数字化虚拟胰腺三维重建图像与传统解剖学图像的比较

1、数字化虚拟胰腺三维重建图像与传统解剖学图像的比较                  作者：周泽民，方驰华，钟世镇，黄立伟，王博亮，周五一【关键词】  解剖学    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：  研究数字化虚拟胰腺三维重建图像与传统解剖学图像，试图为解剖学和临床外科提供更为准确的解剖学依据及解剖学研究方法. 方法： 采用基于虚拟中国人女性一号的胰腺三维重建及三维可视化数字图像资料，与传统的解剖学图像进行对比分析. 结果： 三维重建的图像与传统解剖学图像在某些结构上有明显的差别，三维重建图像更为真实直观，更加便于学习和理解. 结论： 虚拟重建图像形象逼真，能真实还原组织器官结构的本来面貌，是解剖学研究和学习的新途径.【关键词】 三维重建；虚拟图像；解剖学0引言现代医学的发展始于对人尸体的解剖学研究，传统的解剖学是通过对人

6、尸体的剖切、观察、测量，绘图还原人体结构而来的. 而CT，MRI现代影像技术的发展，拓宽了人体器官的观察与研究，通过电子计算机三维重建医学图像的方法开拓解剖学研究的新领域1. 我们通过比较胰腺三维重建医学图像与传统解剖学图像，试图为解剖学和临床外科提供更为科学的解剖学依据及解剖学研究方法.1材料和方法1.1材料数据来源与三维图像重建： 本研究的原始数据来源于南方医科大学临床解剖研究所虚拟中国人女性一号（VCHF1）数据集2. 我们对经过配准的图像，采用ACDSee看图软件，从边界明显的图像开始，逐张审阅，确定边界. 然后Photoshop7.0对原始图像进行处理，采用套索、钢笔等图像处理工具，

7、描绘胰腺及需要重建的组织结构图像边界，删除无关的图像要素，存盘，完成一次图像分割. 为了保证准确再现胰腺原始构像，图像处理必须从边界明显的图片开始，按图片序列逐一进行分割.全部图像分割完毕后，将全部图像读入，然后应用高斯平滑算法进行平滑，接着使用等高面的算法进行边界的提取，分别提取胰腺、十二指肠、胆总管、动脉及静脉系统的表面信息，完成表面信息的提取后，再次使用平滑算法，以确保表面的平滑性. 最后将提取出来的表面信息写成Visualization Toolkit（VTK）文件. 至此，使用由VC+编写的GUI程序调用并显示这个VTK文件，就能看到最终的重建结果（Fig 1）.1.2方法根据专业研

8、究方向，我们采用传统的解剖学教学例图，选取胰腺、十二指肠及腹部血管有关的解剖图像进行比较.2结果2.1重建图像与解剖学中相对应图像的比较在VCHF1数据虚拟重建的图像中，胰腺立体感强，能三维可视化，可以从不同角度进行观察，胰腺的外形复杂，可见胰腺周围组织结构在胰腺表面的压迹，充分反应了胰腺与周围组织互为渗透式结构的复杂性（Fig 1,2）. 传统的解剖学教学例图中的胰腺形态较为规则，未能充分表现胰腺复杂的毗邻关系（Fig 3）.2.2腹主动脉和下腔静脉在三维重建图像中可见腹主动脉和下腔静脉之间有明显的距离（Fig 4），左右肾静脉不在同一平面汇入下腔静脉，下腔静脉因肾静脉的汇入明显变粗，并且走

9、向有所改变. 传统的解剖学教学例图中的腹主动脉和下腔静脉则紧密相连，关系紧密，与肾静脉的关系表现不够（Fig 5）.2.3十二指肠三维重建的十二指肠从降段到空肠起始处，肠管外形变化较大，降段扁狭，体现了受胆囊挤压的特点. 十二指肠降段的中下部分及水平段与胰腺的关系紧密，而十二指肠降段的起始部分则与胰腺有明显的距离（Fig 1,6），传统的解剖学教学例图中的十二指肠外形规则，完全包绕胰腺头部（Fig 3）.2.4胆总管、门静脉、肝总及肝固有动脉解剖学教材中常把三者的解剖关系固定化3，三维重建所见的胆总管、门静脉、肝总及肝固有动脉的解剖关系在行程中有明显的变化，胆总管、门静脉及肝固有动脉在十二指肠

10、的上缘较为接近，在十二指肠下缘胆总管与门静脉及肠系膜上静脉的关系并非紧密，有明显的间距（Fig  4, 6）.2.5肠系膜上动脉及肠系膜上静脉三维重建的肠系膜上动脉和肠系膜上静脉，其主干与肢体上的同名动静脉不同，没有肢体同名动静脉那样的血管鞘，二者不并行，并非传统的解剖学教学例图上的样并行（Fig 7）. 肠系膜上动脉与肠系膜上静脉虽为同名动静脉，但肠系膜上静脉属门静脉系统，并不直接汇入下腔静脉，其功能决定其走向与同名动脉有所不同.百事通 3讨论3.1解剖学教学及学习的新方法和途径传统的解剖学二维平面图像在阐明三维立体的人体结构上有着先天的不足，美国可视人工程开拓了人体解剖学研究一个

11、新的领域，虚拟中国人工程的成功已经催生了新的解剖学研究4. 我们基于VCHF1的胰腺三维重建及三维可视化数据图像资料，是人体胰腺及周围重要组织结构的真实还原，完全展示了胰腺及周围重要组织结构的解剖关系，能以三维可视化的方式从不同角度进行展示，可以根据需要设置不同的透明度，透视观察胰腺、十二指肠、胆总管、动脉及静脉系统的相互关系（Fig 4， 6），结合传统教材的图像与实体解剖，能更好地理解真实的三维人体结构，克服了解剖学教学中剖切后不能很好还原其真实解剖位置的不足，将使解剖学的教学更加充实和丰富多彩，对学习有极大帮助.3.2解剖学图谱的三维可视化对传统解剖学的补充和发展传统的解剖学是通过对人尸

12、体的剖切、观察、测量，绘图还原人体结构而来的，难免有人为的理想化因素（Fig 3, 5, 7）. 我们在实际工作中也常感到解剖学图谱与真实人体的差别，图谱上的二维平面图像也难以说明人体的三维立体结构. 通过与相应图像的比较，结合实际工作的经历，我们认为即使是传统权威教科书，有些图像与实际人体也是有较明显差别的. Reinig等5在美国可视人研究中认为虚拟重建的图像是实时互动真实的解剖学，可以弥补传统解剖学图谱的不足. 虚拟VCHF1数据是高度真实的人体断面数字化图像. 基于VCHF1数据三维重建的胰腺及周围结构三维可视化图像，是人体组织器官立体结构的真实体现，高度真实还原人体的胰腺及周围结构，

13、是对传统教材中失真或理想化图像的完善和补充.3.3解剖学图谱的三维可视化有助于临床外科的发展通过虚拟重建加深对临床解剖学的理解，是促进外科发展的有效途径. 方驰华等6证明三维重建肝脏管道是研究肝脏管道的理想方法. Uchida等7以CT图像的三维重建研究胰腺的血供. 充分理解胰腺周围解剖是胰腺十二指肠切除手术的关键，胰头癌根治手术还必须注意肾静脉8. 胰腺柔软，离体后不易定形，其在人的真实外形不易理解，胰腺及周围组织结构大多是腹膜后的深在器官，外科医生在一般的腹部手术中难以观察到，也因其复杂的周边结构不易进行探查和触摸，因此，常有高年资的腹部外科医师对胰腺及其周围结构感到陌生，这也可能是胰腺外

14、科手术是腹部外科手术难点的原因之一. 本研究图像资料数字化，以三维可视化的形式，通过任意角度的旋转，全方位显示胰腺及其周围结构. 也可设置不同的透明度，或将任意若干种结构的透明度设置为0，将其隐藏（Fig 4, 6），便于对深面组织结构的观察理解，对临床医师理解掌握胰腺的解剖关系有极大帮助.【参考文献】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 钟世镇,原林,唐雷,等. 数字化虚拟中国人女性一号(VCHF1)实验数据集研究报告J. 第一军医大学学报, 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. 局部解剖学M. 第5版. 北京: 人民卫生出版社,  200

16、4: 107-139.4 原林，黄文华，唐雷,等. 数字化VCHF1数据图像处理 J. 中国临床解剖学杂志，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 方驰华, 钟世镇, 吴坤成，等. 适用于薄层扫描和三维重建肝脏管道系统的灌注和铸型的建模研究J. 第四军医大学学报, 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