眼科临床教学及演示中的3D手术影像应用效果观察

张赟 程丹 沈丽君

现今，手术技术在飞速发展的疾病诊疗中发挥着日益重要的作用。熟练的手术操作技术无论在简单伤口缝合或是诊治复杂疾病的过程中均发挥着不可或缺的作用，因此其在临床实践及科研领域均受到了日益充分的重视[1]。眼科这一科室的主要业务为手术治疗，眼球具有精细的结构、较小的空间，结构可能会在轻微损伤下发生改变，进而影响视功能[2]。显微眼科手术能够使患者的术后恢复时间缩短[3]。但是，显微镜在显微手术中必不可少，具有较小的手术视野，这就将手术观摩的难度增加，对眼科医师的培养、医学生的临床实践学习造成了不良影响[4]。而三维（3D）手术影像录像系统则将这一难题解决。本研究观察了眼科临床教学及演示中的3D 手术影像应用效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性选取2018 年6 月—2020 年6 月本院眼科学生50 名，依据临床教学及演示方法分为3D 手术影像组（n=25）、传统幻灯片组（n=25）两组。3D 手术影像组学生中男性11 名（44.0%），女性14 名（56.0%），年龄22～35 岁，平均（28.6±4.2）岁。在学生类型方面，研究生6 名（24.0%），进修人员9 名（36.0%），住院医师10 名（40.0%）。传统幻灯片组学生中男性10名（40.0%），女性15 名（60.0%），年龄23～36 岁，平均（29.1±4.5）岁。在学生类型方面，研究生7 名（28.0%），进修人员9名（36.0%），住院医师9名（36.0%）。两组实习生的一般资料差异无统计学意义（P＞0.05），可对比。

1.2 纳入和排除标准

纳入标准：（1）学历均在本科及以上；（2）均具有一定的自学能力。排除标准：（1）具有较差的依从性；（2）中途退出。

1.3 研究方法

1.3.1 传统幻灯片组

在学生入科后，科主任将科室情况及教学要求统一介绍给学生，带教老师每天用幻灯片教授学生理论知识，并带领学生查房，逐一详细讲解遇到的疑难问题或病例。

1.3.2 3D 手术影像组

带教老师在教学过程中采用3D 手术影像系统，其采用偏振光原理，有2 个摄像头分别装在目镜左右2 个镜筒中对人的左右眼进行模拟，将2 个不同水平视差的画面同步拍摄出来，向3D 高清摄像机传输，在此过程中将数据线充分利用起来，摄像机同步整合画面，向3D显示器传输，在此过程中将数据线充分利用起来。让学生将3D 偏振光立体眼镜（偏振轴相互垂直）佩戴上，使双眼观看不同影像，经大脑整合在眼前展现一幅3D立体图像，有身临其境感。

1.4 观察指标

（1）教学效果。包括理论知识、临床病例诊断考核成绩2 项，每项（0～100）分，表示差～优；（2）教学评价。包括有利于掌握局部解剖结构、有利于展示手术细节、有利于理解手术过程的完整性与连续性、有利于课后复习4 项。

1.5 统计学分析

采用SPSS 21.0 统计学软件，计量资料用（±s）表示，用t检验；计数资料用例（%）表示，用χ2检验。检验水准α=0.05。P＜0.05 则差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学生的一般资料比较

两组学生的一般资料比较差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 两组学生的一般资料比较

2.2 两组学生的教学效果比较

3D 手术影像组学生的理论知识考核和临床病例诊断考核成绩分别为（82.0±5.1）分和（87.0±5.8）分，显著高于传统幻灯片组（77.7±5.6）分和（79.3± 4.7）分，t=2.839 和5.157，P＜0.05，差异有统计学意义。

2.3 两组学生的教学评价比较

3D 手术影像组学生认为教学有利于掌握局部解剖结构、有利于展示手术细节、有利于理解手术过程的完整性与连续性、有利于课后复习，比例96.0%（24/25）、96.0%（24/25）、88.0%（22/25）、80.0%（20/25）均高于传统幻灯片组48.0%（12/25）、56.0%（14/25）、52.0%（13/25）、40.0%（10/25）（P＜0.05）。

3 讨论

英国科学家查理·惠斯顿在1838 年依据人类两只眼睛具有不同的成像原理[5]，发明了一种立体眼，使人们的左右眼在看同一图像的过程中有不同的成像效果，这一技术奠定了目前3D 成像的基本原理。3D 技术能够促进图像质量的提升，这是因为其能够将真实世界中的立体图像还原，进而将物体及周围环境的真实结构呈现出来，从而一方面将物体表面特征展现出来，另一方面还可展示物体的幅度及深度[6]。3D 手术影像视频具有良好的分辨率、放大倍率及拓展的景深，为眼科手术的精细操作提供了更好的可视度。据我们所知，《维也纳眼科手术》是眼科手术的第一个教学项目和辅助学习工具，它使用3D 动画和多视场视频系统地展示了手术的每个步骤。3D 手术影像能够帮助临床医生看到显微镜下立体手术视野，且异常清晰，这是因为其能够显示手术视野的立体感及层次感，同时还能反复观看，这一身临其境的外科手术培训与教育工具可用于住院医师的培训及医学生的实践学习[7]。目前，在临床教学中，3D 手术影像系统教学方法已经得到了广泛应用。有研究表示在神经外科手术培训过程中已应用3D 手术影像[8]，结果表明，其显著加快了学员的学习曲线。另有研究表明[9]，3D 手术影像有助于住院医师及医学生对血管性疾病的操作学习和培训。但需要注意的是，再高精的手术观摩和学习设备始终不能代替手术的基本功和对疾病的认识。只有深入理解疾病的解剖、病理生理知识及其发生发展衍变，同时具备良好的手术基本操作技能，才能将手术过程完美完成。

另一方面，在医学教育中，视频作为一种教学模式的使用已经被证明是有效的，可以让学生保留和改进手术内容。3D 技术正为一种创新的手术工具铺平道路。特别是在眼科，3D 技术提供了一种更符合人体工学的学习和操作方式，其最终目标是防止外科医生疲劳，提高手术速度和精度。“平视手术”一词源于所谓的“平视显示”，这是一种将图像投射到正常视场的显示系统。平视显示器最初在飞机的飞行甲板上使用，它允许飞行员在“平视”的位置查看数据，而不必低头看着仪表板。在平视手术中，外科医生不是通过显微镜的目镜来进行显微手术，而是通过三维摄像机发送的平板显示器上的显微图像来进行手术。因此，它与平视显示器的不同之处在于，图像不是投影的，而是显示在显示器上。

在教学方面，3D 屏幕的使用可以让学生有机会充分欣赏手术的广度和深度，且没有显微镜的限制。有研究认为[10]，3D 技术在医学院环境中的应用需要改进本科医学眼科课程，即需要为理解眼科手术过程提供必要的背景知识；也许这项技术的最佳受众者是那些接受过深入的眼科培训的医生，比如第一年或第二年的眼科住院医生，因为他们有更坚实的基础，因此可以更好地理解复杂的程序。此外，也许3D 动画手术模型的使用将是一个有价值的辅助工具。眼球是一个复杂的三维结构，而这种三维结构在标准的2D 设置中很难理解，而大多数网络服务所使用的还是2D 技术。此外，传统的眼科手术教学模式在手术过程中只保证1～2 名学生在教学显微镜下进行学习。其他观看外部监视器的人看到的是平面的二维图像。这种模式不利于眼科手术过程的抽象概念化理解，因为它没有提供第三维度，因此，有可能错过关键的手术步骤。三维可视化是一种很有前途的新技术，它可以让我们更好地理解眼科手术中精细精确的眼内手术操作，其空间层次更大更分明，极大增加了观察者对组织层次的分辨力，使观察更精细，学习效果更佳。

近年来，一体化的3D 手术影像系统逐渐在临床得到日益广泛的应用，其能够将手术进程直观展示，并可连接手术显微镜使用，实时直播与录制手术过程，并在学术交流时播放录制的3D 手术视频，使医学生观摩手术、培训住院医师，以促进临床实践教学效果的提升，为不同区域间的学术交流提供便利[11]。

本研究结果表明，3D 手术影像组学生的理论知识、临床病例诊断考核成绩均显著高于传统幻灯片组。3D手术影像组学生认为教学有利于掌握局部解剖结构、有利于展示手术细节、有利于理解手术过程的完整性与连续性、有利于课后复习比例均显著高于传统幻灯片组。3D 手术影像组学生的教学效果和评价的比例均值显著高于传统幻灯片组，和上述研究结果一致，发生这一现象的原因为3D 手术影像系统能够调动学员的学习积极性，将眼部的解剖结构及毗邻关系立体展示出来，使学员从空间方位更深入了解眼部结构[12]。同时，学员通过3D 手术影像能够对难以描述的手术细节及手术过程进行清晰、直观的观察[13]。此外，在播放3D 手术影像的过程中可以随时暂停，学员能够随时提问，带教老师能够实时讲解[14]。而制作3D 手术影像为影像资料后，还可将其保存下来为学员反复模仿练习提供参考[15]。学员还能够一起观看手术直播或后期录像，可克服学员在手术室人数限制下无法同步学习的缺陷，也有利于规避手术室人员流动引起的感染风险提升[16-17]。本研究的缺陷在于样本数量有限，后期可纳入更大样本进行研究。另一方面，本研究的样本范围也有一定局限，受试者主要为研究生和住院医师，因此研究结果不能适用于整个医疗系统群体，比如不同机构的学生在医学院期间接触眼科的基础情况不同，知识体系有差异。因此，类似的研究可以在我国各类医疗机构中进行，以确定3D 技术在这些特定环境中的有效性。

综上所述，眼科临床教学及演示中的3D 手术影像应用效果较传统幻灯片更佳，尤其有利于展示手术细节，加强对手术过程完整性与连续性的理解，值得在临床推广应用。而受益对象和有效性仍有待进一步评估。期望未来3D 手术影像的应用仍能得到不断改进和升级，并在临床实践中得到普及，为眼科手术的教学、创新和发展带来更多可能和发展。