的概念及其生成之源[J].中医研究,1997,10(5):1-5.
[2] 戴俭宇.藏象学说与辨证论治[J].北京中医,2006,25(1):23-25.
[3] 谷振省,陈延香,张效霞.藏象学探究[J].现代中医药,2005,25(4) :1-3.
[4] 杨化冰.浅析中医之“象”[J].中医药学报,2005,33(3):1-2.
[5] 王颖晓.藏象之“象”含义探析[J].上海中医药大学学报,2006,20(4):45-47.
[6] 白云静,孟宪林.从五行互藏探讨五藏互藏理论[J].国医论坛,2002,17(1):14-16.
[7] 孙尚拱.用统计方法检验中医藏象(五行)学说[C]// 2003中国现场统计研究会第十一届学术年会论文集(下).北京:中国现场统计研究会,2003:23-30.
[8] 王米渠,吴斌,严石林,等.从分子生物学的角度探讨中医藏象学说的内涵[J].广州中医药大学学报,2002,19(4):314-315.
[9] 钱丽.黑箱方法与中医“藏象学说”[J].南京中医药大学学报:社会科学版,2004,5(1):14-17.
[10] 王东坡.治病求本必先五胜—论王琦教授对藏象学的研究与应用[J].贵阳中医学院学报,2003,25(3):4-6.
[11] 杨洪军,黄璐琦,吕冬梅.论中医“藏象”思维模型及其对系统复杂性研究的意义[J].中国中医基础医学杂志,2003,9(5):15-17.
[12] 郭海.藏象研究存在的问题与解决方法[J].河南中医,2005,25(10):10-12.
[13] 邢玉瑞,孙雨来.类比思维与中医藏象学说的建构[J].山东中医药大学学报,2002,26(6):414-416.
1 穴位与神经的关系密切
韩氏等[1]认为经络虽是对“脉”认识,但神经学说传入我国后,即用神经学说来解释经络沟通人体体表与体表上、下之间,体表与内脏内、外之间特异联络、调控和反应功能,甚至把“never”一词译为与经络功能相关的中医词汇如“细筋”、“系”等。现代研究也认为神经应当是穴位物质形态的主导物质,因为大多数穴位是位于神经干或神经周围,穴位针感传导物质基础可能是皮神经或者是交感神经。如胡氏等[2]对手少阳三焦经穴解剖研究认为穴位内皆有较多神经分布。徐氏等[3]沿针体作断面解剖观察手三里穴进针层次深度及针体周围结构的形态特征,发现针体周围93%为含桡神经深支和桡侧返动脉的致密结缔组织。郑氏等[4]在探讨研究经络的实质后,认为经络的循行径路位于皮下的软组织内,其物质基础主要与皮神经及其分支有关。刘氏等[5]认为皮肤中存在传递针刺信号的通道,实质是交感神经敏感线,针刺信号传递或循经感传发生在皮肤中,针刺后皮肤经线交感递质释放及阻断与经络传导相关,皮肤中存在特异的儿茶酚胺细胞。刘氏等[6]又切断大鼠皮肤中的交感物质分布线后,显著阻断针刺“足三里”产生的针刺效应。Croleya[7]认为穴位区真皮比非穴位区多1倍,真皮含有明显的毛细血管袢,其外包有交感神经,穴位上高的电传导性可能与包有交感神经的真皮有关。
2 穴位与血管的关系
穴位形态实质同血管关系相当密切,尤其是微血管,其可能是穴位形态的重要物质基础之一。如王氏等[8]认为经络的实质可能是以血液系统为源头,神经系统为主导的,而穴位则是经络的枢纽。上海中医学院[9]研究了309个经穴与动、静脉的关系,发现有286穴正当动脉干,或旁有动、静脉干,占91.62%。丛氏等[10]用成人前臂骨间膜乳胶或墨汁动脉灌注的标本,观察心包经沿线动脉分布,结果发现血管的分布,在穴位区有一定的密集性。刘氏等[11]以乳胶及墨汁灌注血管,用巨微解剖、图象分析等方法发现小腿骨间膜血管主要呈节段性分布,骨间膜胆经及胃经沿线穴位区血管较密集。丁氏等[12]通过对人体小腿胆经和胃经巨微解剖观察后发现,经络线位置的骨间膜腓侧和胫侧的血管自上而下呈不均匀分布,在穴位区毛细血管密集,且在穴位和经线上的毛细血管排列呈与经线平行状。刘氏等[13]在腿骨间膜的墨汁灌注标本上,观察其胃经(胫侧缘)沿线的血管的分布特点,发现胃经沿线3,4,5,7寸(同身寸)处的血管密度,显著高于各寸之间的血管密度。穆氏等[14]研究发现人体穴位的血流量极显著地高于相应对照点,穴位点的微血管具有同步舒缩的特点,刺激可提高微血管自律运动的振幅,增加穴区的血流速度,从而认为穴位实质是具有特异性舒缩频率的微循环单元。
3 穴位与淋巴、肌肉肌腱、结缔组织的关系
虽然穴位同神经血管关系密切,但是并不能用来完全解释穴位的形态结构或其功能实质,也就是说其他物质也参与了穴位的构成,人们对此也做了不少工作,如赵氏[15]观察了下肢穴位的浅淋巴管配布发现,多数穴位有淋巴管通过或有淋巴管起自穴位区,而且同一淋巴管往往通过3个或2个穴位区。陶氏等[16]通过解剖测量37例成人标本小腿前肌群在骨间膜和骨膜的起点范围比较肌起点和穴位的关系,发现胆经和胃经在小腿的穴位均位于肌肉起点范围之内。徐氏等[17]根据临床实践浅刺(半刺法)、深刺均可获得疗效的结果,并通过蓝点定位法和临床切口组织的观察后认为,得气点大多在腱膜、肌膜、筋膜、肌束膜、肌与腱交接处和骨膜上。楼氏等[18]通过层次解剖观察穴位高密度集区的形态结构后发现,在穴位高密度区可见厚实连续的致密结缔组织结构,包括腱膜、增厚的深筋膜或两者混合体。党氏等[19]留针于穴位局部后进行解剖及X线CT观察了手太阴肺经全部穴位与相关结缔组织结构的关系,发现与骨膜、神经鞘膜、动脉壁相关。田氏等[20]用扫描电镜观察得气后豚鼠“足三里”穴的结构变化,认为结缔组织是捻针力的首先承受者,针感得气的主要形态学基础在皮下组织和肌肉层。如上所述,淋巴、肌肉肌腱、结缔组织等组织也是穴位形态构成的重要物质基础。
4 穴位是穴位区整体空间结构的组合
史氏等[21]以单向捻针法针刺豚鼠“足三里”穴得气后,制得标本经光镜和电镜观察发现,皮下层针孔周围结缔组织纤维明显呈涡旋状,针孔周围的肌内结缔组织、肌纤维、小血管、小神经皆受力移位变形,提示穴位是多种组织构成的复合结构。费氏等[22]也认为穴位的物质基础是以结缔组织为基础,连带其中的血管、神经丛和淋巴管等交织而成的复杂体系。李氏等[23]通过对背腧穴显微解剖观察,未发现穴周有特殊密集的血管神经分布,认为背腧穴是皮下组织层和肌层的血管神经所组成的多源性结构。余氏等[24,25]对足三里穴进行巨微和显微结构的形态学观察后认为,穴位不是由一种组织结构组成,而是由神经、血管及淋巴管等多种组织共同构成的一个多层次的空间结构,即穴位是“立体构筑”的。
综上所述,穴位在形态学上主要同神经、血管等已知的组织关系较为密切,但对于不同穴位来说,与其相关的组织不尽相同,有以某种组织为主,也有以几种组织混合为主,可以说目前对于穴位的形态结构到底是由哪些组织构成并无一致的意见。导师严振国从事了几十年的穴位形态学研究后也认为,在穴位区未发现特定的或未知的组织,所以穴位的形态结构应该是多种组织在空间结构上的整合,所以目前对穴位形态学的研究重点也应当是从穴位的立体方位上去着手进行研究。当然,这么多年穴位形态学的研究也印证了中医学说的特点之一即整体观念,穴位可能是结构和功能上的整合。
5 参考文献
1 韩秀珍,朱兵.脉•经脉•经络――细筋•系•神经经络概念的内涵演化与神经的联系.中国针灸,2002,22(11):779~782.
2 胡佩儒,赵志远.手少阳三焦经主要穴位与周围神经关系的局部解剖研究.中国针灸,1987,7(3):25~29.
3 徐象党,崔怀瑞,楼新法,等.手三里穴和桡血管神经关系.针灸临床杂志,2004,20(7):47~48.
4 郑鸣,周迪湘,闽平,等.人体经络的形态学基础研究.解剖学杂志,1997,20(6):605~606.
5 刘里远,彭安,潘娟,等.交感神经敏感线与经络实质.中国针灸,2001,21(5):285~289.
6 刘里远,张慧,潘娟.皮肤交感物质分布线的发现及其与中医经络实质的关系.中国针灸,2003,23(1):23~26.
7 Groley TE.Histology of the acupuncture point.Amer Acupun,1991,19(3):247.
8 王欣,党瑞山,张传森,等.经络的实质及其物质基础.中华国际医学杂志,2003,3(5):455~456.
9 全国针刺麻醉学习班选编组编.针刺麻醉资料综述.北京:人民卫生出版社,1973.33.
10丛兴忠,陈尔瑜,党瑞山,等.前臂骨间膜前面桡侧的动脉分布及其与穴位的关系.解剖学杂志,2004,27(1):82~84.
11刘芳,陈尔瑜.小腿骨间膜前面的血管分布及其与穴位的关系.上海中医药杂志,2000,34(12):40~41.
12丁光宏,陈尔瑜.人体组织液定向流动与经络.自然科学进展:国家重点实验室通讯,2001,11(8):811~818.
13刘芳,陈尔瑜,党瑞山,等.胃经沿线小腿骨间膜的血管及钙的分布.第二军医大学学报,2000,21(8):759~760.
14穆祥,段惠琴,陈武,等.腧穴实质与微血管相关的生理学研究.中国中医基础医学杂志,2001,7(12):47~52.
15赵启超.下肢十二个穴位浅淋巴管的观察.中医药学报,2000,28(2):56~57.
16陶凯忠,陈尔瑜,党瑞山,等.小腿胆经、胃经部分穴位与肌肉起点和钙富集区的关系.解剖学杂志,1998,21(6):504~506.
17徐明海,乔一民,戴京滇,等.穴位组织结构与针刺作用基础的研究.上海针灸杂志,1989,8(3):28~30.
18楼新法,蒋松鹤,徐向党.穴位高密集区的解剖学研究.针灸临床杂志,2003,19(6):5~6.
19党瑞山,陈尔瑜,沈雪勇,等.手太阴肺经穴位与结缔组织结构的关系.上海针灸杂志,1997,16(4):28~29.
20田爱琴,刘建莉,张清莲,等.得气针穴结构的扫描电镜研究.河南医科大学学报,1993,28(2):129~130.
21史学义,张清莲.得气穴位组织结构的动力学研究.针刺研究,1996,21(3):60~62.
22费伦,承焕生,蔡德亨,等.经络物质基础及其功能性特征的实验探索和研究展望.科学通报,1998,43(6):658~672.
23李殿宁,许志泉,李玉堂,等.背部的显微解剖与背腧穴结构关系研究.南京中医药大学学报,1995,11(2):88~90.
1 脊柱胸腰段及腰骶椎的解剖及生物力学特点
胸腰椎移行部与腰椎及腰骶椎相比其形态和生物力学特性大不相同。该部位是后凸的胸椎与前凸的腰椎的移行区,生理弧度变直,这一区域恰好位于活动度较小、稳定性较强的胸椎与活动度较大、稳定性相对较差的腰椎之间;T11、12肋骨为浮肋,抵止在相应的椎体上而不是椎体间,不参与垂直载荷;从T10~12L1关节突关节的关节面的倾斜则发生很大变化,即左右旋转和左右侧屈的ROM大大降低,而前后屈曲ROM较胸椎明显增大;正常情况下,该部脊柱前方的垂直载荷分担率远远大于后方。在T11及T12胸椎,上关节突表现为胸椎上关节突的形态特征,而下关节突的形态特征却与腰椎相近,其前、后方无胸肋关节和肋横突关节的加强,且仅与一个椎体相关节,这些均构成了胸腰椎容易损伤的解剖学基础〔5〕。因此,脊柱的压缩性或爆裂性骨折常发生在胸腰段,从而造成胸腰段后凸畸形。从胸腰椎至腰骶椎,前后屈曲ROM逐渐增大,腰骶椎髂腰韧带的存在使该部位的运动和稳定性与L4、5以上有所不同〔6〕。
Abumi等〔7〕通过人尸体腰椎节段的破坏模型证实,棘上韧带、棘间韧带损伤甚至双侧关节突关节内侧半部分切除难以造成腰椎失稳,而单侧或双侧关节突关节完全切除则可导致椎间旋转和屈曲的失稳。椎间孔部的减压易导致关节突间(峡部)的分离。单侧时由于有椎弓的存在,两侧关节突关节还可发挥其功能。
2 目前利用动物脊柱标本进行的生物力学研究
王新伟等〔8〕利用出生1周以内的小牛胸腰椎新鲜标本,研究了小牛胸腰椎前路模型中的相关解剖,并与人体相关数据进行比较,发现:与人体相比,小牛脊柱椎体及椎间盘更接近圆柱状,椎间盘高度占脊柱高度的比例更大。又进行了生物力学实验,测试屈曲、伸展及侧屈状态下的载荷-应变、载荷-位移关系、最大载荷时的应力强度及屈曲、伸展、侧屈及扭转状态下的轴向刚度,最后进行极限力学性能测试。发现出生1周内的小牛胸腰椎标本在人生理载荷范围内,呈线形变化,与人体一致。
王向阳等〔9〕收集12具新鲜猪T10~L4节段胸腰椎脊柱标本,制造不同程度前中柱骨折模型,分为2组,分别安放椎弓根螺钉内固定器和内固定加前路植骨重建,每种状态依次在CMT4104多功能力学试验机上进行轴向压缩和前屈压缩测试,分别计算每组的完整标本、骨折内固定标本和植骨内固定标本的轴向压缩刚度和前屈压缩刚度。发现:胸腰椎前中柱骨折后经椎弓根螺钉系统固定不能使其恢复至原来的力学性能,椎体骨折累及范围越大,固定后力学性能越差;前中柱重建是减少后路内固定器械承载的关键。
周有礼等〔10〕利用羊的整条脊柱标本,对胸腰椎爆裂骨折后的局部载荷进行了研究。发现:在胸腰椎结合区域有较大的应变值表示该区域局部所承受的力量较大,在实验上脊柱承受牵引时,在胸腰椎接合之区域会承受较大的拉力。
3 利用在体动物模型进行的研究
Oda等〔11〕利用在体羊脊柱腰段后凸畸形模型,研究脊柱损伤和后凸畸形对相邻运动节段的影响,他们将活体羊分为对照组、L3~5原位融合组及L3~5Cobbs角为30°的后凸畸形融合组,进行了影像学、生物力学及组织学的研究分析,结果证实:脊柱后凸畸形导致头侧邻近节段的后方韧带复合结构的前凸性挛缩;L2椎板在屈伸活动下所承受的应力在后凸畸形组更为明显,提示更多的载荷转移向后柱;后凸畸形组邻近的头侧关节突关节有明显的退变性骨关节病改变,邻近的尾侧关节突关节亦有轻微的退变性骨关节病改变,而在原位融合组退变轻微。
Nielsen LW等〔12〕利用幼年猪制作了Scheuermanns病的脊柱后凸畸形模型,利用病理学、放射影像学、血液生化等方法进行研究,发现猪的Scheuermanns病胸腰段后凸畸形模型,与人Scheuermanns病导致的胸腰段脊柱后凸畸形有可比性。
Lowe TG〔13〕等利用未成年羊的Scheuermanns病模型,进行了一项在体实验,他将羊的胸腰段至下腰椎用椎弓根钉和聚乙烯绳在后面进行拴系,不融合,进行了13个月的观察后,处死羊,取其脊柱进行生物力学研究,发现模型矢状面上的非融合调整,能有效地减少椎体楔形变的程度,此方法可能成为治疗青少年Scheuermanns病的一种可行办法。
4 利用人的尸体新鲜脊柱标本进行的研究
Birnbaum等〔14〕利用11具新鲜尸体躯干标本(含胸廓),制造了胸椎后凸畸形模型,对前路松解前、后的矢状面矫形效果进行了解剖学及生物力学研究,结果发现:单纯前路松解(开放或经胸腔镜辅助)矫形效果良好,且能有效地改善矢状面平衡。
赵必增等〔15〕利用新鲜尸体胸腰椎标本,探讨了椎体成形强化后对邻近椎间盘、椎体的力学影响,发现强化椎体后,对邻近椎体造成的应力集中很小,而对邻近椎间盘有一定的影响。
5 利用三维有限元分析进行胸腰段后突畸形研究
有限元素法(FEM)是一个求偏微分方程式的数值方法。随着个人计算机功能的完善,有限元素法的使用也越来越简单,在医用生物力学方面应用更是越来越普遍〔16〕。
Liebschner MA等〔17〕对19例人的尸体胸腰段椎体标本进行CT扫描,建立三维有限元模型,进行有限元分析;同时对标本实体进行解剖学测量以及生物力学试验分析,最后将二者测得的数据进行对比研究,进行统计学分析,发现:用恒定0.35层厚和457 MPa有效模量,结合CT重建的椎体几何模型与骨小梁特性,进行椎体外壳的建模,能精确的预测整个椎体的生物力学特性。
程立明等〔18〕就胸腰段后突畸形对相邻椎间盘力学影响进行了三维有限元分析研究。他们选取结构正常的脊柱作为实验材料,通过CT扫描获取脊柱的二维图像,然后进行三维重建,转化为有限元模型(FEM),利用Free Form成形软件构建胸椎后凸畸形模型,分别对正常结构和胸椎后凸的脊柱有限元模型进行载荷试验,分别比较椎间盘和小关节应力分布情况,总结出以下结论:脊柱胸腰段后凸畸形改变了相应椎间盘的载荷应力应变分布,这可能加快椎间盘退变及使后方纤维环易受损破坏。
6 利用影像学进行的临床研究
Seel EH等〔19〕使用Oxford Cobbometer对椎体骨折导致胸腰段后凸畸形的Cobbs角进行测量,发现与传统的测量方法相比,其测量的结果更简便、准确、可行。
吉立新等〔20〕收集12例具备胸腰椎和腰骶椎正侧位X线片的胸腰段后凸畸形病例,与20例正常对照组进行相应比较,进行分析研究。发现患病组平均腰椎前凸角度与正常对照组相比有极显著性差异。患病组单节段腰椎前凸角度以上腰椎变化更为明显。从而认为:胸腰段的后凸畸形,使病损平面以上躯体的重心更趋前移,增加了致畸负荷,必将进一步加重后凸畸形。为维持直立下躯干重心的平衡,就需要调整头、颈、胸和腰部的曲度甚至髋部和膝部的位置使重心后移,其中最主要是通过腰椎的前凸加大来实现这一目的。腰段所发生的代偿性改变比腰骶段更为明显,而腰段的代偿性改变又更多地集中在上腰椎,而且椎体的后滑移也发生在上腰椎,表明胸腰段后凸畸形对上腰椎有更大的影响。
陈仲强等〔21〕测量14例后凸畸形截骨手术治疗前后的胸腰段后凸角和腰椎的前凸角以及椎体滑移情况,对所得结果与正常组进行对比分析。发现:胸腰段后凸畸形可导致腰椎过度前凸及椎体向后方滑移,尤其在上腰椎更为明显,可能是引发腰背疼痛的重要原因之一:矫正胸腰段后凸畸形可减小腰椎的过度前凸和椎体滑移倾向,可明显减轻患者的腰背疼痛;前后方联合截骨更安全,矫正后凸畸形效果更好。
7 问题与展望
综上所述,对于胸腰段后凸畸形,国内外学者从解剖、动物标本模型、在体模型、人尸体标本模型、有限元分析模型及影像学临床等不同角度出发,进行了生物力学及其他方面的研究。研究更多的是解剖、标本模型、有限元分析及影像学方面。解剖学属于形态学范畴,研究历史较长;动物标本易于取材,但与人的生物力学特性还是有差异的;相对实验分析而言,有限元分析的优点在于它对分析参数控制的绝对性和简易性,及完整多样的结果数据。现阶段有限元素分析,必须要配合恰当的实验数据或临床现象比对,结合有经验的临床及力学人员,有限元素分析才能发挥它最大的功效。而由于受各方面条件的限制,在体动物生物力学模型与人新鲜尸体生物力学模型的研究,国内外报道的很少,尤其是利用人新鲜尸体对胸腰段后凸畸形影响腰椎诸节段矢状面稳定性进行生物力学的研究,目前国内外尚是一个空白,这方面还有很大的研究空间。 【参考文献】
〔1〕 Betz RR.Kyphosis of the thoracic and thoracolumbar spine in the pediatric patient:normal sagittal parameters and scope of the problem[J].Instl Course Lect,2004,53(2):479484.
〔2〕 Misra SN,Morgan HW.Thoracolumbar spinal deformity in achondroplasia[J].Neurosurg Focus,2003,14(1):4.
〔3〕 Loon PJ,Raissadat K,Loon CJ,et al.Transient kyphotic deformity of the thoracolumbar junction resulting from a large abdominal cyst:a case report[J].Spine J,2005,5(3):329331.
〔4〕 吉立新,陈仲强,宋样平,等.胸腰段压缩骨折腰椎前凸角度及病变椎体倾斜角度的变化特点[J].山东医药,1999,39(22):910.
〔5〕 戴力扬.胸腰椎爆裂性骨折的生物力学[J].中国临床解剖杂志,2001,19(3):280281.
〔6〕 于滨生,刘少喻,李佛保.脊柱稳定重建的解剖及生物力学特点[J].脊柱外科杂志,2005,3(1):4042.
〔7〕 Abumi K,Panjabi MM,Kramer KM,et al.Biomechanical evaluation of lumbar spinal stability after graded facetectomies[J].Spine,1990,15(11):11421147.
〔8〕 王新伟,陈德玉,鲍达,等.小牛胸腰椎解剖、生物力学研究及其临床意义[J].脊柱外科杂志,2003,1(4):223225.
〔9〕 王向阳,戴力扬,徐华梓,等.胸腰椎不同程度前中柱骨折内固定后的生物力学特征及前路重建的意义[J].中华创伤杂志,2006,22(3):214217.
〔10〕 周有礼,周伯禧,李宗修,等.脊柱破裂骨折之生物力学实验分析[J].医用生物力学,1999,14(1):15.
〔11〕 Oda I,Cunningham BW,Buckley RA,et al.Does spinal kyphotic deformity influence the biomechanical characteristics of the adjacent motion segments? An in vivo animal model[J].Spine,1999,24(20):21392146.
〔12〕 Nielsen LW.Juvenile kyphosis in pigs.A spontaneous model of scheuermanns kyphosis[J].APMIS,2005,113(10):702707.
〔13〕 Lowe TG,Wilson L,Chien JT,et al.A posterior tether for fusionless modulaion of sagittal plane growth in a sheep model[J].Spine,2005,30(17):6974.
〔14〕 Birnbaum,KCH,Siebert,et al.Correction of kyphotic deformity before and after transection of the anterior longitudinal ligamenta cadaver sudy[J].Arch Orhop Trauma Surg,2001,121(3):142147.
〔15〕 赵必增,王以进,李家顺,等.椎体成形术后邻近椎间盘、椎体的力学性质变化[J].医用生物力学,2002,17(4):215219.
〔16〕 王志杰,丁自海,钟世镇.有限元法在骨应力分析及骨科内外固定系统研究中的应用[J].中国临床解剖学杂志,2006,24(1):107110.
〔17〕 Liebschner MA,Kopperdahl DL,Rosenberg WS,et al.Finite element modeling of the human thoracolumbar spine[J].Spine,2003,28(6):559565.
〔18〕 程立明,陈仲强,张美超,等.胸腰段后凸畸形对相邻椎间盘力学影响的三维有限元分析[J].中国临床解剖学杂志,2003,21(3):273276.
关键词:
足弓破坏法;医临床学鉴定;影像学理论;实践
前言
足部是人体重要的组成结构,维持着人们正常的行走功能。而足弓是足部重要的解剖学结构,能够维持人体站立的稳定性,减轻与地面的缓冲作用。对于人们的身体健康和日常生活具有重要的意义。人体足弓破坏,将严重影响人们的正常行走功能,降低生活品质。本研究介绍了足弓生理与测量基础知识,阐述了足弓破坏的相关情况及要点,针对扁平足骨折后足弓变化进行了分析,并给出了一定的讨论和建议,以此研究足弓破坏法医临床学鉴定的影像学理论与实践,为足弓破坏法医临床学鉴定在影像学方面的研究提供科学的指导建议。现综述如下。
1.足弓生理与测量
足弓是人体足部类似于突出的弓形的重要解剖结构,主要组成的足骨为足跗骨和足跖骨,且通过骨关节(跟骨、骰骨、距骨、楔骨)、足韧带(舟韧带、跖长韧带、跖短韧带等)以及足部肌肉纤维群(胫前肌、屈拇长肌、腓肠肌、跟腱)等结构进行连接。根据足弓的外形特征,可以分为足纵弓及足横弓(呈现半穹窿形)。其中足纵弓又分为内侧纵弓和外侧纵弓两种。足弓的生理学意义在于具有静态功能和动态功能,通过依靠骨关节的形状、韧带及肌肉的弹性维持足弓的形态,一方面,将身体的重力由踝关节分散到足部,并且保持足部在站立时候,也就是静态的稳定性,另一方面,起到在人体在行走或跳跃时,也就是动态时人体身体与地面的缓冲震荡的作用,从而保护身体其他组织和器官免受伤害。足弓的测量在临床影像学方面来讲,主要应用X线测量技术,通过X线成像摄片后,测量足弓骨性结构的足弓角(主要有内弓角、外弓角和前弓角)数值,判断足弓结构是否正常。
2.足弓破坏分析
广泛意义上来说,足弓破坏(Archdamage)是指在足弓遭受破坏损伤后伤残情况的分析。足弓破坏分析在法医临床学上,针对足弓破坏后的严重情况,进行影像学X线摄片并测量足弓骨性结构的足弓角数值,结合正常人体的足弓骨性结构的足弓角数值参考值,同时判定足弓破坏后足韧带以及足部肌肉纤维群等结构的损伤程度,对足弓破坏的伤残程度进行等级评定。
3.扁平足骨折后足弓变化
扁平足(flatfoot),又称为平底足,是因为骨关节、韧带以及足部周围肌肉群发育异常所造成的足弓塌陷或弹性消失的病症。扁平足骨折后足弓破坏是足弓破坏的一种类型。根据法医临床学的足弓破坏分析,扁平足骨折后通过X线影像学摄片判断跟骨、骰骨、距骨、楔骨、、舟韧带、跖长韧带、跖短韧带以及足部胫前肌、屈拇长肌、腓肠肌、跟腱等结构的损伤程度,并测量足弓骨性结构的足弓角数值,参考正常足纵弓角数值范围,若扁平足骨折后足弓变化变现为足跗骨骨折、足跖骨骨折、软组织损伤导致足纵弓塌陷,足纵弓角数值,相比正常足纵弓角X线参考数值较高,则判定为扁平足骨折后足弓破坏。
4.讨论
临床研究表明,足弓是特体足部特有且重要的解剖学结构,能够维持人体站立的稳定性,减轻与地面的缓冲作用。在法医临床学上,通常采用X线影像学摄片和测量技术,对足弓破坏的伤残程度进行等级评定,因此X线影像学摄片和测量技术对于足弓破坏具有重要的法医临床学鉴定意义。具体而言,可就说通过X线影像学技术对于足弓处所构成骨关节、韧带以及肌肉群的损伤做直观的摄片观察足弓的表征变化,通过X线测量技术测量足弓角数值,参考正常数值而对于足部破坏做出法医临床学的等级判定,而足部类型中,有特殊的组成类型,如扁平足等。针对这类先天性的足部病症,应该加强足部破坏的临床学法医鉴定方法和技术,有效利用X线影像学摄片和测量技术,并结合另一侧扁平足的变现特征和测量进行综合评定。
作者:王磊 邓安财 单位:重庆市公安局渝北区分局物证鉴定所
参考文献:
[1]林永辉,武继祥.浅谈扁平足的成因及60例定制足弓垫治疗扁平足的疗效观察[C].//中国康复医学会康复治疗专业委员会康复辅助器具学组成立暨全国康复辅助器具学术研讨会论文集.2011:85-88.
[2]苏保辉,孙良智,石林等.距舟关节融合联合胫骨前肌部分移位在青少年平足症治疗中重建足弓的临床研究[J].中国矫形外科杂志,2014,22(17):1616-1618.