3D可视化技术在肝脏影像断层解剖临床教学中的应用价值▲

桂善乐 雷其理 梁志银 龙中荣 廖规金 方兆山*

(南宁市第一人民医院暨广西医科大学第五附属医院，1 肝胆外科、2 影像科，广西南宁市 530022)

肝脏具有非常复杂的脉管系统，并且肝脏脉管具有一定的变异[1-3]。对于肝脏的分段、病灶所属位置的识别，以及肝脏的流入道(门静脉、肝动脉)、流出道(肝静脉)以及胆道等走行辨认需要非常多的空间概念构建才能更好地理解、把握，故解剖学教学及外科学知识很难被医学初学者掌握[4]。传统的教学方法仅依靠简单的模型和二维解剖图片很难使学生形成直观、立体而深刻的印象，不利于学生学习兴趣的培养和临床操作能力的提高[5]。对于影像专业学生而言，肝脏影像解剖在临床学习中具有重要的意义，但传统的肝脏影像解剖教科书用的是二维断层解剖图像，不仅抽象而且难以理解、掌握。近年来3D可视化技术作为计算机辅助成像处理技术，对肝脏结构的3D可视化构建可以多维度展示肝脏内部结构及空间关系，对肝脏外科、临床教学等有一定的辅助作用[6-8]。随着3D可视化技术的不断发展，其可接受性得到了较大的提高。本研究旨在探讨3D可视化系统在肝脏影像学断层解剖教学实践中的临床价值。现报告如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 筛选出典型的肝脏肿瘤病例(病灶所在肝段具有代表性，如肝脏肿瘤位于肝Couinaud Ⅷ段，或位于肝Couinaud Ⅳa段)，并通过医院的影像中心PACS系统导出病例的3期薄层CT(0.625～1 mm)DICOM数据。本研究已经通过医院医学伦理委员会批准，所有患者均签署知情同意书。选取2018年9月至2019年12月入科的108名五年制医学影像专业学生，按随机数法分为两组，每组54名。两组学生年龄、性别、入科肝脏基础解剖学成绩等基线资料比较，差异无统计学意义(均P>0.05)，具有可比性。见表1。纳入研究的所有医学生均理解研究内容并同意参与该项研究。

表1 两组医学影像专业学生的基线资料比较

1.2 方法 两组学生的教学培训均由2名水平相当的副教授(或副主任医师)负责，以确保教学研究工作顺利实施。具体如下：2名副教授分别为影像科、肝胆外科(各1名)医师，均具有较丰富的临床和教学经验，采用同样的素材进行教学，且对相应的教学素材(教材、典型病例、CT二维图像、3D图像等)进行深入交流探讨，以确保教学方法的一致性。2名副教授进行交叉教学，总共4次教学：1名副教授进行第1及第3次授课，另外1名副教授进行第2及第4次授课，授课后进行1次训练和/或复习，2名副教授对学生进行答疑解惑。完成相应的课程后进行考核。

1.2.1 对照组 教学方案： 以人民卫生出版社出版的《人体断面与影像解剖学(第3版)》《医学影像学》《局部解剖学》和《医学影像诊断学》等教材对学生进行理论授课，讲解肝脏解剖、肝脏的影像CT断层解剖、影像学资料的分析、肝脏常见良恶性肿瘤的临床表现、诊断及鉴别诊断和CT阅片分析。对典型病例的CT二维图像进行阅片分析；解读分析肝脏CT影像明确肝脏血管、胆管的解剖与变异，肝脏肿瘤与血管、胆管的解剖关系；观看典型的肝脏分段图谱、肝脏模型等，判定病灶所属肝段；熟悉肝脏脉管走行，对肝脏病变、肝脏脉管的走行及变异等进行诊断。肝动脉分析参照文献[9] ，门静脉分析参照文献[10] ，肝静脉分析参照文献[11] 。

1.2.2 研究组 教学方案：与对照组学习教材相同，并结合3D系统软件、3D可视化图像模型学习肝脏的三维图像，对具体病例的肝脏3D整体图像和肝脏病灶、病灶大小、病灶位置、肝脏的Couinaud分段，以及肝脏的脉管系统结构及解剖走行作分析，并对肝脏病灶所属肝脏Couinaud肝段及肝脏脉管走行进行判断。使用深圳旭东数字医学影像有限公司3D系统软件：(1)采集薄层CT数据并重建出肝脏准确的3D图像[12]，然后通过个人电脑端向学生展示正常肝脏及其脉管系统(肝动脉、门静脉、肝静脉)走行及空间关系；(2)肝脏3D Couinaud分段方法[13]在传统CT二维图像和3D系统肝脏分段模型图像的对应关系；(3)针对具体典型病例，通过3D系统软件[12，14]分析3D重建图像，明确肝脏血管、胆管的解剖与变异，肝脏肿瘤与血管、胆管的解剖关系，立体展示肝脏病灶与肝脏脉管系统的空间关系，并结合3D图片讲解如何在二维CT图像上定位病灶的具体肝段，以及分析病灶所属肝段及其与周围脉管的关系，分析肝脏脉管的走行并判断有无变异，脉管分析同对照组；(4)教师根据3D图像信息对具体案例进行讲解、分析，学生操作3D系统软件从多维度了解肝脏结构，通过放大、缩小、透明化和旋转观察，可全方位、多层次了解肝脏病变及其内部解剖结构，最后对肝脏病变、肝脏脉管走行及变异等进行诊断。

1.3 观察指标 教学完成后，对两组学生按五年制医学影像学专业教学大纲的要求进行考核，均为百分制。(1)肝脏理论解剖知识：主要考核肝脏的基础解剖知识、肝脏的分段、肝门的结构及主要脉管的解剖学及其变异、诊断等，采用统一的标准化试题(满分100分)；(2)肝脏二维CT影像阅片能力：主要包括对肝脏解剖形态、病灶肝段识别及肝动脉、门静脉、肝静脉等脉管走行的正确识别；(3)教学满意度：采用自制量表进行教学满意度评价(满分100分)。

1.4 统计学处理 采用SPSS 19.0统计学软件对数据进行分析处理，计量资料以均数±标准差(x±s)表示，组间比较采用t检验；计数资料以例数和百分率[n(%)] 表示，组间比较采用χ2检验或Fisher’s确切概率法。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 教学成绩及满意度比较 通过教学并完成相关培训及训练后，研究组学生的肝脏理论解剖知识成绩优于对照组，满意度评分高于对照组，差异均有统计学意义(均P<0.05)；研究组学生的病灶肝段识别、肝动脉走行识别、门静脉走行识别正确率均高于对照组，差异有统计学意义(均P<0.05)；两组学生的肝静脉走行识别正确率比较，差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 两组学生的教学效果比较

2.2 不同维度图像的对比 图1a为二维CT图像，存在肝动脉变异，从二维图像不容易辨认；图1b为图1a二维CT图像的空间转换，可直观辨认出副肝右动脉来源于肠系膜上动脉。图2a为二维CT图像，存在门静脉变异，从二维CT图像不容易辨认；图2b为图2a二维CT图像的空间转换，可直观地辨认出门静脉是变异的门静脉分型(“三支型”门静脉)。图3a为二维CT图像，肝肿瘤位于肝右后区，且肝Couinaud Ⅳ段有静脉分支，从二维CT图像不容易辨认；图3b为图3a二维CT图像的空间转换，可直观地辨认出肝肿瘤位于肝右后区，且容易辨认出存在Couinaud Ⅳ段静脉。图4a为二维CT图像，肝肿瘤靠近肝右静脉，从二维CT图像不容易判别肝肿瘤位于肝段区域；图4b为图4a二维CT图像的空间转换及肝Couinaud分段，可直观地辨认出肝肿瘤所属位于Couinaud Ⅵ和Ⅶ。

1.肝脏；2.肝右动脉；3.副肝右动脉。 1.肝脏；2.肝肿瘤；3.肝右动脉；4.副肝右动脉来源于肠系膜动脉。

1.肝脏；2.门静脉左支；3.门静脉右支。

1.肝脏；2.肝左静脉；3.肝中静脉；4.肝右静脉；5.肝肿瘤。 1.肝脏；2.肝左静脉；3.肝Couinaud Ⅳ段静脉；

1.肝中静脉；2.肝右静脉；3.肝肿瘤。

3 讨 论

肝脏影像二维断层解剖学知识的学习、掌握是一个非常困难的过程，但影像二维解剖学对于现代肝脏精准外科具有非常重要的意义。如何让医学影像学专业学生更好地识别、掌握抽象而复杂的肝脏二维影像断层解剖学知识，以更好地服务临床是一个重要的教学课题。传统的影像学教学通常采用肝脏模型和二维解剖图像向学生讲述肝脏断层影像解剖知识，凭借初学者对二维图像的认知去追踪肝脏脉管连续性并进行分析，难以构建肝脏病灶与脉管的空间毗邻关系[15]。如要获得较准确构建肝脏的3D结构需要较强的阅片能力和空间想象力，以及较长时间的经验积累，若构建3D图像存在偏差，则可能导致影像学诊断的误判，进而影响临床决策。传统的统编教材教学模式可能存在不利于影像学专业初学者对肝脏二维影像解剖学知识的掌握。

本研究采用了肝脏3D图像模型、肝脏3D虚拟软件联合传统教材进行教学。结果显示，研究组肝脏理论解剖知识成绩明显优于对照组[(84.9±4.7)分vs. (82.3±5.5)分] ，差异有统计学意义(P<0.05)。研究组学生在个人电脑端操作3D软件观察分析肝脏的3D立体影像，可使抽象的肝脏Counauid分叶分段法、复杂的脉管系统、肝门结构变得直观、形象，学习难度下降，帮助学生快速理解和掌握肝脏解剖知识。通过结合比对CT等二维断层影像解剖知识，更易于掌握肝脏脉管结构、Couinaud分段、脉管分析、病灶肝段定位等重要的解剖知识，从而有助于提高肝脏理论解剖知识成绩及3D空间构象的建立。本研究中，研究组学生的病灶肝段识别、肝动脉走行识别、门静脉走行识别正确率均高于对照组(均P<0.05)，提示研究组学生通过传统教材的学习并联合肝脏3D图像及3D可视化技术教学法更易于掌握肝脏解剖知识，更有利于复杂的肝脏断层解剖知识的学习与掌握，提高肝脏解剖的3D空间构建。而两组学生的肝静脉走行识别正确率差异无统计学意义(P>0.05)，可能与肝静脉走行较为简单、容易识别有关。

教师通过3D系统软件进行肝脏解剖的系统讲解，丰富了教学方法，提高了教师的课堂教学效率。采用3D可视化进行肝脏影像解剖教学，可明显提高医学影像学专业学生的学习主动性和积极性，对肝脏解剖知识的掌握更加扎实，教学效果良好，与文献报告一致[16]。有研究显示，3D可视化技术运用于肝胆外科研究生、八年制临床医学生、手术规范化培训的教学，均取得了良好的效果[17-18]。在日本，3D可视化虚拟肝切除技术也已经用于肝脏外科的临床训练工作中，取得了很好的效果[19]。

3D可视化系统软件可将肝脏二维CT图像构建出3D图像，通过计算机二维显示器观察分析整体3D图像，明确肝脏Couinaud分段[13]、病灶的位置、形态和肝动脉、肝静脉及门静脉的解剖走行及可能的变异，通过适当透明化肝脏，全方位观察肝脏病灶与脉管之间的空间关系[20]，这些直观形象的3D图像帮助学生深刻理解肝脏的解剖结构及其管道系统的走行特点。3D技术的优势在于结合二维断层影像，提高了学生二维CT影像阅片能力，可作出准确的影像诊断分析。在临床工作中，阅读二维影像学资料是获取患者解剖结构、病灶定位的重要方法。3D技术为肝脏断层解剖教学提供了3D图像和直观、准确的定量分析工具，更直观地立体展现CT二维信息，有助于学生更好地理解并掌握肝脏的复杂解剖结构，这一优势已经在头颈外科、骨科等领域的临床教学中突显[21-22]。

本研究显示，研究组教学法形象、生动，有利于肝脏解剖知识的学习与掌握，提高了学生对肝脏解剖的三维空间想象力，有助于提高学生的学习兴趣。研究组的教学满意度评分明显高于对照组(P<0.05)，说明研究组的教学模式更有助于提高教学满意度。3D技术在临床教学中能激发学生的兴趣，调动了学生的求知欲望，加深学生对抽象知识的理解。3D可视化技术对临床教学和实践发挥着重要的作用，有助于展现肝脏的空间解剖关系，学生的学习积极性也更高[23-24]。3D可视化技术在肝胆外科临床教学尤其是手术教学方面提高了医学生对肝脏立体结构、肝脏解剖及精准肝切除的认识，为肝脏临床教学开辟了新的途径。教师将传统教学经验与3D可视化技术相结合，不断学习探索，有助于提高教学的满意度。

3D可视化技术的不足之处是：高质量肝脏3D图像的构建需要高质量薄层增强CT数据，即对CT数据采集需要较高的要求，而且肝脏3D模型重建耗时达30～60 min；另外，3D重建需要一定的经费，使其在实际应用中增加了成本[25]。3D可视化技术应用于肝脏影像解剖临床教学是一项有益的探索，但由于本研究样本量较小、时间短，仍需要行进一步的研究去发掘它的价值。

综上所述，3D可视化技术辅助肝脏影像断层解剖教学有助于提高医学影像学专业学生对肝脏影像解剖的理解和认识，获得更好的教学满意度，具有潜在应用前景。