3D可視化技術在肝臟影像斷層解剖臨床教學中的應用價值▲

桂善樂 雷其理 梁志銀 龍中榮 廖規金 方兆山*

(南寧市第一人民醫院暨廣西醫科大學第五附屬醫院，1 肝膽外科、2 影像科，廣西南寧市 530022)

肝臟具有非常復雜的脈管系統，并且肝臟脈管具有一定的變異[1-3]。對于肝臟的分段、病灶所屬位置的識別，以及肝臟的流入道(門靜脈、肝動脈)、流出道(肝靜脈)以及膽道等走行辨認需要非常多的空間概念構建才能更好地理解、把握，故解剖學教學及外科學知識很難被醫學初學者掌握[4]。傳統的教學方法僅依靠簡單的模型和二維解剖圖片很難使學生形成直觀、立體而深刻的印象，不利于學生學習興趣的培養和臨床操作能力的提高[5]。對于影像專業學生而言，肝臟影像解剖在臨床學習中具有重要的意義，但傳統的肝臟影像解剖教科書用的是二維斷層解剖圖像，不僅抽象而且難以理解、掌握。近年來3D可視化技術作為計算機輔助成像處理技術，對肝臟結構的3D可視化構建可以多維度展示肝臟內部結構及空間關系，對肝臟外科、臨床教學等有一定的輔助作用[6-8]。隨著3D可視化技術的不斷發展，其可接受性得到了較大的提高。本研究旨在探討3D可視化系統在肝臟影像學斷層解剖教學實踐中的臨床價值。現報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 篩選出典型的肝臟腫瘤病例(病灶所在肝段具有代表性，如肝臟腫瘤位于肝Couinaud Ⅷ段，或位于肝Couinaud Ⅳa段)，并通過醫院的影像中心PACS系統導出病例的3期薄層CT(0.625～1 mm)DICOM數據。本研究已經通過醫院醫學倫理委員會批準，所有患者均簽署知情同意書。選取2018年9月至2019年12月入科的108名五年制醫學影像專業學生，按隨機數法分為兩組，每組54名。兩組學生年齡、性別、入科肝臟基礎解剖學成績等基線資料比較，差異無統計學意義(均P>0.05)，具有可比性。見表1。納入研究的所有醫學生均理解研究內容并同意參與該項研究。

表1 兩組醫學影像專業學生的基線資料比較

1.2 方法 兩組學生的教學培訓均由2名水平相當的副教授(或副主任醫師)負責，以確保教學研究工作順利實施。具體如下：2名副教授分別為影像科、肝膽外科(各1名)醫師，均具有較豐富的臨床和教學經驗，采用同樣的素材進行教學，且對相應的教學素材(教材、典型病例、CT二維圖像、3D圖像等)進行深入交流探討，以確保教學方法的一致性。2名副教授進行交叉教學，總共4次教學：1名副教授進行第1及第3次授課，另外1名副教授進行第2及第4次授課，授課后進行1次訓練和/或復習，2名副教授對學生進行答疑解惑。完成相應的課程后進行考核。

1.2.1 對照組 教學方案： 以人民衛生出版社出版的《人體斷面與影像解剖學(第3版)》《醫學影像學》《局部解剖學》和《醫學影像診斷學》等教材對學生進行理論授課，講解肝臟解剖、肝臟的影像CT斷層解剖、影像學資料的分析、肝臟常見良惡性腫瘤的臨床表現、診斷及鑒別診斷和CT閱片分析。對典型病例的CT二維圖像進行閱片分析；解讀分析肝臟CT影像明確肝臟血管、膽管的解剖與變異，肝臟腫瘤與血管、膽管的解剖關系；觀看典型的肝臟分段圖譜、肝臟模型等，判定病灶所屬肝段；熟悉肝臟脈管走行，對肝臟病變、肝臟脈管的走行及變異等進行診斷。肝動脈分析參照文獻[9] ，門靜脈分析參照文獻[10] ，肝靜脈分析參照文獻[11] 。

1.2.2 研究組 教學方案：與對照組學習教材相同，并結合3D系統軟件、3D可視化圖像模型學習肝臟的三維圖像，對具體病例的肝臟3D整體圖像和肝臟病灶、病灶大小、病灶位置、肝臟的Couinaud分段，以及肝臟的脈管系統結構及解剖走行作分析，并對肝臟病灶所屬肝臟Couinaud肝段及肝臟脈管走行進行判斷。使用深圳旭東數字醫學影像有限公司3D系統軟件：(1)采集薄層CT數據并重建出肝臟準確的3D圖像[12]，然后通過個人電腦端向學生展示正常肝臟及其脈管系統(肝動脈、門靜脈、肝靜脈)走行及空間關系；(2)肝臟3D Couinaud分段方法[13]在傳統CT二維圖像和3D系統肝臟分段模型圖像的對應關系；(3)針對具體典型病例，通過3D系統軟件[12，14]分析3D重建圖像，明確肝臟血管、膽管的解剖與變異，肝臟腫瘤與血管、膽管的解剖關系，立體展示肝臟病灶與肝臟脈管系統的空間關系，并結合3D圖片講解如何在二維CT圖像上定位病灶的具體肝段，以及分析病灶所屬肝段及其與周圍脈管的關系，分析肝臟脈管的走行并判斷有無變異，脈管分析同對照組；(4)教師根據3D圖像信息對具體案例進行講解、分析，學生操作3D系統軟件從多維度了解肝臟結構，通過放大、縮小、透明化和旋轉觀察，可全方位、多層次了解肝臟病變及其內部解剖結構，最后對肝臟病變、肝臟脈管走行及變異等進行診斷。

1.3 觀察指標 教學完成后，對兩組學生按五年制醫學影像學專業教學大綱的要求進行考核，均為百分制。(1)肝臟理論解剖知識：主要考核肝臟的基礎解剖知識、肝臟的分段、肝門的結構及主要脈管的解剖學及其變異、診斷等，采用統一的標準化試題(滿分100分)；(2)肝臟二維CT影像閱片能力：主要包括對肝臟解剖形態、病灶肝段識別及肝動脈、門靜脈、肝靜脈等脈管走行的正確識別；(3)教學滿意度：采用自制量表進行教學滿意度評價(滿分100分)。

1.4 統計學處理 采用SPSS 19.0統計學軟件對數據進行分析處理，計量資料以均數±標準差(x±s)表示，組間比較采用t檢驗；計數資料以例數和百分率[n(%)] 表示，組間比較采用χ2檢驗或Fisher’s確切概率法。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 教學成績及滿意度比較 通過教學并完成相關培訓及訓練后，研究組學生的肝臟理論解剖知識成績優于對照組，滿意度評分高于對照組，差異均有統計學意義(均P<0.05)；研究組學生的病灶肝段識別、肝動脈走行識別、門靜脈走行識別正確率均高于對照組，差異有統計學意義(均P<0.05)；兩組學生的肝靜脈走行識別正確率比較，差異無統計學意義(P>0.05)。見表2。

表2 兩組學生的教學效果比較

2.2 不同維度圖像的對比 圖1a為二維CT圖像，存在肝動脈變異，從二維圖像不容易辨認；圖1b為圖1a二維CT圖像的空間轉換，可直觀辨認出副肝右動脈來源于腸系膜上動脈。圖2a為二維CT圖像，存在門靜脈變異，從二維CT圖像不容易辨認；圖2b為圖2a二維CT圖像的空間轉換，可直觀地辨認出門靜脈是變異的門靜脈分型(“三支型”門靜脈)。圖3a為二維CT圖像，肝腫瘤位于肝右后區，且肝Couinaud Ⅳ段有靜脈分支，從二維CT圖像不容易辨認；圖3b為圖3a二維CT圖像的空間轉換，可直觀地辨認出肝腫瘤位于肝右后區，且容易辨認出存在Couinaud Ⅳ段靜脈。圖4a為二維CT圖像，肝腫瘤靠近肝右靜脈，從二維CT圖像不容易判別肝腫瘤位于肝段區域；圖4b為圖4a二維CT圖像的空間轉換及肝Couinaud分段，可直觀地辨認出肝腫瘤所屬位于Couinaud Ⅵ和Ⅶ。

1.肝臟；2.肝右動脈；3.副肝右動脈。 1.肝臟；2.肝腫瘤；3.肝右動脈；4.副肝右動脈來源于腸系膜動脈。

1.肝臟；2.門靜脈左支；3.門靜脈右支。

1.肝臟；2.肝左靜脈；3.肝中靜脈；4.肝右靜脈；5.肝腫瘤。 1.肝臟；2.肝左靜脈；3.肝Couinaud Ⅳ段靜脈；

1.肝中靜脈；2.肝右靜脈；3.肝腫瘤。

3 討 論

肝臟影像二維斷層解剖學知識的學習、掌握是一個非常困難的過程，但影像二維解剖學對于現代肝臟精準外科具有非常重要的意義。如何讓醫學影像學專業學生更好地識別、掌握抽象而復雜的肝臟二維影像斷層解剖學知識，以更好地服務臨床是一個重要的教學課題。傳統的影像學教學通常采用肝臟模型和二維解剖圖像向學生講述肝臟斷層影像解剖知識，憑借初學者對二維圖像的認知去追蹤肝臟脈管連續性并進行分析，難以構建肝臟病灶與脈管的空間毗鄰關系[15]。如要獲得較準確構建肝臟的3D結構需要較強的閱片能力和空間想象力，以及較長時間的經驗積累，若構建3D圖像存在偏差，則可能導致影像學診斷的誤判，進而影響臨床決策。傳統的統編教材教學模式可能存在不利于影像學專業初學者對肝臟二維影像解剖學知識的掌握。

本研究采用了肝臟3D圖像模型、肝臟3D虛擬軟件聯合傳統教材進行教學。結果顯示，研究組肝臟理論解剖知識成績明顯優于對照組[(84.9±4.7)分vs. (82.3±5.5)分] ，差異有統計學意義(P<0.05)。研究組學生在個人電腦端操作3D軟件觀察分析肝臟的3D立體影像，可使抽象的肝臟Counauid分葉分段法、復雜的脈管系統、肝門結構變得直觀、形象，學習難度下降，幫助學生快速理解和掌握肝臟解剖知識。通過結合比對CT等二維斷層影像解剖知識，更易于掌握肝臟脈管結構、Couinaud分段、脈管分析、病灶肝段定位等重要的解剖知識，從而有助于提高肝臟理論解剖知識成績及3D空間構象的建立。本研究中，研究組學生的病灶肝段識別、肝動脈走行識別、門靜脈走行識別正確率均高于對照組(均P<0.05)，提示研究組學生通過傳統教材的學習并聯合肝臟3D圖像及3D可視化技術教學法更易于掌握肝臟解剖知識，更有利于復雜的肝臟斷層解剖知識的學習與掌握，提高肝臟解剖的3D空間構建。而兩組學生的肝靜脈走行識別正確率差異無統計學意義(P>0.05)，可能與肝靜脈走行較為簡單、容易識別有關。

教師通過3D系統軟件進行肝臟解剖的系統講解，豐富了教學方法，提高了教師的課堂教學效率。采用3D可視化進行肝臟影像解剖教學，可明顯提高醫學影像學專業學生的學習主動性和積極性，對肝臟解剖知識的掌握更加扎實，教學效果良好，與文獻報告一致[16]。有研究顯示，3D可視化技術運用于肝膽外科研究生、八年制臨床醫學生、手術規范化培訓的教學，均取得了良好的效果[17-18]。在日本，3D可視化虛擬肝切除技術也已經用于肝臟外科的臨床訓練工作中，取得了很好的效果[19]。

3D可視化系統軟件可將肝臟二維CT圖像構建出3D圖像，通過計算機二維顯示器觀察分析整體3D圖像，明確肝臟Couinaud分段[13]、病灶的位置、形態和肝動脈、肝靜脈及門靜脈的解剖走行及可能的變異，通過適當透明化肝臟，全方位觀察肝臟病灶與脈管之間的空間關系[20]，這些直觀形象的3D圖像幫助學生深刻理解肝臟的解剖結構及其管道系統的走行特點。3D技術的優勢在于結合二維斷層影像，提高了學生二維CT影像閱片能力，可作出準確的影像診斷分析。在臨床工作中，閱讀二維影像學資料是獲取患者解剖結構、病灶定位的重要方法。3D技術為肝臟斷層解剖教學提供了3D圖像和直觀、準確的定量分析工具，更直觀地立體展現CT二維信息，有助于學生更好地理解并掌握肝臟的復雜解剖結構，這一優勢已經在頭頸外科、骨科等領域的臨床教學中突顯[21-22]。

本研究顯示，研究組教學法形象、生動，有利于肝臟解剖知識的學習與掌握，提高了學生對肝臟解剖的三維空間想象力，有助于提高學生的學習興趣。研究組的教學滿意度評分明顯高于對照組(P<0.05)，說明研究組的教學模式更有助于提高教學滿意度。3D技術在臨床教學中能激發學生的興趣，調動了學生的求知欲望，加深學生對抽象知識的理解。3D可視化技術對臨床教學和實踐發揮著重要的作用，有助于展現肝臟的空間解剖關系，學生的學習積極性也更高[23-24]。3D可視化技術在肝膽外科臨床教學尤其是手術教學方面提高了醫學生對肝臟立體結構、肝臟解剖及精準肝切除的認識，為肝臟臨床教學開辟了新的途徑。教師將傳統教學經驗與3D可視化技術相結合，不斷學習探索，有助于提高教學的滿意度。

3D可視化技術的不足之處是：高質量肝臟3D圖像的構建需要高質量薄層增強CT數據，即對CT數據采集需要較高的要求，而且肝臟3D模型重建耗時達30～60 min；另外，3D重建需要一定的經費，使其在實際應用中增加了成本[25]。3D可視化技術應用于肝臟影像解剖臨床教學是一項有益的探索，但由于本研究樣本量較小、時間短，仍需要行進一步的研究去發掘它的價值。

綜上所述，3D可視化技術輔助肝臟影像斷層解剖教學有助于提高醫學影像學專業學生對肝臟影像解剖的理解和認識，獲得更好的教學滿意度，具有潛在應用前景。