陳丹丹　李鵬　柏嚴　趙研　曹文利　勾若宇

【摘 要】目的：構建基于CT圖像后處理技術的人體血管三維圖像數(shù)據庫，用于觀察其在影像解剖學學習中應用效果。方法：對照組為我學院2016級影像技術專業(yè)學生，使用解剖圖譜等傳統(tǒng)學習方法。研究組在學習中使用基于CT后處理技術的正常人體血管系統(tǒng)圖庫。兩組學習結束后同時進行考試并填寫調查問卷，進行統(tǒng)計學分析。結果：對比兩組同學的成績平均值，研究組學生的測試平均值為（82.59±4.28）分，明顯高于對照組（71.45±3.78）分，差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）;對降低學習難度、易于理解和記憶、提高學習興趣、學習效率的提高、血管三維數(shù)據庫的滿意度進行調查，結果顯示，研究組學習效果評分結果均優(yōu)于對照組，各項評分結果比較差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。結論：在影像解剖學學習中使用基于CT后處理工作站構建的人體血管系統(tǒng)三維圖像數(shù)據庫可有效提升影像解剖學中血管系統(tǒng)的學習效果。

【關鍵詞】血管系統(tǒng);三維重建;數(shù)據庫

中圖分類號： R322;R319文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）19-0225-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.108

影像解剖學是利用醫(yī)學影像學成像方法研究人體正常形態(tài)結構的一門學科，對掌握良好的解剖學知識，理解人體各器官的形態(tài)結構、位置和毗鄰關系及相關成像技術至關重要，血管系統(tǒng)影像解剖的學習是難點之一，其呈現(xiàn)方式包括血管斷層圖像及各種造影圖像，要求學生具有很好的空間想象力，在腦海里建立起血管系統(tǒng)較為完整的空間走形分布，這也是解剖課程學習中的一大難點。以往的學習中主要采用血管影像圖像與解剖圖譜相結合的方法，學生對血管的走形分布的理解往往不能形成立體、直觀的印象，對教學和學生學習都具有一定難度[1]。本課題研究利用醫(yī)學影像圖像后處理工作站，對人體主要大血管進行三維重建，構建出血管系統(tǒng)三維數(shù)據庫用于影像解剖學教學，將血管系統(tǒng)的形態(tài)分支立體的展現(xiàn)，以降低教學難度和學生學習難度[2]。

1 材料和方法

（1）一般材料利用西安醫(yī)學院醫(yī)學影像實驗中心PACS系統(tǒng)中CT血管掃描520例，其中性別、年齡不限，掃描方式為多層螺旋掃描，管電壓120kvp，管電流自動調節(jié)，層厚0.625～1.25mm，重建間隔1.6mm，螺距1～1.25。隨機選取60名學院2016級影像技術專業(yè)學生設為研究組和對照組各30人。

（2）構建人體正常血管三維圖像數(shù)據庫精選人體血管螺旋CT增強圖像數(shù)據導入影像圖像后處理工作站中重建人體血管系統(tǒng)三維圖像，具體包括容積再現(xiàn)（Volume rendering VR），表面影陰遮蓋（Surface Shaded Display SSD）、最大密度投影（Maximum Intensity Projection? MIP）等，利用圖像三維處理的閾值設定選擇擬重建部分，盡量使圖像方位角度、主要結構及附屬結構得到最優(yōu)顯示，并對圖像進行切割，選取興趣區(qū)域。對三維重建獲得的圖像標注正確的結構名稱，按照部位分類編號存儲，構成人體正常血管三維圖像數(shù)據庫。

（3）影像解剖學學習效果對比 將構建的人體血管數(shù)據庫應用到我學院2016級影像技術專業(yè)學生影像解剖學的學習中，設立研究組及對照組，各隨機選取30名志愿者，研究組學生在學習期間使用血管三維圖像數(shù)據庫輔助課程學習，對照組則是傳統(tǒng)教學模式。學習結束后對兩組學習效果進行試卷測試及問卷調查。試卷內容及調查問卷自行設定，調查項為是否降低學習難度、是否易于理解和記憶、是否提高學習興趣、對三維圖像數(shù)據庫或傳統(tǒng)教學的滿意度及是否提高學習效率，對五項進行量化打分，再統(tǒng)計分析， 評分標準參考LIKERT五分量表法。

（4）統(tǒng)計學方法 應用SPSS21.0中文版軟件進行數(shù)據分析，t檢驗進行兩組統(tǒng)計結果間比較，兩組對比具有顯著差異， P<0.05，具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

（1）兩組學生的成績測評研究組學生的測試平均成績?yōu)?2.59±4.28分，及格率為100%。對照組學生的測試平均成績?yōu)?1.45±3.78分，及格率為80.31%。研究組無論是平均成績還是及格率均高于對照組，差異具有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。

（2）兩組學生的學習效果反饋 采用人體血管三維數(shù)據庫明顯降低了學習的難度，提高了學生學習興趣和效率。與對照組相比，研究組對三維圖像數(shù)據庫的滿意度更高，認為其更易于理解和記憶，對影像解剖學的學習有很大的幫助。兩組學生的學習效果比較、差異均有統(tǒng)計學意義（P<0.05），見表1。

問卷分別設置了以下五個問題，采用五分制對問題進行打分。結果如下。

表1 兩組學生的學習效果反饋比較[3]（X±S，分）

3 討論

1）圖像后處理技術的選擇血管系統(tǒng)數(shù)據庫應用后處理技術依據其不同部位血管的特點及觀察目的選擇不同方法[3-4]：（1）表面陰影顯示（SSD）只保留所選CT閾值范圍內的像素，可觀察只保留部位的血管結構，將超出CT閾值的像素透明處理，并采用計算軟件模擬的光源成像技術得到重組的三維圖像，立體感、真實感很強，完整展現(xiàn)解剖結構的三維形態(tài)，逼真地顯示增強血管的空間解剖結構，在血管互相重疊和扭曲部對動脈與周圍組織的空間關系顯示比MIP更加直觀易理解，但受閾值影響明顯，如果閾值調節(jié)過低，血管的顯示毛躁，周圍組織就有過多的顯示;閾值調節(jié)過高，就會出現(xiàn)一些假象，同時顯示小血管分支受限制。（2）最大密度投影（MIP）是將沿視角方向上的數(shù)據中的最大CT值的像素保留，且被投影到二維平面上，得到重建后的圖像能夠充分展現(xiàn)出組織之間的高密度，以及密度之間的差異，且可以任意角度旋轉及對感興趣區(qū)域外的重建，能顯示出細微密度差別。MIP技術在SSD技術的基礎上進行，能使圖像的層次感更強烈。因其反應的是像素的最大密度值，因此周圍高密度的結構可能影響對動脈血管的觀察，為了能更清晰的顯示動脈，必須進行大量耗時的編輯減切工作，同時能顯示更多次級血管分支。主要優(yōu)勢是能較好顯示小血管及強化不佳的血管結構。（3）容積再現(xiàn)（VR）是通過對三維圖像的預處理，將三維數(shù)據投影到二維屏幕上，其保持了其保持了原圖像中的模糊信息，在原圖像物體邊界難以清晰分割時具有較大優(yōu)勢。VR圖像立體感豐富，邊緣柔和，可準確觀察血管整體形態(tài)及空間定位，在重建中細節(jié)顯示真實，特別是對復雜解剖結構如血管的觀察有很大幫助，不丟失容積數(shù)據，可任意角度、任意方向軸向旋轉，不需要調節(jié)閾值，且可以保留二維數(shù)據信息，對血管的顯示能彌補SSD的不足而得到最大程度的保留，有利于在不同角度與平面顯示所保留的血管結構。

（2）人體血管三維圖像數(shù)據庫在醫(yī)學影像解剖學學習中應用的優(yōu)勢 本研究中利用螺旋CT增強掃描數(shù)據和影像圖像后處理技術構建人體血管三維圖像數(shù)據庫，直觀、形象地展示血管解剖的三維結構，使初學者明確血管在人體中的具體走向、形態(tài)與周圍組織的毗鄰關系， 更易于學生對人體血管走形分布的理解， 將標本、圖譜不易觀察的血管結構清晰顯示，克服了傳統(tǒng)教學的不足[5]。形象的三維圖像，激發(fā)學生主動學習的興趣、活躍學習氛圍、提高學習效率的同時進一步提高教學質量。另一方面三維數(shù)據庫為電子讀物，通過手機等信息化工具可隨時隨地瀏覽學習，在遇到問題時也可隨時在線上交流并在沒有紙筆的情況下及時做好標記，具有實時性、高效性、方便攜帶不易丟失損壞，彌補了傳統(tǒng)解剖教學中結構顯示不清難以理解、標本缺乏[6]、易毀損、圖譜厚重不方便攜帶等困難。另一方面也推動了教學的發(fā)展，使教學形式更具多樣性、先進性。通過調查使用三維數(shù)據庫的研究組表示形象的三維數(shù)據庫、不同偽彩的視覺沖擊能夠激發(fā)大家主動學習的興趣并提高學習效率。對調查數(shù)據分析后發(fā)現(xiàn)，相比于對照組對傳統(tǒng)教學在降低學習難度、易于理解和記憶、提高學習興趣及提高學習效率等多項內容的評價，研究組對三維圖像數(shù)據庫的評分明顯更高。值得一提的是對照組滿意度2.07±0.63分，而研究組滿意度達到3.13±0.57分，說明利用現(xiàn)代信息化工具和影像數(shù)據庫相配合是目前受學生歡迎的一種學習方式，這也提醒我們今后教學發(fā)展的趨勢和方向。我國近些年電腦技術以及移動通信技術得到了飛速發(fā)展，多媒體教學系統(tǒng)在教育教學得到了一定程度的普及，但是多媒體教學更多的方式是播放PPT以及相關影像資料，其教育傳播能力較強，但是對影像解剖學該類醫(yī)學教學領域，傳統(tǒng)多媒體教學以及標本學習其教育作用進一步降低[1-7]，現(xiàn)如今利用三維數(shù)據庫配合多媒體教學，有利于學生在課堂上通過人體血管三維圖像了解人體血管解剖結構，使學生產生更為直觀的感受，增強視覺沖擊，學生學習效果增強顯著，極大地簡化教師的表述，增進學生的理解，提高學生主觀求知的積極性、便利性，促進學生學習內容及形式的多樣化，對提高教學質量具有積極作用，是一種實用的教學及學習手段。

（3）研究的不足之處 血管系統(tǒng)三維數(shù)據庫在影像解剖學教學中有著極大的優(yōu)勢，但也存在明顯的不足[8]。圖像數(shù)據庫的構建工作量巨大，需選擇較好的血管增強病例，細致化圖像分割處理工作，要求制作者具有良好的血管解剖學基礎，并有足夠的耐心、精力。另外，在解剖學尸體標本上血管解剖結構眾多，一些細微結構眾多，而本研究中構建的血管圖像數(shù)據庫血管遠端精細化程度尚不足、只能提供一些相對較大的血管數(shù)據供大家學習。數(shù)據庫中的血管解剖結構是由三維重建而來，顏色也是人為著色，與實際的尸體標本有一定的色差，因此血管解剖知識的學習不能完全依賴于血管系統(tǒng)三維數(shù)據庫，仍需要人體標本和三維數(shù)據庫的相互結合[9]。同時操作者圖像后處理經驗有限，存在圖像重建技術選擇不當，導致圖像在一定程度上失真?；谝陨显虮狙芯克鶚嫿ㄈS圖像數(shù)據庫尚不夠完善。

綜上所述，基于CT圖像后處理技術的人體血管三維數(shù)據庫在影像解剖學血管系統(tǒng)中的應用可以降低學習難度，使得學生更易于理解人體血管的空間分布、走向、形態(tài)與周圍組織的毗鄰關系，為后期學習影像診斷學、介入放射學等專業(yè)課程打下堅實的基礎。同時也降低教師對人體血管講解難度，提高了授課效率[10]。另一方面隨著現(xiàn)代信息化技術在醫(yī)學領域的不斷深入， 數(shù)字醫(yī)學已滲透至整個醫(yī)學科技領域[11-13]。教學已成為我國乃至世界醫(yī)學教育改革的主要方向， 它不僅將改變傳統(tǒng)的醫(yī)學教育觀念，而且有助于醫(yī)學教育教學質量和效果的提高。因此，該方法的應用極大地提高了學生的學習效率和質量，有效地推動了醫(yī)學教育的發(fā)展方向，是一種簡單、易行且有效的人體血管影像解剖輔助學習手段，有一定的推廣價值。

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