李春茂，李少陽(yáng)，洪衛(wèi)文，張禮均，沈國(guó)良，陳敏江，牟朝暉

（1.臺(tái)州市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科；2.普外科，浙江 臺(tái)州 318020）

醫(yī)學(xué)模擬教育在各類醫(yī)學(xué)人才培養(yǎng)中的重要作用日益凸顯。計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)作為住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)（住培）一項(xiàng)重要的醫(yī)學(xué)模擬教學(xué)類型，在縮短住院醫(yī)師臨床實(shí)踐的學(xué)習(xí)曲線、提高醫(yī)療質(zhì)量和保障醫(yī)療安全的過(guò)程中起著重要作用[1-2]。本院神經(jīng)外科通過(guò)一款免費(fèi)、開源的3D Slicer軟件平臺(tái)[3]，構(gòu)建住院醫(yī)師專用的顱腦三維可視化系統(tǒng)，開展一種以特殊的三維視覺體驗(yàn)為主的計(jì)算機(jī)模擬教育，結(jié)合CBL（Case-Based Learning）教學(xué)，在神經(jīng)外科住培教學(xué)中應(yīng)用，取得了良好的教學(xué)效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 選擇2016年9月至2018年8月在臺(tái)州市第一人民醫(yī)院神經(jīng)外科輪轉(zhuǎn)的50名住院醫(yī)師為研究對(duì)象，隨機(jī)分為對(duì)照組（24人）和實(shí)驗(yàn)組（26人）。對(duì)照組采用小講課、教學(xué)查房、床旁帶教相結(jié)合的傳統(tǒng)教學(xué)+CBL教學(xué)，住院醫(yī)師在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成培訓(xùn)大綱所要求掌握的病種，完成患者管理、病歷書寫、手術(shù)操作等工作。實(shí)驗(yàn)組在傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)合CBL教學(xué)基礎(chǔ)上增加顱腦三維可視化系統(tǒng)內(nèi)容。比較兩組性別、年齡以及入科考試成績(jī)，明確可比性。

1.2 研究方法

1.2.1 顱腦三維可視化系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用 3D Slicer軟件由哈佛大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合研發(fā)的免費(fèi)開源圖像分析處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求低、界面簡(jiǎn)潔、操作方便且支持功能擴(kuò)展和改進(jìn)[3-4]，普通個(gè)人電腦即可下載并安裝3D Slicer軟件，通過(guò)局域網(wǎng)或代理服務(wù)器接入單位醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication System，PACS），將患者顱腦薄層CT、CTA、MRI以及DSA等影像資料的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）數(shù)據(jù)下載并導(dǎo)入3D Slicer軟件，通過(guò)相應(yīng)模塊完成表面重建（Surface Shaded Display，SSD）與容積重建（Volume Rendering，VR），重建后的圖像可隨意旋轉(zhuǎn)、平移、縮放、測(cè)量和切割，實(shí)現(xiàn)顱腦結(jié)構(gòu)的三維可視化，模擬正常的顱腦解剖以及手術(shù)入路等。病例的所有資料數(shù)據(jù)可分類保存以構(gòu)建顱腦三維可視化系統(tǒng)教學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2.2 顱腦三維可視化系統(tǒng)結(jié)合CBL教學(xué)的實(shí)施 教學(xué)查房選擇培訓(xùn)大綱要求掌握的典型病例。以神經(jīng)外科常見“急性硬膜外血腫”為例，提前2～3 d通過(guò)微信群通知住院醫(yī)師即將查房學(xué)習(xí)的病例，發(fā)放經(jīng)過(guò)預(yù)處理的DICOM數(shù)據(jù)及其他相關(guān)資料。教師依據(jù)病例設(shè)置若干問題，如：“硬膜外血腫患者昏迷的機(jī)制是什么”“如何判斷硬膜外血腫的手術(shù)指征”“如何根據(jù)患者的術(shù)前頭顱CT平掃進(jìn)行硬膜外血腫的定位及切口設(shè)計(jì)”等，引導(dǎo)住院醫(yī)師查閱文獻(xiàn)資料，通過(guò)獨(dú)立思考做出診斷、鑒別診斷，提出治療方案；鼓勵(lì)住院醫(yī)師通過(guò)教師提供的病例數(shù)據(jù)及教程采用3D Slicer軟件進(jìn)行操作練習(xí)，感受顱腦解剖的特殊三維視覺體驗(yàn)。教學(xué)查房分三步進(jìn)行：第一步，在示教室簡(jiǎn)單交代查房?jī)?nèi)容和注意事項(xiàng)。第二步，在病房詢問病史和查體。重點(diǎn)是第三步，在示教室分析和討論病例，以住院醫(yī)師分組討論為主，結(jié)合查房前預(yù)留的問題，教師進(jìn)一步提出問題：“顱內(nèi)血腫體積如何計(jì)算”“多田氏公式計(jì)算顱內(nèi)血腫的誤差原因有那些”“如何應(yīng)用3D Slicer軟件精確計(jì)算血腫量”“如何進(jìn)行顱內(nèi)血腫體表投影”等，請(qǐng)各組住院醫(yī)師發(fā)表意見，討論結(jié)束后教師進(jìn)行總結(jié)，適時(shí)進(jìn)一步演示該病例的顱腦三維結(jié)構(gòu)的虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果及住院醫(yī)師感興趣的其他問題。課后鼓勵(lì)住院醫(yī)師再次應(yīng)用該軟件進(jìn)行復(fù)習(xí)和模擬，加深對(duì)查房病例的理解和記憶。

1.3 效果評(píng)估 評(píng)估指標(biāo)分為客觀的理論成績(jī)及主觀的師資評(píng)價(jià)，出科理論考試成績(jī)采取百分制，由教學(xué)秘書擬定考卷，內(nèi)容以培訓(xùn)大綱要求為準(zhǔn)。在住院醫(yī)師出科時(shí)采用匿名方式進(jìn)行教學(xué)滿意度調(diào)查，滿意度分為滿意、一般、不滿意3個(gè)級(jí)別。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 數(shù)據(jù)資料采用Excel（2013）整理，采用SPSS 20.0軟件分析處理，計(jì)量資料采用（±s）表示，予以t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用率（%）表示，予以χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組住院醫(yī)師入科前一般資料比較 兩組住院醫(yī)師的性別、年齡以及入科考試成績(jī)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示具有可比性，見表1。

表1 兩組住院醫(yī)師一般資料比較（±s）Table1 Comparison of general data between the two groups of residents(±s)

表1 兩組住院醫(yī)師一般資料比較（±s）Table1 Comparison of general data between the two groups of residents(±s)

入科考試成績(jī)年齡23.5組別實(shí)驗(yàn)組對(duì)照組χ2/t值P值人數(shù)26 24性別（男/女）17/9 16/8 0.009 0.924images/BZ_70_1883_2417_1966_2450.png67.4images/BZ_70_2110_2417_2193_2450.png69.4-1.019 0.313 23.3-4.630 0.645images/BZ_70_1883_2469_1966_2503.pngimages/BZ_70_2110_2469_2193_2503.png

2.2 出科考試成績(jī)以及滿意度調(diào)查結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組成績(jī)優(yōu)良率（≥80分）明顯優(yōu)于對(duì)照組，差異具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.01），見表2；滿意度也明顯優(yōu)于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表2 出科考試成績(jī)[n（%）]Table2 The results of graduation exams[n(%)]

表3 教學(xué)滿意度調(diào)查結(jié)果[n（%）]Table3 Survey results of satisfaction[n(%)]

2.3 傳統(tǒng)的顱內(nèi)血腫CT及3D Slicer處理結(jié)果 3D Slicer處理后的圖像更為直觀，住院醫(yī)師印象更為深刻且可以動(dòng)手操作及互動(dòng)，住院醫(yī)師反映良好，見圖1。

圖1 顱內(nèi)血腫經(jīng)3D Slicer處理后的對(duì)比Figure1 Comparison of intracranial hematoma treated by 3D Slicer

3 討論

人體神經(jīng)解剖?？菩詷O強(qiáng)、抽象復(fù)雜、不易理解[5]。神經(jīng)外科以神經(jīng)解剖學(xué)為基礎(chǔ)，是基礎(chǔ)理論與實(shí)踐緊密聯(lián)系的學(xué)科[6]，對(duì)疾病診斷、手術(shù)方式設(shè)計(jì)的理解需要建立在對(duì)顱腦三維解剖結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，因此空間想象能力顯得尤為重要[7]。住院醫(yī)師難以在短短1～2月的輪轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)中形成清晰的顱腦解剖立體模型[8]，對(duì)深入理解顱腦疾病的病因機(jī)制以及后續(xù)的診治產(chǎn)生很大的影響，因此，迫切需要生動(dòng)形象的顱腦三維可視化技術(shù)平臺(tái)解決這個(gè)問題。3D Slicer作為一款免費(fèi)、開源的可視化和圖像分析的軟件平臺(tái)，為疾病的診斷、鑒別診斷和手術(shù)計(jì)劃帶來(lái)極大便利[9]，也使住院醫(yī)師產(chǎn)生了濃厚興趣。依托于3D Slicer軟件的顱腦三維可視化系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)在于：（1）3D Slicer軟件免費(fèi)、開源，任何人都可隨時(shí)免費(fèi)下載進(jìn)行安裝使用。（2）對(duì)電腦硬件配置要求不高，普通個(gè)人電腦即可順暢運(yùn)行。（3）接入醫(yī)院的PACS，導(dǎo)入DICOM數(shù)據(jù)就能輕松完成顱骨、腦組織、腦血管、血腫、腫瘤等正?；虿∽兘M織結(jié)構(gòu)的三維重建，可以通過(guò)任意旋轉(zhuǎn)、平移與縮放觀察虛擬三維影像，通過(guò)切割、測(cè)量、建模等方法進(jìn)行模擬開窗及模擬手術(shù)入路操作，還可通過(guò)一些輔助方法實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等三維可視化功能。（4）軟件自帶圖像捕捉系統(tǒng)，可將動(dòng)態(tài)三維圖像自動(dòng)保存為MP4等常用視頻格式文件，方便建立各種三維動(dòng)畫教學(xué)視頻庫(kù)[4，10-14]。本研究中，通過(guò)3D Slicer軟件平臺(tái)將黑白的二維圖像CT片構(gòu)建成形象生動(dòng)的三維彩色圖像（圖1），腦內(nèi)血腫及硬膜外血腫位置、大小明確，住院醫(yī)師很容易理解，故實(shí)驗(yàn)組的滿意度較對(duì)照組明顯提高，出科成績(jī)較對(duì)照組明顯提升。由于顱腦三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用，其形象、逼真的三維視覺效果提升了住院醫(yī)師的興趣和積極主動(dòng)性，降低了學(xué)習(xí)門檻和難度，客觀上改善了住院醫(yī)師的滿意度，提高了出科成績(jī)，達(dá)到了教學(xué)目的，更好地完成了教學(xué)大綱要求的學(xué)習(xí)任務(wù)，同時(shí)該技術(shù)能為培訓(xùn)人員帶來(lái)高度逼真的虛擬操作體驗(yàn)且能有效節(jié)約有限的教學(xué)資源[15]。

另一方面，CBL教學(xué)的核心即“以病例為先導(dǎo)，以問題為基礎(chǔ)，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)的小組討論式教學(xué)”[16]，通過(guò)典型病例情景模擬，提出若干問題，將解剖、生理、病理等知識(shí)點(diǎn)與臨床病例有機(jī)結(jié)合，提高了學(xué)員將基礎(chǔ)知識(shí)與臨床問題融會(huì)貫通的能力[17]，而顱腦三維可視化系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)建與應(yīng)用，恰好為兩者的結(jié)合起到橋梁的作用。如圖1所示，患者車禍致傷頭部，既存在原發(fā)性腦損傷，又存在繼發(fā)性腦損傷，患者頭顱CT平掃圖像經(jīng)3D Slicer軟件重建后形成特殊的三維視覺體驗(yàn)，教師充分考慮年輕后住院醫(yī)師具有極強(qiáng)的接受新生事物能力，利用他們對(duì)電腦、網(wǎng)絡(luò)、軟件的應(yīng)用能力，通過(guò)3D Slicer軟件平臺(tái)，結(jié)合上述典型病例，采用小組討論的教學(xué)方式，引導(dǎo)住院醫(yī)師獨(dú)立思考，培養(yǎng)他們臨床思維及分析問題、解決問題的能力。通過(guò)上述學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)組的住院醫(yī)師出科成績(jī)優(yōu)良率明顯提高，臨床操作能力得到了增強(qiáng)，對(duì)教學(xué)的滿意度也有明顯提升。

通過(guò)將大量文字性的表述轉(zhuǎn)化為更直觀的視覺模型是計(jì)算機(jī)模擬教學(xué)的共性，這種模擬技術(shù)的局限性，即無(wú)法實(shí)現(xiàn)模擬技術(shù)中觸覺與視覺的統(tǒng)一，從而催生了虛擬訓(xùn)練系統(tǒng)為代表的高端仿真技術(shù)的產(chǎn)生[18]。由于這種高技術(shù)含量的高仿真模擬教學(xué)系統(tǒng)大多較為昂貴，一定程度上限制了其在基層教學(xué)醫(yī)院的推廣和普及。3D Slicer軟件由于其免費(fèi)、開源、可擴(kuò)展、去商業(yè)化的特性，在配合一些主流教學(xué)方法如CBL的使用下，更適合我國(guó)當(dāng)前環(huán)境條件下的基層教學(xué)醫(yī)院，值得推廣。