三维可视化技术在肝脏外科教学中的应用

杨云 汤靓 潘泽亚 张雷 周伟平

肝脏是人体内最大的实质器官，伴有多套脉管系统进出肝脏且解剖变异繁多，给临床医学生在学习上带来了较大的困难。在既往的肝脏外科教学实践中，多采用CT、MRI及B超等传统的二维平面断层影像学图像结合解剖图谱的教学方法来实施，很难帮助学生形成精准的肝脏立体构象，如何使临床医学生更好地理解肝脏的各种解剖结构以及肝脏占位和肝内外主要管道之间的毗邻关系是肝脏外科教学中的难点问题。近年来，随着影像技术的发展，肝脏三维可视化系统可以精确地显示肝脏的立体结构以及病灶与肝内主要脉管系统的空间位置关系，不仅可以帮助手术医师进行精准的术前规划并且给肝脏外科教学带来了新的方法和思路[1-4]。本文就三维可视化技术在肝脏外科临床教学中的作用及意义做一总结，分析其对临床实习学生学习兴趣、学习效率以及学习成绩的影响。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2016年7月—2017年7月在海军军医大学大学附属长海医院、长征医院及东方肝胆外科医院实习的临床医学专业80名实习学生作为研究对象。其中，长海医院40人，长征医院30人，东方肝胆外科医院10人。将80名实习学生随机分为两组，即三维可视化教学组及传统教学组，每组学生各40人。其中，三维可视化教学组中，男生32人，女生8人，年龄为21～23岁，平均年龄为（21.80±0.78）岁，平时成绩为（81.25±10.76）分。传统教学组中，男生31人，女生9人，年龄22～23岁，平均年龄为（22.30±0.69）岁，平时成绩为（79.36±8.96）分。两组学生在性别、年龄及平时成绩方面比较，差异无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。所有受试者均理解研究内容且同意参与该项研究。

1.2 研究方法

本研究采用随机对照研究方法实施。将受试学生随机分为三维可视化教学组和传统教学组，三维可视化教学组与传统教学组的教学分别由2名水平相当的高年资主治医师负责（均任主治医师5年以上），以确保教学研究工作顺利实施。

1.3 教学实施

1.3.1 三维可视化教学组的教学实施 应用三维可视化软件（深圳市旭东数字医学影像技术有限公司）结合具体病例完成肝脏三维重建，在此基础上进行病例及影像学的分析讨论，具体内容包括肝脏形态、大小，肝脏的分叶分段，出入肝脏的脉管系统结构及解剖变异，肝脏占位的大小、位置，与重要管道之间的毗邻关系等，并应用该软件进行虚拟肝切除，通过不同角度观察肝断面走形以及需要离断及保留的重要管道系统，最后在实际手术过程中对上述内容加以辨别及确认。例如：46岁女性患者，因“B超检查发现肝血管瘤一年“入院，术前CT检查提示肝脏Ⅷ段可见一大小约为9 cm×8 cm的占位性病变，位于中肝静脉及右肝静脉之间，通过三维可视化技术重建，可以从不同角度观察肿瘤与中肝静脉、右肝静脉以及第一肝门之间的空间位置关系，以及肝脏主要管道的走形，立体显示肿瘤在肝脏中的具体位置（图1～图8），并与实际术中情况相对照（图9）。

1.3.2 传统教学组的教学实施 以《系统解剖学》《局部解剖学》及《外科学》等教材对学生进行理论授课，讲解肝脏的解剖结构、生理功能、肝脏常见良恶性肿瘤的临床表现、诊断及鉴别诊断及治疗原则等。并在病房结合具体患者行病例分析，主要包括影像学资料的分析，患者的临床表现，实验室检查，诊断及鉴别诊断，手术方式的选择，术中及术后需要注意的要点等，教学的主要方式为PPT授课，观看肝脏模型、肝脏手术视频以及手术参与。

1.4 教学效果评价

教学完成后，对两组学生进行考核。包括基础理论考试、影像学考核（肝脏的CT、MRI读片）、术中考核及问卷调查。理论考试采用统一的标准化试题，百分制，考试内容主要包括肝脏的解剖、与周围脏器的毗邻关系、肝脏的分叶及分段、肝门的结构及常见的解剖学变异，肝脏常见良恶性肿瘤的临床表现、诊断及鉴别诊断及治疗原则等。影像学考核主要考察学生对肝脏的CT、MRI读片，包括肿瘤的大小、位置，与主要管道之间的空间位置关系，考虑的诊断及鉴别诊断以及拟采用的手术方式。术中考核主要考核学生对重要管道结构的辨认，学生成绩=理论考核成绩+影像学考核成绩+术中考核成绩，其中理论考核成绩占50%，影像学考核成绩+术中考核成绩占50%，根据最终分数将学生成绩分为优秀、良好、及格、不及格4个等级（＜60分为不及格，60～79分为及格，80～89分为良好，≥90分为优秀）。采用问卷调查的形式了解学生对各自教学方法的评价。问卷调查内容包括教学方法是否有利于激发学生的学习热情、提高学习效率、教学方法是否生动有趣，教学方法的满意程度，是否有利于加深对肝脏手术过程的理解，是否有利于肝脏影像的学习。

1.5 统计学分析

采用SPSS 19.0软件对数据进行分析处理，计量资料以（均数±标准差）表示，采用t检验；计数资料以（n，%）表示，采用χ2检验，以P＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 理论考试成绩

两组学生均100%完成全部学习内容，三维可视化教学组肝脏外科基础理论考试成绩平均分为（80.56±7.92）分，传统教学组基础理论考试平均分数为（79.87±8.19）分，两组相比，差异无统计学意义（P＞0.05）。具体结果详见表1。

表1 两组学生考核成绩比较表（分，±s）

表1 两组学生考核成绩比较表（分，±s）

images/BZ_46_1251_1467_2267_1525.png传统教学组 79.87±8.19 70.43±8.29 65.26±9.52三维可视化教学组 80.56±7.92 78.56±9.42 81.73±7.38 t值 0.292 -3.285 -4.885 P值 0.601 0.023 0.001

2.2 影像学分析考核

三维可视化教学组影像学分析考试平均分为（78.56±9.42）分，传统教学组影像学分析考试平均分为（70.43±8.29）分，三维可视化教学组成绩好于传统教学组，两组相比，差异具有统计学意义（P＜0.05）。

2.3 术中考核成绩

三维可视化教学组术中考核平均分为（81.73±7.38）分，传统教学组术中考核平均分为（65.26±9.52）分，三维可视化教学组成绩好于传统教学组，两组相比，差异具有统计学意义（P＜0.05）

2.4 总成绩分析

三维可视化教学组最终考核成绩全部学生均及格，其中优秀者10人、良好24人，传统教学组最终成绩全部学生均及格，其中优秀者3人，良好13人，三维可视化教学组的优秀率及良好率均高于传统教学组，两组相比，差异具有统计学意义（P＜0.05）。具体结果见表2。

2.5 两组学生问卷调查结果

表2 两组学生优良率比较

学习结束后，对两组学生进行问卷调查，调查共发放问卷80份，回收有效问卷80份，有效问卷回收率为100%。调查结果显示，三维教学组所有学生均认为该方法生动有趣，可以激发学习积极性，帮助提高学习效率，加深对肝脏手术的理解，有利于肝脏影像的学习，两组学生在学习积极性、学习效率、教学满意度以及帮助对临床手术理解等方面相比较，差异具有统计学意义（P＜0.05）。采用三维教学法可明显提高学生的学习积极性，降低学习难度、提高学生对手术及影像学的理解和认识。具体结果见表3。

3 讨论

肝脏解剖结构复杂且解剖变异繁多，如何讲好肝脏解剖并使医学生将所掌握的知识点运用在具体实际手术过程中是肝脏外科教学过程中的一个难点问题。在以往的教学工作中，我们通常采用理论授课联合病例讨论的方式，但效果不甚理想，学生普遍反映“课堂听不懂，上台一脸懵”，这极大影响了学生学习的积极性及带教教师的教学热情。

三维可视化技术为破解这一难题提供了新的方法及思路[5]。运用三维可视化分析软件，在计算机上建立肝脏的三维立体影像，可以清晰显示该患者肝脏的大小、形态、肝内主要管道的走形与分配区域、肝脏占位的大小、位置及与主要管道之间的空间位置关系等，并可以通过透明化处理、筛选、隐藏等多种操作方法单独显示各管道的走形及其分支分布情况。 此外，也可以通过任意角度旋转、缩小及放大等方法多角度多方位观察肝脏内管道走形及与占位之间的毗邻关系，从而帮助学生深刻理解肝脏的解剖结构及其管道系统的走形特点。学生在观察肝脏的三维立体影像后再结合CT或MRI等二维影像资料，可提高对CT或MRI的读片能力，从而激发学生学习的积极主动性，提高学习效率，达到正反馈效应。运用三维可视化软件还可进行虚拟肝切除，学生在计算机上可以观察肝创面的走形，判断哪些管道需要离断，哪些管道需要保留，计算切除肝体积及预留肝体积等，并与实际手术过程相对照，从而加深对手术的理解，这些优势都是传统教学方法所无法比拟的[6-10]。在我国，三维可视化技术已经用于外科的临床教学并取得良好效果，发现其有助于培养外科住院医师良好的形象思维和诊断能力[11]，在日本，三维可视化虚拟肝切除技术也已经用于肝脏外科的临床训练工作中，取得了很好的效果[12-13]。本研究结果也表明，在读片、术中组织结构辨认以及激发学生学习积极性、帮助提高学习效率等方面三维教学组的成绩显著好于传统教学组。

综上所述，三维可视化技术有助于增进学生对肝脏解剖结构的理解和认识，在此平台上进行的模拟手术操作，可以提高学生运用临床理论知识解答实际问题的能力，有效激发学生学习的积极性、主动性、创造性，加深学生对抽象知识的理解，进而增强教学效果，促进学生综合素质的提高。

表3 两组学生对两种教学方法的评价分析