基于CARTO系統的三維可視化心臟模型在心血管教學中的應用價值

摘要：當前，我國醫學影像技術發展迅速，CARTO三維系統在臨床診斷與教學中均得到了廣泛的應用。本文主要就基于CARTO系統的三維可視化心臟模型在心血管教學中的應用價值展開了具體論述。

關鍵詞：CARTO系統；三維可視化心臟模型；心血管教學

在心臟病的教學中，心臟解剖是一大重要內容。但是，由于心臟結構十分復雜，單純采用二維圖像會導致學生無法形成立體概念，對于各個結構位置及互相關系掌握不夠深入。基于此，CARTO三維系統的應用研究意義重大。

1 基于CARTO系統的三維可視化心臟模型概述

上世紀70年代，首次提出了基于組織切片的計算機三維重建，實現了心臟的可視化觀察，在臨床診斷、教學等方面均發揮著重大的作用。此后，心臟可視化在國內外一直都是研究的重點問題。至上世紀90年代，CARTO系統被研究出來，并逐漸應用于臨床中，該系統的原理與GPS技術基本相同，心臟被看作是一個\"地球\"，而磁場則是由被放在導管床下的定位器內的超低磁場發生器所產生，其后可使用電解剖標測導管對磁場的變化情況進行感知，通過信號處理單元將磁場頻率、強度等等數據收集起來，并使用相應的軟件對導管頂端所處的位置與方向經常分析，以實現導管在心腔中的三維定位，將導管的位置及該處的心內點圖記錄下后，再利用專門的軟件對所標測心腔的三維解剖結構進行構建，可將顏色等電生理信息疊加上去。

基于CARTO系統的三維可視化心臟模型的發展，對于臨床教學都具有劃時代的意義，其可以直接向學生直觀地展示心血管解剖三維結構，開拓學生的視野，激發學生的學習興趣，真正做到主動思考、主動學習。此外，三維可視化心臟模型來自于實踐，學生對其進行分析、理解，有助于培養其分析思考與臨床實踐的能力。

2 基于CARTO系統的三維可視化心臟模型在心血管教學中的應用價值

在心血管的教學中，最大的一個問題就是心臟和大血管常規X線投影，一旦此處教學模糊不清，學生未能夠充分掌握，則必然會影響到后續教學工作的開展。在X影像基礎上所構建的立體結構往往較為抽象，此時要求觀看者必須具有良好的抽象思維能力與三維立體概念，但是大部分的學生很難達到這一要求，因此教師必須為了解釋某一問題，而采用板書、掛圖以及模型等多種辦法綜合說明，不僅耗費了大量的教學時間，教學效果也往往并不盡人意。對于學生而言，其在付出了大量努力后，發現依舊難以弄明白此問題，學習積極性難免受挫。例如：教師在對心臟各房室、大血管在左側位、后前位以及左右前斜位等處的正常投影進行解說時，僅僅使用平面圖，則很難幫助學生們構建出一個立體概念，使得學生對于解剖結構的學習不夠全面、深入。

基于CARTO系統的三維可視化心臟模型的立體感十分好，其結構也十分逼真，實現了各個器官或是結構在人體內的準確定位，便于直接向學生進行展示。該心臟模型可在以不同角度為出發點，展示左（右）心房，左（右）心室，上（下）腔靜脈，冠狀動（靜）脈、肺靜脈以及大血管等不同結構，令學生可以進行細致的觀察，深入掌握心臟相關解剖知識。此外，基于CARTO系統的三維可視化心臟模型，還可以對不同的結構\"上色\"，以達到單獨、搭配或是整體顯示的目的。

基于CARTO系統的三維可視化心臟模型還可以使用虛擬內鏡技術，實現對心臟模型的連續斷面切割，以為學生提供一個直觀的解剖圖像，便于其對心臟的內結構及其與毗鄰腔室的關系進行觀察、分析，若是學生們對于某一部位感興趣，還可以對其進行縮放、旋轉、平移，以進行全面剖析。如下圖1所示即為基于CARTO系統的三維可視化右心室流出道解剖圖，圖中紅、黃、藍以及綠色表示的分別是：右心室與及肺動脈、左心室與主動脈、右心房、左心房與肺靜脈。從圖1（右）中分析可得，右心室流出道間隔面在流出道周徑中所占在比例為1/4，而游離壁面在流出道周徑中所占在比例為3/4。如圖中所示，基于CARTO系統的三維可視化心臟模型可以令學生直接看到心臟各房室、大血管旋轉時投影的變化情況，有利于記憶、理解。

3 結論

多次教學實踐經驗表明，在心血管教學過程中，應用以CARTO系統為基礎的三維可視化心臟模型輔助教學，一方面，提高教師教學的交互性和多樣性，便于教師向學生生動想象的介紹心臟各個器官的功能，展示心臟解剖的三維結構，加深學生對心臟解剖知識的了解程度。另一方面，也可以提高學生的學習興趣，拓寬學生的視野，讓學生愿意主動去了解、掌握這些知識。以CARTO系統為基礎的三維可視化心臟模型教學最主要的優勢就是形象性，極大的拉近了學生和知識之間的距離，同時也促進了心血管教學模式的改革。此外，在心血管教學過程中，應用以CARTO系統為基礎的三維可視化心臟模型輔助教學，教師的視野也在不斷拓展，教學觀念也在不斷更新，有利于教師在教學過程中認清自己的角色，充分發揮引導學生學習的過程。教學過程中使用的一些教學課件也具有科學性、娛樂性、趣味性等特點，圖文聲像并茂，用一些新穎的方式向學生傳授知識，闡述心臟解剖的基本概念，讓學生擺脫教師枯燥的教學，激發學生的學習興趣。

綜上所述， CARTO三維系統能夠實現對心臟立體結構的實時顯示，推動相關教學的三維化發展。基于CARTO系統的三維可視化心臟模型的應用，有利于幫助學生建立一個清晰的立體概念圖，激發學習興趣，提升教學效果。隨著影像學資料和多媒體課件在教學過程中的不斷應用，相信心臟解剖的教學質量和效率也會不斷得到提高，新的教學方式也會越來越系統、科學，成為高等醫學教育的主流教學模式。

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編輯/周蕓霏