3D腹腔镜手术视频在临床教学中的应用探索

杜记涛 万相斌 张辉亮 曹建 赵稳 李智

在医学专业教学中，传统临床教学培训是在课本学习及课堂讲解的基础上完成的，传统的教学是平面的和间接的，利用空间想象才能理解和学习，近年来迅速发展的腹腔镜技术及录像系统使得活体解剖及直播手术过程在课堂教学成为可能，使教学更加鲜活和贴近实际，加快学生学习和理解，有望缩短从课程到临床的学习曲线。同时腹腔镜下微创手术在临床应用越来越广泛，甚至成为许多疾病的标准治疗手段，腹腔镜技能培训不但能掌握腹腔镜技术，也是临床知识教学的良好工具。然而常规腹腔镜培训多在2D视角腹腔镜下完成，缺少三维空间及纵深感，在初期学习困，难以掌握。随着腹腔镜技术进步，3D腹腔镜已经广泛应用于临床，3D腹腔镜还原了真实视觉中的三维立体视野，还原自然立体视觉和深度感知，提供深度指示和精确的空间定位，加速了腹腔镜下学习的过程，使初学者学习曲线缩短。优秀3D腹腔镜手术视频，不仅能完美呈现活体解剖，且能显示各组织脏器毗邻及前后左右的空间关系，立体呈现解剖结构，其录像也是理解及学习解剖及手术的很好工具。将3D腹腔镜手术视频应用于临床教学培训，有可能进一步降低学习难度，激发学习兴趣，理解手术及解剖，同时缩短腹腔镜学习曲线，为后续工作打下基础。将3D腹腔镜手术视频培训应用在郑州大学附属肿瘤医院临床教学中，并评估培训效果，总结经验进行探索如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2020年10—12月，随机抽取在河南省肿瘤医院实习住培医学生48名，男生20名，女生28名，所有人培训前均未接触过腹腔镜技术培训。将48名医学生数字法随机分为2组，分别为观察组和对照组，观察组24名，男8名，女16名，年龄23～25岁，平均（23.3±1.0）岁，对照组24名，男12名，女12名，年龄22～25岁，平均（23.1±1.1）岁，两组住培实习生一般资料差异无统计学意义（P＞0.05），可对比。

1.2 方法

1.2.1 腹腔镜基础知识学习

通过讲课形式讲解腹腔镜手术发展历史，了解腹腔镜手术基本原理，腹腔镜机器各部分组成及使用注意事项，腹腔镜操作器械的功能和用途，腹腔镜手术适应证及禁忌症，手术注意事项等。树立微创意识，培养微创观念，为后续腹腔镜培训打基础。

1.2.2 手术视频学习

观察组利用3D腹腔镜下全胃切除联合D2淋巴结清扫手术视频进行培训，讲解胃周解剖及手术流程及注意事项。对照组利用同一台手术录像的2D腹腔镜视频进行培训，并分别进行随堂测试，考查对胃周血管、神经及毗邻解剖，手术流程及手术注意事项的学习和理解，并统计分数，满分100分，对比两组学生成绩。

1.2.3 腹腔镜模拟器培训

使用2D腹腔镜模拟器培训镜下基本操作，培养腹腔镜下空间感，练习镜下持物传递，剪切配合，缝合打结。观察组和对照组均完成下列培训，并进行考核，并统计考核成绩。（1）传递豆子：用抓钳从起始容器中抓取一个豆子，离开该容器后与弯钳进行传递，然后放入目标容器，共有效抓取并传递豆子10粒，在抓取或传递过程中黄豆掉落则需重新抓取，练习2课时后进行考核，统计完成操作时间。（2）剪圆圈：将画有圆圈的橡胶皮，一只手负责提拉，显露剪切位置，一只手进行剪切操作，按照标示线完整剪下圆圈，练习2课时后进行考核，统计完成操作时间。（3）缝合打结：在硅胶制作的模拟皮指定位置缝合，进针和出针部位均在模拟皮指定位置上，并进行打结，每结要求打一个外科结和一个反向单结、一个正向单结，整个过程包括缝针抓持、调针、缝合、打结、剪线，练习2课时后进行考核，统计完成操作时间。

1.3 观察指标

统计观察组和对照组视频学习后的考试成绩，腹腔镜培训后各个操作完成时间。

1.4 统计学方法

应用SPSS 17.0统计学软件进行数据分析，计数资料用n（%）表示，采用χ2检验；计量资料用（±s）表示，采用t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

经过腹腔镜手术视频学习，观察组和对照组随堂测试平均分差异有统计学意义（P＜0.05）。经过腹腔镜培训后测试成绩，观察组和对照组在传递豆子项目、剪圆圈项目、缝合打结项目平均时间差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 观察组和对照组随堂测试成绩，传递豆子，剪圆圈及缝合打结成绩对比（±s）

表1 观察组和对照组随堂测试成绩，传递豆子，剪圆圈及缝合打结成绩对比（±s）

测试项目 随堂测验（分） 传递豆子（s） 剪圆圈（s） 缝合打结（s）观察组（n=24） 88.00±5.53 60.14±11.56 94.28±20.08 90.00±19.79对照组（n=24） 80.57±5.06 80.71±14.31 105.71±15.92 102.28±13.54 t值 2.674 5.478 2.185 2.510 P值 0.001 0.001 0.034 0.016

3 讨论

传统的医学知识教育，仍是以课本学习和课堂教育为主，而在实际临床手术过程中，手术是立体的、连续的，活体解剖与课本及尸体解剖也是有差异的。虽然近年来教学技术的进步，教学方法改进，但医学生距离具体的临床实践之间仍有很远的距离，从课堂到临床实践，从标本解剖到活体解剖仍需跨越很长的学习曲线，一方面真实活体解剖与尸体解剖差异明显，导致学生从学校到医院需要明显的适应过程，同时空有知识理论学习，却缺乏实际动手能力。

微创外科技术、器官移植和基因与生物医学工程是21世纪医学发现的方向。自1987年报道第一例腹腔镜胆囊切除术以来[1]，经过近30余年的迅速发展，以腹腔镜技术为代表的微创外科技术因其创伤小，恢复快，痛苦少，美容效果好，治疗效果优于或不劣于传统开腹手术，腹腔镜目前被认为是一系列外科治疗的金标准方法，在普通外科、妇科、胸外科及泌尿外科等多个学科的运用上发展迅速，在我国已经广泛推广和普及，国内许多县级基层医院也都已开展腹腔镜手术治疗。虽然这些微创手术在患者康复方面具有显著优势，但腹腔镜手术存在缺陷[2]：术者手眼分离，缺少触觉，通过二维显示器手术，缺乏3D立体空间感觉，因此腹腔镜手术难度高，学习曲线长，开展初期腹腔镜相关并发症多，它们需要复杂的手术技能，新手很难学习，而且极易出错。因此医学生掌握腹腔镜技能，缩短学习曲线，减少医源性损伤成为迫切需要。

同时由于腹腔镜技术有高清录像留存，相较于之前开腹手术，手术录像获取更加便利，图像更加清晰，有成为完美教学材料的潜力。近年来迅速发展的腹腔镜技术及录像系统使得活体解剖及直播手术过程在课堂教学成为可能，使教学更加鲜活和贴近实际，加快学生学习和理解，不但可能是书本及课堂教育的延伸，也是缩短从校园到医院，从理论走向实际距离的有效方法。同时在这个过程中，不但巩固和进一步理解理论教学成果，同时能完成腹腔镜的基础技能培训，为进一步学习提供支持。

我国医生以前由于缺乏腹腔镜教学培训，腹腔镜手术技能多是通过临床观摩和实际手术操作学习，在开展初期容易出现手术并发症，手术风险高，研究表明，80%的主要腹腔镜并发症发生在外科医生职业生涯的早期（通常在前100个病例中），并可能导致灾难性的患者结局，包括永久性损伤或死亡[3]。随着与国外接轨，我国也越来越重视腹腔镜技能培训，以缩短学习曲线，减少初期腹腔镜手术相关并发症，系统性腹腔镜培训方式可改善医师培训现状，提升其操作能力，具有重要意义[4]。但常规腹腔镜技能培训受限于二维图像，缺少3维空间及纵深感，空间定位和辨认结构不足，接触腹腔镜初期仍较为困难，造成接受困难，培训所需时间长，随着3维成像技术越来越成熟，3D腹腔镜应用越来越多，3D腹腔镜还原了真实视觉中的三维立体视野，还原自然立体视觉和深度感知，提供深度指示和精确的空间定位，大量的临床和基础研究结果显示3D腹腔镜手术具有重要的研究价值、良好的应用前景和广阔的发展空间[5]。在腹腔镜技能培训中利用3D腹腔镜进行技能培训[6]，以降低腹腔镜学习初期难度，激发学习兴趣[7]，缩短学习曲线，加速训练[8]，更加节省时间[9]，提高培训效果，值得探讨。

优秀3D腹腔镜手术视频，不仅能完美呈现活体解剖，且能显示各组织脏器毗邻及前后左右的空间关系，立体呈现解剖结构，不但成为手术的工具，而且其录像也是理解及学习解剖及手术的很好工具[10]。3D腹腔镜下活体解剖不仅生动直接，也贴近临床实际，使实习生、住培生在学习解剖学的过程中能更快、更形象、更生动的学习理解解剖知识、手术流程、手术技巧，为后续的医学学习、临床工作及手术操作打下坚实基础。Sorensen等[11]完成的系统评价，包含了31个随机对照研究，将传统的2D显示腹腔镜手术与3D显示腹腔镜手术系统进行了比较，这些研究大多数都表明3D系统优于2D系统，具有更快的任务完成时间和更少的错误。随着3D环境下操作变得更加容易，这项新技术还为培训新手用户进行腹腔镜手术开辟了新的视野。观察组利用3D腹腔镜下全胃切除联合D2淋巴结清扫手术视频进行培训，讲解胃周解剖及手术流程及注意事项，同时对照组利用同一台手术录像的2D腹腔镜视频进行培训作，随堂测验显示学生对解剖及手术的掌握成绩更优。观察组由于对照组，提示3D腹腔镜组能激发学生学习兴趣，提高注意力，提高学习成绩。

国外有研究显示：3D环境有助于缩短初学者的腹腔镜基本技能的培训时间[12-13]，3D腹腔镜组培训成绩优异[14]，提高了腹腔镜的熟练度[15]。但是在3D环境中受过训练的新手未能将其技能优势转移到2D环境中。当新手使用3D观看模式而不是2D显示或观看模式时，可以在模拟腹腔镜任务的训练过程中获得更好的表现（即更快的完成时间和更少的错误）。然而，几项研究发现，与3D培训相关的高级技能获取并未反映在2D测试期间的后续表现中，此外，当随后在3D中进行测试时，在2D中训练的人表现更出色。这些结果被解释为从3D到2D的无效技能转移，以及从2D到3D的有效或增加的技能转移。这可能是因为2D训练迫使受训者注意并依赖次级深度线索（例如阴影、物体遮挡、图像大小和运动变化），以克服2D显示的感知约束（例如，正常视觉依赖的会聚和立体视的缺失）。因此，尽管与2D相关联的额外困难导致训练时间增加，但由于受训者能够使用主要和次要深度线索，3D中的后续性能得到了增强。类似地，也可以认为，由于主要深度线索的可用性，在3D中训练的人可能不会学习利用次要深度线索，并且随后在主要深度线索不再可用时，在2D中执行任务会遇到更大的困难。

但是最近一些研究发现了关于技能转移的相反结果（即，从3D转移到2D似乎会提高绩效，而从2D转移到3D似乎会降低绩效[16-19]。2021年最新一项研究采用受试者之间的平衡设计[20]。每个参与者被随机分配到四组中的一组，包括两个转移组（在一种观看模式下训练，在另一种模式下测试：2D→3D和3D→2D组）和两个对照组（在一种观看模式下训练和测试：2D→2D和3D→3D组）。参与者完成了六项腹腔镜培训任务的基于能力的培训。测试包括在测试条件下进一步重复两次所有任务。目标绩效指标包括达到熟练水平的总重复次数和总绩效分数（即时间 + 所有重复的错误惩罚）。结果3D训练组表现出了优异的训练性能（即更少的时间）+错误），并且比在2D中训练的组需要更少的重复才能达到熟练程度。与2D测试组相比，3D测试组的测试性能也优于2D测试组。然而，训练模式在2D测试组之间（即2D→2D与3D→2D）及在3D中测试的组之间（即3D→3D与2D→3D）均没有产生显著的测试差异，提示了3D腹腔镜训练及培训的价值。

此研究与以往研究相似，提示利用3D腹腔镜视频进行培训，在3D环境下学习一段时间后，2组学生再返回2D腹腔镜培训箱下操作，在传递豆子项目、剪圆圈项目及缝合打结项目，观察组成绩仍优于对照组，差异有统计学意义，研究提示3D腹腔镜培训能降低初学者门槛，缩短学习曲线，且能成绩在2D腹腔镜下简易操作项目得到延续。

同时研究显示，使用3D腹腔镜视频培训，使许多课本上及解剖图上晦涩难懂的描述直接呈现给同学，且容易建立空间概念及纵深感，激发同学的学习兴趣及注意力，使学习成绩提高，对相关解剖知识的掌握更好，另外对活体实际解剖的理解，可能缩短以后到临床实际工作的学习曲线。

研究腹腔镜模拟培训体系仍有许多不足之处，教学中心仅能提供3D设备进行3D视频教学，缺乏3D腹腔镜模拟箱，后续培训略显不足，另外本研究参与人数较少，仍需大样本研究继续证实3D腹腔镜在临床培训中的价值。另外在现实工作中，由于3D腹腔镜价格昂贵，在基层医院更加普及的是2D腹腔镜，虽然经过3D腹腔镜培训降低了初期学习的难度，但是在实际临床工作中使用2D腹腔镜，在完成复杂操作时仍需继续进一步培训。

总之，研究结果显示应用3D腹腔镜视频进行培训，能激发学生学习热情，提高学习成绩，且在3D环境下学习一段时间后，学习成绩在2D腹腔镜下简易操作项目得到延续，3D腹腔镜应用于临床教学培训效果值得进一步探索。