解剖學(xué)教學(xué)中醫(yī)學(xué)影像資料三維重建的應(yīng)用

□彭建安

解剖學(xué)是臨床醫(yī)學(xué)的重要組成部分，是一門人體形態(tài)學(xué)科，通過解剖書籍、圖譜、視頻、人體標(biāo)本等方式，提高解剖能力。由于解剖名詞較復(fù)雜，其理論實踐往往需要學(xué)生自我想象，這就需要考驗學(xué)生的想象能力，無疑增加了教學(xué)難度[1]。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，三維重建圖像技術(shù)在解剖學(xué)中得到應(yīng)用，三維重建可清晰直觀地向影像學(xué)專業(yè)學(xué)生提供解剖資料，便于學(xué)生理解，同時也便于教師教，實現(xiàn)教與學(xué)的統(tǒng)一，最終提高教學(xué)效果。本文現(xiàn)將解剖學(xué)教學(xué)中醫(yī)學(xué)影像資料三維重建的應(yīng)用效果報告如下。

一、資料與方法

表1 兩組學(xué)生基本資料

(一)一般資料。選取2019年1月～2019年12月的100名學(xué)生為研究對象，將其作為對照組。同時選取選取2020年1月～2020年10月的100名學(xué)生為研究對象，作為研究組。其基本資料經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析，無顯著差異(P>0.05)。如表1所示。

(二)方法。對照組：給予常規(guī)教學(xué)模式。采用教師按照書本教，學(xué)生被動學(xué)的教學(xué)模式。

研究組：給予影像資料三維重建教學(xué)。收集虛擬中國人的頸胸部CT數(shù)據(jù)，共262層，每一層包含512×512個像素，且每一個像素為0.965mm。利用圖像三維重建軟件對其圖像進行三維重建。采用軟件自帶的闕值設(shè)定選擇擬重建部分，采用不同顏色來顯示各種擬重建結(jié)構(gòu)。在圖像邊界進行擦除、添加等操作，使得重建圖像更加準(zhǔn)確。采用區(qū)域增長功能對所選定的結(jié)構(gòu)進行圖像分隔，再現(xiàn)細小結(jié)構(gòu)形態(tài)。采用布爾運算對圖像進行邏輯運算。采用三維計算功能重建圖像，更為直觀地展現(xiàn)三維形態(tài)。

(三)觀察標(biāo)準(zhǔn)。觀察及記錄兩組學(xué)生的理論考試成績、實踐技能考試成績。結(jié)合當(dāng)?shù)氐穆殬I(yè)考試知識點，利用命題的方式考核學(xué)生的理論及技能成績，每一項滿分100分。同時比較兩組學(xué)生對教學(xué)的滿意度，分為非常滿意、基本滿意及不滿意。

(四)統(tǒng)計學(xué)分析。應(yīng)用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行，以P<0.05表明數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間有顯著差異。

二、結(jié)果

(一)兩組學(xué)生的考核成績比較。與對照組相比，研究組學(xué)生的理論考試成績及實踐技能考試成績更高，有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。詳見表2所示。

表2 兩組學(xué)生的理論考試成績及實踐技能考試成績比較分)

(二)兩組學(xué)生對教學(xué)滿意度的比較。與對照組相比，研究組學(xué)生對教學(xué)滿意度更高，有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。詳見表3所示。

表3 兩組學(xué)生對教學(xué)滿意度的比較(%)

三、討論

人體解剖學(xué)是一門形態(tài)科學(xué)，是醫(yī)學(xué)影像專業(yè)學(xué)生必修課之一。通過學(xué)習(xí)解剖學(xué)，可讓學(xué)生掌握人體結(jié)構(gòu)正常狀態(tài)及其表現(xiàn)，培養(yǎng)評估各類病變的能力。當(dāng)前，解剖學(xué)教學(xué)中，多數(shù)采用教科書、解剖圖譜及實驗室觀察人體標(biāo)本相結(jié)合的方法。當(dāng)前，各個學(xué)校實驗室較少，無法滿足學(xué)生實驗需求，從而降低解剖學(xué)教學(xué)效果。而對于解剖學(xué)而言，自身具有的特點，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且繁瑣，使得解剖學(xué)難以理解[2]。若學(xué)生沒有較好的空間想象能力及理解能力，無法在腦海中構(gòu)建人體結(jié)構(gòu)，也無法準(zhǔn)確了解人體各個結(jié)構(gòu)的位置所在。加上，教師在課堂上采用較抽象的教學(xué)方法，無法直觀地向?qū)W生展現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)很困難，教師教的也困難。此外，教師在教學(xué)中，也發(fā)現(xiàn)若借助二維圖像，難以清晰地表達特殊解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及異常征象。因此，改變現(xiàn)有解剖學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀是當(dāng)前亟需解決的問題。

近年來，隨著影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在計算機的輔助作用下，通過三維重建軟件可較清晰地展現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)。此次研究中，采用影像資料三維重建，可將人體頸部或者胸部的斷層影響輸入到Mimics軟件中，為學(xué)生再現(xiàn)不同平面的影像，便于學(xué)生直觀觀察影像學(xué)資料[3]。通過設(shè)定闕值、圖像編輯、區(qū)域增長等，向?qū)W生展現(xiàn)胸廓體三維結(jié)構(gòu)，構(gòu)建三維模型。教師采用三維模型教學(xué)，使得教學(xué)過程更為清晰，學(xué)生更好地理解[4]。尤其在學(xué)習(xí)椎骨、肋骨的走行、功能上有著較高的作用，可降低解剖學(xué)教與學(xué)的難度，最終提高學(xué)習(xí)效果。已有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)：采用三維掃描儀獲得骨表面點的空間信息，并利用相應(yīng)的圖像拼接軟件來建立骨外形三維重建，其掃描精度達到0.1mm。通過三維重建及適當(dāng)?shù)母袷睫D(zhuǎn)變，可使影像學(xué)資料更為生動、形象及直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，提高課堂教學(xué)效果[5]。但采用影像學(xué)資料的三維重建，可發(fā)現(xiàn)三維激光掃描儀也存在一定局限性，尤其在骨形態(tài)的重建上，無法重建骨內(nèi)部的骨小梁，也就限制了進一步臨床應(yīng)用。此次研究通過在普通計算機上重建CT或者MRI數(shù)據(jù)，開展骨結(jié)構(gòu)的三維重建，較好顯示皮膚等軟組織結(jié)構(gòu)，可將教學(xué)更為直觀。

解剖學(xué)教學(xué)中，通過影像學(xué)資料的三維重建，便于教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)[6]。對于年輕教師而言，三維重建模型也可補充教學(xué)內(nèi)容中的不足，便于學(xué)生理解[1]。對于學(xué)生而言，通過三維重建，學(xué)生可直觀理解及記憶解剖結(jié)構(gòu)，清楚觀察解剖結(jié)構(gòu)，不用辛苦地冥想各種結(jié)構(gòu)立體位置。此外，通過將各種三維重建模型放到服務(wù)器上，可建立虛擬的解剖學(xué)實驗室，能夠隨時登陸服務(wù)器下載三維模型，便于學(xué)生自助學(xué)習(xí)。學(xué)生不用專門到實驗室，解決了學(xué)校實驗室短缺的問題。在三維重建技術(shù)的支持下，較方便地將圖像數(shù)據(jù)中的二維圖像信息轉(zhuǎn)變?yōu)槿S動態(tài)影像圖，使得呈現(xiàn)在學(xué)生面前的圖像更加生動及直觀[7]。通過應(yīng)用簡單動態(tài)變化的過程，使得學(xué)生加深對復(fù)雜的影像學(xué)征象的理解及認(rèn)知，最終培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及探究能力。如：在解剖學(xué)教學(xué)中，部分學(xué)生對第一肋與哪一個椎體相連接存在疑問，且書本中并未直觀地展示這一結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致學(xué)生難以理解。而采用影像學(xué)資料的三維重建，可在電腦中構(gòu)建胸廓內(nèi)部結(jié)構(gòu)，清晰地向?qū)W生展示第一肋與哪一個椎體的連接情況。通過這種視頻、反饋教學(xué)、評價等方法，充分發(fā)揮學(xué)生主觀能動性，由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，提高分析問題、解決問題的能力，最大程度發(fā)揮學(xué)生的批判性思維。同時通過分析來判斷及檢查自己、他人的做法，對學(xué)生的理論與操作成績有較大幫助。此次數(shù)據(jù)調(diào)查顯示：研究組學(xué)生的各項考核成績高于對照組，且研究組學(xué)生對教學(xué)滿意度也高于對照組，充分證實了醫(yī)學(xué)影像資料三維重建用于解剖學(xué)教學(xué)中可取得滿意教學(xué)效果。此外，采用影像學(xué)資料的三維重建教學(xué)時，也應(yīng)與傳統(tǒng)教學(xué)手段結(jié)合起來，并不能一味地依靠三維重建教學(xué)。

綜上所述，人體解剖學(xué)是一門復(fù)雜的學(xué)科，由于解剖結(jié)構(gòu)較抽象，學(xué)生無法理解。通過圖像影像三維重建，將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，從而提高解剖學(xué)教學(xué)水平及學(xué)生對解剖學(xué)的滿意度。