三維可視化技術在研究生心腦血管影像診斷教學中的應用探討

李麟娜 陳忠萍 佟 丹

（吉林大學第一醫院放射科，吉林長春 130021）

今年7 月，習近平總書記就研究生教育工作作出重要指示指出，黨和國家事業發展迫切需要培養造就大批德才兼備的高層次人才。而培養人數的增加必將對培養質量的提升帶來挑戰。面對新時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整，試圖將新技術逐步應用到研究生的教學中，進而提高教學質量，改善教學現狀。

對醫學影像學專業的研究生而言，在規培階段心腦血管影像診斷學習的目標是熟悉正常的影像解剖結構，在此基礎上掌握常見病的典型及不典型影像表現、了解少見病的典型影像表現。傳統教學方法是多媒體結合教學模具實踐學習，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雜、結構精細等特點，診斷過程中需要醫生具備扎實的解剖基礎、二維影像與三維解剖形態之間良好的空間對應關系，這部分內容難度較大，學生依靠傳統教學方法及現有的二維影像技術很難快速掌握，因而在很大程度上影響了教學效率與預期效果。

一、發展現狀

隨著醫學影像技術的不斷發展，三維可視化和數字化定量評估技術已使醫學診斷的相關領域逐步進入了精準的數字化時代。現有醫學影像技術(包括X 線攝影、CT 攝影及MRI 成像等）在診斷和教學中仍存在不足，其中之一即對圖像的獲取和處理仍舊停留在二維層面，使得醫生對于病灶區域的信息收集必須經歷一個非直觀的復雜過程，增加了醫學診斷及教學的難度。三維可視化技術是通過計算機軟件對原始二維圖像選取目標區域進行圖像分割、重建等數據處理，生成三維模型，并進行定量、定性分析的技術。三維可視化真正實現了由二維到三維的突破，最大程度地還原正常或病變組織的原貌，使得臨床工作向著更加貼近精準醫療的方向邁進，為研究生影像教學添加了新視角、新維度、新思路。

二、三維可視化技術在診斷與教學中存在的突出優勢

1、直觀呈現血管解剖及毗鄰關系

三維可視化技術可以很好地還原血管的全貌，人們可以通過方位旋轉等操作從任意角度對血管進行觀察；也能夠以不同的顏色和透明度區分血管與周圍毗鄰的器官、組織；或者去除骨骼、相關器官等，僅保留復雜的血管系統，將其分段進行觀察。學生在實踐過程中，可以選取自己喜歡的顏色對不同結構進行偽彩處理，對于不熟悉的解剖結構可反復觀察，特殊標記，及時發現自己的知識盲點和理解誤區，提高學習效率。借助三維可視化技術，學生可以準確掌握正常的血管解剖，并與先天變異及異常病變進行鑒別。

2、對病灶定量、定性分析

對病灶進行量化分析是診斷過程中的重要環節，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，病人體位及基線位置的選擇存在一定的浮動性，診斷醫生的手動測量值之間存在一定的誤差。而三維可視化技術能夠通過對病灶的徑線進行多方位測量很好地解決這一問題，并且及時捕獲病灶的動態變化信息。以冠狀動脈為例，在三維建模后，可以對管腔結構進行量化分析，包括獲取冠狀動脈節段長度、節點曲率、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意義。學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果進行比對，找出造成誤差的原因，養成規范的測量習慣。

此外，病變的表面光滑程度、邊界、與血管的關系等相關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，學生能夠對血管疾病及血管周圍病變的生物學行為有更深刻地理解，進而提升診斷準確率。

3、進一步發掘醫院影像數據庫的潛在價值

影像科室日常的診斷及教學工作主要依賴于醫學圖像存儲與傳輸系統（picture archiving and communication system，PACS），老師在講授時，首先調取常見疾病的典型圖像，對同一患者的多模態影像圖像進行對比，再將其與重建好的三維模型進行比對，獲取病變部位更豐富的組織學與形態學信息，從而準確判斷病變的性質。三維可視化技術的引入，能夠進一步開發研究生對影像數據的應用。學生可以挑選自己感興趣的病例，構建三維可視化模型，并將其保存在計算機上，可隨時調取用于早會診或推廣到多學科診療模式（MDT）中，尤其是對于需要進行手術的患者，學生可以觀摩外科醫生在三維模型上的術前定位及模擬手術過程，不受時間與空間的限制，打破學科壁壘，從而培養更全面、更系統的臨床思維，明確臨床的觀察側重點，進而更好地服務于臨床。

4、將系統解剖、局部解剖、斷層解剖和影像解剖有效結合起來

利用正常的二維圖像進行三維可視化可以獲得標準的解剖模型，即3D 數字解剖學系統（簡稱“數字人”），這一技術已經應用于國外及部分國內的系統解剖學教學中，并且已經獲得了較好的效果。將ROI 的范圍縮小，聚焦局部的器官進行分割、重建，便能得到詳細的局部解剖信息。對于某一病變器官的特定病灶進行三維可視化處理，能夠創建疾病的形態學數據集，從中挖掘出病變潛在的生長規律，實現與大數據及影像組學更好的接軌。在人機交互過程中，可以對圖像進行任意旋轉，不局限于常規的掃描基線，獲得任一方向便于觀察病變的斷層圖像。三維可視化真正實現了系統解剖、局部解剖、斷層解剖與影像解剖的融合，是學生在學習過程中將四種解剖融會貫通，實現位置關系準確對應的重要媒介。

三、三維可視化技術的發展困境

三維可視化技術一個多學科交叉的前沿研究課題，涉及解剖學、計算機科學、生物力學、數學等多學科，其技術的發展和不斷完善需要多學科共同協作

以滿足臨床和教學的需求，在理論和方法上亟待創新和發展。

總體而言，三維可視化主要依賴于計算機對數據的信息化處理得以實現，其最終的效果很大程度上取決于計算機各種軟件的性能與精細程度。目前的軟件系統種類繁多，參差不齊，且各類軟件包括用于圖像分割、圖像配準及三維重建的軟件，其相互間的數據兼容性及操作穩定性尚存在不確定性。并且，軟件的開發和維護需要相關工學人員的參與，這無疑也會增加科室經費的支出。

另外，三維可視化的發展和應用對新時代高等醫學教育者及規培生均提出了更高更新的要求，該方法需要掌握相關的圖像后處理及三維立體數字化建模技術，從了解軟件的相關功能到將三維可視化技術熟練應用于臨床實踐，尤其是在前期試驗學習階段，需要花費大量的時間和精力，具有一定的學習曲線。

四、結語與展望

目前美國、德國、日本、法國等發達國家都擁有自己的三維重建可視化技術。比較成熟的軟件系統有美國EDDA 公司的IQQA-liver，德國Mevis、法國Myrian 以及日本的SYNAPSE VINCENT 等，我國南方醫科大學、第三軍醫大學、福建醫科大學等均已研究開發了具有自主知識產權的三維重建軟件并投入臨床應用。但因為費用、版權等各種客觀因素，目前三維可視化技術并未在全國各級醫院廣泛應用。

三維可視化技術是影像診斷及教學中的重大創新，是與國際接軌的初探，也是科研成果轉化的重要應用，實現了真正意義上的科教融合和產教融合，高度契合黨中央的指示。

三維可視化在醫學影像診斷學教學應用中無疑能取得良好的效果，使教學過程更加形象、生動，提升了教學質量，同樣也創新了醫學教育的培養方式，完善了醫學影像診斷學實踐教學體系。誠然，三維可視化技術雖然逐漸應用于多學科、多領域并取得了豐碩的成果，但在實際開展和運用過程中仍會遇到一些困難、曲折，制約著其在醫學教育與實踐中的推廣。這就需要在校方和科室的共同支持下，醫學影像與工學團隊進行長期不斷地溝通、摸索才能使得該項技術逐步成熟。聚焦三維可視化實現的每一個環節，盡量簡化操作流程，選取學生最易接受的方法進行講授，盡可能地將其在研究生學習中的效果發揮到最大化。相信在不久的將來，三維可視化能夠更加廣泛、靈活地應用于影像診斷教學中，為研究生打造更加高效、便捷的學習空間。