楊剛?cè)A 徐勤鴻 萬永 盛斌武

三維可視化重建技術(shù)（three-dimensional visualization technology）是基于CT 和（或）MRI 斷層DICOM 影像學(xué)數(shù)據(jù)，通過特定計算機圖像處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、融合、計算、分割、渲染后對圖像重建，以三維立體顯示臟器精細(xì)解剖結(jié)構(gòu)與腫瘤三維關(guān)系和形態(tài)特征的一種計算機工具[1-3]。臨床上常應(yīng)用于明確腫瘤與周圍組織、血管關(guān)系，并進(jìn)行精確術(shù)前規(guī)劃。肝臟作為人體最大實質(zhì)臟器，具有雙重供血，膽管、血管變異率高，既往通過CT 或MR 等二維影像數(shù)據(jù)，難以完全顯示肝臟復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，給臨床醫(yī)學(xué)生在學(xué)習(xí)上帶來了較大的困難。計算機三維重建可視化技術(shù)可完成對肝臟解剖結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)重建，可直觀清晰的顯露肝臟病變與周圍血管、膽管的毗鄰關(guān)系，為肝臟外科醫(yī)生術(shù)前手術(shù)規(guī)劃提供精準(zhǔn)信息的同時，也給肝臟外科教學(xué)提供了嶄新的思路[4-5]。本研究擬通過對肝臟外科住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)帶教中引入計算機三維重建可視化教學(xué)模式，并對其所帶來的臨床教學(xué)效果進(jìn)行總結(jié)分析，旨在探索其對住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)學(xué)員學(xué)習(xí)肝臟解剖的積極性，學(xué)習(xí)效率及總體學(xué)習(xí)成績的影響，為未來肝臟外科教學(xué)提供新的方法。

1 資料和方法

1.1 一般資料

選取2018 年1 月—2019 年12 月間在西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院行住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)的學(xué)員作為研究對象。將50 名學(xué)員隨機分為兩組，即普通教學(xué)組及三維可視化教學(xué)組，每組學(xué)生各25 名。其中，普通教學(xué)組中，男生14 名，女生11 名，平均年齡為（25.16±1.40）歲，平時成績?yōu)椋?2.24±6.08）分；三維可視化帶教組中，男生13 名，女生12 名，平均年齡為（24.84±1.31）歲，平時成績?yōu)椋?2.80±5.85）分。兩組學(xué)員在人員構(gòu)成方面對比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。所有參與研究的學(xué)員都知曉且同意參與該研究，并簽署知情同意書。

1.2 研究方法

本研究通過隨機對照試驗方法進(jìn)行。按照教學(xué)安排，由兩名高年資主治醫(yī)師分別對普通教學(xué)組及三維可視化教學(xué)組進(jìn)行臨床帶教工作，以確保教學(xué)研究工作順利進(jìn)行。

1.3 教學(xué)方法

普通教學(xué)組：包括理論教學(xué)及實踐教學(xué)，理論教學(xué)的主要形式為以《外科學(xué)》教材為主并結(jié)合《系統(tǒng)解剖學(xué)》及《局部解剖學(xué)》等相關(guān)教材對肝臟解剖及肝臟相關(guān)疾病進(jìn)行帶教。教學(xué)具體內(nèi)容包括肝臟的形態(tài)、位置、解剖結(jié)構(gòu)，肝臟的病理生理，常見肝臟疾病及相應(yīng)臨床癥狀、實驗室檢查、影像學(xué)檢查、診斷及治療原則等。臨床實踐教學(xué)是通過對接診的患有肝臟疾病的患者相關(guān)臨床及影像學(xué)相關(guān)資料，進(jìn)行分析、討論、總結(jié)。具體教學(xué)方式主要有PPT 教學(xué)、影像學(xué)閱片、肝臟手術(shù)視頻學(xué)習(xí)、觀摩及參與肝臟相關(guān)手術(shù)。

三維可視化教學(xué)組：除外包括普通教學(xué)組相關(guān)教學(xué)內(nèi)容外，還包括三維可視化教學(xué)內(nèi)容。應(yīng)用三維可視化成像軟件對正常肝臟進(jìn)行三維成像，并同時對肝臟進(jìn)行分葉、分段進(jìn)行三維可視化重建，從不同視角學(xué)習(xí)肝臟分葉、分段的解剖結(jié)構(gòu)（如圖1）。另外對具體病例，我們通過獲取患者影像學(xué)資料數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維可視化分割，明確肝臟病變大小、位置，與周圍膽道、血管的毗鄰關(guān)系，并通過計算殘余肝臟體積、進(jìn)行虛擬肝切除，為精準(zhǔn)肝切除進(jìn)行精確術(shù)前規(guī)劃評估，同時在進(jìn)行實質(zhì)性肝切除手術(shù)中再次確認(rèn)和評估上述內(nèi)容。舉例說明，圖2～5 系肝右葉巨大肝癌患者影像及三維重建圖，術(shù)前規(guī)劃如行右半肝切除，殘余肝臟體積不能滿足機體需要，術(shù)后可能出現(xiàn)肝衰竭，如術(shù)中保留肝臟部分V 段及Ⅵ段，剩余肝臟體積可滿足機體需要，因此三維可視化評估對術(shù)前肝臟腫瘤的精準(zhǔn)切除有重要指導(dǎo)意義，也有很直觀的教學(xué)價值。

圖1 基于三維可視化技術(shù)構(gòu)建的肝臟解剖分段教學(xué)模型(Ⅱ～Ⅷ段)

圖2 二維橫斷位

圖3 二維冠狀位

圖4 三維虛擬右半肝切除

圖5 三維虛擬肝Ⅶ＋Ⅷ段切除

1.4 教學(xué)評價

授課結(jié)束后對兩組學(xué)員完成教學(xué)評價。評價具體內(nèi)容包含理論知識考試、影像學(xué)閱片考核及教學(xué)滿意度問卷調(diào)查。理論知識考核采用標(biāo)準(zhǔn)化試題，具體考核內(nèi)容包含肝臟的解剖、分段、常見肝臟疾病診斷及治療原則等。影像學(xué)閱片考核主要采取方式是通過學(xué)員對具體肝臟疾病影像學(xué)檢查進(jìn)行判定，指出肝臟病變的大小、位置及毗鄰結(jié)構(gòu)，并提出可能的診斷及鑒別診斷及可能采用的手術(shù)方式等。教學(xué)滿意度問卷調(diào)查主要是希望通過學(xué)生層面評價該教學(xué)方法的總體滿意度情況、是否有利于提高學(xué)習(xí)積極性、是否提高對課程掌握程度、是否有利于對肝臟解剖及影像的認(rèn)識、是否有助于以后臨床工作。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS 19.0 統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行，計量資料以（）表示，兩兩比較采用t檢驗，計數(shù)資料的兩兩比較采用χ2檢驗或Fisher 精確概率法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組學(xué)生理論考試成績對比

普通教學(xué)組及三維可視化教學(xué)組學(xué)員完成所有學(xué)習(xí)課程，普通教學(xué)組學(xué)員基礎(chǔ)理論考核平均成績?yōu)椋?1.00±6.55）分，三維可視化教學(xué)組肝臟外科基礎(chǔ)理論考試平均成績分為（88.72±6.01）分，兩組相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。

2.2 兩組學(xué)生影像學(xué)閱片考核成績對比

普通教學(xué)組規(guī)培學(xué)員影像學(xué)閱片考試成績平均分為（78.36±3.95）分，三維可視化教學(xué)組影像學(xué)閱片考試成績平均分為（87.84±4.02）分，三維可視化帶教組學(xué)員影像學(xué)閱片考核成績明顯優(yōu)于普通帶教組學(xué)員，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）。見表1。

表1 兩組學(xué)生考試成績比較（分，）

表1 兩組學(xué)生考試成績比較（分，）

2.3 兩組學(xué)生問卷調(diào)查結(jié)果對比

在完成教學(xué)安排后，分別對50 名學(xué)員進(jìn)行問卷調(diào)查，以了解學(xué)員對這兩種教學(xué)方式的主觀評價。結(jié)果顯示，三維可視化教學(xué)組學(xué)員教學(xué)總體滿意度為96.0%，明顯高于普通教學(xué)組的76.0%，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.042）。另外，兩組學(xué)生在教學(xué)內(nèi)容掌握程度，學(xué)習(xí)積極性，對肝臟解剖及影像理解及是否有助于以后臨床工作方面對比差異有統(tǒng)計學(xué)意義，三維可視化教學(xué)方法可明顯調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生對肝臟解剖及影像的理解及認(rèn)識，有助于以后臨床工作。見表2。

表2 兩組學(xué)生對兩種教學(xué)方法的教學(xué)效果評價分析[例（%）]

3 討論

肝臟由肝動脈及門靜脈雙重供血，且膽道變異較多，導(dǎo)致其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜。肝臟五葉八段的分區(qū)也是建立在復(fù)雜的管道走形基礎(chǔ)上，按照既往的CT 或MR 二維影像學(xué)資料難以準(zhǔn)確把肝臟的葉、段進(jìn)行分區(qū)。而三維可視化重建技術(shù)通過對肝內(nèi)管道進(jìn)行分析、計算、分割、重建，可將肝臟葉、段結(jié)構(gòu)進(jìn)行立體展示，多維度顯示肝內(nèi)結(jié)構(gòu)及空間關(guān)系，并且能夠清楚顯示肝內(nèi)病灶與周圍組織毗鄰關(guān)系，同時可應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行術(shù)前手術(shù)規(guī)劃，進(jìn)行精確肝切除，以提高手術(shù)的安全性[6-8]。我們將三維可視化重建技術(shù)應(yīng)用于肝臟外科教學(xué)工作中，有效的提升了肝臟外科教學(xué)的生動性，極大的調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)肝臟外科的積極性，并明顯降低了肝臟解剖學(xué)習(xí)的難度，拓展了該技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

三維可視化技術(shù)通過獲取肝臟增強CT 或MR 影像學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析重建，可將肝內(nèi)動靜脈、膽管進(jìn)行不同顏色區(qū)分，并通過透明化或隱藏處理肝組織，從而清晰顯露肝內(nèi)管道走形方向，在此基礎(chǔ)上按照管道走形區(qū)域把肝臟分葉、分段完整顯示，并可將不同段、葉用不同顏色顯示處理，可清楚顯示整個肝臟解剖[9-10]。而且三維可視化技術(shù)可進(jìn)行多角度多、維度立體旋轉(zhuǎn)，放大，縮小等，從各個角度、多方位顯示肝內(nèi)管道的分支和走行情況，根本性地解決肝臟解剖教學(xué)的管道結(jié)構(gòu)顯示困難等關(guān)鍵問題，這些成像優(yōu)勢是二維成像難以達(dá)到的[7，11]。另外，通過三維可視化重建技術(shù)可對肝臟病變進(jìn)行術(shù)前模擬切除，并同時進(jìn)行殘余肝臟體積計算，可盡最大可能避免患者術(shù)后出現(xiàn)肝功能衰竭[12-13]。計算機精確肝臟虛擬切除，這不僅為術(shù)者提供了一次精準(zhǔn)肝切除的演練，也為學(xué)生學(xué)習(xí)肝臟外科手術(shù)提供了一個可重復(fù)性的體驗，這樣創(chuàng)新教學(xué)方式應(yīng)用于肝臟外科教學(xué)上所帶來的優(yōu)勢是傳統(tǒng)教學(xué)模式難以達(dá)到的，可以說三維可視化基礎(chǔ)上建立的虛擬肝切除技術(shù)則為肝臟手術(shù)教學(xué)提供了前所未有的方法和手段[11，14-15]。

傳統(tǒng)教學(xué)方法在肝臟外科的教學(xué)中存在一定的不足，再加上肝臟疾病相關(guān)理論知識的枯燥、肝臟解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜、學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高等因素，導(dǎo)致在肝臟外科帶教中教學(xué)質(zhì)量的下降。因此，尋找能夠提高肝臟外科教學(xué)質(zhì)量的創(chuàng)新教學(xué)方法似乎尤為重要。我們通過將三維可視化技術(shù)應(yīng)用于肝臟外科教學(xué)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用三維可視化教學(xué)的學(xué)生肝臟理論學(xué)習(xí)成績及影像學(xué)閱片成績明顯高于普通教學(xué)組學(xué)生。通過問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，三維可視化組學(xué)生對可視化教學(xué)方法滿意度明顯增高，且學(xué)習(xí)積極性、對肝臟知識的掌握能力及對肝臟解剖及影像的理解能用明顯優(yōu)于普通教學(xué)組學(xué)生。這些結(jié)果說明三維可視化技術(shù)應(yīng)用于肝臟外科教學(xué)是有明顯的優(yōu)勢，不僅能夠提高肝臟外科總體教學(xué)質(zhì)量，而且能夠提高學(xué)員學(xué)習(xí)的積極性和主動性，具有很好的應(yīng)用前景。以此類推，三維可視化教學(xué)可能在醫(yī)學(xué)其他領(lǐng)域教學(xué)也有類似的效果，當(dāng)然這需要后續(xù)的研究來證實。

綜上所述，三維可視化技術(shù)應(yīng)用于肝臟外科教學(xué)，顯示出諸多優(yōu)勢，是輔助教學(xué)的非常有效的手段，可明顯提高學(xué)生對肝臟相關(guān)知識學(xué)習(xí)的積極性，大大降低了肝臟外科學(xué)習(xí)的難度，顯著提高了肝臟外科教學(xué)的質(zhì)量，而且通過三維可視化技術(shù)，可進(jìn)行虛擬肝切除，顯著提高了學(xué)生對肝臟手術(shù)的認(rèn)識和理解。