王 簕，張 志，張 亮，潘永謙，尹 飚，楊 波，趙洪普，周穎芳

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院，廣州 510150

隨著數(shù)字化醫(yī)學(xué)時(shí)代的到來，臨床教學(xué)工作出現(xiàn)了新的契機(jī)，特別是一批數(shù)字化醫(yī)學(xué)軟件的應(yīng)用，為探索新的教學(xué)手段提供了方法。骨科教學(xué)屬于臨床教學(xué)的一部分，這決定了其具有臨床教學(xué)的一般特點(diǎn)，即理論與實(shí)際相結(jié)合;同時(shí)，骨科教學(xué)工作的開展需要以完善的解剖學(xué)理論作為基礎(chǔ)，因此，在進(jìn)行臨床骨科教學(xué)工作時(shí)要把握以下兩個(gè)方向，一是對病例要點(diǎn)的講解與分析;二是注重講述解剖結(jié)構(gòu)與疾病發(fā)生發(fā)展間的密切聯(lián)系，這樣才能利于醫(yī)學(xué)生較全面地掌握學(xué)習(xí)重點(diǎn)和激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。但是，以往的教學(xué)工作主要是基于枯燥乏味的文字和解剖圖譜，即使單純采用PBL教學(xué)模式，也不能很好地實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)［1］。近年來，隨著Mimics軟件在骨科學(xué)中的應(yīng)用，不但推動(dòng)了骨科臨床工作的發(fā)展，也為骨科教學(xué)注入了新的活力。我們教研室自2011年起將Mimics軟件引入臨床骨科教學(xué)工作中，收獲了良好的教學(xué)效果，也證實(shí)了該數(shù)字化軟件可作為一種新的教學(xué)輔助技術(shù)應(yīng)用于骨科教學(xué)工作之中。

1 Mimics軟件在骨科教學(xué)中的應(yīng)用介紹

Mimics是由比利時(shí)Materialise公司開發(fā)的一種交互式醫(yī)學(xué)圖像處理軟件，其全稱為Materialise＇s interactive medical image control system。該軟件可以實(shí)現(xiàn)對CT、MRI圖像的加工和三維處理，實(shí)現(xiàn)可視化操作，可用于醫(yī)學(xué)診斷和醫(yī)學(xué)手術(shù)模擬等方面。近年來，數(shù)字化軟件在骨科學(xué)中應(yīng)用廣泛，推動(dòng)了一門新興學(xué)科—數(shù)字骨科學(xué)的出現(xiàn)。該學(xué)科最大的特點(diǎn)正是利用數(shù)字化技術(shù)，對骨科教學(xué)和臨床工作模式進(jìn)行新的探索和改革，而Mimics軟件在其中發(fā)揮了重要作用。

張美超等［2］借助該軟件的圖像分析和建模功能，結(jié)合大型冰凍切片技術(shù)，收集和制備了虛擬中國男性一號數(shù)字標(biāo)本。在此基礎(chǔ)上，他們的研究團(tuán)隊(duì)通過Mimics重建了我國第一例可供有限元結(jié)構(gòu)仿真分析的膝關(guān)節(jié)三維模型，為骨科的數(shù)字化解剖學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。張?jiān)堑龋?］通過對患者個(gè)性化資料的提取，借助Mimics軟件獲得了肘內(nèi)翻畸形的三維可視化模擬圖像信息，并對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量和評估，在計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)的指導(dǎo)下，精確地實(shí)施了肘內(nèi)翻畸形矯正術(shù)，獲得了良好的治療效果，為Mimics在骨科臨床實(shí)際工作中的應(yīng)用提供了很好的借鑒意義。我們教研室前期建立了以Mimics軟件為基礎(chǔ)的脊柱三維可視化模型，并在課堂教學(xué)中向?qū)W生展示了虛擬條件下脊柱的正常解剖結(jié)構(gòu)，同時(shí)對脊柱相關(guān)疾病與脊柱解剖結(jié)構(gòu)間的關(guān)系進(jìn)行了深入闡述，并借助虛擬脊柱模型實(shí)現(xiàn)腰椎間盤的虛擬穿刺操作教學(xué)［4］，為推動(dòng)Mimics軟件在骨科教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了有益的探索。由此可見，Mimics軟件在骨科具有良好的應(yīng)用前景，它可以實(shí)現(xiàn)對虛擬解剖結(jié)構(gòu)的分割、旋轉(zhuǎn)和測量，不論是對于臨床還是教學(xué)都有很好地促進(jìn)作用。

2 Mimics有利于典型和復(fù)雜病例的收集與分析

在臨床骨科教學(xué)中，往往需要提供實(shí)際病例作為學(xué)習(xí)例子向?qū)W生進(jìn)行講授。而骨科最常用的診斷技術(shù)是影像學(xué)技術(shù)，但是從醫(yī)院獲取的影像學(xué)資料往往只是二維數(shù)據(jù)，而且即使是三維重建數(shù)據(jù)，也無法將數(shù)據(jù)提取并導(dǎo)入電腦中進(jìn)行講學(xué)。這在教學(xué)中常常會(huì)有學(xué)生因?yàn)闊o法全面觀察或測量相關(guān)指標(biāo)，不能很好的認(rèn)識一些病例的具體情況。

我們教研室在采用Mimics軟件后，可實(shí)現(xiàn)與影像科的數(shù)據(jù)交換，通過軟件直接讀取CT數(shù)據(jù)，根據(jù)灰度值進(jìn)行骨骼結(jié)構(gòu)的三維可視化重建，這樣可以獲得針對不同病例的具有立體結(jié)構(gòu)的三維影像資料，它對于闡述部分典型和復(fù)雜骨折或骨腫瘤的病例有很好的指導(dǎo)作用。在實(shí)際教學(xué)過程中，我們還可以根據(jù)患者創(chuàng)傷的誘因，結(jié)合影像數(shù)據(jù)的重建圖片，模擬患者受傷的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程，更形象、生動(dòng)地為學(xué)生呈現(xiàn)從受傷過程到解剖學(xué)變化以及影像學(xué)改變的經(jīng)過。在課后的反饋問卷調(diào)查中，學(xué)生普遍認(rèn)為，借助Mimics軟件可以更形象和更細(xì)致地描述疾病特別是骨折發(fā)生的情況，明顯縮短學(xué)習(xí)周期，有利于理解書本中的文字描述。

3 Mimics有利于臨床骨科的授課

另外，骨科臨床教學(xué)中常常遇到一個(gè)難點(diǎn)，即骨折診斷的分類。事實(shí)上，骨折的診斷并不難，因?yàn)橥ㄟ^普通X線檢查一般能明確，但是隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展，骨折的診斷已不僅僅限于是否發(fā)生骨折，因?yàn)樵\斷的同時(shí)還需考慮后期治療方案的制定，這就需要對骨折的具體情況進(jìn)行分類。在實(shí)際操作中，骨折的分類較多，而且不同部分骨折的分類依據(jù)也不一樣，因此，往往造成學(xué)習(xí)曲線增加，難度上升，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)提不起興趣，不利于掌握和理解。

Mimics軟件的應(yīng)用可以很好解決上述問題，我們教研室前期與南方醫(yī)院創(chuàng)傷骨科合作，建立了部分骨折的分型數(shù)據(jù)庫。整個(gè)數(shù)據(jù)庫是以實(shí)際病例為數(shù)據(jù)集進(jìn)行收集的，結(jié)合教學(xué)大綱中所需掌握的各種骨折分類標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)制定了三維可視化骨折分型系統(tǒng)。在教學(xué)中，我們應(yīng)用該系統(tǒng)對醫(yī)學(xué)生進(jìn)行骨盆骨折的講解時(shí)就獲得了很好的效果。骨盆骨折是一類分類復(fù)雜的骨折［5］，以往教科書主要通過平面圖片進(jìn)行闡述，學(xué)生常常反映無法對該部分進(jìn)行很好的理解，重點(diǎn)不容易掌握。針對這一問題，我們在引入Mimics三維可視化技術(shù)后，可以向?qū)W生動(dòng)態(tài)展示骨盆骨折的各種分型，而且學(xué)生可根據(jù)自己興趣，結(jié)合課本的分類標(biāo)準(zhǔn)，對各種類型的骨盆骨折進(jìn)行自我操作和三維觀察。因?yàn)樵贛imics的操作窗中，整個(gè)骨盆結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，并且各個(gè)骨折部分間可以進(jìn)行拆分和組合。這樣不但促進(jìn)了教學(xué)模式的提高，而且使學(xué)生和教師的交流更加直接和容易。另外，由于學(xué)生能自行操作軟件，調(diào)取資料進(jìn)行分析，極大地提高了他們的學(xué)習(xí)興趣。

4 Mimics可實(shí)現(xiàn)骨科手術(shù)的數(shù)字化設(shè)計(jì)

臨床骨科教學(xué)不但需要闡述疾病的特點(diǎn)和進(jìn)行準(zhǔn)確的診斷，還需要規(guī)劃治療方案。作為骨外科，手術(shù)常常需要選擇治療方法，但是往往對于同一種疾病會(huì)有多種手術(shù)方案，究竟選擇何種術(shù)式更合理，對患者康復(fù)更好，這均是醫(yī)師考慮的重點(diǎn)。在向醫(yī)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)理論講解和演示時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)由于學(xué)生不具有臨床經(jīng)驗(yàn)，對于外科操作十分生疏，往往學(xué)習(xí)周期長，對手術(shù)方法的選擇沒有判斷能力。

對此，我們以教學(xué)工作中一實(shí)例進(jìn)行闡述:先天性脊柱后凸畸形是一種常見的脊柱畸形，由于患者受到畸形影響，可能出現(xiàn)外形和功能的改變，嚴(yán)重者可能影響生活質(zhì)量，此時(shí)需要進(jìn)行手術(shù)治療。以往教學(xué)過程中，通常會(huì)告知學(xué)生脊柱的截骨手術(shù)可以有效治療該類畸形，但是在實(shí)際操作中，學(xué)生由于手術(shù)觀摩的限制并不能掌握截骨手術(shù)的真正意義，無法判斷截骨的合適部位和數(shù)量。為了解決這一難點(diǎn)，以前的教師會(huì)通過手繪患者脊柱側(cè)位圖片，借助剪刀對截骨區(qū)進(jìn)行裁剪和拼接，向?qū)W生展示最佳截骨術(shù)式的選擇依據(jù)，但是這樣無法展示脊柱手術(shù)的三維情境，也會(huì)浪費(fèi)寶貴的課堂時(shí)間，而且不利于重復(fù)演示和操作。

我們教研室在采用Mimics軟件后，借助其CMF/Stimulation模塊的功能，成功實(shí)現(xiàn)了虛擬截骨手術(shù)的操作模擬過程。即先獲取患者的個(gè)體數(shù)據(jù)資料進(jìn)行三維可視化重建，讓學(xué)生了解脊柱畸形情況的三維立體結(jié)構(gòu)。根據(jù)手術(shù)設(shè)計(jì)方案，借助軟件對不同部位的截骨手術(shù)進(jìn)行比較分析，然后再對截骨后的脊柱進(jìn)行校正，從而獲取最佳方案。整個(gè)操作過程完全在軟件中實(shí)施和開展，學(xué)生也可以自行操作模擬手術(shù)過程。在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生不但通過屏幕學(xué)習(xí)和了解手術(shù)的方案制定，而且有參與手術(shù)方案制定的計(jì)劃，深入了解和掌握手術(shù)方案的制定依據(jù)，發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性，從而到達(dá)良好的教學(xué)效果(截骨手術(shù)模擬示意圖如圖1所示)。5 Mimics有利于學(xué)生自學(xué)和分析病例

圖1 Mimics模擬脊柱后凸畸形截骨手術(shù)方案的設(shè)計(jì)

Mimics軟件具有上手快、操作簡單、學(xué)習(xí)周期短的特點(diǎn)。因此，我們在教學(xué)中將該軟件向?qū)W生推廣，鼓勵(lì)他們借助醫(yī)院共享的影像學(xué)數(shù)據(jù)庫，對課本中部分資料進(jìn)行自我分析和學(xué)習(xí)。學(xué)生可將獲取的影像學(xué)數(shù)據(jù)保存為STL格式，在各自的臺(tái)式電腦或筆記本電腦安裝Mimics后，實(shí)現(xiàn)在家中或?qū)嬍依^續(xù)學(xué)習(xí)和研究相關(guān)資料的可能，從而有利于學(xué)生復(fù)習(xí)和自學(xué)，并可通過三維可視化技術(shù)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。經(jīng)過一段時(shí)間的應(yīng)用推廣后，我們發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生在已有課堂典型病例學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，還能在一些類似病例的診斷和治療上進(jìn)行推廣應(yīng)用，這都很好地促進(jìn)了骨科教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，即理論與實(shí)際相結(jié)合。

綜上所述，Mimics軟件在臨床骨科教學(xué)中的開展應(yīng)用，很好地推動(dòng)了教學(xué)質(zhì)量的提高，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。借助該軟件可實(shí)現(xiàn)教學(xué)中個(gè)性化病例資料的獲取與分析，同時(shí)結(jié)合三維可視化技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對解剖結(jié)構(gòu)的分析，從而更好地完成教學(xué)目標(biāo)。因此，該軟件值得在骨科教學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用和推廣。

［1］徐繼平，劉志宏，梁裕．LBL-PBL-LBL模式在骨科教學(xué)中的應(yīng)用［J］．國際骨科學(xué)雜志，2010，(5):312-314

［2］張美超，趙衛(wèi)東，原林，等．建立數(shù)字化虛擬中國男性一號膝關(guān)節(jié)的有限元模型［J］．第一軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，23(6):527-529

［3］張?jiān)牵懧?，楊勇，等．?jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)截骨導(dǎo)航模板治療肘內(nèi)翻畸形的初步應(yīng)用［J］．中華小兒外科雜志，2013，31(3):180-182

［4］楊波，方世兵，唐雷，等．?dāng)?shù)字化虛擬腰椎的三維重建及可視化研究［J］．中華骨科雜志，2013，33(1):71-75

［5］邵越峰，張志強(qiáng)，衛(wèi)小春．骨盆骨折的分型［J］．實(shí)用骨科雜志，2008，14(2):126-128