3D動畫演示用于神經(jīng)外科手術(shù)研究

1、Word參考資料，下載后可編輯3D動畫演示用于神經(jīng)外科手術(shù)研究 通過計算機3D動畫技術(shù)，將“內(nèi)鏡下頸椎間盤髓核摘除術(shù)”的手術(shù)過程制作成三維演示動畫。通過理想的視角再現(xiàn)外科手術(shù)的全過程，利用醫(yī)學虛擬現(xiàn)實技術(shù)在術(shù)前導航，臨床和醫(yī)師培養(yǎng)等環(huán)節(jié)提供新的方法。 1研究內(nèi)容和意義 將外科手術(shù)的過程制作成3D動畫可用于教學和公眾普及的目的。關(guān)心浙二醫(yī)院神經(jīng)外科團隊將“內(nèi)鏡下頸椎間盤髓核摘除術(shù)”手術(shù)流程制作成3D動畫。內(nèi)容涉及到七節(jié)頸椎,尤其是頸椎疾病多發(fā)的C5/C6兩節(jié)頸椎、頸椎間盤，包括神經(jīng)等較為復雜的人體結(jié)構(gòu)的3D建模。動畫包括內(nèi)窺鏡等專業(yè)手術(shù)器械的運用環(huán)節(jié)。浙二醫(yī)院提供的醫(yī)學影像作為影片的資料。影像資

2、料包括X光影像，CT圖像，內(nèi)窺鏡拍攝視頻等。通過計算機3D技術(shù)再現(xiàn)手術(shù)過程，呈現(xiàn)科技文字報告所無法表達的細節(jié)和過程。外科團隊提供的文本手術(shù)流程如下：(1)穿刺針穿刺C5/C6左側(cè)椎板間隙；(2)拔除針芯置入導絲；(3)置入二孔擴張器套筒；(4)植入椎間盤鏡于鏡下操作；(5)咬鉗咬開纖維環(huán)，暴露髓核組織；(6)內(nèi)鏡下移除突出的髓核。醫(yī)學手術(shù)過程的3D呈現(xiàn)屬于生物美學的一個分支，生物美學在網(wǎng)絡時代已經(jīng)得到廣泛的應用。圖片及視頻用以表達生物科學內(nèi)容、提升科研影響力形象手段。這類美術(shù)作品在生物科技、醫(yī)學研究中擁有其獨特的地位。人體的復雜性與機理的嚴密邏輯性用3D動畫再現(xiàn)，可以到達教學傳播的目的。這種虛

3、擬展示手段最大程度上愛護患者隱私的前提下展示病灶詳細情形。使原本枯燥的醫(yī)學理論變成有藝術(shù)魅力的影像化敘事，用以描述醫(yī)學論著中文字所不能表達的信息。外科團隊為了推廣微創(chuàng)外科的理念，參加了“20_中國(浙江)智能硬件博覽會”。影片的觀眾除了專業(yè)醫(yī)學從業(yè)人員外還包括大家。醫(yī)學美術(shù)作品在公眾健康教育中具有不可替代的作用。具有簡明易懂，生動活潑，自解釋性的特點。醫(yī)學美術(shù)使枯燥、抽象、難懂的醫(yī)學理論變成生動活潑有藝術(shù)魅力的形象。為了讓一般大家可以接受健康知識，圖像必須有很強的示意性。由于人體具有復雜的生理構(gòu)造，因此圖像信息有必要中除去偶然的局部。保存并且再現(xiàn)典型的局部，防止畫面中出現(xiàn)“血腥”，以不使觀眾產(chǎn)

4、生不適感為原則。醫(yī)學美術(shù)作品在公眾健康教育和病患溝通中發(fā)揮著重要的作用，公眾可以利用網(wǎng)站和移動平臺APP上的醫(yī)用插圖了解相關(guān)知識。醫(yī)生也可以利用圖片與病人及其家屬溝通，共同討論和制定治療方案。這次的醫(yī)學3D動畫是將藝術(shù)與科技融合的一次研究實踐。 2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 生物美學在國外目前開展良好，已經(jīng)有數(shù)家的專業(yè)公司服務于各大研究機構(gòu)與大型醫(yī)藥企業(yè)，許多高檔雜志對發(fā)表文章的要求也有了新的改變，如scienceNatureCELL都逐步要求每篇文章里都必附帶一副插圖來呈現(xiàn)自己文章思想，尤其聞名雜志CELL里更得到呈現(xiàn)。已有多部3D醫(yī)學演示產(chǎn)品被制成APP登陸IOS平臺。在我國，醫(yī)學美術(shù)作品質(zhì)量相對粗糙

5、也不成體系。其原因是由于我國醫(yī)學美術(shù)專業(yè)人才較少，相對龐大的醫(yī)療市場幾可忽略不計。廣州賽哲提供了相關(guān)的服務標準和專業(yè)培訓?？梢娫谖覈槍︶t(yī)學需求的生物美術(shù)才剛剛起步。 3創(chuàng)作劇本及繪制分鏡頭 劇本是動畫創(chuàng)作的根底，手術(shù)過程的模擬動畫類似于科教片，科教片的劇本設置同樣重要。劇本創(chuàng)作需要有科學性、形象性、解釋性和有用性等特點。分鏡頭是科教片創(chuàng)作的前期導向，這個工作決定了科教片是否能順利的闡述科學邏輯。3.1規(guī)劃影片的邏輯結(jié)構(gòu)。在手術(shù)過程的視覺表現(xiàn)過程中，既要解決藝術(shù)化表現(xiàn)的問題，還要進行影片敘事邏輯的設計，將醫(yī)學專業(yè)報告的陳述結(jié)構(gòu)改編為影片敘事的邏輯結(jié)構(gòu)。醫(yī)學專業(yè)的研究報告有其復雜性和專業(yè)性，不太

6、適于用影視語言進行表現(xiàn)。通常類似的醫(yī)學3D動畫是以醫(yī)學報告的文本作為參考，這需要將復雜的呈現(xiàn)出非線性的醫(yī)學信息轉(zhuǎn)換成直觀的線型敘事結(jié)構(gòu)，這樣有利于影片的表現(xiàn)和觀眾的理解。3.2手術(shù)過程鏡頭化。浙二醫(yī)院提供的手術(shù)報告和圖像資料的手術(shù)過程十分標準、專業(yè)用詞準確而且邏輯嚴謹，但是并不十分有利于影片的視覺表現(xiàn)。要讓觀眾感受到一般人可接受的的交流的效果，尤其是手術(shù)中過于血腥和容易引起恐懼的畫面在這次的影片中不予以出現(xiàn)。分鏡頭臺本寫作時，要保存醫(yī)學的專業(yè)性，運用大局部觀眾能夠理解的文學形式表達。其目的是有利于面向公眾的信息傳播。在分鏡頭臺本的寫作過程中，首先將嚴謹?shù)尼t(yī)學專業(yè)名詞和科研數(shù)據(jù)形象化。其中手術(shù)摘

7、除病變髓核的過程是影片所表達內(nèi)容核心，必須在影片中呈現(xiàn)。由于頸椎特別的構(gòu)造，必須防止在鏡頭上產(chǎn)生視線遮擋。無關(guān)緊要的細節(jié)的也要防止過度刻畫，視覺表現(xiàn)務必追求直觀而簡潔。每個所要表達的內(nèi)容需要在3D軟件中運用合理的機位來表現(xiàn)。這樣才能有利于前期的3D建模，場景設置和虛擬攝像機的機位固定，也使后期剪輯更加方便和流暢。 4動畫制作過程利用 poser軟件輸出3Dmax可以兼容的3D脊椎模型作為脊椎模型的模板。模型格式為OBJ，此時的模型精度還比較低。將OBJ格式導入Zbrush軟件制作較為精細的高模。隨后將擁有精度細節(jié)的OBJ模型導入到3Dmax中重新進行拓撲，完成動畫制作可接受的中等精度模型。用中

8、等精度模型和高精度模型烘焙成Normal法線貼圖，可以保存一定質(zhì)量的骨骼模型細節(jié)。設計一個簡潔明了的場景作為主要背景，在3DMax中創(chuàng)立了一個帶有白色網(wǎng)格線的的包圍盒。網(wǎng)格可以使觀看者方便的了解手術(shù)對象的形狀，位置和尺寸。同時配以深色背景，因為人體骨骼和手術(shù)器械多為淺色。這樣設置可以使手術(shù)內(nèi)容的影片陳述一目了然。在3Dmax軟件中制作患者術(shù)中病灶位置、手術(shù)通道的置入、頸椎及頸椎間盤與內(nèi)窺鏡之間的空間關(guān)系。過程中穿刺針穿刺C5/C6左側(cè)椎板間隙，拔除針芯置入導絲，置入二孔擴張器套筒，植入椎間盤鏡于鏡下操作等過程采納中景完成。涉及治療過程的操作，咬鉗咬開纖維環(huán)，暴露髓核組織，內(nèi)鏡下移除突出的髓核。

9、浙二醫(yī)院提供的視頻是由內(nèi)窺鏡拍攝下的施術(shù)者主觀位置鏡頭。這樣的鏡頭比較真實，可以作為信息最為可靠的參考。但是經(jīng)過觀看發(fā)覺視野極為有限，無法表達手術(shù)過程在人體中的具體位置。因此我決定不采納鏡頭中的視角，而采納第三方視角。鏡頭中所采納的視角可以觀看到頸椎的周邊環(huán)境，髓核鉗的工作原理，以及髓核由之前的對脊髓的壓迫，到摘除后壓迫接觸的過程。槍鉗和髓核鉗操作的動畫等，各個主要步驟的動畫制作成功以后進行渲染和合成。影片的分辨率為1920_1080,最終獲得了超過5000多禎影視圖像序列素材使，最后使用了premiere將影片剪輯與合成。這樣就得到了我們所需要的流程簡潔、意圖清楚、具有教學價值的“內(nèi)鏡下頸椎

10、間盤髓核摘除術(shù)”3D動畫演示片。 5結(jié)論 項目所完成的影片合作方浙二醫(yī)院神經(jīng)外科對我完成的影片的質(zhì)量感到中意。其表示頸椎骨骼的結(jié)構(gòu)外形較逼真，構(gòu)造也較為準確。影片中所表現(xiàn)的主要手術(shù)過程較準確，尤其鏡頭中未出現(xiàn)令人感到不適的手術(shù)畫面。整個畫面較為理性，可以實現(xiàn)在公開場合作為科普宣傳的目的。但是在項目制作的過程中也存在著一些缺乏。 頸椎骨骼的建模使用了Poser軟件導出的的低模作為模板，隨后以OBJ格式導入Zbrush軟件制作較為精細的高模。雖然有專業(yè)的圖像資料作為參考，但是難免會受到建模人員因主觀感受所導致的形態(tài)不準確。造成這種形態(tài)失真的原因是浙二醫(yī)院的影像科缺乏Mimics軟件。考慮到今后的改良可以將DICOM格式的CT數(shù)據(jù)導入Mimics軟件