丁思萱，郝 清，劉懷軍，朱青峰

(1.河北醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院2016級(jí)，河北 石家莊 050000；2.河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院影像科，河北 石家莊 050017；3.河北醫(yī)科大學(xué)影像學(xué)院智能醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050017)

3D+人體可視化軟件是計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computer Tomography,CT)三維重建技術(shù)的再發(fā)展，基于CT圖像數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)將人體器官、血管、病變的形態(tài)結(jié)構(gòu)、空間分布通過面繪制技術(shù)進(jìn)行三維重建。該軟件便于了解人體結(jié)構(gòu)，在深入學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上更宏觀地理解解剖斷面結(jié)構(gòu)和三維立體結(jié)構(gòu)，提高對(duì)重建過程中所接觸疑難病例的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)的理解程度，搭建起由基礎(chǔ)知識(shí)向臨床應(yīng)用過渡的橋梁。對(duì)于臨床醫(yī)生和教師，此軟件具有操作方便，簡(jiǎn)單易學(xué)等優(yōu)勢(shì)。然而對(duì)于知識(shí)儲(chǔ)備較少、尚未接觸過臨床的醫(yī)學(xué)生或不曾學(xué)習(xí)過相關(guān)軟件的人員，想要熟練掌握此軟件的使用方法，仍舊是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。筆者提出了快速學(xué)習(xí)該軟件的方法并進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)重建過程中部分疑難問題的解決經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行論述，旨在使初學(xué)者高效利用此軟件，突破三維重建過程中的瓶頸。

1 資 料 與 方 法

1.13D+人體可視化系統(tǒng)軟件介紹 3D+人體可視化系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)品是深圳市旭東數(shù)字醫(yī)學(xué)影像技術(shù)有限公司于2012年在國(guó)內(nèi)率先研發(fā)的為中國(guó)外科醫(yī)生實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)外科手術(shù)提供的智慧工具，近年來，該軟件不斷更新，當(dāng)前使用的版本為IPS2.0.4.5。目前，3D+人體可視化系統(tǒng)已在上海第二軍醫(yī)大學(xué)附屬東方肝膽醫(yī)院、南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院、中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院、浙江大學(xué)邵逸夫醫(yī)院、香港中文大學(xué)等國(guó)內(nèi)外多家大型三甲醫(yī)院使用。通過數(shù)千例臨床驗(yàn)證，3D+人體可視化軟件得到臨床專家們的一致認(rèn)可。

1.2提出方法 首先廣泛了解一些重建知識(shí)，對(duì)學(xué)習(xí)軟件產(chǎn)生一定的興趣，認(rèn)識(shí)界面與工具，導(dǎo)入數(shù)據(jù)后學(xué)習(xí)閱片知識(shí)并確定重建目標(biāo)應(yīng)選擇的期相，準(zhǔn)備重建。然后調(diào)節(jié)窗寬窗位，突出顯示重建目標(biāo)，根據(jù)噪聲大小選擇是否降噪，進(jìn)行三面定位，選中重建目標(biāo)，選擇相應(yīng)的重建工具，根據(jù)不同類型的重建目標(biāo)選擇不同的方法進(jìn)行初步重建，如重建動(dòng)脈血管時(shí)可選擇閾值提取的方法，重建臟器可以選擇人工智能算法或種子點(diǎn)點(diǎn)取的方法，重建下腔靜脈或者占位時(shí)可以選擇手工重建，隔層畫出感興趣區(qū)，重建層數(shù)較少的部位如結(jié)石時(shí)可以使用新建分割，重建對(duì)比劑充盈的膀胱或腎盞腎盂及輸尿管時(shí)，可以選擇體繪制重建的方法，直接提取出來。初步重建后在三維圖形上進(jìn)行初步優(yōu)化，映射回二維數(shù)據(jù)界面，在二維圖像上進(jìn)行修補(bǔ)優(yōu)化后再進(jìn)行三維重建。

1.3研究對(duì)象 隨機(jī)選取于2019年3月30日進(jìn)入河北醫(yī)科大學(xué)智能醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)室(未接觸過三維可視化)的同學(xué)16名進(jìn)行研究，隨機(jī)分為2組，每組8名。試驗(yàn)組按上述方法進(jìn)行泌尿系統(tǒng)重建的講解教學(xué)，對(duì)照組通過自主學(xué)習(xí)操作手冊(cè)和觀看實(shí)驗(yàn)室老師重建示范進(jìn)行常規(guī)學(xué)習(xí)。

1.4學(xué)習(xí)方法效果評(píng)價(jià) 對(duì)2組學(xué)員進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試分為動(dòng)脈血管重建、腎臟重建、腎盞腎盂及輸尿管重建，考察其對(duì)重建方法的掌握程度、重建質(zhì)量、本方法的作用效果，每項(xiàng)滿分為30分，共計(jì)90分。依據(jù)智能醫(yī)學(xué)影像實(shí)驗(yàn)室階段測(cè)評(píng)考核評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(有無漏建、錯(cuò)建，真實(shí)性，完整性)進(jìn)行評(píng)分，實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用考試單項(xiàng)成績(jī)和總成績(jī)。

動(dòng)脈血管重建：①滿分標(biāo)準(zhǔn)為腎動(dòng)脈與髂動(dòng)脈重建完全，正確重建出四級(jí)血管分支，血管整體平滑，無多余組織，二維分割數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，記30分；②扣分標(biāo)準(zhǔn)為血管二級(jí)分支每少一條扣10分，三級(jí)分支每少一條扣3分，四級(jí)分支少一條扣1分，錯(cuò)誤重建一條分支扣2分，每帶出一處其他組織扣2分，血管不平滑扣2分，二維分割數(shù)據(jù)部分膨脹或縮小扣2分。

腎臟重建：①滿分標(biāo)準(zhǔn)為左腎右腎分開標(biāo)識(shí)，腎皮質(zhì)完整準(zhǔn)確，腎髓質(zhì)空心，腎門處無大血管分支，二維分割數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，記30分；②扣分標(biāo)準(zhǔn)為左、右腎未分開標(biāo)識(shí)或標(biāo)識(shí)錯(cuò)誤扣5分，腎皮質(zhì)每一處缺損扣2分，腎髓質(zhì)重建過多扣2分，腎門處每出現(xiàn)一條二級(jí)分支血管扣2分，二維分割數(shù)據(jù)映射偏大或偏小扣2分。

腎盞腎盂及輸尿管重建：①滿分標(biāo)準(zhǔn)為左、右腎盞腎盂輸尿管分開標(biāo)識(shí)，重建光滑完整，未充盈部分補(bǔ)充完全，二維分割數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，記30分；②扣分標(biāo)準(zhǔn)為左右腎盞腎盂輸尿管未分開標(biāo)識(shí)或標(biāo)錯(cuò)扣5分，腎盞腎盂有少量錯(cuò)誤重建或遺漏重建每處扣2分，輸尿管補(bǔ)充不全每處扣2分，輸尿管未補(bǔ)充扣4分，二維分割數(shù)據(jù)偏大或偏小扣2分。

本次采用的測(cè)評(píng)數(shù)據(jù)圖像質(zhì)量良好，動(dòng)脈血管可清晰辯識(shí)四級(jí)血管分支，右側(cè)輸尿管近膀胱側(cè)對(duì)比劑不充盈。

圖1 教學(xué)方法

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 應(yīng)用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件分析數(shù)據(jù)。計(jì)量資料采用兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

試驗(yàn)組動(dòng)脈血管重建成績(jī)和總成績(jī)均優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；2組腎臟重建和腎盞腎盂輸尿管重建成績(jī)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)，見表1。

表1 試驗(yàn)成績(jī)測(cè)定結(jié)果 分)

3 討 論

被認(rèn)為是第四次工業(yè)革命的人工智能化時(shí)代已經(jīng)到來，隨著科技的發(fā)展，智能醫(yī)療技術(shù)不斷提高，三維重建技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已嶄露頭角，應(yīng)用效果顯著,成功案例層出不窮[1-5]。

基于3D+人體可視化軟件學(xué)習(xí)解剖知識(shí)會(huì)對(duì)人體各器官組織位置關(guān)系及形態(tài)結(jié)構(gòu)更加熟悉，但初次接觸三維可視化軟件時(shí)往往難以掌握其使用方法。按照軟件操作手冊(cè)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)時(shí)，初學(xué)者易出現(xiàn)難以辨認(rèn)清某些解剖結(jié)構(gòu)、遺漏重建血管、選擇工具不當(dāng)而導(dǎo)致臟器邊緣缺損或不知選用何種方法進(jìn)行重建等問題，且完整地閱讀學(xué)習(xí)手冊(cè)耗費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，學(xué)習(xí)效果不理想。

本研究表明，試驗(yàn)組對(duì)該軟件的總體掌握情況優(yōu)于對(duì)照組，尤其對(duì)于血管重建(P<0.05)，使用該方法具有良好的重建效果。首先，整體了解軟件用途有助于提高學(xué)習(xí)興趣。在本試驗(yàn)中，同學(xué)們應(yīng)用軟件，將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐，結(jié)合醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)，認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)該軟件的價(jià)值，提升學(xué)習(xí)興趣，愿意投入更多時(shí)間和精力用于學(xué)習(xí)。其次，同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)中系統(tǒng)復(fù)習(xí)了影像學(xué)相關(guān)知識(shí)，從閱片入手，按照一定的順序，調(diào)節(jié)合適的窗寬窗位，認(rèn)識(shí)正常圖像中的各個(gè)結(jié)構(gòu)，與系統(tǒng)解剖學(xué)相結(jié)合，從橫斷面、冠狀面、矢狀面分別熟悉各器官每一層的形態(tài)，對(duì)比觀察，重點(diǎn)關(guān)注器官的大小形態(tài)密度變化，認(rèn)清臟器之間或臟器與血管之間的毗鄰關(guān)系。在閱片時(shí)除了觀察圖像以外，要求關(guān)注患者的診斷結(jié)果和基本資料，包括性別、年齡、掃描層厚、各部位的CT值等[6]。 再次，了解CT圖像的產(chǎn)生原理和期相的切割劃分，有利于同學(xué)們?cè)谌S重建過程中合理地選擇期相和正確地判斷病變的精準(zhǔn)解剖結(jié)構(gòu)和病理學(xué)特征。CT圖像主要分為平掃圖像、增強(qiáng)掃描圖像和血管造影圖像，其中CT平掃是指不用對(duì)比劑增強(qiáng)或造影的CT掃描，可以顯示器官的基本形態(tài)、出血、液體、結(jié)石、鈣化等病變。當(dāng)病變部位與周圍組織密度相近時(shí)，CT平掃則無法確診，需要注入碘造影劑，進(jìn)行CT增強(qiáng)掃描，觀察病變的血供情況、病灶的強(qiáng)化程度等表現(xiàn)，判斷病變性質(zhì)[7-8]。根據(jù)是否注入造影劑和注入后其在臟器和血管內(nèi)的代謝，期相可分為平掃期、動(dòng)脈期、門靜脈期、靜脈期、延遲增強(qiáng)掃描期。其中螺旋CT平掃是高密度結(jié)石重建的金標(biāo)準(zhǔn)[9]；動(dòng)脈期是指當(dāng)對(duì)比劑進(jìn)入動(dòng)脈血管時(shí)，動(dòng)脈血管顯影明顯，可選擇該期重建動(dòng)脈血管；門靜脈期是指對(duì)比劑注入門靜脈后，各腹腔臟器顯影明顯，是重建器官和門靜脈的首選；靜脈期是指對(duì)比劑經(jīng)過肝靜脈入下腔靜脈的過程，可選擇該期重建肝靜脈；延遲增強(qiáng)掃描是對(duì)比劑代謝到腎臟、腎盞腎盂及輸尿管的過程，應(yīng)選擇該期重建泌尿系統(tǒng)臟器，以達(dá)到結(jié)構(gòu)影像學(xué)與功能影像學(xué)相結(jié)合的精準(zhǔn)診斷[10]。上述所說為基本情況的選擇，對(duì)于特殊顯影的圖像還應(yīng)靈活選擇，同時(shí)也需考慮最終的多期融合配準(zhǔn)問題，選擇最恰當(dāng)?shù)钠谙噙M(jìn)行重建。在重建過程中，疑難病例需要突破常規(guī)重建方法，從重建方法的特點(diǎn)和病例圖像的特點(diǎn)兩方面思考，選擇幾個(gè)恰當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行重建，驗(yàn)證出一個(gè)最省時(shí)且效果最好的方法[11]，如對(duì)于無法從體繪制提取的膀胱采用手工重建。

在本研究中進(jìn)行基礎(chǔ)重建方法教學(xué)，主要分為5類，分別是“器官重建、血管重建、手工重建、新建分割、體繪制”，學(xué)員在了解不同的結(jié)構(gòu)所采取的重建方法及原因后進(jìn)行自主選擇。密度相近的部位可直接用器官重建，通過點(diǎn)取種子點(diǎn)的方式獲得；對(duì)于形狀較規(guī)則，但密度有一定差異，且層數(shù)較多的臟器可用手工重建，如壁膜增厚的膽囊，其由于膜層和膽囊腔密度的巨大差異，無法用種子點(diǎn)獲得，則采用手工重建；對(duì)于層數(shù)較少、面積較小的部位可用新建分割，涂畫出所需部位；血管通常采用血管重建；對(duì)于對(duì)比劑充盈的器官可使用體繪制的方法直接進(jìn)行提取重建。在數(shù)據(jù)重建過程中也應(yīng)靈活運(yùn)用其他方法，如制作包含占位的腎臟時(shí)可使用數(shù)據(jù)相加減的方法。工具分為圖像處理工具和圖形處理工具，前者用于二維圖像的處理，主要是對(duì)感興趣區(qū)的補(bǔ)充和刪除；后者用于三維圖形的處理，主要是圖形的裁剪、優(yōu)化和定位。本研究對(duì)二維和三維轉(zhuǎn)化這一難理解問題進(jìn)行重點(diǎn)講解，初學(xué)者最易困惑的是“面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)分割數(shù)據(jù)”的含義，三維重建的圖形稱為面數(shù)據(jù)，映射至二維的圖像稱為分割數(shù)據(jù)。對(duì)于二維圖像所提取感興趣區(qū)和三維圖形的修改應(yīng)用不同區(qū)域的工具，通過“重建”操作使二維圖像上的感興趣區(qū)轉(zhuǎn)化為三維立體結(jié)構(gòu)，通過“面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)分割數(shù)據(jù)”操作使三維圖形映射到二維圖像上。有時(shí)影像分割的不足直接限制組織結(jié)構(gòu)的對(duì)比程度，影響圖像效果，影響深度學(xué)習(xí)和智能化技術(shù)的科學(xué)實(shí)現(xiàn)，Wu等[12]曾利用CT圖像構(gòu)建骨骼、脂肪、軟組織像素與解剖部位的變化曲線，確定三維圖形的器官位置與形態(tài)，極大地提高了對(duì)組織病變的診斷。

對(duì)于初學(xué)者而言，不應(yīng)該機(jī)械地去記憶操作步驟，而應(yīng)該了解每一操作步驟所能達(dá)成的目的及所要求的目標(biāo)效果。本研究顯示按照筆者提出的方法，能使初學(xué)者對(duì)重建方法及操作目的和流程有明確的認(rèn)識(shí)，提高重建效率和重建結(jié)果的準(zhǔn)確性，也為自主應(yīng)用該軟件打下良好的基礎(chǔ)。

初學(xué)者多次利用本方法學(xué)習(xí)軟件時(shí)，還應(yīng)注重積累經(jīng)驗(yàn)和歸納總結(jié)。一方面重點(diǎn)關(guān)注一些不易把握形態(tài)、邊界和位置的組織，如重建腫瘤占位時(shí)，要把握好邊界、大小，真實(shí)占位周圍的血管應(yīng)該反復(fù)查找，重點(diǎn)關(guān)注；尋找腎上腺時(shí)應(yīng)注意其位置與腎上腺的關(guān)系，左腎上腺呈半月形，右腎上腺呈三角形，橫斷面顯示為人字形[13]，在重建泌尿系統(tǒng)數(shù)據(jù)時(shí)，注意不要將其畫為靜脈血管；重建肝尾狀葉需注意其形態(tài)的多樣性，肝尾狀葉呈左大右小不規(guī)則靴形，位于肝臟的后方， 并以半環(huán)狀環(huán)抱肝后段下腔靜脈。其上界為3支肝靜脈匯入下腔靜脈的根部，下界游離，被肝十二指腸韌帶和小網(wǎng)膜覆蓋，前界是肝橫裂的后緣，后界半環(huán)繞或偶有全環(huán)繞下腔靜脈，左側(cè)界為臍靜脈韌帶溝，右側(cè)界和肝實(shí)質(zhì)無明顯分界線[14]；重點(diǎn)關(guān)注淋巴結(jié)位置，尤其注意食管后、心底下、肝門部、胰周圍；注意胰頭周圍組織，與腸管邊緣區(qū)的分界，及時(shí)總結(jié)膽總管與胰頭的關(guān)系，胰頭前方為小網(wǎng)膜囊、橫結(jié)腸系膜、胃體和十二指腸升部，胰頭上方有肝總動(dòng)脈走行，胰頭下方為十二指腸水平部包繞，胰頭右上與胃幽門竇、十二指腸上部相鄰，胰頭左側(cè)為腸系膜上動(dòng)、靜脈，胰頭后方有下腔靜脈、膽總管和右腎靜脈走行[15]，胰腺癌的發(fā)病率逐年升高，CT掃描有成為胰腺癌主要影像學(xué)篩查手段的趨勢(shì)[16]；注意膽管系統(tǒng)的毗鄰關(guān)系，某些膽道系統(tǒng)疾病如肝門部膽管癌，早期診斷困難，易侵犯肝臟及周圍血管、神經(jīng)、淋巴結(jié)，預(yù)后較差[17]，在重建膽總管時(shí)，應(yīng)注意肝總管與膽囊管的銜接形態(tài)，并重點(diǎn)觀察膽胰腸結(jié)合部[18]。另一方面是注意積累血管重建技巧，當(dāng)動(dòng)、靜脈亮度相似時(shí)，調(diào)節(jié)窗寬窗位，窗寬的大小直接影響圖像的對(duì)比度，黑白對(duì)比度大時(shí)，有利于密度差異小的組織或結(jié)構(gòu)顯示，黑白對(duì)比度小時(shí)，有利于密度差異大的組織或結(jié)構(gòu)顯示，合適地選擇窗寬窗位才能保證CT圖像的識(shí)別質(zhì)量；重建血管還需多層面觀察，關(guān)注其來源和流向及最終匯入部位，沿每一條血管找到其來源和去路，結(jié)合病因分析，則易于識(shí)別血管；觀察CT掃描質(zhì)量，盡可能通過閾值分析提取出所需血管，對(duì)于CT值相近的部分，可分步提取，通過“數(shù)據(jù)相加減”進(jìn)行合并，減少手繪，節(jié)省時(shí)間；在繪制血管細(xì)小分支時(shí)，最好每次只補(bǔ)涂1條，避免血管中斷或重建錯(cuò)誤；手繪血管易呈片狀或不圓潤(rùn)，可以映射回二維，通過改進(jìn)移動(dòng)立方體重建出來。最后注意一些罕見疾病，如馬蹄腎，即指兩側(cè)腎臟的上極或下極相融合，為少見的先天性泌尿系統(tǒng)疾病，其中間部位不易劃分左右，多重建為一個(gè)整體，且由于其特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)，常并發(fā)結(jié)石、囊腫、腫瘤及其他泌尿系統(tǒng)疾病[19]，因此在閱片時(shí)，要觀察仔細(xì)，重點(diǎn)關(guān)注病變部位。

人體解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜且變異繁多，掌握解剖學(xué)是醫(yī)學(xué)生需要攻克的一大難關(guān)。學(xué)生在日常學(xué)習(xí)中模式較為單一，以理論授課聯(lián)合模型觀察的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)[20]，難以發(fā)揮空間聯(lián)想能力，效果不甚理想，三維可視化技術(shù)為破解此難題提供了新的方法及思路。運(yùn)用三維可視化分析軟件，在計(jì)算機(jī)上建立各系統(tǒng)的三維圖形，可以清晰顯示臟器的大小、形態(tài)、血管走形、占位的大小位置及與主要管道的空間位置關(guān)系等，有利于深化理解解剖學(xué)科，為后續(xù)學(xué)習(xí)各科目奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)良好的形象思維。

綜上所述，以高效的學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)三維可視化軟件，注重積累經(jīng)驗(yàn)，提高軟件的掌握水平，夯實(shí)學(xué)習(xí)者的解剖基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和主動(dòng)性，有利于學(xué)習(xí)者自我探索，提高綜合素質(zhì)。