基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型在心血管教學(xué)中的應(yīng)用價值

摘要：當(dāng)前，我國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)發(fā)展迅速，CARTO三維系統(tǒng)在臨床診斷與教學(xué)中均得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要就基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型在心血管教學(xué)中的應(yīng)用價值展開了具體論述。

關(guān)鍵詞：CARTO系統(tǒng)；三維可視化心臟模型；心血管教學(xué)

在心臟病的教學(xué)中，心臟解剖是一大重要內(nèi)容。但是，由于心臟結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，單純采用二維圖像會導(dǎo)致學(xué)生無法形成立體概念，對于各個結(jié)構(gòu)位置及互相關(guān)系掌握不夠深入。基于此，CARTO三維系統(tǒng)的應(yīng)用研究意義重大。

1 基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型概述

上世紀70年代，首次提出了基于組織切片的計算機三維重建，實現(xiàn)了心臟的可視化觀察，在臨床診斷、教學(xué)等方面均發(fā)揮著重大的作用。此后，心臟可視化在國內(nèi)外一直都是研究的重點問題。至上世紀90年代，CARTO系統(tǒng)被研究出來，并逐漸應(yīng)用于臨床中，該系統(tǒng)的原理與GPS技術(shù)基本相同，心臟被看作是一個\"地球\"，而磁場則是由被放在導(dǎo)管床下的定位器內(nèi)的超低磁場發(fā)生器所產(chǎn)生，其后可使用電解剖標(biāo)測導(dǎo)管對磁場的變化情況進行感知，通過信號處理單元將磁場頻率、強度等等數(shù)據(jù)收集起來，并使用相應(yīng)的軟件對導(dǎo)管頂端所處的位置與方向經(jīng)常分析，以實現(xiàn)導(dǎo)管在心腔中的三維定位，將導(dǎo)管的位置及該處的心內(nèi)點圖記錄下后，再利用專門的軟件對所標(biāo)測心腔的三維解剖結(jié)構(gòu)進行構(gòu)建，可將顏色等電生理信息疊加上去。

基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型的發(fā)展，對于臨床教學(xué)都具有劃時代的意義，其可以直接向?qū)W生直觀地展示心血管解剖三維結(jié)構(gòu)，開拓學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，真正做到主動思考、主動學(xué)習(xí)。此外，三維可視化心臟模型來自于實踐，學(xué)生對其進行分析、理解，有助于培養(yǎng)其分析思考與臨床實踐的能力。

2 基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型在心血管教學(xué)中的應(yīng)用價值

在心血管的教學(xué)中，最大的一個問題就是心臟和大血管常規(guī)X線投影，一旦此處教學(xué)模糊不清，學(xué)生未能夠充分掌握，則必然會影響到后續(xù)教學(xué)工作的開展。在X影像基礎(chǔ)上所構(gòu)建的立體結(jié)構(gòu)往往較為抽象，此時要求觀看者必須具有良好的抽象思維能力與三維立體概念，但是大部分的學(xué)生很難達到這一要求，因此教師必須為了解釋某一問題，而采用板書、掛圖以及模型等多種辦法綜合說明，不僅耗費了大量的教學(xué)時間，教學(xué)效果也往往并不盡人意。對于學(xué)生而言，其在付出了大量努力后，發(fā)現(xiàn)依舊難以弄明白此問題，學(xué)習(xí)積極性難免受挫。例如：教師在對心臟各房室、大血管在左側(cè)位、后前位以及左右前斜位等處的正常投影進行解說時，僅僅使用平面圖，則很難幫助學(xué)生們構(gòu)建出一個立體概念，使得學(xué)生對于解剖結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)不夠全面、深入。

基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型的立體感十分好，其結(jié)構(gòu)也十分逼真，實現(xiàn)了各個器官或是結(jié)構(gòu)在人體內(nèi)的準(zhǔn)確定位，便于直接向?qū)W生進行展示。該心臟模型可在以不同角度為出發(fā)點，展示左（右）心房，左（右）心室，上（下）腔靜脈，冠狀動（靜）脈、肺靜脈以及大血管等不同結(jié)構(gòu)，令學(xué)生可以進行細致的觀察，深入掌握心臟相關(guān)解剖知識。此外，基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型，還可以對不同的結(jié)構(gòu)\"上色\"，以達到單獨、搭配或是整體顯示的目的。

基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型還可以使用虛擬內(nèi)鏡技術(shù)，實現(xiàn)對心臟模型的連續(xù)斷面切割，以為學(xué)生提供一個直觀的解剖圖像，便于其對心臟的內(nèi)結(jié)構(gòu)及其與毗鄰腔室的關(guān)系進行觀察、分析，若是學(xué)生們對于某一部位感興趣，還可以對其進行縮放、旋轉(zhuǎn)、平移，以進行全面剖析。如下圖1所示即為基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化右心室流出道解剖圖，圖中紅、黃、藍以及綠色表示的分別是：右心室與及肺動脈、左心室與主動脈、右心房、左心房與肺靜脈。從圖1（右）中分析可得，右心室流出道間隔面在流出道周徑中所占在比例為1/4，而游離壁面在流出道周徑中所占在比例為3/4。如圖中所示，基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型可以令學(xué)生直接看到心臟各房室、大血管旋轉(zhuǎn)時投影的變化情況，有利于記憶、理解。

3 結(jié)論

多次教學(xué)實踐經(jīng)驗表明，在心血管教學(xué)過程中，應(yīng)用以CARTO系統(tǒng)為基礎(chǔ)的三維可視化心臟模型輔助教學(xué)，一方面，提高教師教學(xué)的交互性和多樣性，便于教師向?qū)W生生動想象的介紹心臟各個器官的功能，展示心臟解剖的三維結(jié)構(gòu)，加深學(xué)生對心臟解剖知識的了解程度。另一方面，也可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生愿意主動去了解、掌握這些知識。以CARTO系統(tǒng)為基礎(chǔ)的三維可視化心臟模型教學(xué)最主要的優(yōu)勢就是形象性，極大的拉近了學(xué)生和知識之間的距離，同時也促進了心血管教學(xué)模式的改革。此外，在心血管教學(xué)過程中，應(yīng)用以CARTO系統(tǒng)為基礎(chǔ)的三維可視化心臟模型輔助教學(xué)，教師的視野也在不斷拓展，教學(xué)觀念也在不斷更新，有利于教師在教學(xué)過程中認清自己的角色，充分發(fā)揮引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的過程。教學(xué)過程中使用的一些教學(xué)課件也具有科學(xué)性、娛樂性、趣味性等特點，圖文聲像并茂，用一些新穎的方式向?qū)W生傳授知識，闡述心臟解剖的基本概念，讓學(xué)生擺脫教師枯燥的教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

綜上所述， CARTO三維系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對心臟立體結(jié)構(gòu)的實時顯示，推動相關(guān)教學(xué)的三維化發(fā)展。基于CARTO系統(tǒng)的三維可視化心臟模型的應(yīng)用，有利于幫助學(xué)生建立一個清晰的立體概念圖，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。隨著影像學(xué)資料和多媒體課件在教學(xué)過程中的不斷應(yīng)用，相信心臟解剖的教學(xué)質(zhì)量和效率也會不斷得到提高，新的教學(xué)方式也會越來越系統(tǒng)、科學(xué)，成為高等醫(yī)學(xué)教育的主流教學(xué)模式。

參考文獻：

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編輯/周蕓霏