脊柱康复生物力学虚拟仿真实验

脊柱运动康复生物力学虚拟仿真实验

本实验适应我国健康中国的战略需求，以培养具有专业胜任能力和社会适应能力的创新应用型康复人才为目标，课程教学团队依据“能实不虚、虚实结合、相互补充”的原则，将虚拟仿真技术融入到脊柱康复生物力学实验教学中。通过3D模型展现设计流程，情景模拟强化功能认知，以问题为导向推动实验开展，虚实结合，引导学生在虚拟环境中做真实验，使其更直观的了解脊柱的形态、功能和基本力学规律，并进一步掌握脊柱疾病的基本评估方法和康复手段。通过线上虚拟交互理解与线下模拟实践相结合的方式，使学生近距离、全视角、多维度来认识脊柱运动康复生物力学，加强了理论和实践的双重学习。图1 虚拟仿真实验主页面

实验教学过程与实验方法

以“脊柱运动康复生物力学虚拟仿真实验”为例，来具体说明“脊柱形态、功能的分析、诊断与康复”虚拟仿真实验教学方法使用的目的、实施过程和实施效果。

实施过程

登陆“脊柱运动康复生物力学虚拟仿真实验”教学平台，选择实验子项目“脊柱认知”，完成解剖结构认知与功能解剖认知后，进行虚拟仿真实验内容观摩及交互式虚拟实验操作

图2 教学实施过程

主要的实施步骤如下：

环节一：脊柱认知
①采用人机交互虚拟操作，掌握脊柱的解剖结构和功能的学习。
②采用人机交互虚拟操作，让学生认识与熟悉各个不同椎体之间的区别。
③采用人机交互虚拟操作，让学生完成整个脊柱的拼装与某一段脊柱的软组织搭建。
环节二：脊柱筛查
①采用人机交互虚拟操作，让学生通过3D光谱Diers进行脊柱的筛查。
②观看操作技术，让学生通过SpineScan电子脊柱测量仪进行大范围脊柱筛查。
③采用人机交互虚拟操作，通过以上两个步骤，可以让学生从矢状面、冠状面、水平面，对测试对象进行脊柱姿势测量，并找出颈、胸、腰段的异常。
环节三：力学分析
①采用人机交互虚拟操作，通过肌力矩的测量来解读颈部不同的低头角度所受的力的大小。
②采用人机交互虚拟操作，通过Cobb角的测量，使学生能自己掌握准确测量脊柱侧弯度数的方法，准确测量出侧弯角度，一方面可以就其严重程度及时作出评价，另一方面是选择治疗方法以及监测治疗效果的重要依据。
③采用人机交互虚拟操作，让学生熟悉通过对腰背部进行等速运动测试找出薄弱肌群，从而可以进行针对性的康复训练。
④采用人机交互虚拟操作，学生通过虚拟的椎间盘的受力测试，直观地观察椎间盘在不同受力状态下的蠕变，从而了解椎间盘的病理变化。
环节四：运动康复
①采用人机交互虚拟操作，让学生在前期筛查、测试的基础上选择适合颈椎生活康复的器具，如生活中常见枕头的使用。
②观看操作技术，如果学生在上一步骤选择了枕头，则让学生进一步进行选择枕头的高度。
③采用人机交互虚拟操作，让学生进一步进行选择枕头的位置。
2.实验方法
（1）通过虚拟仿真教学展示人体脊柱三维结构；
（2）通过虚拟技术展示人体脊柱整体及局部的组成；
（3）通过虚拟仿真操作脊柱功能测评设备，如SpineScan电子脊柱测量仪、
DIERS三维脊柱及身体姿态测评系统、Isomed多功能等速力量测试与训练系统；
（4）通过虚拟仿真操作脊柱的生物力学建模及分析。