三维多模态影像重建技术在神经外科临床实习教学中的应用

任剑

（重庆医科大学附属第三医院/捷尔医院神经疾病中心，重庆 401120）

脑肿瘤是神经外科的常见疾病，当今，精准神经外科的发展对外科医生准确地完全切除肿瘤的同时保留患者的神经功能提出了更高的要求[1]。大脑解剖结构复杂，是五年制临床医学本科基础理论教学中的难点之一[2]。神经外科临床实习教学中，如何让学生在临床实习中掌握脑肿瘤的临床知识，深入理解大脑解剖结构与功能，深化神经功能的保护理念，做到理论联系临床实践，切实解决临床治疗中遇到的实际问题，成为临床实习教学中面临的核心问题。以往的临床实习教学应用多媒体结合影像资料授课，学生难以直观地认识和理解大脑的解剖结构与功能，较难掌握脑肿瘤的临床知识和手术方式[3]。当今，先进的多种影像学技术的应用和人工智能的发展，多模态影像的融合技术在神经外科治疗中的应用价值得到体现[4]。该技术能够对脑肿瘤的轮廓进行分割，并清晰地将其显示在患者自身的大脑解剖结构中，构筑三维多模态影像（3D-Multi Modality Image，3DMMI），有利于临床医生术前判定肿瘤与周围重要的神经纤维束、脑动静脉的毗邻关系，从而指导外科医生临床决策，同样也有助于实施临床教学[5]。本中心以脑肿瘤的临床实习教学为例，采取3DMMI重建技术辅助案例教学（Case-Based Learning，CBL）的教学模式，收到了良好的临床教学效果，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 教学对象

选取2019年7月至2020年6月在重庆医科大学附属第三医院神经疾病中心进行神经外科实习的重庆医科大学2015级五年制临床医学专业60名学生为教学对象。本研究所有学生均签署知情同意书。

1.2 研究分组

采用随机数字表法将教学对象分为试验组和对照组，各30名学生。试验组进行3DMMI辅助案例教学的教学模式，对照组采用常规案例教学模式。两组学时数均为3个学时，带教教师相同且为副高级职称。

1.3 教学实施

1.3.1 试验组教学 选取神经外科脑肿瘤典型的教学案例2例，采集临床资料：病史、体征和影像学资料。将患者的头颅增强MRI（核磁共振成像）、头颅薄层CT（计算机断层扫描）、脑纤维束示踪成像的医学数字成像和通信数据导入计算机，运用图像配准技术、专业分割技术，进行CT/MRI影像配准，构建3DMMI模型。在个体化的三维脑模型上可以清晰显示脑肿瘤与功能区、周围血管的结构关系。带教教师引导学生完成医患病情交流、体格检查和病例分析讨论。教学讨论互动环节，按照肿瘤起源、解剖特点、侵袭程度、影像学评估、诊断与鉴别诊断、治疗方案和预后等展开讨论。教学实施中，充分应用3DMMI模型辅助教学进行授课。

1.3.2 对照组教学 对照组利用PACS系统结合典型的教学案例进行肿瘤相关解剖结构的讲解。

1.4 评价标准

教学结束后，通过基础理论考核（满分100分）、影像读片实践考核（满分10分）和匿名问卷调查，对两组教学效果和授课教师进行评价。教学效果评价内容包括脑肿瘤知识掌握程度、临床思维能力、解决临床问题能力、课程学习兴趣、学习效率5个方面。授课教师评价内容包括授课条理清晰、知识的延伸与扩展、教学整体满意度3个方面。该问卷共计8个题目，每个题目满分为10分。

1.5 统计学方法

采用SPSS 19.0软件对研究数据进行统计分析。计量资料以（±s）表示，组间采用独立样本t检验；计数资料以频数和百分率表示，组间比较采用χ2检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组考核成绩比较

统计分析显示，试验组学生基础理论考核成绩和影像读片实践考核成绩均高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

表1 两组考核成绩比较（±s，分）

表1 两组考核成绩比较（±s，分）

组别 基础理论考核 影像读片实践考核试验组对照组t P 86.33±4.08 82.27±4.74 2.517 0.018 8.40±0.74 7.60±0.63 3.191＜0.01

2.2 两组教学效果评价比较

共发放教学效果评价问卷60份，回收有效问卷60份。调查结果显示，试验组学生对于脑肿瘤知识掌握程度、临床思维能力、解决临床问题能力、课程学习兴趣和学习效率5个方面的评价均高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 两组教学效果评价比较（±s，分）

表2 两组教学效果评价比较（±s，分）

组别 脑肿瘤知识掌握程度临床思维能力解决临床问题能力课程学习兴趣学习效率试验组对照组t P 8.47±0.64 7.67±0.72 3.207＜0.01 8.40±0.74 7.67±0.62 2.955＜0.01 8.67±0.62 7.60±0.63 4.675＜0.01 8.53±0.74 7.47±0.64 4.212＜0.01 8.40±0.63 7.73±0.70 2.729 0.011

2.3 两组对授课教师的评价比较

调查结果显示，试验组学生对授课教师授课条理清晰、知识的延伸与扩展、教学整体满意度3个方面的评价均高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 两组对授课教师的评价比较（±s，分）

表3 两组对授课教师的评价比较（±s，分）

组别 授课条理清晰 知识的延伸与扩展 教学整体满意度试验组对照组t P 8.60±0.63 7.47±0.52 5.376＜0.01 8.47±0.64 7.73±0.59 3.254＜0.01 8.33±0.72 7.67±0.62 2.714 0.011

3 讨论

3.1 神经外科临床实习教学中面临的问题和解决对策

神经外科作为一门实践性与专业性极强的学科，医师培养周期较长，临床医学五年制本科的理论教学中，对于神经解剖和神经外科疾病理论教学学时有限，课堂教学中学生往往难以理解和掌握基础理论知识[6]。如何让实习学生在较短的时间内掌握神经外科常见疾病，将理论知识应用于临床实践，解决临床实际问题，更好地为患者服务，成为临床教学中面临的重要问题。近年来，随着科学技术的进步，医学影像融合技术已成熟地应用于神经外科临床中，该项技术可融合CT/MRI多模态的影像数据，进行三维多模态影像融合与构建，实现大脑现实解剖结构与病变的三维立体图像展示，不仅能够指导临床医生治疗和决策，还能够应用于临床教学中，丰富教学模式，为神经外科临床带教提供全新思路[7]。

3.2 三维多模态影像重建技术可以提高学生理论与技能考核成绩

脑肿瘤分为原发性脑肿瘤及脑转移瘤，由于脑肿瘤分类众多，生长特点各异，加之大脑解剖结构复杂，对影像学检查的诊断能力要求高，对于初涉临床的本科实习学生学习难度大，是实践教学中的难点。头颅CT扫描对于脑肿瘤是否伴有钙化或者肿瘤卒中较MRI有优势，同时，CT血管增强扫描可以清楚地显示肿瘤供血情况及肿瘤与血管的位置关系。MRI可以清晰地显示肿瘤生长的空间位置、肿瘤侵袭的范围。MRI弥散张量成像可以重建皮质脊髓束，了解肿瘤与皮质脊髓束的位置关系和肿瘤对其的破坏程度，有利于外科医生手术中更好地保护患者神经功能，提高患者生活质量[8]。但是对于临床实习学生，通过普通的典型案例多媒体教学方式难以掌握如此复杂的脑肿瘤影像学特点及神经解剖学知识，更难以理解具体的手术方式。本研究表明，试验组采用3DMMI辅助的CBL教学模式，学生更容易掌握脑肿瘤的理论知识与影像学特点。究其原因，3DMMI技术展现了更易直观理解的三维可视化模型，不仅可以清晰显示肿瘤的局部形态，还可以清晰展示肿瘤所处大脑解剖的空间位置，肿瘤与重要的语言功能区、视辐射纤维及运动纤维束毗邻关系一目了然，学生能很容易理解该肿瘤患者的临床表现与症状体征，教学难点迎刃而解。另外，对于即将投身于临床一线工作的实习学生，对于了解3DMMI模型如何应用于临床病例十分感兴趣，同时借助3DMMI模型进行对照学习，深化了实习学生对临床知识的掌握[9-10]。

3.3 三维多模态影像重建技术可以提高学生对教学效果和授课教师的满意度

本研究显示，试验组学生对于脑肿瘤知识掌握程度、临床思维能力、解决临床问题能力、课程学习兴趣和学习效率5个方面的评价均高于对照组（P＜0.05）；对授课教师授课条理清晰、知识的延伸与扩展、教学整体满意度3个方面的评价均高于对照组（P＜0.05）。3DMMI重建技术将三维立体图像呈现给学生，其不仅课堂注意力更加集中，还可以直观地理解抽象的理论知识，将理论知识应用于临床实践，锻炼了临床思维及解决临床问题的能力，从而提升了学习效率[11]。更重要的是，授课教师应用3DMMI，不但能直观地进行理论教学，而且能结合临床实际向学生展示外科医生是如何进行临床决策，对患者进行个体化诊疗的。在教学活动中不但有知识的传授，而且有知识的拓展，对教学的重、难点进行重点讲解，利用3DMMI辅助教学，将抽象的解剖学知识转化为直观的三维立体影像，使学生更容易理解大脑的立体解剖结构，教学效果得到了显著提升。

4 结语

三维多模态影像重建技术可以弥补既往神经外科本科临床实习教学中理论教学的不足，直观、形象化地指导学生复习神经系统理论知识，加深对神经解剖、功能和神经外科疾病的认识，有助于提高临床实习学生对神经外科疾病的学习兴趣，培养临床思维，提高解决临床问题能力，提升学习效率，从而提高教学质量。3DMMI构建病变和实体大脑影像的三维立体结构，是神经外科临床教学的有效工具，且该模型的应用不受时间和空间的限制，不仅可以应用在课堂多媒体教学活动中，也可以应用于线上教学。但是，本研究的样本量较小，教学内容仅限于脑肿瘤的临床教学，因此，对于3DMMI在其他教学领域的应用有待更为深入的探索研究和验证。