虛擬3D肺臟模型在胸外科規(guī)培住院醫(yī)師臨床教學中的應用

王 哲,張廣健,張 勇,賈卓奇,付軍科,吳齊飛

西安交通大學第一附屬醫(yī)院胸外科,西安 710061

虛擬3D肺臟模型在胸外科規(guī)培住院醫(yī)師臨床教學中的應用

王 哲,張廣健,張 勇,賈卓奇,付軍科,吳齊飛

西安交通大學第一附屬醫(yī)院胸外科,西安 710061

目的探索虛擬3D肺臟模型在胸外科規(guī)培住院醫(yī)師臨床教學中的應用和效果.方法該研究采用Mimics 19.0軟件對胸部64層CT結(jié)果進行重建,以構(gòu)建虛擬3D肺臟模型.通過理論和操作考試以及調(diào)查問卷,對比采用虛擬3D肺模型教學方法與傳統(tǒng)教學方法在對該院規(guī)培住院醫(yī)師進行肺臟解剖學臨床教學方面的差異.結(jié)果虛擬3D肺模型教學組在肺部精細結(jié)構(gòu)考試中的成績高于傳統(tǒng)教學組(P＜0.05);虛擬3D肺模型教學組在教學效果評價中的評分高于傳統(tǒng)教學組(P＜0.05).結(jié)論虛擬3D肺臟模型能夠增強胸外科住院醫(yī)師對肺部復雜結(jié)構(gòu)的認識,增加學習的積極性,取得了良好的教學效果.

虛擬3D肺臟模型;胸外科;規(guī)范化培訓;臨床教學

肺臟是人體重要的氣體交換器官,也是腫瘤的高發(fā)部位[1],對于肺臟結(jié)構(gòu)的清晰認識是胸外科住院醫(yī)師規(guī)范化培訓的重點內(nèi)容。由于肺臟包含了氣管、動脈及靜脈等多種管道系統(tǒng),結(jié)構(gòu)復雜,傳統(tǒng)的圖譜或影像資料對組織結(jié)構(gòu)的展示在精度、色彩和仿真度等方面具有一定的局限性,不能在空間上進行準確定位,制約了低年資住院醫(yī)師對肺部結(jié)構(gòu)的學習和理解。

近年來,隨著影像學技術(shù)的進步和健康意識的提高,肺內(nèi)小結(jié)節(jié)的診斷率有了極大提高[2]。隨著微創(chuàng)技術(shù)的提高,胸腔鏡下肺段或肺楔形切除術(shù)是目前確診肺部小結(jié)節(jié)的主要手段,同時也是治療方法,對于早期肺癌行肺段切除術(shù),也可達到與肺葉切除類似的手術(shù)效果[3]。如何能術(shù)前精確定位肺部小結(jié)節(jié)位置,盡可能行肺段或亞段切除,使手術(shù)規(guī)劃更合理,是胸外科所面臨的首要問題,而加強肺部精細結(jié)構(gòu)的學習是進行肺部小結(jié)節(jié)定位的基礎(chǔ)。

隨著科技的發(fā)展,數(shù)字化3D虛擬技術(shù)近年來在醫(yī)學領(lǐng)域得到了廣泛應用,該技術(shù)使復雜解剖結(jié)構(gòu)的三維展示成為可能[4]。數(shù)字化3D虛擬技術(shù)的優(yōu)點是可以實現(xiàn)從任意角度、任意方向旋轉(zhuǎn)和切割來觀察復雜解剖結(jié)構(gòu),并且可以實現(xiàn)對特定結(jié)構(gòu)的單獨顯示,排除了周圍解剖結(jié)構(gòu)的干擾,使目標結(jié)構(gòu)更加清晰[5]。該研究利用Mimics 19.0軟件構(gòu)建虛擬3D肺臟模型,將其應用于胸外科臨床教學,并通過住院規(guī)培醫(yī)師課堂成績和問卷調(diào)查評價其教學效果,為優(yōu)化胸外科臨床教學方法提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 肺臟三維模型的構(gòu)建

1.1.1 肺臟資料的采集數(shù)據(jù)采集采用飛利浦64排CT進行,對比劑為碘海醇注射液,行胸部平掃和動脈期、靜脈期及延遲期增強掃描。采集圖像數(shù)據(jù)采用Dicom格式保存。

1.1.2 肺臟模型的三維重建將肺臟Dicom格式數(shù)據(jù)導入Mimics 19.0軟件中,然后利用軟件中Thresholding設置不同結(jié)構(gòu)的閾值,并采用Dynamic region growing選擇擬重建的肺臟解剖結(jié)構(gòu),并用不同的顏色進行標注,最后利用3D Calculation對Mask分別進行三維重建,清楚地顯示肺臟三維模型的主要結(jié)構(gòu):肺葉、肺血管及支氣管。

1.2 研究對象

以西安交通大學第一附屬醫(yī)院60名規(guī)培住院醫(yī)師為研究對象,男性38名,女性22名,隨機分成虛擬3D肺臟模型教學組(30名)和傳統(tǒng)教學組(30名)。3D肺臟模型教學組在肺臟解剖臨床教學中采用虛擬3D肺臟模型進行,傳統(tǒng)教學組則采用傳統(tǒng)圖譜和影像學資料進行。

1.3 研究方法

授課教師根據(jù)臨床肺部解剖內(nèi)容制定教學計劃,傳統(tǒng)教學組學生采用PPT教學,對肺部解剖的結(jié)構(gòu)進行展示,同時采用患者的胸部CT影像資料進行肺部結(jié)構(gòu)的學習,并采用開放式的教學方法,讓住院醫(yī)師對肺部精細結(jié)構(gòu)的解剖及定位方法進行討論。在此過程中,教師只起導向作用,并不參與討論分析;虛擬3D肺臟模型教學組住院醫(yī)師在前述教學的基礎(chǔ)上,可以通過電腦觀察課前已經(jīng)重建的虛擬3D肺臟模型,從不同層面和切面了解肺部的精細解剖結(jié)構(gòu),并可以進行旋轉(zhuǎn)(如圖1所示)。

圖1 虛擬3D肺臟模型展示肺臟不同結(jié)構(gòu)

課程結(jié)束前進行理論和操作測試,要求所有參與該研究的規(guī)培住院醫(yī)師對肺臟的解剖結(jié)構(gòu)(肺血管、支氣管及肺段結(jié)構(gòu))進行準確判斷和準確定位,總分為100分。其中,理論測試50分,實踐測試50分。課程結(jié)束后給參加研究的規(guī)培住院醫(yī)師發(fā)放問卷調(diào)查表,對教學效果進行評價,調(diào)查內(nèi)容為對教學內(nèi)容掌握度以及對教學方法的滿意度,兩項內(nèi)容評分滿分均為10分。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用SPSS 17.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學處理,計量資料采用(±s)表示,組間比較采用t檢驗,以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 虛擬3D肺臟模型教學組與傳統(tǒng)教學組間的考試成績差異

虛擬3D肺臟模型教學組的理論成績和操作成績分別為(43±2.3)和(46±2.1),高于傳統(tǒng)教學組(40±1.8)和(43±1.9),P＜0.05。表明采用虛擬3D肺臟模型提高了住院醫(yī)師對肺臟結(jié)構(gòu)的理解,提高了臨床教學的效果(如表1所示)。

表1 虛擬3D肺臟模型教學組與傳統(tǒng)教學組考試成績比較 ±s)

表1 虛擬3D肺臟模型教學組與傳統(tǒng)教學組考試成績比較 ±s)

?與3D肺臟模型教學組比較,P＜0.05。

組 別 n理論成績操作成績虛擬3D肺臟模型教學組30(43±2.3) (46±2.1)傳統(tǒng)教學組30(40±1.8)?(43±1.9)?

2.2 虛擬3D肺臟模型教學組與傳統(tǒng)教學組對教學效果的評價

虛擬3D肺臟模型教學組對教學內(nèi)容掌握度評分和教學方法滿意度評分分別為(9.6±0.3)和(9.8±0.4),高于傳統(tǒng)教學組(9.4±0.4)和(9.5±0.3),P＜0.05。表明通過采用虛擬3D肺臟模型提高了住院醫(yī)師對肺臟3D結(jié)構(gòu)教學內(nèi)容的掌握程度,并且提高了住院醫(yī)師對教學方法的滿意度(如表2所示)。

表2 虛擬3D肺臟模型教學組與傳統(tǒng)教學組問卷調(diào)查結(jié)果分析(±s)

表2 虛擬3D肺臟模型教學組與傳統(tǒng)教學組問卷調(diào)查結(jié)果分析(±s)

?與3D肺臟模型教學組比較,P＜0.05。

組 別 n教學內(nèi)容實用性評分教學方法滿意度虛擬3D肺臟模型教學組30(9.6±0.3) (9.8±0.4)傳統(tǒng)教學組30(9.4±0.4)?(9.5±0.3)?

3 討論

肺臟是人體重要器官之一,擔負氣體交換的功能,肺臟也是腫瘤的好發(fā)部位,肺癌的發(fā)生率位居腫瘤發(fā)生首位。熟悉肺臟的解剖特點是臨床專業(yè)學生必須掌握的基本知識[6-7]。但是肺臟解剖結(jié)構(gòu)復雜,又存在著不同的肺段,當用傳統(tǒng)方法教學時,復雜的肺臟解剖結(jié)構(gòu)和管道的立體走形常常令教師的教和學生的學均感到困難[8]。如何通過臨床教學迅速提高規(guī)培住院醫(yī)師對肺部復雜解剖結(jié)構(gòu)掌握程度是胸外科臨床帶教所面臨的問題。隨著科技的發(fā)展,數(shù)字化3D虛擬技術(shù)為立體展示肺部復雜的管道系統(tǒng)和肺段的分布提供了可能,我們借助現(xiàn)代科技,采用Mimics軟件成功建立了肺臟的虛擬3D模型,并將其應用到胸外科住院醫(yī)師的臨床教學中。

通過對采用不同教學方法教學的規(guī)培住院醫(yī)師的考試成績比較和問卷調(diào)查反饋信息,我們發(fā)現(xiàn)虛擬3D肺臟模型能夠顯著提高規(guī)培住院醫(yī)師對肺部立體結(jié)構(gòu)的掌握程度,提高胸外科教學效果。同時由于虛擬3D肺臟模型可以對肺臟進行任何角度旋轉(zhuǎn)或切割,360°全方位觀察肺臟的結(jié)構(gòu),并且可以單獨顯示肺臟的血管和支氣管,不僅促進了規(guī)培住院醫(yī)師對肺部解剖結(jié)構(gòu)的理解和掌握,同時增加了學習的趣味性和對教學的滿意度。

盡管虛擬3D肺臟模型在胸外科臨床教學方面的應用中取得了較好的效果,在虛擬環(huán)境中,學生可以實現(xiàn)對虛擬3D肺臟模型進行旋轉(zhuǎn)或切割等功能,更加清楚地顯示肺臟的結(jié)構(gòu),但是其與手術(shù)中真實的肺臟形態(tài)仍然存在著差異,并且肺臟不同于肝臟,手術(shù)時由于單肺通氣的原因,肺臟已經(jīng)萎陷,其解剖結(jié)構(gòu)必定發(fā)生了變化,如何對發(fā)生萎陷的肺臟進行解剖結(jié)構(gòu)的精確定位仍然是我們面臨的難題,也有學者在這些方面進行了探索[9]。

綜上所述,虛擬3D肺臟模型提高了胸外科住院醫(yī)師對肺部復雜結(jié)構(gòu)的認識,增加了學習的積極性,促進了胸外科臨床教學。但是,虛擬3D肺臟模型在教學中也存在著一定的不足,需要我們今后進一步改進,才能更好地提高教學效果,提高規(guī)培醫(yī)師的臨床技能,從而更好地服務于社會。

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Application of the virtual three-dimensional lung model in thoracic surgery clinical teaching

Wang Zhe,Zhang Guangjian,Zhang Yong,Jia Zhuoqi,Fu Junke,Wu Qifei
Department of Thoracic Surgery,the First Affiliated Hospital of Xi＇an Jiaotong University,Xi＇an 710061,China

ObjectiveTo explore the effects of the virtual three-dimensional(3D)lung model applied in thoracic surgery clinical teaching for standardization training residents.MethodsThe virtual 3D lung model was reconstructed using Mimics 19.0 software based on 64-layer detector spiral CT imaging data of patients.Then by means of theory and operation exams as well as questionnaire,we compared the virtual 3D lung model teaching method with the traditional teaching method used in lung anatomy clinical teaching for the hospital＇s standardization training residents.ResultsThe virtual 3D lung model teaching group significantly outperformed the traditional teaching group in lung fine structure test score and teaching effect evaluation score(P＜0.05).ConclusionUsing the virtual 3D lung model in thoracic surgery clinical teaching can help the residents understand the complicated 3D anatomy of the lung,increase their interest in learning and achieve good teaching results.

virtual three-dimensional lung model;thoracic surgery;standardization training;clinical teaching

G434;G642.0

A

1004-5287(2017)06-0697-03

:10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201706022

該研究受西安交通大學第一附屬醫(yī)院院級教學改革研究項目支持(15YB17)

2017-02-20

王哲(1977-),男,西安人,主治醫(yī)師,博士,主要研究方向:胸外科醫(yī)療、臨床教學與科研工作。

吳齊飛(1980-),男,河南太康人,副教授,博士,主要研究方向:胸外科醫(yī)療、臨床教學與科研工作。

電話:18992865534;E-mail:wuqifei-1＠163.com