基金项目：教育部2021年第一批产学合作协同育人项目：口腔局解（颈前区及胸锁乳突肌区）虚拟仿真实训教学系统的研制与应用 （202101250004 ）
摘 要：虚拟仿真实验已经成为实验教学改革最重要的内容。为促进现代化信息技术与局部解剖实验教学的融合创新，我们开发了以“颈前区及胸锁乳突肌区实地解剖”为主题的虚拟仿真实验教学软件，采用Unity 3D技术对实验场景、实验设备装置进行高度仿真，360度全方位立体地模拟颈前区及胸锁乳突肌区实地解剖的完整过程，学生可以随时随地进行沉浸式学习，突出体现“以学生为中心”，线上虚拟仿真实验项目与线下实验课堂有机融合，减少了尸体的使用，保护环境和师生身体健康，符合绿色解剖设计的3R原则，较好解决了实验教学中高风险，安全隐患大，教学效果差，考核难，复习难的问题，为学生提供了早实践、多实践、反复实践的机会，为局部解剖实验课程提供了教学示范。
关键词：虚拟仿真；局部解剖实验；颈前区实地解剖；胸锁乳突肌区实地解剖；基本操作
实验教学主要培养目标是提高学生的动手能力、创新意识和综合科研能力，随着人工智能、互联网的发展，虚拟仿真越来越多地应用于高校的实验教学中，已经成为信息化教学中举足轻重的一部分，是实验教学改革的重点[1]。
一、颈前区及胸锁乳突肌区实地解剖虚拟仿真实验项目建设的必要性
解剖学实验教学，除老师示教外，主要以学生解剖操作为主；在成绩考核中，采取形成性考核。其中， 实验课是学习的重要环节。但在实验教学中存在问题，一方面， 师生配比下降，标本严重匮乏，不能满足学生的操作需求；另一方面，由于缺少器官或结构的立体图像，难以形成整体观念，这些都影响了实验教学的质量和学习效率。为了更好的解决局部解剖学实验教学遇到的瓶颈问题，我院于2017年引进“数字化虚拟人”软件系统， 配备通风净化操作台等，满足了系统解剖教学的基本需求。局部解剖学是基础医学与临床医学之间的桥梁课程，操作性强 ，在口腔医学专业教学中尤其重要，每年我院花费大量资金购买尸头供学生局部实地尸体解剖，虽然使用标本教学，虽为3D 结构，但却无法做到清楚完整呈现各解剖层次关系，同时造成了资源成本的巨大浪费，为让学生在短时间掌握多个解剖层次和毗邻关系，基于我们的剖学理论及尸体资源与厦门三维云科技有限责任公司合作开发“虚拟仿真口腔局解（颈部实地解剖）教学实训系统的研制与应用”满足我院口腔医学本科---硕士研究生等不同层次的教学及科研需求。采用虚实结合的教学手段，让学生通过反复虚拟仿真实验的学习，弥补了教学资源的不足，节省了实验成本，降低了危险与风险，突破了实验的时空限制，强化了资源的共享，可以极大地提高教学效果，提升实验教学质量[2-3]。
二、颈前区及胸锁乳突肌区实地解剖虚拟仿真实验项目建设
（一）虚拟仿真系统在颈部实地解剖教学实训系统的设计
颈部实地解剖教学实训系统经过精心设计，内容设置紧贴系统解剖学教学大纲，是一款针对医学生学习人体系统解剖的辅助教学软件系统。利用VR技术开发系统，对医学对象进行三维模型设计与构建，创设虚拟学习情境，辅以文字、图片等补充信息，使系统预设的学习内容可以高精细度呈现，再结合人机交互设备，学生可以轻松、自由地漫游在系统的虚拟场景中，全方位的沉浸在学习内容中，高效完成既定的学习目标。
（二）虚拟仿真系统在颈前三角及胸锁乳突肌区实地解剖教学实训系统素材
1、将进行以下解剖：首先在尸体两肩间放一块木枕，以便使颈部伸长，触摸寻找舌骨;清除下颌骨与舌骨之间和舌骨与胸锁乳突肌前缘之间的深筋膜；清理二腹肌两肌腹和肩胛舌骨肌上腹。
2、颈前三角的边界是：下颌缘，胸锁乳突肌前缘，颈正中线。1）以舌骨、二腹肌、肩胛舌骨肌为标志将颈前三角进一步划分为以下几个小区：下颌下三角，位于下颌骨与二腹肌之间。肌三角，在舌骨下方与两侧肩胛舌骨肌上腹前缘之间。颈动脉三角，位于胸锁乳突肌前缘、二腹肌后腹下缘、肩胛舌骨肌上腹后缘之间。颏下三角，位于两侧二腹肌前腹与舌骨体之间。2）观察肌三角，寻找下列结构：浅层的肩胛舌骨肌和胸骨舌骨肌。较深层的甲状舌骨肌和胸骨甲状肌。牵拉开以上各肌，以便寻找以下结构：喉，甲状腺两侧叶和峡部（注意甲状腺借气管前筋膜附着于喉与气管）。a胸锁乳突肌b耳大神经c二腹肌后腹d颈外动脉e舌下神经（钩绕在枕动脉的胸锁乳突肌）f颈内静脉g颈襻上根h颈襻下根l颈总动脉J甲状腺上动脉k 二腹肌前腹l舌骨m肩胛舌骨肌上腹n肩胛舌骨肌中间腱o肩胛舌骨肌下腹p胸骨舌骨肌。
3、在下颌颏隆凸至颈静脉切迹的正中线上可见下列诸结构：下颌骨，下颌舌骨肌（位于颏下三角底部），舌骨体，甲状舌骨膜，喉的甲状软骨及其切迹和喉结，环甲膜，环状软骨，气管环，甲状腺峡，气管，颈静脉切迹（位于胸骨柄上缘）。以上结构均可在自己或他人的颈前部触摸到。
4、观察颈动脉三角，先找出颈动脉鞘并打开此鞘以显示其内容。然后观察颈动脉三角的下列结构：颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉，自颈外动脉上找出甲状腺上动脉、舌动脉、面动脉和枕动脉的起点，颈内静脉，舌下神经，注意其位置关系，颈襻（注意其分支供应肌三角内的一些肌肉）。
（5）按图4、图5所示，进行胸锁乳突肌区以下解剖：修洁胸锁乳突肌，注意其起点和止点。在颈丛皮支起点的下方，剪断胸锁乳突肌，分别向上、向下翻开两断端（图4） .除去深筋膜和颈动脉鞘的残余部分，修洁胸锁乳突肌深面的诸结构（图5） 。观察胸锁乳突区的诸结构：颈总动脉、颈内动脉和颈外动脉，颈内静脉及其属支，颈深淋巴结，若在颈动脉三角中未找出颈襻时，可在此区找出颈襻，肩胛舌骨肌中间腱，椎前筋膜，覆盖前斜角肌并形成腋鞘，包绕臂丛和锁骨下动脉（图3） .结合先前和本节解剖过程中已看到的筋膜结构，复习下列颈深筋膜各层的位置和附着状况：封套层，气管前筋膜，颈动脉鞘，椎前筋膜，将以上诸层筋膜在下图中画出（图6） 。
（三）虚拟场景设计
虚拟实验室是以现实世界中真实的实验室环境为基础搭建，用户可缓慢转动头部 进行四周环境的观察。用户可通过鼠标多角度旋转仔细观察。虚拟场景真实地还原了学习场景，营造学习氛围，深入虚拟的人体内部进行观察，有利于学生深刻记忆人体结构。技术参数如下：（1）口腔相关局部解剖虚拟仿真实验教学系统（PC版）是基于虚拟仿真技术研发的虚拟化训练系统，适配Windows操作系统环境，可用于口腔相关局部解剖解剖学教学、实验、训练和成绩考核。（2）包括以下实验软件和模块：1) 颈部解剖仿真实验软件电脑连网版C；2）本系统支持应用于5G远程虚拟实验教学活动；3）人卫九版《局部解剖学》教材分类方法开发颈前区和胸锁乳突肌区解剖模块；4）口腔相关局部解剖虚拟仿真实验需求局解实地操作。5）4K摄影机采集真人解剖操作过程。6）解剖模块都设置理论知识、器械使用和解剖操作专区；7）真实局解实验常用的手术器械，包括：解剖镊、解剖剪、解剖刀等等；8）解剖操作专区点击进入后界面按钮；9）进入解剖操作专区后自动显示本模块操作提示，需提示实验软件基本使用方法和简单的操作指导，提示可选择关闭；10）解剖操作过程中始终显示实验进度条，通过点击可跳转的步骤菜单，一键跳转到对应操作步骤；11）点击模块提示按钮，可以显示本解剖操作模块需要掌握或对操作有帮助的知识；12）点击解剖视频按钮，可以显示系统配套真实局部解剖学操作实验视频；13）始终显示的解剖器械工具箱按钮：通过鼠标左键单击可以切换展开、收起模式，展开模式下学生可以选择不同的解剖手术器械模拟局部解剖操作；14）软件使用3D仿真、三维动画和实时渲染技术开发；15）软件需使用虚幻引擎4（Unreal Engine 4, UE4）编辑处理，所有实时互动内容需在该引擎中构建。
三、颈前区及胸锁乳突肌区实地解剖虚拟仿真实验项目的推广及应用
本虚拟仿真实验教学项目依托我校口腔医学国家一流专业实验教学中心，《局部解剖实验》虚拟仿真实验平台建成，该虚拟仿真教学系统在局部解剖实验教学中的使用，减少了尸体的使用量，符合“绿色解剖”的理念，对环境零污染，消除安全隐患，拓展了局部解剖实验教学的深度和广度，解决了解剖实验教学中高风险，安全隐患大，教学效果差，考核难，复习难的问题，为学生提供了早实践、多实践、反复实践的机会，为培养创新性人才发挥最大作用，有利于推动高校局部解剖实验教学改革与创新。后期将加大对该项目研发的投入，继续完善拓展，形成开放共享的教学资源，提高同步访问和使用的数量，推进“教学—科研一转化”。
参考文献
[1]钱静，朱清懿，耿 云，等.人体解剖虚拟仿真系统的设计与开发[J].中国医学教育 技术,2020,43(3):318-320.
[2]马骁飞, 马亚鲁, 高洪苓. 多维度信息化局部解剖实验的资源构建与教学实践探索[J]. 大学解剖,2020:1-6.
[3]张鹏. 基于虚拟仿真技术的局部解剖实验教学改革与探索[J]. 科技创新导报,2019(32):219-220.
