建构医疗三维模型提高医学类专业教学水平

王 磊，薛小燕，李 慧

（山西同文职业技术学院，介休 032000）

1 医学类专业教学过程中存在的问题

当前，在年轻医生的培养中还存在诸多痛点，总结起来主要有以下几点：（1）医学类专业影像技术学科教材普遍滞后，学生接触到知识往往与实际病例有脱节，学生很难从书本知识中得到所需的知识[1-2]。（2）年轻医生的技能培养需要大量的用于技能训练的精确医疗模型。传统标本难保存、数量不足、种类少；市面上的医疗模型普遍精度差，技能训练效果一般[3-4]。（3）年轻医生在医学影像课程学习中，难以凭借平面的影像数据在大脑中构建立体的病患处三维影像，这需要一个长期的训练过程和经验的积累。

2 建构医疗三维模型，将平面的图层数据转为立体的三维模型

针对上述问题，我们使用计算机辅助设计技术，基于真实病例的CT 和MRI 影像数据，通过数据获取和处理→医疗三维模型建构→模型修复→模型检测→模型呈现的流程，将晦涩难懂的平面影像数据变为形象生动的三维模型。通过在模型建构和模型修复两个步骤中进行检测，形成两个闭环的质量控制过程，保证了医疗三维模型（以下均简称模型）的准确性。

2.1 数据获取和处理

根据教学需要，在征得患者同意下情况下，在医院影像科医生的协助下，我们可以从CT 和MRI 中获取相应的平面图层影像文件，文件一般为DICOM 格式，数量有几百张不等。

2.2 模型的构建

我们将取得DICOM 格式文件进行整理，导入到Mimics 等医学建模软件中，通过选取合理的阙值，使病患处平面影像清晰，无多余组织干扰；之后，进行手动切割，对病患处的图层文件进行逐层精修，通过调整灰度，去除多余组织，或修补缺损组织；最后，点击生成模型，软件会根据图层文件灰度信息，自动生成病患处的模型[5]。

2.3 模型的修复

使用Mimics 等医学建模软件所生成的模型多存在法向错误、缺损等问题，需要使用Migics 等模型修复软件进一步修复。在软件中，进行缺损填补、多余面片删除、外壳合并、法向修复、表面光滑处理，生成最终的模型。

2.4 模型的检测

为了保证模型的准确性，我们在模型建构和模型修复两个步骤中引入检测环节，通过检测修改形成两个闭环的质量保证体系。借助Zspace 的增强现实技术，我们选择关键点，在虚拟的模型中检测相关数据，与图层文件中的数据进行比对，对误差较大的地方进行修复，确保模型上各关键点的参数准确。至此，我们已经得到了一个基于CT、核磁平面图层影像的医疗三维模型。

2.5 模型的呈现

借助Zspace 增强现实技术，可以将得到的模型在虚拟空间中呈现在师生面前，使师生得到沉浸式的感官体验，获得不一样的教、学感受；同样，将模型进行切片，设定合理的补偿值，使用光敏固化3D 打印机进行打印，可以将虚拟模型转变为实体模型，这样的实体模型可以用来进行教学和技能训练。

3 医疗三维模型的应用和优势

3.1 将图层影像转化为三维模型，在教学中有利于学生理解和掌握

通过构建医疗三维模型，将晦涩难懂的平面图层影像变为具体生动的三维模型，并呈现，学生可以很容易的读懂CT、MRI影像图，这将有助于培养学生的空间思维，帮助他们完成医学影像学科的学习。

3.2 可以得到真实的病例医疗三维模型，用于技能训练

基于CT、MRI 数据建构出的真实的高精度的病患处模型，可以通过3D 打印转化为大量实体模型。这样，学生可以直接在实体模型上进行模拟训练，掌握诊断和治疗的相关知识，通过大量的技能训练培养其扎实的医学功底。

3.3 可以为医学研究提供病例模型

随着医疗三维模型的应用，将会得到越来越多的病例资料和模型，其中不乏具有研究价值的典型和罕见病例模型。同时，对某一病例的治疗过程进行监控，进行连续的模型建构，将会得到一系列恢复过程的模型。这些资料对于相关医学研究将具有非常大的价值。

3.4 速度快、成本低，为医院和医学院校搭建连接的纽带

在我们的实践应用中，医疗三维模型的建构和应用具有非常大的速度和成本优势。完成一个模型平均用时1-2天，3D 打印模型成本为5-7元/克。这将有助于拉近医院和医学院校的距离，让最新的医学知识迅速从医院走进医学院校，走进教学中。

4 结束语

应用计算机辅助设计技术，构建医疗三维模型并应用，是医工结合的典型实例。我们相信，不久的将来，类似的医工结合项目会越来越多，将会成为医疗、医学教育的新趋势。