血管3D可视化研究在解剖学教学中的应用

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【摘 要】目的：探讨运用血管造影技术，获取血管X图像、CT断层图像、血管3d可视化图像，及其血管CT数据集，利用计算机辅助软件，结合多媒体设备开展人体解剖学教学初步探讨。方法：尸体血管整体造影填充剂灌注后，行X线水平摄影获取血管图像；再行无间距CT 扫描，获得血管CT数据集导入重建软件，构建人体血管3D可视化图像，利用计算机辅助软件，结合多媒体设备展开人体解剖学教学。结果：人体血管3D可视化虚拟模型在计算机软件和硬件的支持下结合多媒体设备开展解剖学教学，取得非常满意的教学效果。结论：人体血管3D可视化虚拟模型实用于解剖学教学的需要。

【关键词】血管造影；3D可视化；模型；解剖学教学；应用

【中图分类号】R602 【文献标识码】A 【文章编号】1004-7484（2012）12-0525-01

随着医学与信息技术、计算技术的结合，医学知识信息化、网络化、科普化，新理论、新知识、新技术也在迅速诞生，使医学数字化成为当今研究与应用中的热点，也为数字化虚拟人体解剖学教学提供了一个前所未有的机遇。自“美国可视人（VHP）”的CT、MRI和切片图像图像数据集完成，改变了医学可视化的模式，为计算机图像处理和虚拟现实技术进入医学领域敞开了大门，使三维重构图像处理技术以空前的速度得以普及，VHP项目成为信息技术和医学结合的重大创新工程[1-4]。

近年成功应用数字减影技术[5-8]进行人体血管三维重建研究，该方法结合了影像医学和计算机科学的最新成果，运用信息技术建立三维的、可视的、可调控的、虚拟的数字化人体血管各个层次的计算机模型，实现了由二维变三维、由平面变立体、由静态变动态的模式。有关运用“中国数字人”数据，构建部分人体结构（血管）进行解剖学教学探讨已有报道[9-10]。本文探讨运用血管造影术获取X线图像、CT片、血管CT数据集、血管3D可视化图像，利用计算机辅助软件，结合多媒体设备开展人体解剖学教学应用。

1 人体血管3D可视化标本数据的获取和模型的构建

1.1 尸体血管造影填充剂铸型

选用新鲜无外伤、无畸形、无血管疾病、自然死亡的尸体，常规消毒处理后，于一侧股动脉血管进行插管，5%生理盐水枸橼酸钠溶液行管道冲洗，尔后采用现配制的0.25g/ml氧化铋或氧化铈-聚乙烯醇悬浮液填充剂[7-8]进行血管灌注，其量外1500-2000 ml，灌注完将标本放入冷冻冰柜30，以使填充剂充分凝固。

1.2 尸体血管X线摄影与CT扫描

人体血管3D可视化技术的关键在计算机软件和硬件的支持下，必须有构建三维重建的人体血管数据。要想在计算机上实现对人体血管结构精确模拟，首先需进行尸体血管造影剂灌注，然后进行平位X线摄片和无间距CT 扫描。X线摄影条件：53kV，50mA， 1/20s，线器滤（-） 。按常规腹部64排CT扫描条件：120KV，512×512重建矩阵，0.5mm层厚，无间距连续扫描，窗位35～40、窗宽250～300，无间距连续扫描获得CT二维图像数据加以数据集处理，导入CT自带软件或计算机重建软件（Mimics10.01或3d-Doctor）构建成人体血管三维立体结构图像，这是血管虚拟技术的前提。血管造影术的研究与开展为构建血管虚拟解剖学教学提供了基础数据与相应的技术支撑，构成人体形态学信息研究的实验平台，建立三维数字化血管模型。

2 多媒体教学设备平台

在建立起人体血管3D标本三维模型的基础上，应用解剖教学就必须有计算机软件和硬件的支持，提供虚拟的计算机界面。在硬件方面，主要是高性能的计算机与周边设备的组合，表现在更大存储容量的数据存储设备、数据中央处理设备、图像输入输出设备和人-机交互设备等，各组成部分有机地结合起来组成协调的运行系统，以完成虚拟仿真功能。

3 在解剖学教学及网络教学中应用

运用CT扫描所得人体血管数据，编辑系列血管数字人体解剖光盘，建立相应的计算机辅助人体解剖学脉管系教学模式，创建全新的图、文、声并茂的教学方法，操作性强，视听感染效果。应用鼠标点击人体解剖结构图上的某一位置，将显示出相应的横截面切片图，对其进行任意方向的切割，观察其内部血管空间结构，构建动态的三维立体的人体血管图像，取代传统的医学二维图像（如教科书中的图片和放射学照片）。也可对图像中感兴趣的血管区域或某支血管构造可进行任意放大、旋转和平移，可细致地观察其来源、行程、分支、血管吻合、供区范围及与其毗邻血管间的空间立体构造，以清楚地了解人体血管复杂的空间关系。利用CT自带软件或Mimics、3D―Doctor等重建软件构建心脏、肝脏、盆底、四肢、头颈部等复杂结构的血管计算机三维构建模型，以动态、全方位展示人体血管复杂性，明确具体血管形态，反映人体血管的变异等，并可以选择任一结构的三维模型将其从数字化人体中独立出来，再对其进行更精细的观察。对已构建的血管三维图像，运用三维软件自带的功能，合成编辑部分血管三维旋转的视频，插入授课课件中进行播放；也可应用动画技术进行血管管腔漫游，模拟介入导管在血管内的虚拟内窥镜漫游路径，观察管道内三维空间结构及其毗邻关系。

学员可通过大量连续的CT血管数据，对某一血管可以连续跟踪观察，实现了由二维变三维、由平面变立体、由静态变动态的解剖模式，使学员影像立体概念较强。血管3D可视化解剖教学在继承传统解剖学教学优点的基础上，可为学员提供多样性的主动学习环境，具有逼真的连续断层数字化图像、鲜明的色彩及清晰的层次，较强的人机对话功能，易建立起双向交互式人机界面，大大减少了断层影像解剖教学中烦琐的描述，使学生从被动学习，变成主动、积极、灵活的学习，也大大提高了教学效率和教学质量。

4 在解剖学教学和医学教育中的应用意义与前景

人体解剖学是一门重要的医学基础学科，是实践性很强的学科。目前我校医科类学生人数多，实验标本损坏严重，特别是血管标本更容易损坏，实验标本的数量和质量都难以跟上去，从而严重影响了教学效果和质量。虚拟人体解剖模型的构建解决了目前解剖学教学中标本紧缺以及标本不可重复使用等缺陷，尤其与现代教学中广泛运用的多媒体网络教学相结合，可以实现远程教学、资源共享。血管3D可视化技术的应用和发展将对传统解剖学教学手段和教学方法产生深刻的影响，有利于提高教学质量，拓展教学思路。目前，国内尚无真正运用虚拟现实技术的人体解剖学教学实验室。

人体血管3D可视化可以加速医学教育和医学研究现代化，为教学和临床提供形象而真实的模型；为临床医生疾病诊治、术前手术设计、手术模拟，创新外科手术方案，提高临床诊疗水平及帮助临床教学训练均有重要作用。

参考文献：

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