三维可视化技术在研究生心脑血管影像诊断教学中的应用探讨

李麟娜 陈忠萍 佟 丹

（吉林大学第一医院放射科，吉林长春 130021）

今年7 月，习近平总书记就研究生教育工作作出重要指示指出，党和国家事业发展迫切需要培养造就大批德才兼备的高层次人才。而培养人数的增加必将对培养质量的提升带来挑战。面对新时代研究生教育存在的突出问题，吉大一院放射科正积极作出调整，试图将新技术逐步应用到研究生的教学中，进而提高教学质量，改善教学现状。

对医学影像学专业的研究生而言，在规培阶段心脑血管影像诊断学习的目标是熟悉正常的影像解剖结构，在此基础上掌握常见病的典型及不典型影像表现、了解少见病的典型影像表现。传统教学方法是多媒体结合教学模具实践学习，存在一定的维度局限性，且模具存在易损耗、不方便携带、需特定空间存储等问题。心脑血管具有分支复杂、结构精细等特点，诊断过程中需要医生具备扎实的解剖基础、二维影像与三维解剖形态之间良好的空间对应关系，这部分内容难度较大，学生依靠传统教学方法及现有的二维影像技术很难快速掌握，因而在很大程度上影响了教学效率与预期效果。

一、发展现状

随着医学影像技术的不断发展，三维可视化和数字化定量评估技术已使医学诊断的相关领域逐步进入了精准的数字化时代。现有医学影像技术(包括X 线摄影、CT 摄影及MRI 成像等）在诊断和教学中仍存在不足，其中之一即对图像的获取和处理仍旧停留在二维层面，使得医生对于病灶区域的信息收集必须经历一个非直观的复杂过程，增加了医学诊断及教学的难度。三维可视化技术是通过计算机软件对原始二维图像选取目标区域进行图像分割、重建等数据处理，生成三维模型，并进行定量、定性分析的技术。三维可视化真正实现了由二维到三维的突破，最大程度地还原正常或病变组织的原貌，使得临床工作向着更加贴近精准医疗的方向迈进，为研究生影像教学添加了新视角、新维度、新思路。

二、三维可视化技术在诊断与教学中存在的突出优势

1、直观呈现血管解剖及毗邻关系

三维可视化技术可以很好地还原血管的全貌，人们可以通过方位旋转等操作从任意角度对血管进行观察；也能够以不同的颜色和透明度区分血管与周围毗邻的器官、组织；或者去除骨骼、相关器官等，仅保留复杂的血管系统，将其分段进行观察。学生在实践过程中，可以选取自己喜欢的颜色对不同结构进行伪彩处理，对于不熟悉的解剖结构可反复观察，特殊标记，及时发现自己的知识盲点和理解误区，提高学习效率。借助三维可视化技术，学生可以准确掌握正常的血管解剖，并与先天变异及异常病变进行鉴别。

2、对病灶定量、定性分析

对病灶进行量化分析是诊断过程中的重要环节，对最终的定性诊断有一定的提示意义。在二维图像上对病灶的测量受主客观因素影响较强，病人体位及基线位置的选择存在一定的浮动性，诊断医生的手动测量值之间存在一定的误差。而三维可视化技术能够通过对病灶的径线进行多方位测量很好地解决这一问题，并且及时捕获病灶的动态变化信息。以冠状动脉为例，在三维建模后，可以对管腔结构进行量化分析，包括获取冠状动脉节段长度、节点曲率、CT 衰减值等。其中，CT 衰减值可以对非钙化斑块和钙化斑块进行量化分类，对于诊断和治疗不同类型冠心病有重要的指导意义。学生可以将在二维图像上得到的测量值与三维模型上的测量结果进行比对，找出造成误差的原因，养成规范的测量习惯。

此外，病变的表面光滑程度、边界、与血管的关系等相关信息对定性诊断也有重要的提示意义，通过二维图像与三维模型的不断比对，学生能够对血管疾病及血管周围病变的生物学行为有更深刻地理解，进而提升诊断准确率。

3、进一步发掘医院影像数据库的潜在价值

影像科室日常的诊断及教学工作主要依赖于医学图像存储与传输系统（picture archiving and communication system，PACS），老师在讲授时，首先调取常见疾病的典型图像，对同一患者的多模态影像图像进行对比，再将其与重建好的三维模型进行比对，获取病变部位更丰富的组织学与形态学信息，从而准确判断病变的性质。三维可视化技术的引入，能够进一步开发研究生对影像数据的应用。学生可以挑选自己感兴趣的病例，构建三维可视化模型，并将其保存在计算机上，可随时调取用于早会诊或推广到多学科诊疗模式（MDT）中，尤其是对于需要进行手术的患者，学生可以观摩外科医生在三维模型上的术前定位及模拟手术过程，不受时间与空间的限制，打破学科壁垒，从而培养更全面、更系统的临床思维，明确临床的观察侧重点，进而更好地服务于临床。

4、将系统解剖、局部解剖、断层解剖和影像解剖有效结合起来

利用正常的二维图像进行三维可视化可以获得标准的解剖模型，即3D 数字解剖学系统（简称“数字人”），这一技术已经应用于国外及部分国内的系统解剖学教学中，并且已经获得了较好的效果。将ROI 的范围缩小，聚焦局部的器官进行分割、重建，便能得到详细的局部解剖信息。对于某一病变器官的特定病灶进行三维可视化处理，能够创建疾病的形态学数据集，从中挖掘出病变潜在的生长规律，实现与大数据及影像组学更好的接轨。在人机交互过程中，可以对图像进行任意旋转，不局限于常规的扫描基线，获得任一方向便于观察病变的断层图像。三维可视化真正实现了系统解剖、局部解剖、断层解剖与影像解剖的融合，是学生在学习过程中将四种解剖融会贯通，实现位置关系准确对应的重要媒介。

三、三维可视化技术的发展困境

三维可视化技术一个多学科交叉的前沿研究课题，涉及解剖学、计算机科学、生物力学、数学等多学科，其技术的发展和不断完善需要多学科共同协作

以满足临床和教学的需求，在理论和方法上亟待创新和发展。

总体而言，三维可视化主要依赖于计算机对数据的信息化处理得以实现，其最终的效果很大程度上取决于计算机各种软件的性能与精细程度。目前的软件系统种类繁多，参差不齐，且各类软件包括用于图像分割、图像配准及三维重建的软件，其相互间的数据兼容性及操作稳定性尚存在不确定性。并且，软件的开发和维护需要相关工学人员的参与，这无疑也会增加科室经费的支出。

另外，三维可视化的发展和应用对新时代高等医学教育者及规培生均提出了更高更新的要求，该方法需要掌握相关的图像后处理及三维立体数字化建模技术，从了解软件的相关功能到将三维可视化技术熟练应用于临床实践，尤其是在前期试验学习阶段，需要花费大量的时间和精力，具有一定的学习曲线。

四、结语与展望

目前美国、德国、日本、法国等发达国家都拥有自己的三维重建可视化技术。比较成熟的软件系统有美国EDDA 公司的IQQA-liver，德国Mevis、法国Myrian 以及日本的SYNAPSE VINCENT 等，我国南方医科大学、第三军医大学、福建医科大学等均已研究开发了具有自主知识产权的三维重建软件并投入临床应用。但因为费用、版权等各种客观因素，目前三维可视化技术并未在全国各级医院广泛应用。

三维可视化技术是影像诊断及教学中的重大创新，是与国际接轨的初探，也是科研成果转化的重要应用，实现了真正意义上的科教融合和产教融合，高度契合党中央的指示。

三维可视化在医学影像诊断学教学应用中无疑能取得良好的效果，使教学过程更加形象、生动，提升了教学质量，同样也创新了医学教育的培养方式，完善了医学影像诊断学实践教学体系。诚然，三维可视化技术虽然逐渐应用于多学科、多领域并取得了丰硕的成果，但在实际开展和运用过程中仍会遇到一些困难、曲折，制约着其在医学教育与实践中的推广。这就需要在校方和科室的共同支持下，医学影像与工学团队进行长期不断地沟通、摸索才能使得该项技术逐步成熟。聚焦三维可视化实现的每一个环节，尽量简化操作流程，选取学生最易接受的方法进行讲授，尽可能地将其在研究生学习中的效果发挥到最大化。相信在不久的将来，三维可视化能够更加广泛、灵活地应用于影像诊断教学中，为研究生打造更加高效、便捷的学习空间。