數(shù)字化虛擬胰腺三維重建圖像與傳統(tǒng)解剖學(xué)圖像的比較

數(shù)字化虛擬胰腺三維重建圖像與傳統(tǒng)解剖學(xué)圖像的比較【摘要】目的：研究數(shù)字化虛擬胰腺三維重建圖像與傳統(tǒng)解剖學(xué)圖像，試圖為解剖學(xué)和臨床外科提供更為準(zhǔn)確的解剖學(xué)依據(jù)及解剖學(xué)研究方法.方法：采用基于虛擬中國(guó)人女性一號(hào)的胰腺三維重建及三維可視化數(shù)字圖像資料，與傳統(tǒng)的解剖學(xué)圖像進(jìn)行對(duì)比分析.結(jié)果：三維重建的圖像與傳統(tǒng)解剖學(xué)圖像在某些結(jié)構(gòu)上有明顯的差別，三維重建圖像更為真實(shí)直觀，更加便于學(xué)習(xí)和理解.結(jié)論：虛擬重建圖像形象逼真，能真實(shí)還原組織器官結(jié)構(gòu)的本來(lái)面貌，是解剖學(xué)研究和學(xué)習(xí)的新途徑.

【關(guān)鍵詞】三維重建；虛擬圖像；解剖學(xué)

0引言

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展始于對(duì)人尸體的解剖學(xué)研究，傳統(tǒng)的解剖學(xué)是通過(guò)對(duì)人尸體的剖切、觀察、測(cè)量，繪圖還原人體結(jié)構(gòu)而來(lái)的.而CT，MRI現(xiàn)代影像技術(shù)的發(fā)展，拓寬了人體器官的觀察與研究，通過(guò)電子計(jì)算機(jī)三維重建醫(yī)學(xué)圖像的方法開(kāi)拓解剖學(xué)研究的新領(lǐng)域［1］.我們通過(guò)比較胰腺三維重建醫(yī)學(xué)圖像與傳統(tǒng)解剖學(xué)圖像，試圖為解剖學(xué)和臨床外科提供更為科學(xué)的解剖學(xué)依據(jù)及解剖學(xué)研究方法.

1材料和方法1材料

數(shù)據(jù)來(lái)源與三維圖像重建：本研究的原始數(shù)據(jù)來(lái)源于南方醫(yī)科大學(xué)臨床解剖研究所虛擬中國(guó)人女性一號(hào)數(shù)據(jù)集［2］.我們對(duì)經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的圖像，采用ACDSee看圖軟件，從邊界明顯的圖像開(kāi)始，逐張審閱，確定邊界.然后對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，采用套索、鋼筆等圖像處理工具，描繪胰腺及需要重建的組織結(jié)構(gòu)圖像邊界，刪除無(wú)關(guān)的圖像要素，存盤，完成一次圖像分割.為了保證準(zhǔn)確再現(xiàn)胰腺原始構(gòu)像，圖像處理必須從邊界明顯的圖片開(kāi)始，按圖片序列逐一進(jìn)行分割.

全部圖像分割完畢后，將全部圖像讀入，然后應(yīng)用高斯平滑算法進(jìn)行平滑，接著使用等高面的算法進(jìn)行邊界的提取，分別提取胰腺、十二指腸、膽總管、動(dòng)脈及靜脈系統(tǒng)的表面信息，完成表面信息的提取后，再次使用平滑算法，以確保表面的平滑性.最后將提取出來(lái)的表面信息寫成VisualizationToolkit文件.至此，使用由VC+編寫的GUI程序調(diào)用并顯示這個(gè)VTK文件，就能看到最終的重建結(jié)果.2方法

根據(jù)專業(yè)研究方向，我們采用傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)例圖，選取胰腺、十二指腸及腹部血管有關(guān)的解剖圖像進(jìn)行比較.

2結(jié)果

重建圖像與解剖學(xué)中相對(duì)應(yīng)圖像的比較在VCHF1數(shù)據(jù)虛擬重建的圖像中，胰腺立體感強(qiáng)，能三維可視化，可以從不同角度進(jìn)行觀察，胰腺的外形復(fù)雜，可見(jiàn)胰腺周圍組織結(jié)構(gòu)在胰腺表面的壓跡，充分反應(yīng)了胰腺與周圍組織互為滲透式結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性.傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)例圖中的胰腺形態(tài)較為規(guī)則，未能充分表現(xiàn)胰腺?gòu)?fù)雜的毗鄰關(guān)系.

腹主動(dòng)脈和下腔靜脈在三維重建圖像中可見(jiàn)腹主動(dòng)脈和下腔靜脈之間有明顯的距離，左右腎靜脈不在同一平面匯入下腔靜脈，下腔靜脈因腎靜脈的匯入明顯變粗，并且走向有所改變.傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)例圖中的腹主動(dòng)脈和下腔靜脈則緊密相連，關(guān)系緊密，與腎靜脈的關(guān)系表現(xiàn)不夠.

十二指腸三維重建的十二指腸從降段到空腸起始處，腸管外形變化較大，降段扁狹，體現(xiàn)了受膽囊擠壓的特點(diǎn).十二指腸降段的中下部分及水平段與胰腺的關(guān)系緊密，而十二指腸降段的起始部分則與胰腺有明顯的距離，傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)例圖中的十二指腸外形規(guī)則，完全包繞胰腺頭部.

膽總管、門靜脈、肝總及肝固有動(dòng)脈解剖學(xué)教材中常把三者的解剖關(guān)系固定化［3］，三維重建所見(jiàn)的膽總管、門靜脈、肝總及肝固有動(dòng)脈的解剖關(guān)系在行程中有明顯的變化，膽總管、門靜脈及肝固有動(dòng)脈在十二指腸的上緣較為接近，在十二指腸下緣膽總管與門靜脈及腸系膜上靜脈的關(guān)系并非緊密，有明顯的間距.

腸系膜上動(dòng)脈及腸系膜上靜脈三維重建的腸系膜上動(dòng)脈和腸系膜上靜脈，其主干與肢體上的同名動(dòng)靜脈不同，沒(méi)有肢體同名動(dòng)靜脈那樣的血管鞘，二者不并行，并非傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)例圖上的樣并行.腸系膜上動(dòng)脈與腸系膜上靜脈雖為同名動(dòng)靜脈，但腸系膜上靜脈屬門靜脈系統(tǒng)，并不直接匯入下腔靜脈，其功能決定其走向與同名動(dòng)脈有所不同.

3討論

解剖學(xué)教學(xué)及學(xué)習(xí)的新方法和途徑傳統(tǒng)的解剖學(xué)二維平面圖像在闡明三維立體的人體結(jié)構(gòu)上有著先天的不足，美國(guó)可視人工程開(kāi)拓了人體解剖學(xué)研究一個(gè)新的領(lǐng)域，虛擬中國(guó)人工程的成功已經(jīng)催生了新的解剖學(xué)研究［4］.我們基于VCHF1的胰腺三維重建及三維可視化數(shù)據(jù)圖像資料，是人體胰腺及周圍重要組織結(jié)構(gòu)的真實(shí)還原，完全展示了胰腺及周圍重要組織結(jié)構(gòu)的解剖關(guān)系，能以三維可視化的方式從不同角度進(jìn)行展示，可以根據(jù)需要設(shè)置不同的透明度，透視觀察胰腺、十二指腸、膽總管、動(dòng)脈及靜脈系統(tǒng)的相互關(guān)系，結(jié)合傳統(tǒng)教材的圖像與實(shí)體解剖，能更好地理解真實(shí)的三維人體結(jié)構(gòu)，克服了解剖學(xué)教學(xué)中剖切后不能很好還原其真實(shí)解剖位置的不足，將使解剖學(xué)的教學(xué)更加充實(shí)和豐富多彩，對(duì)學(xué)習(xí)有極大幫助.

解剖學(xué)圖譜的三維可視化對(duì)傳統(tǒng)解剖學(xué)的補(bǔ)充和發(fā)展傳統(tǒng)的解剖學(xué)是通過(guò)對(duì)人尸體的剖切、觀察、測(cè)量，繪圖還原人體結(jié)構(gòu)而來(lái)的，難免有人為的理想化因素.我們?cè)趯?shí)際工作中也常感到解剖學(xué)圖譜與真實(shí)人體的差別，圖譜上的二維平面圖像也難以說(shuō)明人體的三維立體結(jié)構(gòu).通過(guò)與相應(yīng)圖像的比較，結(jié)合實(shí)際工作的經(jīng)歷，我們認(rèn)為即使是傳統(tǒng)權(quán)威教科書，有些圖像與實(shí)際人體也是有較明顯差別的.Reinig等［5］在美國(guó)可視人研究中認(rèn)為虛擬重建的圖像是實(shí)時(shí)互動(dòng)真實(shí)的解剖學(xué)，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)解剖學(xué)圖譜的不足.虛擬VCHF1數(shù)據(jù)是高度真實(shí)的人體斷面數(shù)字化圖像.基于VCHF1數(shù)據(jù)三維重建的胰腺及周圍結(jié)構(gòu)三維可視化圖像，是人體組織器官立體結(jié)構(gòu)的真實(shí)體現(xiàn)，高度真實(shí)還原人體的胰腺及周圍結(jié)構(gòu)，是對(duì)傳統(tǒng)教材中失真或理想化圖像的完善和補(bǔ)充.

解剖學(xué)圖譜的三維可視化有助于臨床外科的發(fā)展通過(guò)虛擬重建加深對(duì)臨床解剖學(xué)的理解，是促進(jìn)外科發(fā)展的有效途徑.方馳華等［6］證明三維重建肝臟管道是研究肝臟管道的理想方法.Uchida等［7］以CT圖像的三維重建研究胰腺的血供.充分理解胰腺周圍解剖是胰腺十二指腸切除手

術(shù)的關(guān)鍵，胰頭癌根治手術(shù)還必須注意腎靜脈［8］.胰腺柔軟，離體后不易定形，其在人的真實(shí)外形不易理解，胰腺及周圍組織結(jié)構(gòu)大多是腹膜后的深在器官，外科醫(yī)生在一般的腹部手術(shù)中難以觀察到，也因其復(fù)雜的周邊結(jié)構(gòu)不易進(jìn)行探查和觸摸，因此，常有高年資的腹部外科醫(yī)師對(duì)胰腺及其周圍結(jié)構(gòu)感到陌生，這也可能是胰腺外科手術(shù)是腹部外科手術(shù)難點(diǎn)的原因之一.本研究圖像資料數(shù)字化，以三維可視化的形式，通過(guò)任意角度的旋轉(zhuǎn)，全方位顯示胰腺及其周圍結(jié)構(gòu).也可設(shè)置不同的透明度，或?qū)⑷我馊舾煞N結(jié)構(gòu)的透明度設(shè)置為0，將其隱藏，便于對(duì)深面組織結(jié)構(gòu)的觀察理解，對(duì)臨床醫(yī)師理解掌握胰腺的解剖關(guān)系有極大幫助.

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