3D Slicer软件辅助出血性中风络病理论CBL教学的应用研究

蒋文斌，张荣俊，贡志刚

南京中医药大学附属苏州市中医医院， 江苏 苏州 215009

出血性中风具备患病率高、致残率高、死亡率高的特征，是临床常见的危急重症疾病。患者一般基础疾病多，病情变化快，个体差异大，一直是临床教学上富有挑战性的教学难点，非常适合采用以病例为基础的教学模式(case-based learning，CBL)开展临床教学。CBL是以临床案例为基础，设计与之相关的问题，引导并启发学生围绕问题展开讨论的一种小组讨论式教学法。在中医院临床一线规培实习的中医院校学生通常具有较为扎实的中医理论知识，但西医知识非常欠缺，特别是影像与解剖方面的基础知识较为薄弱，对颅内病灶的三维空间关系缺乏理解，严重影响其对该病的正确诊断和科学处置。如何让学生自主学习，逐步掌握出血性中风病例脑内血肿的个体特点并制定个体化的治疗方案一直是教学的难点。基于此，笔者在临床教学实践中尝试应用3D Slicer软件，三维重建出血性中风患者脑内血肿、血管、脑室影像，加深学生对该病的理解。同时根据中医络病学说，从中医和西医两个方面帮助学生了解该病的发生特点和诊断要领，达到了较好的效果，现报道如下。

1 出血性中风的概念

出血性中风是指自发性脑实质出血，是仅次于缺血性中风的第二常见脑血管疾病。在中国古代，出血性中风并没有被单独讨论过，而是与缺血性中风统一起来，称之为中风。《黄帝内经》认为中风的发生是由于各种因素的影响，导致阳气亢进，血液随气涌动，造成气血失调。营卫失衡也是《内经》讨论的中风病的重要发病机制之一。由于营卫失调，内脏、四肢、经络失去维护，外邪则乘虚而入。内外因素共同作用导致中风的发生[1]。

出血性中风病名首见于1997年出版的《中医临床诊治用语》，它属于中医急危重症，是四大疑难病症之首。张锡纯将其分为脑充血证和脑贫血证[2]。随后，中医学者对出血性中风的病因、病机、临床治疗进行了探索，从不同角度、不同方向提出了独特见解，在一定程度上促进了出血性中风的研究[3]。

2 络病与出血性中风的关系

络病，顾名思义，就是络脉的疾病，不但包含了络脉机能障碍和构造损害的自身疾病，也包含络脉疾病所引起的继发性脏器组织病理改变[4]。络病概念来源于《黄帝内经》的“经脉为里，支而横者为络，络之别者为孙”所提出的网络的概念。近年来，吴以岭[5]首次明确提出了基于络病的“三维立体网络”概念，并基于现代生物医学方法构建了络病理论系统，在该系统的基础上深入研究络病的病因病机。王显等[6]通过对络脉、病络、经络疾病等的深入研究，更加充实了络病的理论基础，并发展了对络病的诊断。

经络是人体内运行气血、连接内脏与体表的重要途径。通过络脉将经络横向分开，纵横交错，呈网状结构，并广泛散布于整个内脏组织。大脑的血液网络与毛细血管和微血管的解剖结构和形态有关，主要功能是把血流送入脑组织的循环系统。精血渗入脑络，滋润脑髓，它是调节神志运行的重要物质。因此，正常的脑络结构是保证脑络功能的基本前提。脑络受损必然会引起神机运动失常[7]。

3 中医院校学生学习现状

随着中国经济的发展和科学技术的进步，临床医学逐渐向精准医疗方向发展。人们对医疗技术的期望越来越高，提高疗效是医师和患者的共同目标。

在学习中医的情况下，因为西医基础课时间限制，中医院校中医专业学生对西医基础知识理解不深，掌握不牢。此外，传统的以学科为中心的教学模式使学生无法在西医基础与临床之间建立有效的联系，降低了学生对西医基础课的兴趣，这也极大地影响了其分析和解决实际临床问题的能力[8]。

“人体解剖学”是首批设立的中国医学生医学专科必考课之一。目前，中医院校所使用的“人体解剖学”教材，其实就是西医院校的简化版。课时少、内容多是解剖学教学的主要矛盾之一。由于“人体解剖学”课程的复杂性和专业性，使得中医院校的学生经常感到索然无味，难以产生兴趣。传统的教学方法往往采用课本、图集、标本相结合的教学模式，学生难以形成动态立体感和位置空间感。在学习解剖学的过程中，医学生普遍认为神经系统解剖学是最抽象、最复杂的。通过文字描述和解剖图像，很难建立完整直观的三维解剖结构。因此，在教学过程中，如何提高学生的三维立体空间感，一直是带教教师面临的难题。

4 3D Slicer在CBL教学中的优势

在临床教学过程中，笔者发现使用3D Slicer软件可以很好地增强学生的三维空间感。3D Slicer软件是由美国哈佛大学附属Brigham & Woman’s医学院的手术信息研究所与麻省理工学院人工智能研究所合作，在1998年联合进行设计和开发的3D医学影像软件，中国首先由解放军总医院陈晓雷完成应用和引进工作[9]，其目的是研制一个易于使用的可视化的软件平台，使用该软件对患者颅脑CT数据进行二次处理，从而形成三维模型。

早年外科医师利用3D Slicer程序，在计算机上进行血肿的体表投影并截图，然后调整图片的透明度并载入手机应用软件，最后利用移动程序和电脑图像处理相结合，实现了增强现实技术。使用体表定位或标志物的辅助定位技术，能极大提高精确度，从而指导出血性中风的外科手术治疗[10]。

目前，可通过3D Slicer软件结合X射线断层图像、MRI、DSA、弥散张量成像(DTI)等影像科学资料，三维重构脑沟、脑回、脑室、神经系统、颅内毛细血管、白质纤维等解剖结构[11]，并广泛应用于神经外科的多个领域，如脑肿瘤、三叉神经痛、面肌痉挛、脑血管病的诊断和治疗之中[12-13]。

近年来，各大高校为了提高教学质量，不断地在改进教学模式。神经外科由于专业性强，需要一定的知识面，如神经解剖、神经影像等多学科知识，传统课程难以将所有知识点与实际相联系，从而转变为临床技能。CBL教学方法是以病例为基础，问题为导向，启发学生围绕问题展开讨论的一种教学方法。课前，笔者选取典型案例，将案例分发到学生各小组，并设置好教学中的重点问题，小组成员查找相关资料，并让学生准备好感兴趣的知识点，使每位学生都能参与到自主学习当中。课上，教师可以将患者影像资料导入个人电脑中，通过3D Slicer软件重建三维图像，在施教过程中，用电脑实时选取感兴趣的区域，变换三维角度，为学生展示三维图像，可以让其更加立体地观察病变组织，这对中医院校学生理解病变的解剖、病理情况非常重要。同时，学生也可以使用个人电脑，学会软件操作后，可以更好地学习自己感兴趣的病例影像，从而延展出相关疾病的诊断、鉴别诊断及治疗方案。在CBL教学过程中，结合3D Slicer软件可以充分激发学生的自主学习能力，进而更好地提高教学质量。

例如，选取一例右基底节脑出血破入脑室的患者影像数据(如图1～图6所示)：

图1 普通头颅CT平扫图像 图2 将增强CT数据导入3D Slicer软件获得的三维血管图像

图3 在3D Slicer软件中将血肿描绘出来，再将其图像三维化 图4 在3D Slicer软件中将脑室描绘出来，再将其图像三维化，可在三维图像中观看血管、血肿、脑室的空间关系

图5 将颅骨透明化后的三维图像(正面) 图6 将颅骨透明化后的三维图像(侧面)

通过3D Slicer软件重建的三维图像，可以看到血管的走向，从大到小依次是：颈内动脉—大脑中动脉—丘纹动脉。丘纹动脉破裂出血后形成血肿，学生据此就能理解中医“气络虚损、络破血出”的理论，并能进一步理解离经之血瘀滞脑络，妨碍气血运行，导致脑络损伤，引发一系列病理损伤。现代科学研究表明，在中风过程中的炎性因子、钙超载、氨基酸、酸中毒等的毒害作用都具备了中医上所谓“毒”的基本特点，并相互转移、夹杂，使从不同源头所产生的毒邪在错综复杂的网络节点上相互作用和影响、转移、消长，最后形成错综复杂的临床证候，这也同现代医学中风病发作过程中的炎性细胞瀑布反应的产生，有着一定的相通之处[14]。

西医认为，由于脑出血产生占位效应，从血肿分解后排出的化学物质和血管活性物会产生急性脑水肿。而在血肿周围的水肿，则是形成继发疾病以及严重脑损伤的最主要原因[15]。血肿的进行性扩大和血肿周围水肿，易加重出血性脑中风后神经功能障碍，其内在的损害机理主要有脑水肿、炎症反应和氧化性应激障碍损伤等。脑内巨大出血后，因颅内压急剧上升，脑组织的脑室结构也发生了移位和扭曲，严重时甚至会形成脑疝，威胁患者的生命安全，故及时控制血肿可以降低死亡率。

教师可以左右逢源，指点学生从中、西医学两个切入点深刻理解出血性中风的病理生理改变，进而理解和掌握个体化治疗方案的制定原则。例如，治疗上西医认为患者意识清醒、脑内血肿直径<3 cm、脑出血量<20 ml者，可以采用内科保守疗法[16]，方式主要涉及控制血压、降低颅内压、止血和对症治疗。而中医治疗中风则以化痰、活血、息风为主，并强调有效改善毒损脑络这一核心环节。解毒通络法是针对出血性中风等微观病机的重要治法，与出血性脑中风后毒物积聚、小血管功能恢复高度一致。中药复方合剂具有多靶位、多路径的整体疗效，在各类病变生理机制中都发挥着有效作用。解毒通络的方式主要以祛邪为主，在具体运用中也离不开辨证论治的基本原则，并与化痰、活血、袪湿、通腑等基本疗法有机融合。对出血量较多的患者则要选择手术疗法，目前常见的手术方法主要有：大骨瓣开颅、小骨瓣内镜下血肿清除、立体定向置管引流、脑室外引流手术等。教师可指导学生使用3D Slicer软件测量血肿的大小，观察血肿是否处于关键区域，设计手术方式及路径，给患者提供最优的手术方案。

脑出血患者手术后还可选用中医治疗，患者经外科手术处理后多体虚水耗或淤血阻滞，此时加用中药可补虚增液、活血止血，可促使机体恢复，减轻术后创伤[17]。笔者临床实践发现，在康复治疗期间，常规西医配合针灸治疗能显著改善脑出血患者肢体运动障碍和独立生活能力[18]。针灸干预越早，患者生活能力恢复越好[19]。因此，术后中医治疗方式的及时介入能够明显提高综合疗效。教师如此授课的话，学生对中医、西医各自的优势就能深刻领会，临床上就能积极开展中西医结合治疗，以发挥出最佳效果。

5 不足与改进

尽管使用3D Slicer教学有很多优点，但是在实际教学过程中，笔者也发现一些不足之处。例如：软件对电脑配置要求较高；软件是全英文界面，需要一定的英语基础；图像的描绘过程比较繁琐，必须花费一些时间，描绘后的图像精细度与原始数据有关。如何优化软件使用、简化流程也需要进一步探索完善。简化操作流程后，每个学生可以选择自己感兴趣的区域自己动手进行描绘重建，并观察各类血管的分布，以及与血肿的周围空间关系，然后设计可行的手术入路。如此自主学习，能加深印象，大幅提高学习效果。