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

1、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                  作者：周澤民，方馳華，鐘世鎮(zhèn)，黃立偉，王博亮，周五一【關(guān)鍵詞】  解剖學(xué)    Comparison between images of threedimensional reconstruction of digital virtual pancreas and traditional profiles

2、 of anatomy【Abstract】 AIM: To compare the images of the threedimensional reconstruction of the pancreas with profiles of the traditional teaching materials  so as to provide more precise anatomical data for surgery and anatomical study. METHODS:  Threedimensional reconstruction images of t

3、he pancreas based on the Virtual Chinese HumanF1 were used and compared with the traditional anatomical profiles. RESULTS:  There were some distinct differences between the pancreas images of the threedimensional reconstruction and the profiles of traditional teaching materials for anatomy. The

4、 threedimensional reconstruction images were more precise and easier to understand. CONCLUSION:  Virtual images, more precise in displaying the accurate structure of the human body, is a new approach to anatomical teaching and learning.【Keywords】 threedimensional reconstruction; virtual image;&

5、#160;  anatomy【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： 采用基于虛擬中國人女性一號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)圖像進行對比分析. 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，能真實還原組織器官結(jié)構(gòu)的本來面貌，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)展始于對人尸體的解剖學(xué)研究，傳統(tǒng)的解剖學(xué)是通過對人

6、尸體的剖切、觀察、測量，繪圖還原人體結(jié)構(gòu)而來的. 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，通過電子計算機三維重建醫(yī)學(xué)圖像的方法開拓解剖學(xué)研究的新領(lǐng)域1. 我們通過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1.1材料數(shù)據(jù)來源與三維圖像重建： 本研究的原始數(shù)據(jù)來源于南方醫(yī)科大學(xué)臨床解剖研究所虛擬中國人女性一號（VCHF1）數(shù)據(jù)集2. 我們對經(jīng)過配準(zhǔn)的圖像，采用ACDSee看圖軟件，從邊界明顯的圖像開始，逐張審閱，確定邊界. 然后Photoshop7.0對原始圖像進行處理，采用套索、鋼筆等圖像處理工具，

7、描繪胰腺及需要重建的組織結(jié)構(gòu)圖像邊界，刪除無關(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始，按圖片序列逐一進行分割.全部圖像分割完畢后，將全部圖像讀入，然后應(yīng)用高斯平滑算法進行平滑，接著使用等高面的算法進行邊界的提取，分別提取胰腺、十二指腸、膽總管、動脈及靜脈系統(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. 最后將提取出來的表面信息寫成Visualization Toolkit（VTK）文件. 至此，使用由VC+編寫的GUI程序調(diào)用并顯示這個VTK文件，就能看到最終的重建結(jié)果（Fig 1）.1.2方法根據(jù)專業(yè)研

8、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)的解剖圖像進行比較.2結(jié)果2.1重建圖像與解剖學(xué)中相對應(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，能三維可視化，可以從不同角度進行觀察，胰腺的外形復(fù)雜，可見胰腺周圍組織結(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（Fig 1,2）. 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)胰腺復(fù)雜的毗鄰關(guān)系（Fig 3）.2.2腹主動脈和下腔靜脈在三維重建圖像中可見腹主動脈和下腔靜脈之間有明顯的距離（Fig 4），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

9、向有所改變. 傳統(tǒng)的解剖學(xué)教學(xué)例圖中的腹主動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（Fig 5）.2.3十二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. 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（Fig 1,6），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（Fig 3）.2.4膽總管、門靜脈、肝總及肝固有動脈解剖學(xué)教材中常把三者的解剖關(guān)系固定化3，三維重建所見的膽總管、門靜脈、肝總及肝固有動脈的解剖關(guān)系在行程中有明顯的變化，膽總管、門靜脈及肝固有動脈在十二指腸

10、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（Fig  4, 6）.2.5腸系膜上動脈及腸系膜上靜脈三維重建的腸系膜上動脈和腸系膜上靜脈，其主干與肢體上的同名動靜脈不同，沒有肢體同名動靜脈那樣的血管鞘，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（Fig 7）. 腸系膜上動脈與腸系膜上靜脈雖為同名動靜脈，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脈有所不同.百事通 3討論3.1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，美國可視人工程開拓了人體解剖學(xué)研究一個

11、新的領(lǐng)域，虛擬中國人工程的成功已經(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、動脈及靜脈系統(tǒng)的相互關(guān)系（Fig 4， 6），結(jié)合傳統(tǒng)教材的圖像與實體解剖，能更好地理解真實的三維人體結(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解剖位置的不足，將使解剖學(xué)的教學(xué)更加充實和豐富多彩，對學(xué)習(xí)有極大幫助.3.2解剖學(xué)圖譜的三維可視化對傳統(tǒng)解剖學(xué)的補充和發(fā)展傳統(tǒng)的解剖學(xué)是通過對人尸

12、體的剖切、觀察、測量，繪圖還原人體結(jié)構(gòu)而來的，難免有人為的理想化因素（Fig 3, 5, 7）. 我們在實際工作中也常感到解剖學(xué)圖譜與真實人體的差別，圖譜上的二維平面圖像也難以說明人體的三維立體結(jié)構(gòu). 通過與相應(yīng)圖像的比較，結(jié)合實際工作的經(jīng)歷，我們認為即使是傳統(tǒng)權(quán)威教科書，有些圖像與實際人體也是有較明顯差別的. Reinig等5在美國可視人研究中認為虛擬重建的圖像是實時互動真實的解剖學(xué)，可以彌補傳統(tǒng)解剖學(xué)圖譜的不足. 虛擬VCHF1數(shù)據(jù)是高度真實的人體斷面數(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)的真實體現(xiàn)，高度真實還原人體的胰腺及周圍結(jié)構(gòu)，

13、是對傳統(tǒng)教材中失真或理想化圖像的完善和補充.3.3解剖學(xué)圖譜的三維可視化有助于臨床外科的發(fā)展通過虛擬重建加深對臨床解剖學(xué)的理解，是促進外科發(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)不易進行探查和觸摸，因此，常有高年資的腹部外科醫(yī)師對胰腺及其周圍結(jié)構(gòu)感到陌生，這也可能是胰腺外

14、科手術(shù)是腹部外科手術(shù)難點的原因之一. 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（Fig 4, 6），便于對深面組織結(jié)構(gòu)的觀察理解，對臨床醫(yī)師理解掌握胰腺的解剖關(guān)系有極大幫助.【參考文獻】1 Ackerman MJ, Spitzer VM, Scherzinger Al, et al. The Visible Human data set: An image resource for anatomical visualization J. Med Info, 1995;8(2):

15、1195-1198.2 鐘世鎮(zhèn),原林,唐雷,等. 數(shù)字化虛擬中國人女性一號(VCHF1)實驗數(shù)據(jù)集研究報告J. 第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報, 2003;23(3):196-200.Zhong SZ, Yuan L, Tang L, et al. Research report of experimental database establishment of digitized virtual Chinese No.1 female J. J First Mil Med Univ, 2003;23(3):196-200.3 徐恩多. 局部解剖學(xué)M. 第5版. 北京: 人民衛(wèi)生出版社,  200

16、4: 107-139.4 原林，黃文華，唐雷,等. 數(shù)字化VCHF1數(shù)據(jù)圖像處理 J. 中國臨床解剖學(xué)雜志，2003；21（3）：193-196.Yuan L, Huang WH, Tang L, et al. Image processing in treatment of digitized virtual Chinese No.1 female J. Chin J Clin Anat,  2003;21（3）:193-196.5 Reinig KD, Spitzer VM, Pelster HL, et al. More realtime visual and haptic i

17、nteraction with anatomical data J. Stud Health Techno Info, 1997;39:155-158.6 方馳華, 鐘世鎮(zhèn), 吳坤成，等. 適用于薄層掃描和三維重建肝臟管道系統(tǒng)的灌注和鑄型的建模研究J. 第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報, 2003;24（22）:2076-2080.Fang CH, Zhong SZ, Wu KC, et al. Perfusion and casting of hepatic duct system for thin slice CT scan and three dimensional computerized reconstruction J. J Fourth Mil Med Univ, 2003;24（22）:2076-2080.7 Uchida T, Takada T, Ammori BJ, et al. Threedimensional reconstruction of the ventral and dorsal pancre