三維可視化技術在肝膽外科臨床解剖教學中的應用研究

閆加艷， 郭德鎮， 陳霏雨， 周 儉， 楊欣榮

復旦大學附屬中山醫院肝外科，肝癌研究所，上海 200032

作為人體最大的實質性器官，肝臟擁有肝動脈、門靜脈、肝靜脈和膽管4套基本脈管系統，任意一套脈管系統的類型眾多、變異率高，不同脈管相互交錯纏繞、解剖極為復雜，其理論教學和實踐教學一直是醫學生課程中的重點和難點[1-3]。由于肝臟外科解剖知識難以掌握，很多醫學生對肝臟解剖知識掌握不扎實，甚至進入肝膽外科工作后仍然對肝臟解剖并不十分熟悉，很難開展復雜的肝膽外科手術。

目前，傳統的肝臟外科教學方法大多采用解剖圖譜、肝臟模具及尸體標本、彩超及CT等二維影像，對醫學生講解肝臟解剖知識[4]。對肝臟這類內部結構復雜、需要空間想象才能理解的教學內容，如果僅利用二維圖像進行講解，醫學生往往難以清晰地理解其三維結構，學習效率低、效果差[5]。近年來，三維可視化技術在肝膽外科臨床中應用廣泛，不僅促進了肝膽外科手術技術的發展，而且為肝膽外科教學提供了更高端的媒介和工具[6-10]。因此，三維可視化教學在臨床醫學生肝膽臨床解剖教學中的接受度和教學效果如何，值得進一步探究。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取30名就讀于復旦大學附屬中山醫院外科學專業研究生，分別完成傳統方法教學和三維可視化教學，男女比例為9∶1，平均年齡為(25.5±1.9)歲，碩士研究生和博士研究生分別為18名和12名。排除標準為既往接受過三維可視化模擬手術訓練的醫學生。

1.2 教學方法 醫學生采取隨機抽取先后接受傳統方法教學和三維可視化教學，傳統教學方法首先基于衛生部外科學教材(《外科學》，人民衛生出版社出版，第8版)、克氏外科學(第17版)解剖圖譜和肝臟教學模型，進行肝臟解剖學知識的系統介紹，同時利用RadiAnt DICOM ViewerTM軟件瀏覽肝癌患者甲的腹部增強CT數據(DICOM格式)，最后結合患者的高清手術視頻進行對照講解。三維可視化教學方法基于肝癌患者甲的肝臟三維可視化影像處理結果，可從各個角度清晰地展示肝臟形態和肝臟脈管，也可單獨或同時顯示肝臟輪廓、肝臟各套脈管和肝臟占位，也可進行肝段分割和模擬手術規劃，最終結合患者的高清手術視頻等進行教學。

2種教學方法均從各個角度清晰展示肝臟形態、肝臟基本脈管結構(肝動脈、門靜脈、肝靜脈和膽管)、肝臟脈管的空間結構(肝動脈和膽總管之間空間關系，肝動脈和門靜脈之間空間關系)、肝臟分葉分段，傳統教學方法對照腹部增強CT圖像和解剖學圖譜進行模擬手術規劃和判斷手術可行性，三維可視化教學方法依據三維可視化處理圖像確定手術入路、離斷面和殘余肝體積占比，以判斷手術可行性(圖1)。2種教學方法獨立進行，培訓時間均為45 min左右。上述教學素材均取自復旦大學附屬中山醫院肝外科。

圖1 傳統教學方法和三維可視化教學方法示意圖

1.3 教學接受度和質量評估標準 醫學生培訓評價標準以柯氏培訓模式(Kirkpatrick model)為指導原則，涵蓋反應層次(reaction)、學習層次(learning)、行為層次(behavior)和成果層次(result)等4個評估維度[11]。反應層次反映被培訓者的滿意程度，本研究中指學員對于傳統教學方法和三維可視化教學方法的滿意程度；學習層次反映被培訓者的學習獲得程度，本研究中指以傳統教學方法或三維可視化教學方法下學員對于常見解剖知識的辨識得分成績衡量；行為層次考察被培訓者的知識運用程度，本研究中為以傳統教學方法或三維可視化教學方法下學員對臨床病例的模擬手術規劃的判斷得分；成果層次涉及該培訓活動對整個機構中創造出的效益，是最難開展的一層評價，本研究難以實施，量表中未予體現。

1.4 評估方法 分別制訂傳統教學評估量表和三維可視化教學評估量表，量表評估內容基本一致，包括受試者主觀評價、肝臟脈管解剖理解、肝段解剖辨識和模擬手術規劃4個方面(表1)。該量表中問題1～10、14和15均為程度評級，0～10代表程度依次遞增，0代表程度為完全沒有，10代表程度為程度最高；問題11～13為肝段解剖辨識判斷題目，根據答案的偏差程度判斷得分，每題滿分為10分。傳統教學方法培訓結束后，調取患者乙的腹部增強CT數據，該患者腫瘤侵犯肝臟Ⅳ段(圖2A)，并人工標記肝臟Ⅲ段為測試肝段A，肝臟Ⅰ段為測試肝段B(圖2B)，進行肝臟分段解剖辨識評估；三維可視化教學方法培訓結束后，調取患者丙的三維可視化處理結果，該患者腫瘤侵犯肝臟Ⅳ段和Ⅴ段(圖2C)，并人工標記肝段Ⅲ段為測試肝段A，肝臟Ⅰ段為測試肝段B(圖2D)進行肝臟分段解剖辨識評估。以上傳統教學方法和三維可視化教學方法所利用的病例影像學資料均來自復旦大學附屬中山醫院肝外科。

表1 傳統教學/三維可視化教學評估量表

圖2 肝臟分段解剖辨識評估示意圖

1.5 統計學處理 采用SPSS 19.0軟件分析處理數據，連續型變量的比較采用配對樣本的t檢驗。檢驗水準(α)為0.05。

2 結 果

2.1 醫學生接受度評價 結果(圖3A)顯示：受培訓醫學生對三維可視化教學方法的接受度得分為(33.3±5.4)分，高于其對傳統教學方法的接受度得分(22.0±9.2)分(P<0.001)；受培訓醫學生對教材內容的理解程度，三維可視化教學方法的得分要顯著高于傳統教學方法[(8.1±1.4)分vs(5.8±2.3)分，P<0.001]；三維可視化教學方法的生動有趣程度也顯著高于傳統教學方法[(8.4±1.6)分vs(5.1±2.3)分，P<0.001]；另外，三維可視化教學方法的直觀程度得分也顯著高于傳統教學方法[(8.5±1.4)分vs(5.3±2.4)分，(P<0.001]；最終，受培訓醫學生對三維可視化教學方法的滿意程度得分，也明顯高于其對傳統教學方法滿意程度，差異具有統計學意義[(8.3±1.3)分vs(5.8±2.6)分，P<0.001]。

2.2 教學效果評價 結果(圖3B)顯示：受培訓醫學生在三維可視化教學方法下肝臟基本脈管解剖方面的得分要顯著高于傳統教學方法[(30.5±6.3)分vs(19.8±9.2)分，P<0.001]；肝臟空間脈管解剖方面的得分也顯著高于傳統教學方法[(9±2.5)分vs(10.0±4.6)分，P<0.001]；但是，受培訓醫學生在三維可視化教學方法下的肝臟肝段解剖辨識方面得分與傳統教學方法差異無統計學意義[(16.7±9.3)分vs(15.7±9.9)分]；受培訓學生在三維可視化教學方法下的肝臟模擬手術規劃方面得分要顯著高于傳統教學方法[(16.1±2.7)分vs(11.4±4.5)分，P<0.001]。

圖3 2種教學方法下受培訓學生主觀評價得分(A)和教學效果得分對比(B)

2.3 不同學歷醫學生主觀評價和教學效果得分 結果(表2)顯示：傳統教學方法下博士研究生與碩士研究生在主觀評價得分、肝段解剖得分和模擬手術操作得分等方面差異無統計學意義，而傳統教學方法下博士研究生在肝臟脈管解剖得分上顯著高于碩士研究生(P<0.001)；三維可視化教學方法下博士研究生與碩士研究生的主觀評價得分、肝臟脈管解剖得分、肝段解剖得分和模擬手術操作得分等方面差異均無統計學意義。

表2 不同學歷醫學生在2種教學方法下主觀評價和教學效果得分 ，分

結果(表2)顯示：碩士研究生和博士研究生在三維可視化教學方法的主觀評價得分、肝臟脈管解剖得分和模擬手術操作得分均顯著高于傳統教學方法(P<0.05);而碩士研究生和博士研究生在2種教學方法下對肝段解剖辨識的得分差異均無統計學意義。

2.4 問卷調查發放與回收情況 本調查共發放問卷60份，收回60份，問卷回收率為100%。

3 討 論

肝膽外科是最復雜的外科領域之一，肝臟脈管解剖結構復雜、解剖變異繁多且個體差異大，肝膽外科解剖教學是醫學生學習肝膽外科的重點和難點[12]。傳統的醫學解剖教育多以教科書、肝臟模型和增強CT或MRI等二維影像學手段為媒介，但因其較為抽象，醫學生的學習效率較低，學習的積極性和主動性不高，學習效果也并不理想。

三維可視化技術是數字醫學領域最基礎和重要的技術之一，其利用計算機特定的算法預處理，如改變圖像矩陣列、視野、層厚和間隔等，或對重建的三維圖像進行再次分割、配準和繪制等，將序列斷層圖像(如多排螺旋CT、MRI等)二維結構影像或PET-CT等二維功能影像構建成為人體組織器官的三維幾何模型，并可以在計算機屏幕上真實繪制并顯示[13]。目前，以三維可視化技術為核心的精準外科，建立了“可視化”、“可量化”和“可控化”的核心技術體系，不僅成為肝膽外科手術的重要工具，也為肝膽外科解剖和臨床教學提供新的工具。本研究將三維可視化技術應用于常規肝膽外科解剖教學，用于探究醫學生對于三維可視化教學方法的接受程度和教學效果。

本研究發現，臨床醫學生對三維可視化教學方法的接受度普遍較高。醫學研究生在三維可視化教學方法下對所教授內容的理解程度、生動有趣程度、直觀程度和滿意程度，均顯著高于傳統教學方法，這與相關臨床教學的研究結論[14-15]一致。與此同時，三維可視化教學方法明顯提高臨床醫學研究生對肝膽外科解剖教學的學習效果，三維可視化教學方法下的肝臟基本脈管解剖、肝臟空間解剖和模擬手術規劃教學效果明顯優于傳統教學方法。深究其原因，三維可視化技術能夠使肝膽系統可視化，在肝膽外科解剖教學中，不僅可直觀、立體地展示肝臟肝動脈、門靜脈、肝靜脈和膽管的基本構型，包括清晰顯示復雜結構和罕見變異類型，而且能夠展示肝臟多脈管間的空間結構及關系，對于臨床醫學生學習和掌握肝臟脈管基本解剖方面具有獨特優勢。本研究還發現在2種教學方法下，研究生在肝臟肝段解剖辨識方面的得分均普遍較低，2種教學方法效果差異無統計學意義。這可能與肝臟肝段解剖的辨識需要較長的學習曲線，短短幾十分鐘的臨床解剖教學并不能完全掌握，因而并未顯現出2種教學方法之間的差別，或許未來通過更長時間和更細致的肝段解剖教學才能觀察到2種方法更加真實、準確的肝段解剖教學效果。

綜上所述，臨床醫學生對三維可視化教學方法有較好的接受度。該方法能夠有效地激發臨床醫學生的學習積極性、主動性和創造性，可加深其對授課內容的理解和記憶，并且總體上肝臟解剖教學的效果要明顯高于傳統教學方法，值得在肝膽外科的臨床解剖教學中進行推廣應用。