三維可視化技術(shù)在研究生心腦血管影像診斷教學(xué)中的應(yīng)用探討

李麟娜 陳忠萍 佟 丹

（吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射科，吉林長春 130021）

今年7 月，習(xí)近平總書記就研究生教育工作作出重要指示指出，黨和國家事業(yè)發(fā)展迫切需要培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母邔哟稳瞬?。而培養(yǎng)人數(shù)的增加必將對培養(yǎng)質(zhì)量的提升帶來挑戰(zhàn)。面對新時(shí)代研究生教育存在的突出問題，吉大一院放射科正積極作出調(diào)整，試圖將新技術(shù)逐步應(yīng)用到研究生的教學(xué)中，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，改善教學(xué)現(xiàn)狀。

對醫(yī)學(xué)影像學(xué)專業(yè)的研究生而言，在規(guī)培階段心腦血管影像診斷學(xué)習(xí)的目標(biāo)是熟悉正常的影像解剖結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上掌握常見病的典型及不典型影像表現(xiàn)、了解少見病的典型影像表現(xiàn)。傳統(tǒng)教學(xué)方法是多媒體結(jié)合教學(xué)模具實(shí)踐學(xué)習(xí)，存在一定的維度局限性，且模具存在易損耗、不方便攜帶、需特定空間存儲等問題。心腦血管具有分支復(fù)雜、結(jié)構(gòu)精細(xì)等特點(diǎn)，診斷過程中需要醫(yī)生具備扎實(shí)的解剖基礎(chǔ)、二維影像與三維解剖形態(tài)之間良好的空間對應(yīng)關(guān)系，這部分內(nèi)容難度較大，學(xué)生依靠傳統(tǒng)教學(xué)方法及現(xiàn)有的二維影像技術(shù)很難快速掌握，因而在很大程度上影響了教學(xué)效率與預(yù)期效果。

一、發(fā)展現(xiàn)狀

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展，三維可視化和數(shù)字化定量評估技術(shù)已使醫(yī)學(xué)診斷的相關(guān)領(lǐng)域逐步進(jìn)入了精準(zhǔn)的數(shù)字化時(shí)代?，F(xiàn)有醫(yī)學(xué)影像技術(shù)(包括X 線攝影、CT 攝影及MRI 成像等）在診斷和教學(xué)中仍存在不足，其中之一即對圖像的獲取和處理仍舊停留在二維層面，使得醫(yī)生對于病灶區(qū)域的信息收集必須經(jīng)歷一個(gè)非直觀的復(fù)雜過程，增加了醫(yī)學(xué)診斷及教學(xué)的難度。三維可視化技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)軟件對原始二維圖像選取目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行圖像分割、重建等數(shù)據(jù)處理，生成三維模型，并進(jìn)行定量、定性分析的技術(shù)。三維可視化真正實(shí)現(xiàn)了由二維到三維的突破，最大程度地還原正?；虿∽兘M織的原貌，使得臨床工作向著更加貼近精準(zhǔn)醫(yī)療的方向邁進(jìn)，為研究生影像教學(xué)添加了新視角、新維度、新思路。

二、三維可視化技術(shù)在診斷與教學(xué)中存在的突出優(yōu)勢

1、直觀呈現(xiàn)血管解剖及毗鄰關(guān)系

三維可視化技術(shù)可以很好地還原血管的全貌，人們可以通過方位旋轉(zhuǎn)等操作從任意角度對血管進(jìn)行觀察；也能夠以不同的顏色和透明度區(qū)分血管與周圍毗鄰的器官、組織；或者去除骨骼、相關(guān)器官等，僅保留復(fù)雜的血管系統(tǒng)，將其分段進(jìn)行觀察。學(xué)生在實(shí)踐過程中，可以選取自己喜歡的顏色對不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行偽彩處理，對于不熟悉的解剖結(jié)構(gòu)可反復(fù)觀察，特殊標(biāo)記，及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的知識盲點(diǎn)和理解誤區(qū)，提高學(xué)習(xí)效率。借助三維可視化技術(shù)，學(xué)生可以準(zhǔn)確掌握正常的血管解剖，并與先天變異及異常病變進(jìn)行鑒別。

2、對病灶定量、定性分析

對病灶進(jìn)行量化分析是診斷過程中的重要環(huán)節(jié)，對最終的定性診斷有一定的提示意義。在二維圖像上對病灶的測量受主客觀因素影響較強(qiáng)，病人體位及基線位置的選擇存在一定的浮動(dòng)性，診斷醫(yī)生的手動(dòng)測量值之間存在一定的誤差。而三維可視化技術(shù)能夠通過對病灶的徑線進(jìn)行多方位測量很好地解決這一問題，并且及時(shí)捕獲病灶的動(dòng)態(tài)變化信息。以冠狀動(dòng)脈為例，在三維建模后，可以對管腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行量化分析，包括獲取冠狀動(dòng)脈節(jié)段長度、節(jié)點(diǎn)曲率、CT 衰減值等。其中，CT 衰減值可以對非鈣化斑塊和鈣化斑塊進(jìn)行量化分類，對于診斷和治療不同類型冠心病有重要的指導(dǎo)意義。學(xué)生可以將在二維圖像上得到的測量值與三維模型上的測量結(jié)果進(jìn)行比對，找出造成誤差的原因，養(yǎng)成規(guī)范的測量習(xí)慣。

此外，病變的表面光滑程度、邊界、與血管的關(guān)系等相關(guān)信息對定性診斷也有重要的提示意義，通過二維圖像與三維模型的不斷比對，學(xué)生能夠?qū)ρ芗膊〖把苤車∽兊纳飳W(xué)行為有更深刻地理解，進(jìn)而提升診斷準(zhǔn)確率。

3、進(jìn)一步發(fā)掘醫(yī)院影像數(shù)據(jù)庫的潛在價(jià)值

影像科室日常的診斷及教學(xué)工作主要依賴于醫(yī)學(xué)圖像存儲與傳輸系統(tǒng)（picture archiving and communication system，PACS），老師在講授時(shí)，首先調(diào)取常見疾病的典型圖像，對同一患者的多模態(tài)影像圖像進(jìn)行對比，再將其與重建好的三維模型進(jìn)行比對，獲取病變部位更豐富的組織學(xué)與形態(tài)學(xué)信息，從而準(zhǔn)確判斷病變的性質(zhì)。三維可視化技術(shù)的引入，能夠進(jìn)一步開發(fā)研究生對影像數(shù)據(jù)的應(yīng)用。學(xué)生可以挑選自己感興趣的病例，構(gòu)建三維可視化模型，并將其保存在計(jì)算機(jī)上，可隨時(shí)調(diào)取用于早會(huì)診或推廣到多學(xué)科診療模式（MDT）中，尤其是對于需要進(jìn)行手術(shù)的患者，學(xué)生可以觀摩外科醫(yī)生在三維模型上的術(shù)前定位及模擬手術(shù)過程，不受時(shí)間與空間的限制，打破學(xué)科壁壘，從而培養(yǎng)更全面、更系統(tǒng)的臨床思維，明確臨床的觀察側(cè)重點(diǎn)，進(jìn)而更好地服務(wù)于臨床。

4、將系統(tǒng)解剖、局部解剖、斷層解剖和影像解剖有效結(jié)合起來

利用正常的二維圖像進(jìn)行三維可視化可以獲得標(biāo)準(zhǔn)的解剖模型，即3D 數(shù)字解剖學(xué)系統(tǒng)（簡稱“數(shù)字人”），這一技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于國外及部分國內(nèi)的系統(tǒng)解剖學(xué)教學(xué)中，并且已經(jīng)獲得了較好的效果。將ROI 的范圍縮小，聚焦局部的器官進(jìn)行分割、重建，便能得到詳細(xì)的局部解剖信息。對于某一病變器官的特定病灶進(jìn)行三維可視化處理，能夠創(chuàng)建疾病的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)集，從中挖掘出病變潛在的生長規(guī)律，實(shí)現(xiàn)與大數(shù)據(jù)及影像組學(xué)更好的接軌。在人機(jī)交互過程中，可以對圖像進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)，不局限于常規(guī)的掃描基線，獲得任一方向便于觀察病變的斷層圖像。三維可視化真正實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)解剖、局部解剖、斷層解剖與影像解剖的融合，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中將四種解剖融會(huì)貫通，實(shí)現(xiàn)位置關(guān)系準(zhǔn)確對應(yīng)的重要媒介。

三、三維可視化技術(shù)的發(fā)展困境

三維可視化技術(shù)一個(gè)多學(xué)科交叉的前沿研究課題，涉及解剖學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、生物力學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科，其技術(shù)的發(fā)展和不斷完善需要多學(xué)科共同協(xié)作

以滿足臨床和教學(xué)的需求，在理論和方法上亟待創(chuàng)新和發(fā)展。

總體而言，三維可視化主要依賴于計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)的信息化處理得以實(shí)現(xiàn)，其最終的效果很大程度上取決于計(jì)算機(jī)各種軟件的性能與精細(xì)程度。目前的軟件系統(tǒng)種類繁多，參差不齊，且各類軟件包括用于圖像分割、圖像配準(zhǔn)及三維重建的軟件，其相互間的數(shù)據(jù)兼容性及操作穩(wěn)定性尚存在不確定性。并且，軟件的開發(fā)和維護(hù)需要相關(guān)工學(xué)人員的參與，這無疑也會(huì)增加科室經(jīng)費(fèi)的支出。

另外，三維可視化的發(fā)展和應(yīng)用對新時(shí)代高等醫(yī)學(xué)教育者及規(guī)培生均提出了更高更新的要求，該方法需要掌握相關(guān)的圖像后處理及三維立體數(shù)字化建模技術(shù)，從了解軟件的相關(guān)功能到將三維可視化技術(shù)熟練應(yīng)用于臨床實(shí)踐，尤其是在前期試驗(yàn)學(xué)習(xí)階段，需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，具有一定的學(xué)習(xí)曲線。

四、結(jié)語與展望

目前美國、德國、日本、法國等發(fā)達(dá)國家都擁有自己的三維重建可視化技術(shù)。比較成熟的軟件系統(tǒng)有美國EDDA 公司的IQQA-liver，德國Mevis、法國Myrian 以及日本的SYNAPSE VINCENT 等，我國南方醫(yī)科大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)、福建醫(yī)科大學(xué)等均已研究開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的三維重建軟件并投入臨床應(yīng)用。但因?yàn)橘M(fèi)用、版權(quán)等各種客觀因素，目前三維可視化技術(shù)并未在全國各級醫(yī)院廣泛應(yīng)用。

三維可視化技術(shù)是影像診斷及教學(xué)中的重大創(chuàng)新，是與國際接軌的初探，也是科研成果轉(zhuǎn)化的重要應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的科教融合和產(chǎn)教融合，高度契合黨中央的指示。

三維可視化在醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)應(yīng)用中無疑能取得良好的效果，使教學(xué)過程更加形象、生動(dòng)，提升了教學(xué)質(zhì)量，同樣也創(chuàng)新了醫(yī)學(xué)教育的培養(yǎng)方式，完善了醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)實(shí)踐教學(xué)體系。誠然，三維可視化技術(shù)雖然逐漸應(yīng)用于多學(xué)科、多領(lǐng)域并取得了豐碩的成果，但在實(shí)際開展和運(yùn)用過程中仍會(huì)遇到一些困難、曲折，制約著其在醫(yī)學(xué)教育與實(shí)踐中的推廣。這就需要在校方和科室的共同支持下，醫(yī)學(xué)影像與工學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行長期不斷地溝通、摸索才能使得該項(xiàng)技術(shù)逐步成熟。聚焦三維可視化實(shí)現(xiàn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，盡量簡化操作流程，選取學(xué)生最易接受的方法進(jìn)行講授，盡可能地將其在研究生學(xué)習(xí)中的效果發(fā)揮到最大化。相信在不久的將來，三維可視化能夠更加廣泛、靈活地應(yīng)用于影像診斷教學(xué)中，為研究生打造更加高效、便捷的學(xué)習(xí)空間。