基于CT 3D技术构建X线摄影特殊体位关节模型.pdf

582023 年/第 20 期/7 月基于 CT 3D 技术构建 X 线摄影特殊体位关节模型周宇婷1,2，高秀娟1,2，戴雨柔1,2，刘惠1,2，胡芳1,2*（1.湘南学院医学影像检验与康复学院湖南郴州423000；2.湘南学院-山东乐润信息技术有限公司医学影像技术专业校企合作创新创业教育基地湖南郴州423000）摘要目的：利用CT3D后处理技术构建X线摄影特殊体位下关节模型，辅助对特殊摄影体位摆放原理的学习。方法：招募志愿者于附属医院采集特殊体位关节 CT 容积数据，利用三维重建技术构建 X 线摄影特殊体位关节的三维模型。将模型试用于医学影像技术专业学生，三周后分发调查问卷，收集试用成果，分析调查问卷。结果：收集的 77 份有效调查问卷结果显示，93.5%的学生认为 3D型辅助学习优于传统学习模式，能激发学习兴趣，98.7%的学生希望能用于教师课堂教学。讨论：利用 CT 3D 技术构建 X 线摄影特殊体位关节模型能够有效提高学生的学习效果和学习兴趣，值得推广应用。关键词CT 后处理技术；三维模型；特殊体位；骨关节中图分类号：R318文献标识码：ADOI:10.16400/ki.kjdk.2023.20.019Constructing a Special Posture Joint Model for X-ray Photography Basedon CT 3D TechnologyZHOU Yuting1,2,GAO Xiujuan1,2,DAI Yurou1,2,LIU Hui1,2,HU Fang1,2(1.Medical Imaging Laboratory and Rehabilitation College,Xiangnan University,Chenzhou,Hunan 423000;2.Xiangnan University-Shandong LerunInformation TechnologyCo.,Ltd.MedicalimagingTechnology SchoolEnterpriseCooperation Innovation and Entrepreneurship Education Base,Xiangnan University,Chenzhou,Hunan 423000)AbstractObjective:To construct a joint model under special postures in X-ray photography using CT 3D post-processing technology,to assist in learning the principles of placement of special postures in photography.MethodsThe volunteers were recruited to collect the CT volume data of joints in special positions in the affiliated hospital,andthe Iterative reconstruction technology was used to construct the 3D model of joints in special positions for X-rayphotography.Themodelwasappliedtostudents majoring in medicalimaging technology.Three weeks later,questionnaireswere distributed,trial results were collected,and questionnaires were analyzed.Results 77 valid survey questionnairescollected show that 93.5%of students believe that 3D assisted learning is superior to traditional learning models andcan stimulate learning interest.98.7%of students hope to be used for teacher classroom teaching.Discussion The useofCT3D technologytoconstructa specialposture jointmodelforX-rayphotographycaneffectivelyimprove studentslearning effectiveness and interest,and is worth promoting and applying.KeywordsCT post-processing technology;3D model;special postures;jointX 线摄影技术是医学影像专业核心课程的学习部分。在学习过程中，只凭借课本上的内容和教师的语言描述与PPT 展示，学生难以理解在特殊体位下各骨关节的空间关系，掌握特殊摄影体位的知识点较为困难，抽象的内容学习起来也枯燥乏味，学习效果一般。如何使抽象的各个骨关节具象化是需要解决的问题。目前市场上推出的 3D 软件例如 3Dbody、人体解剖学图谱面向的都是人体正常解剖学图谱，没有特殊体位相关的三维图像。为此，本研究利用 CT 后处理技术创建 X 线摄影特殊体位下目标骨关节的三维电子模型，辅助学生学习。1 方法1.1 采集数据在本校招募学生志愿者，签署知情同意书。在湘南学院附属医院资深影像技术人员的指导下摆放各特殊体位，嘱咐志愿者尽量不要动，每位志愿者完成 12 个特殊体位下目标骨关节的 X 线摄影。数据采集设备为西门子公592023 年/第 20 期/7 月司 Definition AS 128 排 CT，扫描层厚 05mm，层间距025mm。扫描完成后将各个特殊体位目标骨关节的容积数据以 DICOM 格式复刻到独立光盘中。共采集了 10 个/组特殊体位。1.2 导入数据导入 DICOM 数据到 Mimics Research 20.0 软件中解析为灰度图像1。1.3 Mimics 图像分割调整窗宽窗位，将骨关节清晰显示。应用阈值分割，以新的蒙版即“yellow”蒙版保存。对骨关节中存在的空腔和缺损进行填补，剪裁蒙版中的骨关节。1.4 计算三维模型根据系统推荐的默认选择设定重建质量参数，执行操作，三维模型即显示在了 3D 视口。1.5 设计软件将STL格式文件导入“X线摄影特殊体位骨关节模型系统”软件中，在 X 线摄影特殊体位骨关节模型系统软件中设计特殊体位与正常解剖学体位两个界面，加入观察、放大、缩小、旋转、隐藏、单独显示等功能。2 学习效果调查2.1 设计调查问卷根据特殊体位学习的难易性、市场上的 3D 解剖软件与使用本研究成果后的学习效果三方面拟定了12个条目。2.2 三维模型辅助教学选取湘南学院2020级医学影像技术专业3个班级（其中医学影像技术 1 班 33 人，医学影像技术 2 班 28 人，医学影像技术3班（专升本）54 人）使用三维模型组的软件辅助学习特殊体位。2.3 数据收集调查问卷的数据收集采取线上调查问卷的方式。采用微信小程序“问卷星”形成电子问卷，通过微信发放。发放对象为接受三维模型辅助教学的 3 个班级，调查时间持续三周，一共收集到 77 份有效问卷。整理数据，得到调研结果。3 结果一共收到 77 份有效调查问卷，具体结果显示如表 1：4 讨论“医学影像检查技术”是医学影像技术和医学影像学专业的核心课程。X 线摄影特殊体位的学习更是其中的重点和难点。传统摄影摆放原理的学习依靠书本知识以及查阅图谱，但均为骨关节的二维体现，学生不易掌握骨关节的构造，且课本内容繁多、复杂，很难激发学生的学习兴趣，学生无法建立三维抽象思维2。常规的解剖图谱和解剖录像呈现出来的二维平面效果对医学生来说难以理解其空间关系，而人体解剖标本因为不易保存、易损坏且数量有限，普通医学生和基层医生不能便捷接触到，无法满足其日常学习和工作需求。因此，医学影像技术专业的学生在特殊体位学习过程中，对特殊摄影体位位置下骨关节的解剖空间位置关系难以理解，不能充分掌握摄影体位摆放的原理，学习效果一般。讲授特殊体位的教师也反映传统的书本和PPT教学因为缺乏空间立体感，不仅教授起来非常吃力，学生的学习效果也不是很好。因此如何使抽象的各个特殊体位骨关节立体化成为亟须解决的问题。CT 成像突出的优点是后处理功能强大、具有一定的定量分析功能。因此本研究采用 CT 作为特殊体位目标骨关节容积数据采集设备，以获得高分辨率的图像和三维骨关节结构模型组。CT 图像后处理技术是一种利用计算机软件将经减薄处理后的原始扫描数据进行重新处理，以显示各平面二维图像或三维图像的技术。图像后处理是利用计算机内的各种后处理软件来实现的，处理的种类随成表 1特殊体位模型软件教学的课堂学习情况调查问卷题目非常符合符合一般不符合你对该软件的了解程度16.9%32.5%40.3%10.4%你认为该软件对于学习特殊体位的重要性29.9%48.1%20.8%1.3%你认为用该软件学习起来困难9.1%29.9%52.0%9.1%与传统课堂相比，你认为教师用该软件上课时，书本内容更容易被理解44.2%36.4%18.2%1.3%与传统课堂相比，你认为该软件能激发学习兴趣35.1%58.4%5.2%1.3%你认为该软件对医学生学习有帮助74.0%24.7%1.3%你认为该软件辅助教学适用于小组内学习44.2%53.3%2.6%该软件占手机内存空间小，易于下载，便于携带，你会感觉 3D 型辅助学习优于传统学习模式93.5%6.5%作为医学生，你希望今后教师使用该软件辅助教学98.7%1.3%你对该软件迫切需求29.9%64.9%5.2%学科探索602023 年/第 20 期/7 月像系统选用软件的不同而不同。当前临床所使用的多层螺旋 CT 图像后处理技术主要有多平面重组、容积再现和表面阴影遮盖法三种3。随着互联网的迅猛发展，近些年来，教师在进行各学科教学时，大胆尝试了传统教学方式联合多媒体技术。张年凤等人在人体解剖学教学的研究中，在高职助产专业人体解剖学教学中运用 3DBody解剖软件，发现这种教学方式能够有效提高学生学习的积极性，帮助学生理解人体解剖学，提高人体解剖学教学质量4。在冼文娇的研究中，同样使用了维萨里 3D 解剖软件进行教学，得出的结果是维萨里 3D解剖软件的运用，能够显著提高学生的学习成绩，具有推广价值。孙宝平等人在骨外科教学的研究中，运用了 Visible body 三维解剖软件辅助骨外科临床教学，结论显示在复杂骨折临床教学中，采用 Visible body 三维解剖软件的教学模式比传统教学模式教学效果更好，学生更容易理解。这与本次的研究有异曲同工之妙。本次研究利用 CT 三维后处理技术来辅助构建 X 线摄影特殊体位下目标骨关节的三维电子影像库，不仅完美结合了后处理技术的空间立体感，而且将其导入软件中后还可以在手机端和电脑端随时随地查看。现今电子产品已然成为学生学习和生活的主导，他们也乐意从电子产品中学习知识，这为三维人体解剖软件的发展提供了条件。在软件中，学生能够全程独立学习，软件可以在多个平面展示每个特殊体位下各个骨关节的空间三维关系。软件还注明每块骨与骨关节、连接处、肌腱和覆盖肌肉的详细信息，也可以动画展示相应特殊体位的摆放与摄影过程。软件中的电子影像库同时配备正常人体解剖学体位下的三维图像与各关节三维图像，在查阅特殊体位下的目标骨关节空间结构时，通过与常规解剖学体位下的图像进行对比，不仅能帮助学生理解特殊体位摆放的原理，也能加深对常规解剖学体位与特殊体位下骨关节结构的学习。在形成特殊体位目标骨关节X线影像库，并将影像库导入“X 线摄影特殊体位骨关节模型系统”软件中后，对本校 2020 级正在学习“医学影像检查技术学”的同学使用了三维模型组的软件辅助学习特殊体位的摆放原理与目标骨关节的空间结构，学习时间为三周，三周后通过微信小程序“问卷星”发放调查问卷。三周后回收调查问卷，一共收到 77 份有效调查问卷。调查结果显示，有 98.7%的学生认为本研究设计的解剖软件对于学习特殊体位很重要。在“您认为教师用该软件上课是否比书本内容更容易理解特殊体位”的问题中，有 73.52%的学生认为更容易理解。与此同时，有84.42%的学生表示对比传统教学方式更喜欢用该软件学习，有 93.5%的学生认为本研究辅助上课能激发自身对特殊体位的学习兴趣。同时有 98.7%的学生表示希望教师在今后的课堂学习中能使用该软件辅助学习。根据调查结果可以认为，本研究有利于医学生对于特殊体位摆放原理的学习，同时也能辅助高校教师对相关内容的教学。综上所述，建立X线特殊体位影像库对于辅助医学生学习、教师教学、医务人员实践都很重要。基于 CT 图像后处理技术构建X线摄影特殊体位目标骨关节三维模型，能更清楚地展示特殊体位下各组织结构的大小、形态与位置关系，将特殊体位下的X线摄影目标骨关节更直观更便捷地展示出来。但软件中的三维模型组只能展示最初导入的设计好的图像，不能针对处于不同疾病中的骨关节结构展示其特点，而且没有直观性，实体感缺失。在学习或工作中，只有不断思考和尝试，对现有的教学体制进行探索和改革，才能克服教学过程中出现的难题，更好地培养出新时代的医学人才。*通讯作者：胡芳基金项目：国家级大学生创新训练计划项目(S202010545017)；湖南省普通高校青年骨干教师培养对象(湘教通2020No.43:2)；湖南省普通高校教学改革研究项目(湘教通2019No.291:885)；湖南省“十三五”教育规划课题(湘教科规通2020No.2:XJK20BGD028)。参考文献1丁磊.基于 DICOM 标准的医学文件研究与处理D.成都:电子科技大学,2019.2高宗强,张格林,吴玮,等.3D 打印技术在骨科中的应用及展望J.中国医学教育技术,2016,30(3):252-255.3匡立山,李华,秦永春,等.多层螺旋 CT 图像后处理技术在骨关节创伤中的应用J.当代医学,2019,25(16):100-102.4张年凤,肖娟,向安萍,等.职教云联合 3DBody解剖软件的信息化教学在人体解剖学教学中的应用J.卫生职业教育,2021,39(12):71-73.