建構醫療三維模型提高醫學類專業教學水平

王 磊，薛小燕，李 慧

（山西同文職業技術學院，介休 032000）

1 醫學類專業教學過程中存在的問題

當前，在年輕醫生的培養中還存在諸多痛點，總結起來主要有以下幾點：（1）醫學類專業影像技術學科教材普遍滯后，學生接觸到知識往往與實際病例有脫節，學生很難從書本知識中得到所需的知識[1-2]。（2）年輕醫生的技能培養需要大量的用于技能訓練的精確醫療模型。傳統標本難保存、數量不足、種類少；市面上的醫療模型普遍精度差，技能訓練效果一般[3-4]。（3）年輕醫生在醫學影像課程學習中，難以憑借平面的影像數據在大腦中構建立體的病患處三維影像，這需要一個長期的訓練過程和經驗的積累。

2 建構醫療三維模型，將平面的圖層數據轉為立體的三維模型

針對上述問題，我們使用計算機輔助設計技術，基于真實病例的CT 和MRI 影像數據，通過數據獲取和處理→醫療三維模型建構→模型修復→模型檢測→模型呈現的流程，將晦澀難懂的平面影像數據變為形象生動的三維模型。通過在模型建構和模型修復兩個步驟中進行檢測，形成兩個閉環的質量控制過程，保證了醫療三維模型（以下均簡稱模型）的準確性。

2.1 數據獲取和處理

根據教學需要，在征得患者同意下情況下，在醫院影像科醫生的協助下，我們可以從CT 和MRI 中獲取相應的平面圖層影像文件，文件一般為DICOM 格式，數量有幾百張不等。

2.2 模型的構建

我們將取得DICOM 格式文件進行整理，導入到Mimics 等醫學建模軟件中，通過選取合理的闕值，使病患處平面影像清晰，無多余組織干擾；之后，進行手動切割，對病患處的圖層文件進行逐層精修，通過調整灰度，去除多余組織，或修補缺損組織；最后，點擊生成模型，軟件會根據圖層文件灰度信息，自動生成病患處的模型[5]。

2.3 模型的修復

使用Mimics 等醫學建模軟件所生成的模型多存在法向錯誤、缺損等問題，需要使用Migics 等模型修復軟件進一步修復。在軟件中，進行缺損填補、多余面片刪除、外殼合并、法向修復、表面光滑處理，生成最終的模型。

2.4 模型的檢測

為了保證模型的準確性，我們在模型建構和模型修復兩個步驟中引入檢測環節，通過檢測修改形成兩個閉環的質量保證體系。借助Zspace 的增強現實技術，我們選擇關鍵點，在虛擬的模型中檢測相關數據，與圖層文件中的數據進行比對，對誤差較大的地方進行修復，確保模型上各關鍵點的參數準確。至此，我們已經得到了一個基于CT、核磁平面圖層影像的醫療三維模型。

2.5 模型的呈現

借助Zspace 增強現實技術，可以將得到的模型在虛擬空間中呈現在師生面前，使師生得到沉浸式的感官體驗，獲得不一樣的教、學感受；同樣，將模型進行切片，設定合理的補償值，使用光敏固化3D 打印機進行打印，可以將虛擬模型轉變為實體模型，這樣的實體模型可以用來進行教學和技能訓練。

3 醫療三維模型的應用和優勢

3.1 將圖層影像轉化為三維模型，在教學中有利于學生理解和掌握

通過構建醫療三維模型，將晦澀難懂的平面圖層影像變為具體生動的三維模型，并呈現，學生可以很容易的讀懂CT、MRI影像圖，這將有助于培養學生的空間思維，幫助他們完成醫學影像學科的學習。

3.2 可以得到真實的病例醫療三維模型，用于技能訓練

基于CT、MRI 數據建構出的真實的高精度的病患處模型，可以通過3D 打印轉化為大量實體模型。這樣，學生可以直接在實體模型上進行模擬訓練，掌握診斷和治療的相關知識，通過大量的技能訓練培養其扎實的醫學功底。

3.3 可以為醫學研究提供病例模型

隨著醫療三維模型的應用，將會得到越來越多的病例資料和模型，其中不乏具有研究價值的典型和罕見病例模型。同時，對某一病例的治療過程進行監控，進行連續的模型建構，將會得到一系列恢復過程的模型。這些資料對于相關醫學研究將具有非常大的價值。

3.4 速度快、成本低，為醫院和醫學院校搭建連接的紐帶

在我們的實踐應用中，醫療三維模型的建構和應用具有非常大的速度和成本優勢。完成一個模型平均用時1-2天，3D 打印模型成本為5-7元/克。這將有助于拉近醫院和醫學院校的距離，讓最新的醫學知識迅速從醫院走進醫學院校，走進教學中。

4 結束語

應用計算機輔助設計技術，構建醫療三維模型并應用，是醫工結合的典型實例。我們相信，不久的將來，類似的醫工結合項目會越來越多，將會成為醫療、醫學教育的新趨勢。