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［摘要］目的探討三維重建技術用于心臟外科教學的效果。方法應用虛擬人一、二號提供的解剖切片圖像，重建心臟正常的3D圖像；應用心臟CT收集數據，重建各種心臟疾病的心臟3D圖像，并做成動圖形式，放置于教學幻燈片上，完成教學幻燈片的制作。選取2016年度2名教師授課的4個班級作為研究對象，每名教師授課的2個班級中一個為研究組，應用含有3D圖像的教學幻燈片進行教學；另一個為對照組，應用傳統教學方法進行教學。以課后問卷調查、課后測驗及期末測驗評價效果，進行評分及分數統計。結果研究組學生普遍反映3D圖像能很好地幫助其理解各種解剖的變異，通過這種解剖的變異，能更好地理解這種變異引起的病理生理學變化，因而能更好地掌握、記憶這種疾病的臨床表現及診治方法，更好地學習掌握這些疾病。2個研究組學生課后測驗平均成績分別為（86．2±7．3）分、（84．9±5．8）分，2個對照組學生課后測驗平均成績分別為（79．1±10．2）、（73．4±6．9）分；2個研究組學生期末考試平均成績分別為（82．2±8．7）、（86．5±7．3）分，2個對照組學生期末考試平均成績分別為（74．8±5．7）、（78．3±5．9）分。研究組學生課后測驗、期末考試成績均明顯優于對照組，差異均有統計學意義（P＜0．05）。結論三維重建技術能為心臟外科的教學提供新的數字化教學手段和豐富的影像學資料，便于教師的教學，也便于學生的理解與學習，提高了學生的學習興趣，也提高了教學質量。

［關鍵詞］成像，三維；胸外科學／教育；體層攝影術，X線計算機；教學

心臟外科學具有高度的專業性和風險性，心臟外科學的教學一直是外科教學的難點，培養優秀的心臟外科人才是臨床教學面臨的一個重要問題［1］。心臟的解剖結構復雜，解剖變異多，且目前心臟外科的教學手段相對落后，主要用的是掛圖、幻燈片及錄像等。這些手段僅能提供抽象的二維心臟平面圖像，難以對心臟這種解剖復雜的三維立體結構進行直觀說明，因而學生也就不能很好地理解心臟外科疾病的解剖及病理生理過程。教師有時要為解說一個圖片反復演說、反復采用手勢比喻，但教學效果仍不盡人意，學生不能很好地理解，學習積極性也受到很大的挫折。因此，為提高心臟外科學的教學效果，教學手段的改進勢在必行。隨著計算機技術的進步，計算機圖像技術及虛擬人技術不斷發展，三維重建技術在教學及科研中得到了廣泛應用。三維重建技術是指對三維物體建立適合計算機表示和處理的數學模型，是在計算機環境下對其進行處理、操作和分析其性質的基礎，也是在計算機中建立表達客觀世界的虛擬現實的關鍵技術。目前，在醫學臨床與教學領域，常見的三維重建技術主要有3種：虛擬人切削斷層重建、三維激光掃描儀重建、CT重建技術。尤其是CT重建技術，在臨床及教學中應用廣泛。有研究表明，在影像解剖學的學習中CT重建技術能明顯提高學習效果［2］。據此，本研究應用CT重建技術，建立了一套3D的心臟外科教學課件用于教學，取得了滿意的教學效果，現報道如下。

1材料與方法

1．1材料

電腦1臺，常規配置，windows7操作系統，能流暢運行3Dmax等繪圖軟件。

1．2方法

1．2．1幻燈片制作通過網絡下載第三軍醫大學提供的虛擬人一、二號解剖學切片圖像，收集各種心臟疾病的患者進行心臟CT檢查，收集數據，應用CT工作站進行三維重建。按外科學教學大綱要求制作教學章節的幻燈片。根據以往的教學經驗，在學生難于理解的心臟解剖上應用虛擬人一、二號提供的解剖切片圖像重建心臟正常的3D圖像；應用心臟CT收集數據重建各種心臟疾病的心臟3D圖像。并做成動圖形式，放置于教學幻燈片上，完成教學幻燈片的制作。

1．2．2教學方法選取2016年度2名教師授課的4個班級作為研究對象，每名教師授課的2個班級中一個為研究組，應用含有3D圖像的教學幻燈片進行教學；另一個班級為對照組，應用傳統教學方法進行教學。

1．2．3評估指標課后立即發放調查問卷，了解各組學生對授課的主觀感受；同時即刻進行10min簡單測驗，測驗題為20道選擇題，考查各組學生對授課內容即刻的學習及理解程度，進行評分及分數統計。另外，在學期末進行考試，全面考查各組學生對本專業的學習情況，進行評分及分數統計。各組學生均參加了問卷調查、課后測驗及期末考試，調查問卷、測驗及試卷回收率均為100％。

1．3統計學處理

應用SPSS13．0統計軟件進行數據分析，計量資料以x±s表示，采用t檢驗。P＜0．05為差異有統計學意義。

2結果

2．1問卷調查情況

對照組學生中多數學生反映的問題主要為病變心臟解剖結構復雜，不能從解剖結構上認清各種心臟疾病，其引起的病理生理過程難于理解，感覺心臟外科課程難于記憶、學習。研究組學生普遍反映3D圖像能很好地幫助其理解各種解剖的變異，通過這種解剖的變異，能更好地理解這種變異引起的病理生理學變化，因而能更好地掌握、記憶這種疾病的臨床表現及診治方法，能更好地學習掌握這些疾病。

2．2各組學生課后測驗成績比較

研究組學生課后測驗成績均明顯優于對照組，差異有統計學意義（P＜0．05）。見表1。

2．3各組學生期末考試成績比較

研究組學生期末考試成績明顯優于對照組，差異有統計學意義（P＜0．05）。見表2。

3討論

心臟解剖復雜難學，教學課時少，心臟外科疾病主要是心臟結構的異常導致的疾病，這種結構異常的心臟更增加了學習的難度［3］。心臟外科的教學手段相對落后，至今仍是以掛圖及幻燈圖片結合教師的講授為主的教學方法。這種方法講解一個結構復雜的心臟顯得十分局限與單薄，造成學生的學習興趣低下，學習效果不佳［4］。心臟外科疾病的病理生理與解剖密切相關，這種解剖結構的辨識不清就造成了不能理解疾病的病理生理過程。而病理生理過程的不理解也就使學生很難掌握疾病的臨床表現，因而對診治方法的學習就更無從談起?？梢姡谛呐K外科教學中，心臟的解剖結構的教學是重點，掌握了正常和異常心臟的解剖結構，就能很好地學習心臟外科學，許多難點也就迎刃而解了［5］。隨著計算機技術及影像學技術的進步，三維重建技術在臨床實際工作中應用廣泛，利用三維重建技術可清晰顯示人體的組織結構、比鄰關系等［6］，能指導手術方案的制定及手術的實施。常見的三維重建技術有3種：虛擬人切削斷層重建、三維激光掃描儀重建、CT重建技術。虛擬人切削斷層重建也稱為可視人體計劃數據集，在此基礎上，可從多個角度層面觀察人體的解剖結構。我國于2002年由第三軍醫大學首先完成5例中國可視化人體數據集的采集，這些數據采集使用了高精度數控銑床和高質量、高分辨力的數碼相機，確保了每層斷面解剖結構的高清晰度和解剖結構的精細度，并在此基礎上進行了人體多個系統的可視化研究。2003年2月我國第一個“虛擬人”在廣東第一軍醫大學完成，這例“虛擬人”的切屑層面更薄，超過了美國等其他國家的技術。這些虛擬人數據再進一步開發，由此所引申的人體可視化虛擬醫學，即虛擬解剖學、虛擬影像學及虛擬外科學等［7］。目前，國外已開發出與醫學有關的可視化虛擬的應用，主要包括教學、手術、內窺鏡檢查等，其研究結果證實虛擬現實技術具有低代價、零風險、重復性、自動指導等優點，可迅速提高學習者的解剖學基礎、手術及其他操作技能。三維激光重建技術利用三維激光掃描儀進行物體表面掃描，并利用相應的圖像分析軟件將圖像拼接，從而重建物體的三維重建圖像，這樣的圖像是一種立體的圖像，可旋轉，可全方位地對物體表面進行觀察［8］。這種方法用于教學，可使某個組織、器官解剖學的教與學更直觀，有利于學生對組織、器官解剖學知識的理解和記憶。但利用三維激光掃描儀重建也具有很大的局限性，其只能對骨等形態固定的組織、器官表面外形進行重建，無法對內部結構進行重建，且也無法重建變形較大的軟組織等。CT重建技術是目前運用最廣泛的三維重建技術。近年來，CT技術進步飛速，多排高速螺旋CT已基本在臨床普及。多排高速螺旋CT能快速、清晰地獲得大量的數據，因而通過計算機可重建出十分精細的組織、器官圖像。通過CT重建出的圖像具有以下優點［9－10］：（1）三維圖像視覺效果好，形象逼真，表面紋理真實，立體感強。（2）能準確地顯示形態結構、位置和毗鄰關系，且可進行任意角度、任意方位的觀察，單個結構觀察或任意組合等；還可將外層的結構去掉或透明化，使各器官之間由于位置關系的遮擋而影響深部結構觀察的問題得以解決，直觀清楚地觀察到各結構的空間位置和毗鄰關系。（3）可進行多彩色標記，觀察各結構的整體形態及邊界輪廓，并可對感興趣的結構進行二維或三維的距離、角度測量，單個結構的表面積測量和體積測量等。（4）可連續動態顯示可視化圖像，進而可制作成動畫輸出，畫面清晰、流暢。（5）三維圖像結合數碼解剖互動實驗室的優勢，操作方便、簡單，便于學習應用。因此，通過CT三維重建圖像能直觀、形象地顯示面顱骨、皮膚、肌肉、血管的形態結構，真實地反映血管的口徑、長度、走行及空間位置關系，且通過骨、皮膚等組織的透明化，位置毗鄰關系的顯示效果更佳［11］。本研究應用下載的虛擬人一、二號的斷層解剖切片的數據，重建了正常的心臟解剖；應用CT掃描的各種心臟外科疾病患者的心臟，重建了多種心臟外科疾病的心臟解剖。將這些重建立體圖像輸入電腦，應用繪圖軟件將心臟各部分著以不同的顏色，再應用計算機將各種心臟疾病的心內異常結構予以顯露。將這些立體的圖像以動畫的形式做成教學幻燈片，用于心臟外科的教學。學生通過對這種課件的學習，從各個角度觀察正常的心臟解剖及病理狀況下的心臟解剖結構，更加直觀，更易理解［12］。在理解這些解剖的同時，也便于學習各種疾病的病理生理變化，也能更好地理解其各種臨床表現及診治方法。調查問卷結果顯示，研究組學生普遍感覺學習更加輕松，更易理解；課后即刻測驗的成績及期末考試成績也反映了這種新的3D圖像的幻燈教學能幫助學生理解和記憶所學內容，更好地學習和掌握這些疾病，提高了學習效果。目前，隨著計算機技術及網絡技術的發展，醫學教學領域面臨變革。三維重建技術能為心臟外科的教學提供新的數字化教學手段和豐富的影像學資料，便于教師的教學，也便于學生的理解與學習，提高了學生的學習興趣，也提高了教學質量。當然，將三維重建技術用于教學尚處于探索階段，如何更好地建立圖像，更好地利用計算機軟件將心臟的各部分進行分解組合，以及各種心臟疾病的解剖變異情況尚不能一一進行顯示，還需要進一步收集數據及應用多種軟件對獲取圖像數據進行分析處理。同時，還需要與各種專業人士合作，制作出更加精美、更加豐富的教學課件。

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作者：馮俊波 胡運濤 李俊濤 葛圣林 單位：安徽醫科大學第一附屬醫院心臟大血管外科