多模态影像融合在神经外科住院医师规范化培训中的应用*

张 杨，张洪燕，陈 欣，刘静静，薛兴森，何光建，冯 华，储卫华

(陆军军医大学第一附属医院神经外科，重庆 400038)

相对于传统的“师徒”式带教培养方式，案例辅助导向教学(CBL)激发了学生对于临床理论与技能的学习兴趣，适合应用于住院医师规范化培训(简称住培)[1-2]。但面对神经外科疾病知识体系的庞杂抽象、手术操作的逼仄精准，在紧凑的学时内，住培学员仍然难以顺利转化知识、理解掌握疾病诊治方案。

多模态影像融合技术将不同成像机制下得到的多种图像进行叠加和空间配准，克服了单一影像模式的局限性，综合了各影像检查的优势，能获得更接近实际解剖的3D影像学信息[3-5]。多介质3D打印在患者多模态影像融合的数字模型上，实体再现病变区域的某一组织结构，提供常规影像资料难以观察到的360°全景信息。将这两项技术用于住培学员的临床教学，可望让学员更直观理解病变的解剖基础、致病因素与手术要点。在本研究中，选择典型病例，构建CT、磁共振(MR)等的多模态影像融合的数字模型并多介质3D打印实体模型，用于辅助CBL法教学，现将结果报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择2018年1月至2020年9月在本科室培训的46名住培学员，经学员签字同意，按随机数字表法分成CBL对照组(n=23，CBL组)和多模态影像融合联合多介质3D打印辅助CBL试验组(n=23，3D组)。研究对象中男33名，女13名，平均年龄为(25.4±2.7)岁；本科学历29名，研究生学历17名。两组住培医师在年龄、性别、学历等方面比较，差异均无统计学意义(P>0.05)。

1.2 方法

1.2.1教学实施

CBL组和3D组均采用赵继宗等主编的《神经外科学》(第4版/研究生)教材，据教学大纲内容实施教学计划。整个培训周期3个月，其中理论讨论课每周1次，每次1 h，任课教师均为副高职称的医师。

CBL组任课教师提前准备典型病例，并将病例资料、教材相关内容及讨论提纲发给每位学员，上课时按讨论提纲互动式讨论教学，最后结合病例治疗实际过程总结点评。3D组在CBL组基础上，对选择的典型病例进行CT薄层扫描、CT血管成像、MR等多模态影像融合，采用动态自适应区域生长的分割方法，根据肿瘤、骨质、血管的信号值和密度值差异，分割出目标区域的图像,提取相应的组织结构，建立包含病灶、血管以及骨质的3D数字模型，并运用多介质3D技术将数字模型实体化(图1)。多模态影像融合的数字模型发给每位学员自学研究，多介质3D实体模型用于课堂讨论，其余教学方案同CBL组。

1.2.2评价方法

住培学员完成3个月的培训后，对两组学员进行专门的理论和技能考试。按照神经外科住培考试大纲的要求内容建立题库，从中选取10道单项选择题20分、10道填空题20分、2道问答题30分、2道病例分析题30分组成试卷，满分100分。临床技能考核包括病史采集10分、神经系统查体10分、腰穿10分及颅骨或椎板切开术20分，满分50分。采用无记名问卷对两组学员进行教学满意度调查和教学效果评价。满意度调查按照 Likert 5分量表计分：非常满意5分、满意4分、不确定3分、不满意2分、非常不满意1分；评价指标为“知识的掌握”“激发学习兴趣”“自学能力培养和提高”“临床思维能力培养和提高”4个方面进行打分。问卷调查在考试后立即进行并当场回收。

1.3 统计学处理

A：CT薄扫骨窗位示颈7右侧椎弓根缺失、椎体部分破坏；B：CTA显示肿瘤周边血管情况；C：增强MR显示肿瘤明显强化；D：多模态影像融合重建清晰显示肿瘤与周围结构关系；E：多介质3D打印肿瘤与周围结构实体模型，黄色-肿瘤，白色-骨质，红色-动脉，蓝色-静脉。

2 结 果

2.1 两组学员考试成绩比较

CBL组理论考试平均得分为(82.37±6.52)分，3D组平均得分为(87.99±5.34)分，两组比较差异有统计学意义(P<0.05)。其中，3D组简答题、病例分析题的得分分别为(27.85±3.92)、(27.36±3.21)分，显著高于CBL组[(25.18±3.37)、(24.31±3.81)分]，差异均有统计学意义(P<0.05)。CBL组和3D组选择题[(17.54±1.82)分vs.(17.86±2.03)分]、填空题[(15.34±2.16)分vs.(14.92±2.55)分]成绩比较，差异无统计学意义(P>0.05)。

3D组技能考核总分明显高于CBL组[(43.69±3.78)分vs.(40.29±4.22)分]，差异有统计学意义(P<0.05)。3D组病史采集、颅骨/椎板切开两项技能成绩也好于CBL组(P<0.05)，见表1。

表1 两组学员技能考核成绩比较分)

2.2 两组学员教学满意度及教学效果评价

收到无记名调查问卷两组共46份，回收率100%，45份为有效问卷。3D组在“激发学习兴趣”“知识的理解与转化”“临床思维能力培养和提高”满意度得分分别为(4.14±0.82)、(4.22±0.57)、(4.68±0.55)分，明显高于CBL组[(3.73±1.07)、(3.52±0.67)、(3.94±0.64)分]，差异有统计学意义(P<0.05)。3D组和CBL组“自学能力培养和提高”满意度得分分别为(4.08±0.71)、(4.36±0.59)分，差异无统计学意义(P>0.05)。

3 讨 论

相比于美欧住培制度百余年的发展与完善，我国于2015年才在全国范围内正式全面启动住培工作，尚处于起步阶段，面临着不少问题和挑战。这其中最突出的问题在于如何将教育及工作经历背景不同的住培学员均质化的培养成合格医生。我国住培包含三类人员：有工作单位的和无工作单位的医学院校毕业生及在读的专业型硕士研究生。选拔主要通过各医院的考试或各医学院校的硕士统考招收合格人员。住培准入条件中对执业医师资格证书也无硬性要求，这都使得不同住培学员的起点水平差异较大，给教学带来很大难度，更需要注重教学方法的改进[6-7]。

从教学目标来看，住培重点在于培养学员临床知识的转化能力和临床问题的解决能力，这与CBL围绕特定目标设置教学措施的特点非常契合。在CBL法教学过程中，教师根据住培教学大纲选取典型病例，准备相关临床问题，促使学员将理论知识与临床实际结合,培养其采集、分析、归纳、决断的能力。CBL法改变了被动灌输知识的教学模式，调动了住培学员自主学习的主观能动性，强化了对于临床知识点的认识和利用能力，促进其自主思考以形成临床思维能力[8-9]。在国内推行住培数年内，已有多篇报道证实CBL法有助于学员思路的扩展、能力的培养，具有良好的教学效果[2,10-11]。

但相比其他的临床学科，神经外科住培教学自身的一些特点导致了CBL法教学还需进一步改进。(1)神经外科基础知识体系复杂、抽象。神经外科涉及众多的基础医学科目，如神经解剖、神经生物、病理生理等均为知识点多、直观性差的难点学科，多数学员基础没有打牢，存在理论知识临床转化的困难。(2)神经外科学在教学大纲上无论是理论课还是临床见实习的课时安排都较少，学生难以在短时间内掌握系统知识，普遍存在畏难情绪。(3)神经外科手术难度大，围术期致残及致死率高。很多带教教师顾虑到医疗安全，而不让住培学员介入诊疗活动过深。这些特点在住培学员身上表现为基础知识欠缺、临床体验不足及畏难情绪，导致在实施CBL法教学时自主学习和思考比较表浅，不能建立对病灶的全面准确认识，使教学效果难以达到预期[12-13]。

为克服上述教学面临的困难，本研究将多模态影像融合和多介质3D打印技术用于辅助CBL法教学。影像学检查在神经外科疾病诊断及治疗中至关重要，但由于成像机制单一，目前单模态的影像学检查信息量都比较片面。如MR图像优势在于对软组织和神经结构分辨率高，但对骨质和血管的显示不够清楚。而CT薄层扫描能提供高分辨率的骨结构影像、CTA能重建清晰的血管影像，但对肿瘤等软组织显像通常不佳。住培学员由于知识和经验的欠缺，难以从不同单模态影像中提取准确、全面的疾病信息。多模态影像融合技术能将不同成像机制下得到的多种图像进行优势信息提取、空间配准和叠加后重建，综合了各影像检查的优势，能获得准确、全面、严谨及更具细节的病灶3D影像，而多介质3D打印技术又进一步地将数字3D模型实体化[3-5,14]。这两项技术的运用，将原本复杂的病变区域组织结构变得具体、直观，使学员串联起相关基础知识、建立起对病灶的全面认识，准确理解病灶的致病因素及手术处理的要点、难点。本研究表明，无论在理论测试还是病史及手术实践技能操作，3D组考核成绩都明显高于CBL组。问卷调查也显示这两项技术辅助更能激发住培学员的学习兴趣，有助于对复杂知识的理解与临床转化，促进了临床思维能力形成。

综上所述，在神经外科住培CBL法教学中，结合应用多模态影像融合和多介质3D打印技术辅助，针对性地弥补了学员基础知识转化和临床实际体验上的不足，有效提高了对于复杂临床疾患的理解和认识，同时能够激发学员的学习兴趣，从而提高了培训效果，因此具有积极的临床教学应用和推广价值。