高雄醫學大學醫學系解剖學科 副教授
施耀翔
高雄醫學大學醫學系解剖學科 教授
陳永佳
高雄醫學大學醫學系解剖學科 助理教授
林含貞、何宛怡
高雄醫學大學醫學系解剖學科 副教授暨學科主任
李怡琛

當解剖學遇上數位科技：從影像重建到擬真手術的教學實踐

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1. 時代改變帶來的解剖教學現場挑戰

   解剖學傳統上被認為是醫學教育的重要基礎科學，並且同時為四大領域的教育基石:人體解剖學、神經解剖學、組織學及胚胎學[1]。目前的教學方式通常是透過口頭講課搭配投影片圖片、實際人體解剖、影片輔助教學[2]。例如高醫解剖學科便在科室網頁資料下設有解剖影像自製影音資料庫，該資料庫透過不斷更新與實際大體解剖的影像紀錄給予學生更真實的感受，幫助同學記憶與理解構造(圖一)。在大解剖學學習中，最重要的學習過程莫過於透過實際解剖幫助學生印證課堂知識並進一步掌握立體空間概念。在國外，人們普遍認為醫學生僅靠掌握的基本知識仍不足以直接進行臨床實踐[3]。

2. 新冠疫情的影響

  在2019年時發生的新型冠狀病毒影響，使得解剖實驗教育現場也面臨挑戰。因感染管控的空間限制，使得所有課程都改為線上課程，包含大體解剖實驗課程。以高雄醫學大學為例，109學年度下學期的解剖學實驗課進行至五月就幾乎直接結束，只能由教師完成剩餘的解剖並透過錄影傳遞知識。這樣的作法不免影響到學生建立空間感與觀察不易保存構造的機會。這個時代的重大事件讓我們有機會重新審視如何改進解剖學學習的空間與時間限制，並不斷思考如何基於解剖實驗的特性上，透過額外的輔助做出一些改變。

  從空間限制來說，由於解剖學課程性質，一直以來除了傳統課堂授課以外，在臺灣所有的醫學院都會使用大體解剖實驗幫助學生了解各項人體構造的立體觀念。此一實驗課除了建立構造空間的立體觀念外，也能藉由實作掌握深度、組織的軟硬及各項構造的實際尺寸與課本無法呈現的虛擬空間觀念(例如各種腔室的組成)。受限於人體解剖過程難以重複展示的特性，多數構造經破壞觀察後便難以重建僅能再從下一具大體重新觀察。且在大體實驗教學現場，能實際觀察的視野常受侷限，即便是經驗豐富的授課教師佐以切片觀察也需要一段時間才能在腦中重新建構人體相對空間位置，如何讓學生在第一次學習時便能體會難以言述的空間感，成了教學現場的一大挑戰。

  除了空間之外，由於醫學教育學習趨勢的轉變，時間也成了現代解剖教育的挑戰之一。目前的教育趨勢是逐漸增加問題導向學習框架(Problem-based learning framework)的比例，這個趨勢逐漸改變了醫學教育的方式[4]。除了臺灣目前推行的16周教育制度外，這種增加學生主動學習而減少授課時間的趨勢是世界性的，且也開始影響到了解剖學的教學模式。在一篇統計澳洲與紐西蘭的醫學教育文章中指出，隨著學制時間的縮短(六年制到五年制)，解剖學的教學時間從221.7小時縮短為96.2小時[5]。非常顯著的，時間的減少勢必會減少學生對於實際上刀的時間[6]。如何透過現在的科技輔助教學補足上刀時數的減少在未來將會變得更加重要。與線上課程一樣，使用的科技輔助除了符合減少面授的比例之外[7]，也可減少場地與大體不足的限制。基於上述的基礎，我們認為透過強化現有資料庫的建置，能在未來相關事件發生時輔助學生學習的成效，也能減少空間的限制讓全台灣各地的學生一起學習，使大體老師的奉獻昇華為實質上的永恆。

3. 科技的輔助

  為了瞭解目前學生的學習習慣作為提升解剖教學的方向，高雄醫學大學解剖學科在2019年8月份進行了一項整合各學校解剖教學的小型調查(含修業及教學學校，及目前工作請參照圖二)。調查的人主要是來自台灣大學，成功大學，國防及陽明大學。私立大學有高雄醫學大學，中山醫學大學，中國醫藥大學，長庚大學及台北醫學大學。也包括了部分的護理專科學校。受訪者目前主要是49.61%的學生，32.95%是臨床工作人員及15%左右教育研究人員。根據調查，近年來使用過輔助教學軟體的人數約占43.4% (116/267)，且認為使用輔助軟體對學習解剖有幫助的人佔了81.35% (圖三)，可以看出利用軟體進行輔助是目前解剖教學的趨勢與提升的方向。

表一、各類研修解剖學遭遇問題

	人數	百分比
內容太多無法順利記憶	162	65.32%
立體空間無法掌握	131	52.82%
拉丁專有名詞難以記憶	85	34.27%
無法將所學連結至其他學門並應用	43	17.34%
授課方式	7	2.82%
無障礙	6	2.42%
大體數量不足	5	2.02%
人體構造存在變異	4	1.61%
無法再現被破壞構造	3	1.21%
與臨床國考有落差	1	0.40%
缺乏教學輔助	1	0.40%
教學環境	1	0.40%

  為了進一步分析學習解剖學遇到的學習困境，我們根據同一份調查(253修課人數/268樣本數)結果指出(表一)，主要遇到的學習問題除去內容困難繁雜外 (162/248，65.32% )，其中較多人提到的問題是學習過程中不易掌握立體空間的概念(131/248，52.82%)，且修課後發現無法與其他課程連結或是與臨床結合(43/248，17.33%)。其他也有極低比例的回饋點出了解剖學實驗無法突破的困境，例如數量不足(2%)，人體構造存在變異(2%)，被破壞構造無法再現(1.6%)。如何在提升同學空間認知、提升與應用連結及使結構再現成為當時的主要改進方向。

  
解剖學的學習門檻除了內容之外，研究指出解剖學的課本或文字常常包含超過該階段學生所需學習的資訊量[8]，適當的置換成3D模型並與教科書搭配能夠比傳統的教學更加的提升對空間觀念的掌控[9]。這樣的方法對於初學者來說也能降低學習的門檻[10]。進一步分析及了解使用到解剖學專業的群體，在同一份調查中我們發現人們對於AR/VR的接受度隨時間提升。根據調查有高達67.78%的受訪者認為AR及VR軟體對其學習或臨床工作有所幫助，其中有過半的人是臨床、研究及教育工作者(圖三)。另外有高達93.78%的受訪者認為，如果該套軟體能夠將臨床影像構成立體影像並以AR或VR輸出，對它們的工作或學習是有幫助的。因此我們學科便朝著影像重組搭配VR設備融入教學的方向進行課程提升。

4.執行現況

  
在教育部高等教育深耕的支持下，我們學科透過3D slicer進行影像重組並重新標定的方式，並透過VR設備的輸出在課堂中輔助教學，透過這樣的做法可以讓學生體驗實際非侵入式檢查影像與實際解剖學觀察到的差異。在執行初期我們發現，若只是將輸出的模型導入課程中使用，學生認為與商用軟體差異不大，於是我們希望透過學生自己使用後並評估是否有增進他們的學習成效。如結果所示，在醫學影像放射系的學生自願於課後使用3D slicer，透過程式內建的VTK模組從影像重塑模型並標籤後，他們在解剖學空間認知上的評分會比其他學生顯著性的提升，但須注意的是這樣的作法，對於學生記憶解剖本身的描述或結構組成的相關知識並沒有顯著差異(圖四)。

  
我們進一步的使用VR呈現以讓同學有不同的互動學習方式(圖五)，我們透過HTC vive系統將VR裝置設置在不同場域，並透過學生自行觀察或教師講課的方式，搭配實際骨箱讓第一次接觸解剖學的無使用大體科系學生體驗。根據前後測結果我們發現這樣的學習方式可以有效的幫助同學理解跟記憶實際骨頭上的骨頭標誌(bone landmark)。

   隨著設備的更新，我們現在使用的是不需腳架設置非場域型VR設備Meta quest 3，如圖六所示。設備的更新解決了早期執行時遇到的操作空間限制，同時由於新一代的設備可以使用擴充混合實境(MR)技術呈現資料，也大幅度的解決虛擬實境設備動暈症的發生比例，在最近一次(113學年度)的調查中，有93%的學生希望可以將VR融入實驗課中使用。

  另外，考慮到學生學習目的的差異，在針對可以使用大體老師科系的學生（醫學、牙醫及學士後醫學系），我們設計了結合大體解剖的臨床術式觀摩課程，透過邀請主治醫師說明術式選擇與解剖學的關係，並在大體老師上面實踐，藉此提升同學們學以致用的感受。我們邀請了口腔顎面外科的主治及住院醫師以每學期一次的頻率，利用大體進行模擬手術，如頸部淋巴廓清或顳下窩廓清術。並邀請醫學系、後醫系及牙醫系學生一同參與。並於手術完成後邀請學生一同進行掃描建模的作業，同時讓學生體會現代數位工具在醫學領域實際應用的場景。三年實行下來，每次活動都是60人額滿，且活動滿意度都在5.5分以上(總分6分)。從結果上來看，依照學生特性進行不同的學習增能會是之後的執行方向。

5. 結語

  解剖學作為重要的醫學基礎之一，自西元1500年演進至今已有不少的變革。而目前修習解剖的學生涵蓋了數位原生世代及阿法世代（Alpha generation），其生長環境對數位工具的依賴性及接受度已與之前不同，加上醫療數據與硬體算力的平民化(Democratization)，現如今學生或相關職業的族群已經能用與之前不同的方式看待解剖學的學習與運用。例如學生已經可以透過重建CT/MRI的影像，更快速且直觀的掌握影像學的學習。本文闡述了來自過去幾年間不同學校及不同職業群在修讀解剖學遇到的共同困境，並且展示了在解剖教學現場的教師因應硬體與受眾所採取的不同策略。

參考文獻:

1. Turney, B.W., Anatomy in a modern medical curriculum. Ann R Coll Surg Engl, 2007. 89(2): p. 104-7.
2. Murgitroyd, E., et al., 3D digital anatomy modelling - Practical or pretty? Surgeon, 2015. 13(3): p. 177-80.
3. Mansour, O., The Anatomy by Surgical Exposure Course: does it add to trainee experiences? 2017, University of Edinburgh.
4. Moro, C. and M. McLean, Supporting Students’ Transition to University and Problem-Based Learning. Medical Science Educator, 2017. 27(2): p. 353-361.
5. Craig, S., et al., Review of anatomy education in Australian and New Zealand medical schools. ANZ Journal of Surgery, 2010. 80(4): p. 212-216.
6. Singh, R., et al., Is the decline of human anatomy hazardous to medical education/profession?--A review. Surg Radiol Anat, 2015. 37(10): p. 1257-65.
7. Johnson, E.O., A.V. Charchanti, and T.G. Troupis, Modernization of an anatomy class: From conceptualization to implementation. A case for integrated multimodal-multidisciplinary teaching. Anat Sci Educ, 2012. 5(6): p. 354-66.
8. Papa, V. and M. Vaccarezza, Teaching Anatomy in the XXI Century: New Aspects and Pitfalls. The Scientific World Journal, 2013. 2013: p. 310348.
9. Huang, H.-M., U. Rauch, and S.-S. Liaw, Investigating learners’ attitudes toward virtual reality learning environments: Based on a constructivist approach. Computers & Education, 2010. 55(3): p. 1171-1182.
10. Küçük, S., S. Kapakin, and Y. Göktaş, Learning anatomy via mobile augmented reality: Effects on achievement and cognitive load. Anat Sci Educ, 2016. 9(5): p. 411-21.