肝脏外科的三维可视化实践教学在住院医师规范化培训中的应用效果
纪柏1，孙铭会2，王树鹏1，孟令宇1，刘亚辉1，刘凯1，2*
（1.吉林大学第一医院肝胆胰外二科，吉林 长春 130021；2.吉林大学计算机科学与技术学院，吉林 长春 130000）
摘要： 目的 探讨三维可视化技术用于住院医师规范化培训肝脏外科实践教学的效果。方法 选取吉林大学第一医院2019年2月至2019年6月60 名肝胆外科本科住院医师作为研究对象，随机分为两组，分别为传统教学组和三维教学组，每组各20人。对照组采用卫生部外科学教材、肝脏外科手术图谱、肝脏教学模型及手术视频进行教学；实验组采用肝脏三维可视化影像、虚拟手术系统及科室既往手术视频及真实高清手术视频进行教学。学习周期为8 学时，结束后对所有住院医师进行闭卷标准化考试，同时利用反馈问卷调查所有住院医师对教学的满意度。结果 实验组住院医师的平均成绩为（92.3±3.2）分，对照组住院医师的平均成绩为（84.6±4.1）分，两组相比，差异具有统计学意义（P ＜0.05）。90 分以上人数，实验组（12 人，40%）明显多于对照组（5 人，17%），差异具有统计学意义（P ＜0.05）。调查问卷结果显示，实验组住院医师认为三维可视化影像教学法生动形象，更易于掌握肝脏解剖知识，虚拟的手术教学软件能够充分调动住院医师学习积极性，更有利于复杂知识的学习与掌握，提高了住院医师对肝脏解剖的三维空间想象力，尤其对未来拟从事肝胆外科工作的住院医师意义深远，提高了他们利用现代化信息技术手段进行诊断和治疗的自主学习能力。结论 利用三维可视化技术及其虚拟手术操作系统对住院医师的实践教学效果明显优于传统教学方法，有效提高了教学质量，值得推广。
关键词： 肝脏；解剖；三维可视化；实践教学；住院医师；规范化培训
肝脏是人体最大的消化器官，其内管道系统复杂，诸如肝动脉、门静脉和胆管，汇合成肝脏格利森（Glisson）系统，进而将肝脏分成8 段[1]。由于肿瘤位于不同的段和叶导致肝脏外科手术术式繁多而复杂，例如左半肝切除术、右半肝切除术、尾叶切除术、肝段切除术及极量肝脏部分切除术等。尤其近年兴起的精准外科理念，要求只切除病变所在的肝段或叶，最大程度保留正常肝脏组织，这要求外科医师熟悉、掌握肝脏解剖知识，要求具备良好的空间想象力，能够精准的定位病灶，才能在切除病变同时最大程度保留正常肝脏组织[2]。而传统的手术图谱、尸体解剖及真实手术教学并不能使医学生很好的掌握肝脏解剖知识。近几年，三维可视化技术可以在术前将病灶进行三维显示，使肝脏外科教学更加直观，便于学生理解和掌握[3]。因此，本研究采用三维可视化及虚拟手术等方法对住院医师进行实践教学，与传统教学手段相比，取得了更佳的教学效果。现总结报道如下。
1 对象与方法
1.1 研究对象 选取吉林大学第一医院2019年2月至2019年6月60 名肝胆外科本科住院医师为研究对象，随机分为实验组（三维教学组，30 人）和对照组（传统教学组，30 人）。实验组平均年龄为（25.3±2.1）岁，对照组平均年龄为（25.5±1.8）岁；两组男女比例均为1:1，两组住院医师在年龄、性别及平时学习成绩等方面差异无统计学意义。排除标准：既往接受过三维可视化及虚拟手术训练的住院医师。
1.2 研究方法 两组分别采用不同的授课方法进行肝脏解剖和手术教学。对照组采用卫生部外科学教材、肝脏外科手术图谱、肝脏教学模具及手术视频等进行教学；实验组采用肝脏三维可视化影像、虚拟手术系统及多个患者的高清手术视频等进行教学。
1.2.1 实验组 对所有住院医师进行基于肝脏三维可视化图像、虚拟手术工作站以及真实手术演示进行教学。上述教学素材均取自本科室（吉林大学第一医院肝胆胰外二科）。教学过程如下：首先，结合超声、CT 或MRI 等影像学图片，对所有实验对象进行肝胆胰外科基本解剖知识和常见疾病的临床表现、诊断和治疗的理论知识进行讲解。然后分配住院医师进入科室，各医疗组进行临床实践工作，更加直观地认识患者，进而掌握疾病诊断和治疗知识。其次，带教老师使用由三维重建/虚拟手术软件（课题合作方吉林大学计算机学院提供），利用肝脏肿瘤患者术前CT 平扫及三期增强二维图片构建的肝脏三维模型，从各个角度为住院医师清晰展示肝脏形态、内部管道结构及Couinaud 分叶分段法，进行肝脏解剖的详细讲解（图1）。通过虚拟手术系统进行手术操作模拟手术教学，使住院医师进一步学习和掌握肝胆胰解剖，掌握对疾病的定位和手术方案的制订，进行虚拟肝脏部分切除术，再结合对应的高清手术视频，系统讲解肝脏手术，通过旋转、透明化等操作从不同角度观察肝脏断面管道走形及相应需要离断的肝脏管道（图2）。最后将三维重建模型及手术视频资料分发给每位住院医师，住院医师自行操作，复习上述所学知识，从不同角度观察肝脏外观、内部结构、解剖变异等，并通过透明化、隐藏、选择等功能分别观察肝脏内部不同的管道系统、肝脏的分叶分段、不同部位肿瘤的定位方法、肿瘤毗邻血管等，再使用虚拟手术操作工作站进行手术方案制订并进行虚拟肝脏切除手术，例如肝段切除术、肝叶切除术、半肝切除术及尾状叶切除术等，之后对照真实手术视频进行对比观看、反复学习。此技术也可在术前进行辅助训练，以提高住院医师手术熟练度和成功率。
图1 运用术前CT 影像学检查构建的肝脏三维模型从多角度认识肝脏肿物位置周围血管关系（箭头所示为肝脏肿物，tumor）
Figure1 A three-dimensional model of the liver constructed by preoperative CT imaging to understand the relationship between the peripheral blood vessels of the liver tumor location from multiple perspectives (arrow shows liver tumor,tumor)
图2 运用手术录像理解肝脏解剖及肝脏血管管道
Figure2 Understanding liver anatomy and liver vessels with surgical videos
1.2.2 对照组 住院医师接受基于《外科学》《系统解剖学》《局部解剖学》等教材的传统教学，教学形式包括PPT 理论教学、肝脏模具观摩、临床实践阅片教学及观看肝脏手术录像等。
2.1 试卷测评结果 两组住院医师均全部完成相关教学。实验组平均考试成绩（92.3±3.2）分，对照组平均考试成绩为（84.6±4.1）分，实验组成绩明显高于对照组，差异具有统计学意义（P ＜0.05）。实验组优秀率为40%，高于对照组的17%，差异具有统计学意义（P ＜0.05）。
近年来，三维可视化技术、虚拟手术技术以及3D 高清手术视频系统飞速发展，不仅促进了肝脏外科手术技术的发展，而且为肝脏外科教学提供了更高端的媒介和工具[9-10]。通过三维可视化技术，将传统的二维图片重建并进行可视化分析，如对人体器官与软组织及病变体的分割提取、三维重建和三维显示。这样，外科医师就可以根据这些图像数据对需要处理的区域进行准确的定量分析，从而大大提高医疗诊断的精准性，进而制订更加合理的手术方案。3D 影像可清晰显示肝脏解剖、肝脏的病灶和周围血管的关系。肝内不同的管道例如门静脉、肝静脉和肝动脉可以用不同的颜色显示，通过透明化处理及筛选等，可单独显示各种不同结构，并能进行任意角度的旋转、放大、缩小等，从各个角度观察病灶与各种管道的毗邻关系，从而制订合理的手术方案[11]。此外，在三维可视基础上构建的虚拟手术操作系统可以让医学生毫无压力的进行手术模拟操作，无须担心手术并发症，可以清晰地看到各种管道走形及病灶与周围血管的毗邻关系等，且模拟操作可重复进行，这是真实手术实习无法实现的。再者，高清手术视频的录制也为医学生教学提供了大量的、高质量的、宝贵的个体化教学资料，同时结合术前三维重建图片及虚拟手术操作系统，都将保证医学生从根本上掌握扎实的肝脏外科解剖和手术知识。
西北油田塔里木地区水基钻井液体系环保控制指标研究…………………………………………………………(4):107
1.4 统计学方法 采用SPSS 16.0 统计软件进行数据分析。计量资料指标用“
±s”表示，予以t 检验，计数资料采用χ2 检验，以P ＜0.05 表示差异有统计学意义。
2 结 果
1.3 教学效果考核方法及内容 完成教学内容后，通过标准化试卷进行测试，并以问卷形式进行教学难易程度及满意度等调查。标准化试卷采用百分制形式，考核内容包括肝脏的局部解剖学内容，诸如肝脏周围毗邻脏器、肝脏的管道系统及走形、肝脏的分段、肝脏的3 个肝门结构及概念、如何根据Glisson 系统进行肝脏分叶分段、肝脏肿瘤的定位描述及肝叶肝段切除术范围等。考核方式采用闭卷考试，总分100 分，60 分以上为及格，90 分以上为优秀。为了解住院医师对两种教学方法的评价，问卷内容包括教学方法是否生动有趣、知识是否容易掌握、是否能够提高学习主动性和积极性、学习效率如何及对教学方法满意度等。
本研究改革传统的肝脏外科教学方法，用三维可视化影像和虚拟手术进行全新的肝脏教学，克服了传统的理论教学、二维图像教学的不足，让学员更直观立体的理解肝脏解剖，且利用可重复的虚拟手术系统进行实践练习，克服了因目前医患关系等伦理问题导致的无法在人体进行实践手术练习的缺陷，提升了对肝脏外科手术的理解和认识。本研究使用的三维可视化影像及手术视频均发放给每位住院医师，方便住院医师自行观看学习。且我们的图像和视频来自多个不同的患者和不同的病灶类型，有利于住院医师对知识的全面掌握和理解疾病的个体化特点，形成个体化诊疗的理念。
3 讨 论
通过对于我们国家个人所得税改革实际情况的分析能够看出，起征点的调整和有关的技术改革，还是存在比较多的不足之处，这样就会影响到我们国家经济市场的分析和进步，而且会限制到降低整体的收入差距，如此就要及时地找出问题所在，而且需要对于这些问题提出相应的解决措施，确保个人所得税征收能够获得更加显著的发展。
地层厚度为1152.90 m。该地区第四系沉积厚度较大，但由于砂厚比较大，砂层多疏松，没有沉积较厚的大段泥岩，隔热保温作用较差，储热条件相对较差，井温梯度全孔平均仅3.15℃/100 m。
本科室近年来与计算机专家积极合作，构建了基于混合现实技术（Mixed Reality，MR）的三维可视化技术，进行术前影像三维重建及虚拟手术模拟系统。不仅用于临床实践，更多的用于住院医师教学，取得了良好的效果。本研究结果显示，三维可视化影像教学效果明显优于传统教学方法，考核成绩的差异具有统计学意义，问卷调查也显示实验组住院医师学习主动性更好、认为学习难度低、认为知识更容易掌握。通过三维立体的影像，住院医师能够快速理解和掌握肝脏解剖知识。例如，既往通过反复教学，住院医师都难以掌握的肝脏Counauid 分叶分段法、Glisson 管道系统以及肝脏3 大肝门结构的构成，通过三维可视化影像教学，学员一次即可掌握。此外，基于三维可视化系统的虚拟手术模拟系统更让住院医师对手术有了直观的体验和感受，效果远远好于传统的观看手术视频或者实习中观摩手术操作。
肝脏外科一直是外科领域最为复杂的学科之一，其解剖学的理论教学和实践教学一直是医学生课程的重点和难点。由于肝脏外科解剖知识难以掌握，进而导致很多医学生对肝脏解剖知识掌握不扎实，甚至进入肝胆外科工作仍然对肝脏解剖不是十分熟悉，导致只能行肝脏局部切除术治疗肝脏肿瘤，无法实施精准肝切除手术，这导致了手术时间长，出血量大，对患者造成不必要的损伤且增加了患者的痛苦。精准外科手术是现代外科高速发展的必然产物，其要求外科医师须具备扎实的肝脏解剖知识，而目前的医学教育多以尸体标本、教科书理论教学、肝脏教学模具、彩超及CT 等二维影像等进行教学，虽然能够教授肝脏解剖理论知识，但是医学生很难理解和掌握其立体三维结构，学习效率较低，很难从根本上深刻掌握肝脏解剖知识。例如肝脏的分叶分段是利用肝脏的各种管道系统的立体走形进行，而目前只是通过理论传授和二维影像图片实施教学，很难培养学生的空间想象力，无法对肝脏的分叶分段形成三维立体的概念。而教学模具虽然能大致显示肝脏管道和分叶分段的立体结构，但价格昂贵，无法让每个学生近距离观看和研究。此外，虽然尸体标本能够真实展示人体的肝脏解剖，但是目前的解剖课课程设置多是在大学二年级，而肝脏外科课程设置在大学四年级，无法衔接二者的知识结构，导致学习效果不理想，且肝脏的解剖在某种程度上因人而异，不能只根据尸体解剖完全掌握肝脏解剖知识。总之，传统教学方法效率低下、效果差，学生学习积极性和主动性不高，学生很难较好掌握肝脏解剖知识和模拟手术切除范围，这对医学教育提出了更高的要求，计算机辅助外科（Computer Assisted Surgery，CAS）应运而生，此技术是将传统的外科手术与计算机、立体定位和图像处理等技术进行有机结合产生的一种崭新的手术方式，其中三维重建技术、三维注册技术、混合现实技术（Mixed Reality，MR）均是当前此领域科学研究的重要方向，这些领域近年来不断发展，取得了不菲的成果[4-5]。三维可视化不仅可全方位的显示肝脏的各段之间解剖关系、肝内管道走形，还可以了解肿物大小及与肝内管道位置关系[6]。研究显示，使用三维可视化技术可提高了参与者对肝脏解剖结构、生理学、肿瘤学、手术过程及相关手术风险的理解[7]。本课题运用现代化三维可视化影像资料进行教学，结果发现利用此教学方法的住院医师学习主动性和积极性明显提高，对肝脏解剖知识的掌握更加扎实，教学效果良好和文献报告一致[8]。
概括言之，朱熹与石刻的关系，可以从“朱熹的石刻”与“石刻的朱熹”这两个密切关联的视角来观察。所谓“朱熹的石刻”，指的是朱熹所撰书的石刻文、所收藏的石刻拓本以及所获得的石刻研究成果；所谓“石刻的朱熹”，指的是从石刻中体现出来的朱熹的学术、志趣及其文化形象。前者关注的是石刻如何从朱熹身上获益，或者说朱熹如何成就了石刻；而后者关注的是朱熹如何得益于石刻，或者说石刻如何成就了朱熹。
2.2 问卷评价结果 调查问卷共发放60 份，收回60 份。结果表明，实验组住院医师均认为该教学法容易掌握，生动有趣，能够主动参与学习，提高了学习效率。而对照组部分住院医师认为知识难度较大，掌握困难，对所学知识缺乏立体直观感受，从而不利于对知识的掌握和理解。调查问卷内容包括难易度、学习兴趣、主动性、满意度等方面。研究结果显示，运用三维教学方法可以明显提高住院医师的学习效率和主动性。
综上所述，三维可视化影像教学系统可以帮助住院医师迅速、高效地掌握肝脏临床解剖，显著提高了学习积极性与教学质量、降低了学习难度。本教学方法对于肝脏外科的教学高效可行，推荐将该方法用于《外科学各论》肝脏疾病章节的学习讲解，建议将该方法应用于医学生和住院医师在肝脏外科实践教学。
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Application effect of three-dimensional visual practice teaching of liver surgery in standardized residency training
JI Bai,SUN Minghui,WANG Shupeng,MENG Lingyu,LIU Yahui*,LIU Kai*
(The First Hospital of Jilin University,Changchun,Jilin 130021,China)
Abstract: Objective This article aimed to explore the effect of three-dimensional visualization technology in the practice teaching of liver surgery in standardized residency training.Methods 60 undergraduate hepatobiliary surgery residents from the first hospital of Jilin university from February 2019 to June 2019 were selected as the research objects.They were randomly divided into two groups: traditional teaching group and 3d teaching group,with 20 members in each group.In the control group,teaching materials,operation atlas,liver models and operation videos were used as the national health department required.In the experimental group,liver 3d visualization models,virtual surgery systems and previous surgery videos and real hd surgery videos of the department were used for teaching.At the end of the 8-hour learning period,all residents were given a closed-book standardized test,and feedback questionnaires were used to investigate all residents' satisfaction degrees with teaching.Results The average score of students in the experimental group was (92.3±3.2),and that of students in the control group was (84.6±4.1),the difference was statistically significant (P ＜0.05).The number of people with 90 points or more in the experimental group (12,40%) was significantly higher than that in the control group (5,17%),and the difference was statistically significant(P ＜0.05).Questionnaire results showed that the residents of the experimental group thought 3d visualization image teaching was more vivid and easier for them to grasp the liver anatomical knowledge.Virtual surgery teaching software could fully mobilize the learning enthusiasms of the residents ,and were more conducive to complex learning and mastering of knowledge.It improved the residents' three-dimensional imagination in terms of the liver anatomy and promoted their autonomous learning abilities of applying modern information technology means for the diagnosis and treatment,which was especially of far-reaching significance for residents who would become liver and gallbladder surgery specialists in the future.Conclusion The application of 3d visualization technology and virtual surgical operating system to the clinical practice of residency training is obviously superior to the traditional teaching method,which effectively improves the teaching quality and is worth popularizing.
key words: Liver; Anatomy; 3d visualization; Practical teaching; Resident; Standardized training
中图分类号： G420
文献标识码： A
文章编号： 2096-4293(2019)04-335-04
收稿日期： 2019-07-10；修回日期： 2019-08-05
基金项目： 吉林大学第一医院住培教学及管理改革基金资助 项目（2018020）
吉林大学第一医院科技成果转化基金资助项目 （JDYYZH-1902058）
安：哈哈！被你这么一说，现在想来真的是一个非常浪漫的巧合！让这个经历更加有纪念意义了。那时我们刚结婚不久，而结婚前后都在忙于比赛，现在我也只记得一些关于比赛的细节了。另外，在你说之前，我完全不知道我们的图书馆有这盘录像带！我一定会找来看一看，回顾一下当年的历程。那时我甚至不太会说英语，我记得面对采访时我一个词一个词回答，而且还都是刚学的单词……真是很美好的记忆！
通信作者：
刘凯，E-mail：jirulin@sina.com
刘亚辉，E-mail:liuyahui2008@yeah.net
标签：肝脏论文; 解剖论文; 三维可视化论文; 实践教学论文; 住院医师论文; 规范化培训论文; 吉林大学第一医院肝胆胰外二科论文; 吉林大学计算机科学与技术学院论文;