数字医学技术在中医伤科学关节脱位教学中的应用

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【摘要】为了探索数字医学技术在中医伤科学中的教学效果，在关节脱位教学中应用精细的CT扫描数据，在MIMICS10.0软件内构建关节脱位的三维模型，并进行关节脱位机理以及复位的演示教学，简化了教学过程，加深了学生的印象，节约了教学资源，提高了教学效果，该方法可广泛应用到中医伤科学的教学中。

【关键词】数字医学技术中医伤科学关节脱位教学改革

随着教育理念、教学方法的不断更新以及信息化的到来，信息技术在教学中得到了充分的应用，其和传统的教学方法相比具有不可比拟的优越性。

在众多信息化教学方法中，数字化医学技术已被应用到医学诸多学科的教学中，尤其在以形态为主的学科中应用更为广泛。

但在中医学科的应用显得较为滞后，为改变教学方式，在中医伤科学的教学中，我们将关节脱位的教学完全数字化，取得了比较好的教学效果，现报道如下。

一材料

PHILIP16排螺旋CT、PC机、MIMICS10.0软件。

二方法

1.原始资料的获取

选取肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节、踝关节等6大主要关节脱位的患者病例各1例，在签署知情同意书后对脱位各关节进行连续的CT扫描，扫描条件：像素0.301mm，层厚0.625mm，扫描数据以DI3.0格式刻盘保存。

2.不同脱位关节三维数字模型的构建

在PC机里应用MIMICS10.0软件读取不同脱位关节的二维序列DI3.0格式CT数据，应用MIMICS10.0软件的图像分割功能将不同脱位关节的不同结构分割成相应的masks，利用MIMICS10.0软件的三维重建功能构建不同脱位关节的三维几何数字模型，将不同模型命名后保存于PC机或移动硬盘。

3.解剖结构的认识和测量

利用MIMICS10.0软件在PC机读取所建脱位关节的

三维模型，首先从正前位和正后位认识关节的整体结构，向学生讲解各解剖结构的名称、外形、临床意义，见图1;然后将关节分不同关节面分开显示，并以侧位和正位向学生讲解不同关节面的名称、形态、临床意义，见图2;利用MIMICS10.0软件的二维和三维测量功能对整体关节和不同关节面的相关解剖结构进行测量，向学生演示测量中的定位方法、测量结果，见图

3、4。

4.复位教学的实施

采用小班上课，课堂上用PC机读取所建脱位关节的三维模型，旋转、移动关节以及各关节的不同组成结构，以立体的、全方位的方式讲授各个关节的组成、脱位发生的原因、机理以及脱位的不同类型、脱位后各关节面的立体位置关系;再利用MIMICS10.0软件的复位功能讲授、演示脱位关节的复位过程，立体地、动态地展示关节复位过程中各构成的位置变化及各关节面的运动轨迹，图5示为肩关节脱位复位前(A)、复位中(B)和复位后(C)的形态。

三结果

构建了肩关节、肘关节、腕关节、髋关节、膝关节、踝关节等6大主要关节脱位的三维数字模型。

在教学中同学们非常直观地了解了不同关节的解剖结构形态、不同脱位类型关节面的位置关系以及关节复位的动态过程，提高了教学效果，缩短了教学时间。

四讨论

在中医伤科学以往的教学中多采用解剖示意图、X线片、CT以及MRI扫描数据图片向学生进行演示，具有一定的直观性，但这些都是二维图像，在教学中需要充分发挥老师和同学们的三维立体想象，缺乏立体感，学习起来比较抽象，难以理解。

虽然目前CT、MRI图像可以进行三维重建，但其重建只能在CT、MRI机上进行而多用于临床观测，若要将其应用于涉及面更广的教学中则其交互性很差，很难满足教学的要求。

利用解剖标本教学虽具有立体结构，但受到来源的限制以及无法观测其内部结构等不足的影响也很难满足现代教学的要求。

所以传统的教学方法存在诸多的不足，为满足教学亟须改变教学方式和方法。

数字医学技术是随着信息技术的不断发展将数字技术和医学有机结合而兴起的一项跨学科的高端技术，随着各种数字化软件功能的不断完善，它很好地实现了人与计算机之间的互动，可以处理更为复杂而庞大的人体数据，而且将处理结果可视化、重复化地加以展示。

这样就解决了传统教学方法的诸多不足。

我们将数字医学技术应用到关节脱位的教学中，利用CT扫描的二维图片在安装有MIMICS10.0软件的教学PC机上构建脱位关节的三维模型，并利用MIMICS10.0软件的平移、旋转、复位以及可视化等功能非常直观、立体、动态以及可视化地展现不同关节的组成结构和复位过程，简化了教学过程，加深了学生印象，节约了教学资源，提高了教学效果。

我们在脱位关节的三维重建时，应用MIMICS10.0软件的图像分割功能，将关节的不同结构分割成不同的masks，以不同的颜色显示，使建出来的模型的不同结构独成一体，而且颜色不一样，模型看起来立体感更强，有利于同学们对解剖结构的观测。

应用MIMICS10.0软件的分开显示功能可以非常直观地观测各个关节面骨骼的立体形态，并可以应用MIMICS10.0软件的三维测量功能非常准确地测量包括长度和角度等各项解剖数据，以精确地了解脱位后各关节的畸形数据。

而且独立构建的各个结构，可以利用MIMICS10.0软件的平移、旋转、复位功能任意移动各个结构，尝试不同的复位方法;三维数字模型一旦建立，可以不断地重复操作且不会破坏所建模型，极大地节约了教学资源。

临床上关节脱位的复位多采用手法复位，其复位过程中各关节面的运动轨迹无法直视，课堂教学更是如此，学生学习起来非常抽象。

我们利用MIMICS软件构建三维可视化模型并模拟复位操作，可非常精确地显示关节面在复位过程中的运动轨迹，了解其对周围结构的影响以及复位过程中的影响因素，让学生能很好地理解脱位关节的复位过程，同时也可以非常直观地评价复位过程。

这样学生学习起来非常轻松，而且学习兴趣很高，敢于去进行实践操作，整个教学过程非常简单，极大地提高了教学效果。

通过实践教学，我们觉得数字医学技术在以形态学为主的学科的教学中应用非常简便，具有广阔的应用前景，而且随着相关软件的不断更新，其功能不断完善，数字医学技术在医学各科的教学中必将被更加广泛和深入地应用，将为进一步提高教学质量、培养创新型人才发挥更大的作用。

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