柏严　李鹏　陈丹丹　赵研　曹文利　勾若宇

摘要：目的  构建基于CT图像后处理技术的人体血管三维图像数据库，观察其在系统解剖学学习中应用效果。方法  于2018年3月～9月随机选取我校2018级影像专业的60名学生作为研究对象，随机分为对照组和研究组，各30名。对照组使用解剖图谱等传统学习方法，研究组使用由医学影像图像后处理工作站构建的正常人体血管系统数据库学习，学习结束后进行考试，通过问卷方式调查两组学生的学习效果反馈情况。结果  研究组学生的考试成绩为（82.59±4.28）分，及格率為100.00%。对照组学生考试成绩（71.45±3.78）分，及格率为80.31%，研究组学生平均成绩和及格率均高于对照组，差异具有统计学意义（P<0.05）;研究组学生对降低实验学习的难度、更易于理解和记忆、提高学习兴趣、三维或二维图像学习操作的难易程度、对学习效率的满意度等各项评分结果均高于对照组，差异均有统计学意义（P<0.05）。结论  在系统解剖学学习中使用基于CT后处理工作站构建的三维图像数据库可有效提升系统解剖学的学习效果，使学生更易于理解，有助于提高学习兴趣及效率。

关键词：脉管系统;三维重建;数据库;系统解剖学

中图分类号：G642                                     文献标识码：B                                DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.14.004

文章编号：1006-1959（2019）14-0008-03

Abstract：Objective  To construct a three-dimensional image database of human blood vessels based on CT image post-processing technology， and observe its application effect in systematic anatomy learning.Methods  From March to September 2018， 60 students from the 2018-level imaging major of our school were randomly selected as the research subjects， and were randomly divided into the control group and the research group， 30 each. The control group used traditional learning methods such as anatomical atlas. The research group used the normal human vascular system database constructed by the medical image post-processing workstation to conduct the examination after the end of the study， and investigated the learning effect feedback of the two groups of students through questionnaires.Results  The test scores of the study group students were （82.59±4.28） and the pass rate was 100.00%. The test scores of the students in the control group were （71.45±3.78）， and the pass rate was 80.31%. The average score and pass rate of the study group were higher than the control group， the difference was statistically significant （P<0.05）. The study group students were more difficult to understand the experimental study， easier to understand and remember， improves their interest in learning， 3D or 2D images. The scores of learning difficulty and satisfaction with learning efficiency were higher than those of the control group，the differences were statistically significant （P<0.05）.Conclusion  Using the 3D image database constructed by CT post-processing workstation in system anatomy learning can effectively improve the learning effect of system anatomy， making it easier for students to understand and help to improve learning interest and learning efficiency.

Key words：Vasculature;Three-dimensional reconstruction;Database;System anatomy

系统解剖学（System anatomy）是一门直观性很强的形态学科，是每个医学生必须掌握的基本知识。血管系统在系统解剖学实验教学中是一大难点，血管遍布人体全身，分支分布错综复杂，且由于软组织、骨骼的影响，仅通过实验课中的观察和课本二维平面抽象学习，对教师的教学和学生的学习都是极大的挑战。随着医学技术、计算机图像技术的高速发展以及计算机辅助临床教学的迫切需要，目前已出现多种图像的三维重建方法。三维图像后处理技术可以对人体的任何一个部位进行可视化观察[1]。本研究利用医学影像图像后处理工作站，对人体主要大血管进行三维重建，构建出血管系统三维数据库，学生通过该数据库学习，大大降低了老师的教学难度及学生的学习难度，现报告如下。

1对象与方法

1.1研究对象  于2018年3月～9月收集西安医学院2018级影像专业的60名学生作为研究对象，所有学生均为初次学习系统解剖学。按照随机数字表法分为研究组和对照组，各30名。研究组中男7名，女23名;年龄18～21岁，平均年龄（19.21±0.63）岁。对照组中男10名，女20名;年龄18～22岁，平均年龄 （19.28±0.69）岁。两组学生年龄、性别比较，差异无统计学意义（P>0.05），研究可比。

1.2方法

1.2.1三维图像数据库构建  收集西安医学院医学影像实验中心影像图像后处理工作站人体增强血管图像300例，包括人体全身各部位血管影像，年龄18～50岁，性别不限。选取多层螺旋CT动态增强扫描数据，扫描条件为：管电压120 kVp，管电流100 mAs，层厚1.25 cm，重建间隔1.6 mm，螺距1～1.25 mm。三维图像数据库构建方法：表面阴影显示（shaded surface display，SSD），最大密度投影（maximal intensity  projection，MIP），容积再现（volume rendering，VR）。使用图像后处理工作站进行全身血管的三维图像构建，胸腹部动脉等大血管部分可使用较大层厚，小血管及分支部分使用薄层扫描，重建出血管的形态及基本走向。再使用后处理技术对细节部分进行重建处理。使用不同颜色对动静脉及各分支进行显示，尽量使血管的形态，解剖结构及临近组织等得到最佳的显示[2]。

1.2.2学生学习方法  将重建后的血管系统三维图像数据应用到西安医学院2018级学生系统解剖学学习中，研究组学生使用三维数据库学习，对照组学生采取解剖图谱等传统模式学习。

1.3评价指标  设计试卷及问卷，通过试卷成绩比较两组同学的学习结果，总分100分，成绩在60分以上者为及格，考试后统计及格人数占总人数的比率。通过问卷方式调查两组学生的学习效果反馈情况，主要考察学生在降低实验学习难度，易于理解和记忆，提高学习兴趣，三维（二维）图像学习操作难易程度及学习效率的满意度等方面的看法，采用5分制进行量化打分，分数越高说明效果越好。

1.4统计学方法  本次研究数据使用SPSS 21.0中文版软件进行数据分析，计数资料以（%）表示，采用？字2检验，计量资料采用（x±s）表示，行t检验，P<0.05为差异具有统计学意义。

2结果

2.1两组学生考试成绩比较  研究组学生的考试成绩为（82.59±4.28）分，及格率为100.00%。对照组学生考试成绩（71.45±3.78）分，及格率为80.31%。研究组学生平均成绩和及格率均高于对照组，差异具有统计学意义（P<0.05）。

2.2两组调查问卷结果比较  研究组认为利用三维数据库学习血管系统，立体感强，能全面的了解血管系统的分支，流向以及正常与病理的比较更加直观。对解剖学学习很有帮助。而对照组也通过与研究组学习成果的对比，对三维数据库的学习兴趣明显提高，见表1。

3讨论

3.1基于CT图像后处理技术的血管成像特点  在数据库图像的处理过程中，依据不同部位血管的复杂程度及结构特点选取不同的后处理方法。①SSD显示适合显示复杂区域解剖结构的关系，逼真地显示增强血管的空间解剖结构，具有良好的空间立体感，在血管互相重叠和扭曲部对动脉与周围组织的空间关系显示比MIP更加直观，但其丢失信息较多，细节显示较差，要充分显示血管解剖结构，还需要选择合适的阈值，如果阈值调节过低，周围组织就有过多的显示;阈值调节过高，就会出现一些假象，并不适合将其作为显示冠状动脉的主要显示技术，同时在显示小血管分支受到限制[3]。②MIP是取每个像素的最大CT值进行投影，反映组织的密度差异，故对比度很高，可以广泛应用于血管的处理。但位于血管前方或后方的骨骼如脊柱，以及血管腔成非切线位的管壁钙化，尤其是环形钙化势必掩盖血管腔的显示。因此，为了消除骨和其他高亮度的结构影响，往往还需要做一些容积数据处理。③VR立体感丰富、边缘柔和，可准确观察血管整体形态及空间定位，在重建中细节显示真实，不丢失容积数据，可任意角度、任意方向轴向旋转，对比度好，不需要调节阈值，且可以保留二维数据信息，对血管的显示能弥补SSD的不足而得到最大程度的保留，有利于在不同角度与平面显示所保留的血管结构，既有良好的空间立体感，又有一定的显示血管系统的能力。但是由于数据多，占用计算机容量较大，重建较慢[4]。

3.2图像数据库的特点及在系统解剖学学习中的应用  在传统教学中对脉管系统的解剖教学普遍使用的是课本、课件图片及图谱结合的教学方式。这种教学方式在理解脉管系统时较为抽象，需要学生自己将二维图片转化为三维，具有个体差异性，加大了教学的困难程度。而三维数据库辅助教学将人体的血管分支直观的展现在学生面前，从空间上讲述每个血管的主干及分支的流向，形态特征等，再颜色区分开动静脉，以生动形象的方式进行教学。三维图像数据库图像采集于真实病例，与教学模型相比更真实，一些比较复杂且细微的结构都可以完整清晰的演示出来，不仅为学生提供了有效重复视觉刺激的学习机会，而且还为教师对教学效果评价提供了非常大的便利性[5]。数据库学习没有时间、地点等的限制，方式新颖，节约时间，并且数据库中的图像可以自由缩放，分辨率高，操作方便。同时，解剖实验室不能长时间对学生开放，学生学习时间有限。其次，解剖实验课上多人共同通过一位“大体老师”学习，存在着标本缺失，损毁，显示不清以及有一部分学生不能完全投入，不能清楚的理解解剖结构的問题[6]。而这一系列的问题，三维数据库的学习方式都能解决，老师通过电子设备实时教学，让每位同学都能参与其中，能清晰的观察到解剖结构。数据库不只是提供了血管系统的三维影像，还提供相邻的其他组织结构三维影像，以明确血管在人体中的具体走向、形态与周围组织的毗邻关系，结合“大体老师”理解更为深入。

3.3图像数据库的不足之处  任何一种教学方式都有利有弊，三维重建图像数据库也不例外。①在数据库制作过程中，由于经济限制、软件系统不够先进完善、数据量过多，需要大量的时间，并且难免会有一些差错，对于一些小血管显示的精细度还不足;②三维重建数据库的构建仍然需要结合人体解剖结构，才能更好地提高教学效果;③其建立需耗费大量的人力、物力和财力，尤其是对血管、神经等的分割与重建，往往需要计算机专业技术人员的协助才能完成，对工作人员的要求很高，并不能完全代替传统的教学方法;④这种学习方式可以使用各种电子设备进行学习，学生有时候会被电子设备上的其他无关事情吸引，容易分心。

总之，人体血管三维重建数据库打破了传统的局限的教学方式，降低了学生的学习难度和老师的教学难度，促进解剖学的学习。适合在广大医学生的解剖学学习中推广。

参考文献：

[1]高璐，张晓红，金海威，等.虚拟现实技术在口腔颌面部解剖及三维数字模型构建中的应用[J].中国组织工程研究，2015，19（46）：7492-7497.

[2]马锦怡，李鹏，喻国艳，等.基于CT图像后处理技术人体骨关节系统三维图像在影像解剖学学习中的应用价值[J].海南医学，2018，29（14）：1991-1993.

[3]李辉安，华正权，龚娜.MSCT非增强扫描三维重建技术在诊断动静脉畸形中的应用[J].实用放射学杂志，2017，33（3）：460-462.

[4]李月卿.医学影像成像理论[M].北京：人民卫生出版社，2016：205-208.

[5]朱光琼，刘建，唐谦，等.“数字人”解剖系统在系统解剖学实验教学中的应用探索[J].四川解剖学杂志，2016，24（1）：40-41.

[6]鲁雪红，王伟.影像解剖学教学中CT图像及三维重建的应用分析[J].医药前沿，2017，7（20）：392-393.

收稿日期：2019-4-9;修回日期：2019-4-22

编辑/王朵梅