三维可视化技术在肝脏外科住院医师规范化培训教学中的应用

杨刚华 徐勤鸿 万永 盛斌武

三维可视化重建技术（three-dimensional visualization technology）是基于CT 和（或）MRI 断层DICOM 影像学数据，通过特定计算机图像处理软件对数据进行分析、融合、计算、分割、渲染后对图像重建，以三维立体显示脏器精细解剖结构与肿瘤三维关系和形态特征的一种计算机工具[1-3]。临床上常应用于明确肿瘤与周围组织、血管关系，并进行精确术前规划。肝脏作为人体最大实质脏器，具有双重供血，胆管、血管变异率高，既往通过CT 或MR 等二维影像数据，难以完全显示肝脏复杂的立体结构，给临床医学生在学习上带来了较大的困难。计算机三维重建可视化技术可完成对肝脏解剖结构的精准重建，可直观清晰的显露肝脏病变与周围血管、胆管的毗邻关系，为肝脏外科医生术前手术规划提供精准信息的同时，也给肝脏外科教学提供了崭新的思路[4-5]。本研究拟通过对肝脏外科住院医师规范化培训带教中引入计算机三维重建可视化教学模式，并对其所带来的临床教学效果进行总结分析，旨在探索其对住院医师规范化培训学员学习肝脏解剖的积极性，学习效率及总体学习成绩的影响，为未来肝脏外科教学提供新的方法。

1 资料和方法

1.1 一般资料

选取2018 年1 月—2019 年12 月间在西安交通大学第一附属医院行住院医师规范化培训的学员作为研究对象。将50 名学员随机分为两组，即普通教学组及三维可视化教学组，每组学生各25 名。其中，普通教学组中，男生14 名，女生11 名，平均年龄为（25.16±1.40）岁，平时成绩为（82.24±6.08）分；三维可视化带教组中，男生13 名，女生12 名，平均年龄为（24.84±1.31）岁，平时成绩为（82.80±5.85）分。两组学员在人员构成方面对比，差异无统计学意义（P＞0.05）。所有参与研究的学员都知晓且同意参与该研究，并签署知情同意书。

1.2 研究方法

本研究通过随机对照试验方法进行。按照教学安排，由两名高年资主治医师分别对普通教学组及三维可视化教学组进行临床带教工作，以确保教学研究工作顺利进行。

1.3 教学方法

普通教学组：包括理论教学及实践教学，理论教学的主要形式为以《外科学》教材为主并结合《系统解剖学》及《局部解剖学》等相关教材对肝脏解剖及肝脏相关疾病进行带教。教学具体内容包括肝脏的形态、位置、解剖结构，肝脏的病理生理，常见肝脏疾病及相应临床症状、实验室检查、影像学检查、诊断及治疗原则等。临床实践教学是通过对接诊的患有肝脏疾病的患者相关临床及影像学相关资料，进行分析、讨论、总结。具体教学方式主要有PPT 教学、影像学阅片、肝脏手术视频学习、观摩及参与肝脏相关手术。

三维可视化教学组：除外包括普通教学组相关教学内容外，还包括三维可视化教学内容。应用三维可视化成像软件对正常肝脏进行三维成像，并同时对肝脏进行分叶、分段进行三维可视化重建，从不同视角学习肝脏分叶、分段的解剖结构（如图1）。另外对具体病例，我们通过获取患者影像学资料数据，进行三维可视化分割，明确肝脏病变大小、位置，与周围胆道、血管的毗邻关系，并通过计算残余肝脏体积、进行虚拟肝切除，为精准肝切除进行精确术前规划评估，同时在进行实质性肝切除手术中再次确认和评估上述内容。举例说明，图2～5 系肝右叶巨大肝癌患者影像及三维重建图，术前规划如行右半肝切除，残余肝脏体积不能满足机体需要，术后可能出现肝衰竭，如术中保留肝脏部分V 段及Ⅵ段，剩余肝脏体积可满足机体需要，因此三维可视化评估对术前肝脏肿瘤的精准切除有重要指导意义，也有很直观的教学价值。

图1 基于三维可视化技术构建的肝脏解剖分段教学模型(Ⅱ～Ⅷ段)

图2 二维横断位

图3 二维冠状位

图4 三维虚拟右半肝切除

图5 三维虚拟肝Ⅶ＋Ⅷ段切除

1.4 教学评价

授课结束后对两组学员完成教学评价。评价具体内容包含理论知识考试、影像学阅片考核及教学满意度问卷调查。理论知识考核采用标准化试题，具体考核内容包含肝脏的解剖、分段、常见肝脏疾病诊断及治疗原则等。影像学阅片考核主要采取方式是通过学员对具体肝脏疾病影像学检查进行判定，指出肝脏病变的大小、位置及毗邻结构，并提出可能的诊断及鉴别诊断及可能采用的手术方式等。教学满意度问卷调查主要是希望通过学生层面评价该教学方法的总体满意度情况、是否有利于提高学习积极性、是否提高对课程掌握程度、是否有利于对肝脏解剖及影像的认识、是否有助于以后临床工作。

1.5 统计学分析

数据统计采用SPSS 19.0 统计分析软件进行，计量资料以（）表示，两两比较采用t检验，计数资料的两两比较采用χ2检验或Fisher 精确概率法，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学生理论考试成绩对比

普通教学组及三维可视化教学组学员完成所有学习课程，普通教学组学员基础理论考核平均成绩为（81.00±6.55）分，三维可视化教学组肝脏外科基础理论考试平均成绩分为（88.72±6.01）分，两组相比，差异有统计学意义（P＜0.001）。

2.2 两组学生影像学阅片考核成绩对比

普通教学组规培学员影像学阅片考试成绩平均分为（78.36±3.95）分，三维可视化教学组影像学阅片考试成绩平均分为（87.84±4.02）分，三维可视化带教组学员影像学阅片考核成绩明显优于普通带教组学员，差异有统计学意义（P＜0.001）。见表1。

表1 两组学生考试成绩比较（分，）

表1 两组学生考试成绩比较（分，）

2.3 两组学生问卷调查结果对比

在完成教学安排后，分别对50 名学员进行问卷调查，以了解学员对这两种教学方式的主观评价。结果显示，三维可视化教学组学员教学总体满意度为96.0%，明显高于普通教学组的76.0%，差异有统计学意义（P=0.042）。另外，两组学生在教学内容掌握程度，学习积极性，对肝脏解剖及影像理解及是否有助于以后临床工作方面对比差异有统计学意义，三维可视化教学方法可明显调动学生学习积极性，提高学生对肝脏解剖及影像的理解及认识，有助于以后临床工作。见表2。

表2 两组学生对两种教学方法的教学效果评价分析[例（%）]

3 讨论

肝脏由肝动脉及门静脉双重供血，且胆道变异较多，导致其解剖结构复杂。肝脏五叶八段的分区也是建立在复杂的管道走形基础上，按照既往的CT 或MR 二维影像学资料难以准确把肝脏的叶、段进行分区。而三维可视化重建技术通过对肝内管道进行分析、计算、分割、重建，可将肝脏叶、段结构进行立体展示，多维度显示肝内结构及空间关系，并且能够清楚显示肝内病灶与周围组织毗邻关系，同时可应用该技术进行术前手术规划，进行精确肝切除，以提高手术的安全性[6-8]。我们将三维可视化重建技术应用于肝脏外科教学工作中，有效的提升了肝脏外科教学的生动性，极大的调动了学生学习肝脏外科的积极性，并明显降低了肝脏解剖学习的难度，拓展了该技术在教学领域的应用。

三维可视化技术通过获取肝脏增强CT 或MR 影像学数据，进行数据分析重建，可将肝内动静脉、胆管进行不同颜色区分，并通过透明化或隐藏处理肝组织，从而清晰显露肝内管道走形方向，在此基础上按照管道走形区域把肝脏分叶、分段完整显示，并可将不同段、叶用不同颜色显示处理，可清楚显示整个肝脏解剖[9-10]。而且三维可视化技术可进行多角度多、维度立体旋转，放大，缩小等，从各个角度、多方位显示肝内管道的分支和走行情况，根本性地解决肝脏解剖教学的管道结构显示困难等关键问题，这些成像优势是二维成像难以达到的[7，11]。另外，通过三维可视化重建技术可对肝脏病变进行术前模拟切除，并同时进行残余肝脏体积计算，可尽最大可能避免患者术后出现肝功能衰竭[12-13]。计算机精确肝脏虚拟切除，这不仅为术者提供了一次精准肝切除的演练，也为学生学习肝脏外科手术提供了一个可重复性的体验，这样创新教学方式应用于肝脏外科教学上所带来的优势是传统教学模式难以达到的，可以说三维可视化基础上建立的虚拟肝切除技术则为肝脏手术教学提供了前所未有的方法和手段[11，14-15]。

传统教学方法在肝脏外科的教学中存在一定的不足，再加上肝脏疾病相关理论知识的枯燥、肝脏解剖结构的复杂、学生学习的积极性不高等因素，导致在肝脏外科带教中教学质量的下降。因此，寻找能够提高肝脏外科教学质量的创新教学方法似乎尤为重要。我们通过将三维可视化技术应用于肝脏外科教学，结果发现，采用三维可视化教学的学生肝脏理论学习成绩及影像学阅片成绩明显高于普通教学组学生。通过问卷调查发现，三维可视化组学生对可视化教学方法满意度明显增高，且学习积极性、对肝脏知识的掌握能力及对肝脏解剖及影像的理解能用明显优于普通教学组学生。这些结果说明三维可视化技术应用于肝脏外科教学是有明显的优势，不仅能够提高肝脏外科总体教学质量，而且能够提高学员学习的积极性和主动性，具有很好的应用前景。以此类推，三维可视化教学可能在医学其他领域教学也有类似的效果，当然这需要后续的研究来证实。

综上所述，三维可视化技术应用于肝脏外科教学，显示出诸多优势，是辅助教学的非常有效的手段，可明显提高学生对肝脏相关知识学习的积极性，大大降低了肝脏外科学习的难度，显著提高了肝脏外科教学的质量，而且通过三维可视化技术，可进行虚拟肝切除，显著提高了学生对肝脏手术的认识和理解。