3D腔道成像数字模型在泌尿微创手术教学中的运用

柘洋 陈晨 冯武兵

泌尿外科的微创技术日新月异，运用膀胱镜、输尿管硬镜、输尿管软镜、经皮肾镜、腹腔镜、机器人辅助等微创设备和器械在临床操作和微创手术中已十分成熟，绝大部分的泌尿外科手术都能通过微创的方式解决，相对于传统开放手术，微创手术具有创伤小、疼痛轻、出血少、恢复快、住院时间短等优点[1]。同其他外科专业相比，泌尿外科的专科手术教学主要表现在微创操作中的腔道思维的建立和深化[2]。如何在住培教学中培养住培医师的专科手术意识和掌握操作技巧，已成为带教教师探索的临床教学重点内容[3]。重庆大学附属中心医院泌尿外科运用腔道成像动态3D 数字模型进行了初步的教学研究。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020 年6 月—2021 年6 月在科室轮转的88名住培学员为研究对象。将学员随机分为两组，对照组44 名，男30 名，女14 名，年龄22～26 岁，平均（23.0±1.1）岁；研究组44 名，男32 名，女12 名，年龄21～26 岁，平均（24.0±0.4）岁。在随机对照试验完成分组后对两组研究对象的年龄、性别等一般资料进行差异性比较，差异无统计学意义（P＞0.05)。

1.2 方法

在研究对象入科当日统一完成泌尿专科基础知识入科摸底考试，对研究对象的成绩进行详细登记并整理入初始参考数据。对照组学员继续采取传统的教学模式，由教师安排理论知识讲座，列举手术图片或手术录制的短视频，讲解泌尿系微创腔道手术的基本操作步骤及注意事项，手术操作时住培医师旁侧观摩，边操作边答疑。研究组学员在接受理论知识讲座的同时，将临床实际病例的影像学原始资料按照已扫描的先后顺序拷贝至3D 数字动画形成软件，并按不同层面堆叠和进行3D 腔道数字模型成像，在成像形成可操作控制的3D 动画中选择输尿管肾镜视野角度模式，可让住培学员选择佩戴合适的3D 眼镜进行类似穿越隧道游戏一般的动画过程，从尿道开口进入泌尿系腔道，在视野角度的变换下不断推进上移直到肾盂，并在腔道观察过程中了解结石、全程输尿管管腔、肾积水以及肾盂肾盏结构等情况，完成术前的预操作，把手术步骤和注意要点通过预操作的角度进行串联、融合处理。两组教学的时长安排均为每周4 次，持续8 周，保持教学过程同步化。

1.3 观察指标

按照两种教学方法进行临床教学试验，出科统一完成临床实践技能考试，同时对教学满意度进行评价打分，二者均用于两种教学方法效果的评价。

以两组住培医师对教学的满意度的分值进行满意度分级和对比分析，满意度分为非常满意、满意以及不满意；临床实践技能出科考试采取百分制，考查内容严格按住培教学大纲命题和统一组织考试，出科考试成绩等级分为：80～100 分评级为优，60～79 分评级为良，＜60分评级为差。

1.4 统计学分析

分别对教学满意度和考试成绩采用SPSS 22.0 统计学软件分析处理，计数资料用（n，%）表示，采用χ2检验；计量资料用（）表示，采用t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 教学满意度结果的比较

对照组44 名住培学员对教学满意度打分评价结果：非常满意的12名（27.27%），满意的17名（38.64%），不满意的15 名（34.09%）；研究组44名住培学员对教学满意度打分评价结果：非常满意的23 名（52.27%），满意的19 名（43.18%），不满意的2 名（4.54%）。两组学员对教学的满意度（教学满意度＝非常满意比例＋满意比例）评价比较，研究组学员对教学满意度高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组住培学员对教学满意度的评价比较[名（%）]

2.2 出科临床实践技能考试成绩的比较

对照组住培学员的出科技能考试结果：成绩优10 名（22.7%），成绩良24 名（54.5%），成绩差10 名（22.7%）；研究组住培学员的出科技能考试结果：成绩优22 名（50.0%），成绩良20 名（45.5%），成绩差2 名（4.5%）。研究组住培学员的出科技能考试成绩及格率（考试及格率=成绩优比例+成绩良比例）评价比较，研究组学员及格率优于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组住培学员出科技能考试成绩比较[名（%）]

3 讨论

3.1 泌尿外科微创手术临床教学面临的问题

泌尿微创外科学的发展给术者带来了极致的手术精度挑战，术者在术中的手术操作对时间空间、无菌等因素的要求更高，每台手术都对参与手术及观摩手术的人数进行严格限制，同时由于设备、视野等因素要求术者集中更多注意力于腔道影像视界，从而无法分心细致给其他人员讲解手术操作要点及要求[4]。不同于传统的开放手术，泌尿外科常见主要疾病如泌尿系结石、尿路肿瘤及前列腺增生，这些疾病的手术治疗方式基本上采取腔道微创外科手术，主要包括经尿道输尿管镜/输尿管软镜碎石术、经皮肾镜激光碎石取石术、经腹腔镜下/机器人辅助下泌尿系肿瘤（肾上腺肿瘤、肾癌、肾盂癌、输尿管癌、膀胱癌及前列腺癌等）切除手术以及经尿道前列腺增生等离子/钬激光切除手术，这样的微创手术治疗已然成为了现代泌尿外科的主流术式方案，手术几乎避免了传统的经腹、经腰的“大切口”通道，给病人带来了更加微创或无创化的手术体验，尤其在快速康复的理念下泌尿外科医生不懈追求，微创外科手术学蓬勃发展，这样不同术式的改变必然会引起手术者的传统观念的变换，在不断的尝试新的微创技术的过程中，也带来了对年轻医生和医学生进行泌尿外科腔道微创外科学的授教研学的新思路和新挑战。泌尿外科微创手术主要由术者完成，教学对象及助手等主要是观看手术，参与手术的机会不多，因此上手的速度就相对较慢。且我国医学教育上缺乏对微创操作的具体培训，住培生对微创手术的认知主要来自于网络图片、视频等，缺乏对微创手术的具体操作认识。住培学员完成了课堂理论教学和基础实践实习阶段，他们对外科的认识几乎停留在书本的解剖学以及伤口切开、缝合等基本操作上，甚至尚未参与到真正的外科手术中，他们的手术及操作基本功薄弱，不适合直接参加微创手术的强化培训。临床指导教师在进行带教活动时必然会根据学员的基础进行评估，同时非常重视医疗安全，更多的微创外科手术操作培训主要集中在模型训练，住培医师参与真实手术的机会极少。于是，住培医师对微创外科手术缺乏直观的认知，这也导致他们在微创外科手术的学习曲线明显延长。在教学中，手术视频可以帮助住培医师对手术过程和解剖结构的直观了解，但是视频教学也存在一定的缺点，比如视频的重复、刻板和不可变性，学员的注意力完全由视频引导可能导致思维固化，缺少自己的思维空间。加之专业的微创手术器械和模拟教学设备价格昂贵，长期系统的练习机会较少[5]。所以，住培学员在实际的手术中困惑大，收益少，进步慢。因此，在微创教学中，带教教师及学员均面临多方面问题[6]。

3.2 着力夯实专业基础，理论实践循序渐进

先提升自身水平，熟练掌握生理解剖结构及疾病的病理生理表现，增强对疾病的认识，打牢基础，对疾病有一个整体的认识，在实际操作中才能有整体的操作思路。必须熟悉每一件微创器械的用法，做到各种器械的使用方法烂熟于心，根据不同的操作部位选取不同的器械。多查阅书籍、文献、图片、视频等资料，反复观看手术视频等，特别是术中难点部位操作技巧，反复揣摩、体会，然后把学习到的技巧经验在实际操作中结合起来。首先进行模拟训练，如运用腹腔镜模拟器进行缝合、打结等训练，练习手眼结合的能力，熟悉通过显示屏完成手术，还可通过动物实验进一步熟练操作技巧[7]；然后可以通过膀胱镜、输尿管镜等训练熟悉在腔道内操作完成手术，多次训练，建立手感、方向感[8-9]。实际操作中，上级医师必须做到“放手不放眼”，遵循循序渐进、先易后难的原则，可先从简单的操作开始，如膀胱镜检查、双J 管拔出、膀胱结石钬激光碎石等[10]。术前先对患者病情与治疗方案有深入的了解，明白手术的想要达到的效果。当遇到困难较大的操作时，可先换由上级医师亲自操作，一边操作一边讲解技巧及注意事项[11]。

3.3 培养专科手术兴趣，提升技能教学质量

兴趣是最好的教师，首先，必须建立对微创外科的兴趣，临床上虚心向教师请教，循序渐进，在接下来的学习中不仅不会感动枯燥乏味，也不会遇到困难后轻易放弃，更能达到事半功倍的效果。多参与科室疑难病例讨论，学习诊疗思路及治疗手段，多观看学习经典手术操作案例，可进一步开阔视野、提升兴趣[12]。

本研究中采用的3D 腔道成像数字模型为非传统的动画视频，而是根据实际临床病例获得的泌尿系三维CT成像参数进行二次3D 数字技术成像，利用专业的视频成像软件，整合获取的影像参数，主要包括CT 显示的泌尿系器官结构位窗、通道走形路径、管径动态变换、占位病变CT 值、血管分布、可疑交叉定位等参数，将腔道外观立体图像转化为腔道内成像并尽量还原腔道内真实情况[13-14]，比如尿道狭窄、前列腺重度增生、膀胱腔内结石或肿瘤、输尿管管腔狭窄、尿路结石嵌顿、管腔内息肉包裹结石、输尿管扭曲、肾及输尿管扩张积水以及腔道内心生肿瘤等，通过鼠标或键盘操作即可模拟输尿管镜或膀胱镜经尿道开始进入类似隧道一般存在的泌尿自然腔道系统，在探索“隧道”的过程中可能发现上述的各种病变，同时采取相应的具体处理方式如钬激光碎石取石、输尿管球囊狭窄扩张、新生物活检以及输尿管内置入支架管等操作[15]，在进行病例治疗演练的时候既巩固了对实际病例的影像参数、检验参数以及体征参数等各项指标的综合分析能力，又将各种可能预想到的问题建立处理预案[16]。这样的模型模拟作为预手术的教学模式，让学员在玩游戏一般的过程中培养了探索微创手术的兴趣，极大的增强了学习动力和提高了教学满意度，同时也将基础知识不断地反复巩固和实践运用，提升了教学质量。

随着科学技术与医学技术的不断发展，微创技术都是未来的发展趋势。微创技术的发展必然对模拟手术操作过程的设备及器械的性能进行优化，通过整合数值化信息参数，借助数字模拟技术和网络成像软件，发掘更高的精度和清晰度的手术视野技，极致还原手术真实场景，同时兼顾场景的随机性和可变因素，把多种复杂的人体脏器及组织性能通过数字化信息转换为可操作的、可预体验的模拟项目。泌尿微创外科学的模拟教学在充分保障患者安全的宽容环境下，优化了教学对象对手术操作的认知，更加顺利地通过了学习曲线的初始阶段，通过高度还原的腔道模拟场景，把真实微创手术操作完整展示在可见的教学培训中。利用手术场景模拟+腔道成像的教学培训形式的效益尚未完全证实，但是模拟教学在微创外科发展的地位越来越重要[17]。泌尿外科微创手术的精确性和多样性非常显著，这些特点使得泌尿外科相比其他学科更适合模拟教学，得益于其自然通道的模拟成像能够带给学员更为直观和逼真的穿越感，同时也更加符合真实世界的手术操作案例，能够把模拟成像教学做到更加极致的状态。通过完全的手术模拟虽然无法替代真正的手术过程，但是这样的教学模式在临床经验总结和培育学员的过程中却显得弥足珍贵。为了更好的顺应医学发展的潮流，我们也因适应新的教学学习方式，养成勤于思考、乐于学习、善于总结的良好习惯。为了更好的掌握泌尿外科的微创操作从而更好的融入临床操作中，不仅需要带教教师与学生掌握新的教学学习方式，也需要学员们不断探索和总结。