3D-Slicer 軟件在神經(jīng)外科教學(xué)過程中的應(yīng)用

降建新，凌 薇，劉瑞紅，王小林，魯 峻，高廣忠，顧愛芹

（泰州市人民醫(yī)院，江蘇 泰州 225300）

神經(jīng)外科教學(xué)是外科學(xué)教學(xué)中非常重要的一部分，具有專業(yè)性強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)多、理論抽象、解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)[1]，這些特點(diǎn)在很大程度上影響著神經(jīng)外科教學(xué)的效果，理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)都是教學(xué)中的難點(diǎn)。3D-Slicer軟件是由麻省理工和哈佛大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的一款開源、免費(fèi)和可擴(kuò)展的醫(yī)學(xué)圖像處理和可視化的醫(yī)學(xué)圖像處理和分析應(yīng)用平臺(tái)，開發(fā)3D-Slice的最初設(shè)想是用于神經(jīng)外科手術(shù)引導(dǎo)治療、可視化和分析的系統(tǒng)，但是經(jīng)過十幾年的發(fā)展，3D-Slice已經(jīng)成為一個(gè)不僅能夠適用于各種臨床和臨床前的研究應(yīng)用，還能夠用于非醫(yī)療圖像分析的綜合平臺(tái)。本研究將3DSlicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)過程中，構(gòu)建以病例為基礎(chǔ)，按亞?？萍膊∵M(jìn)行分類的神經(jīng)外科疾病案例庫，將原有的解剖學(xué)、影像學(xué)與可視化的重建圖像相結(jié)合，讓學(xué)生將復(fù)雜的解剖結(jié)構(gòu)與影像學(xué)、疾病通過可視化的模型結(jié)合起來學(xué)習(xí)，并且通過身臨其境的學(xué)習(xí)各種解剖知識(shí)和疾病的案例資料來鞏固解剖學(xué)知識(shí)和理解治療方案，進(jìn)一步提高臨床思維能力[2]。

1 對(duì)象和方法

1.1 研究對(duì)象選取2020年1月～2021年6月在神經(jīng)外科參加規(guī)范培養(yǎng)的104名學(xué)員作為研究對(duì)象，研究學(xué)員的納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡21～25歲；（2）學(xué)歷為在讀非神經(jīng)外科專業(yè)研究生；（3）所有學(xué)員均無神經(jīng)外科的臨床實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)入本研究的所有成員均完成了知情同意。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）身體不適及溝通不良；（2）無故曠課，出勤率＜90%。剔除標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)柧砘厥諗?shù)據(jù)不完整者。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組成員在性別、年齡、基礎(chǔ)成績(jī)等方面相似，其差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.2 研究方法本實(shí)驗(yàn)根據(jù)輪轉(zhuǎn)病區(qū)的不同隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組成員50名，對(duì)照組成員54名。兩組成員除了3D-Slicer軟件的應(yīng)用以外均接受相同的培訓(xùn)課程。（1）對(duì)照組教學(xué)。對(duì)照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方式即利用掛圖、影像及頭顱模型等教具，以理論教學(xué)結(jié)合病例分析的方法進(jìn)行顱腦解剖、顱腦疾病診斷和手術(shù)方式的講解，在教學(xué)中我們對(duì)疾病均按照顱腦外傷、血管性疾病、功能性疾病、腫瘤性疾病的分類進(jìn)行疾病的講解。（2）實(shí)驗(yàn)組教學(xué)。實(shí)驗(yàn)組教學(xué)同樣以理論教學(xué)結(jié)合病例分析的方法進(jìn)行顱腦解剖、顱腦疾病診斷和手術(shù)方式的講解，在教學(xué)中我們按照顱腦外傷、血管性疾病、功能性疾病、腫瘤性疾病的分類利用3D-Slicer軟件對(duì)原始的影像學(xué)數(shù)據(jù)處理構(gòu)建各種疾病的模型，將病理性結(jié)構(gòu)、周圍相關(guān)結(jié)構(gòu)分層構(gòu)建，并進(jìn)行神經(jīng)外科疾病的術(shù)前分析和規(guī)劃。該教學(xué)方式以疾病為基礎(chǔ)，以學(xué)員為中心，在構(gòu)建模型的過程中將相關(guān)解剖知識(shí)、治療方案、影像學(xué)圖像同步對(duì)照學(xué)習(xí)。以三叉神經(jīng)痛微血管減壓術(shù)為例，利用3D-Slicer軟件重建血管、三叉神經(jīng)、面聽神經(jīng)、腦干等重要結(jié)構(gòu)，顯示責(zé)任血管與三叉神經(jīng)、腦干之間的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行術(shù)前手術(shù)方案的規(guī)劃以及手術(shù)步驟的學(xué)習(xí)和講解。

1.3 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

1.3.1 出科考核 所有規(guī)培人員出科時(shí)均進(jìn)行出科考核，考核包括理論考核和實(shí)踐考核兩個(gè)部分。理論考核主要以神經(jīng)系統(tǒng)解剖、影像學(xué)診斷為主，題型主要有選擇題及案例分析題，選擇題20題，每題1分，案例分析2題，每題15分，共50分。實(shí)踐技能考核主要以神經(jīng)外科常見疾病的診斷、治療方案及手術(shù)方案制定為主。實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組均實(shí)施理論及操作考核，總分100分。

1.3.2 問卷調(diào)查 在參照相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，我們課題組設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷，對(duì)兩組學(xué)員進(jìn)行教學(xué)效果的調(diào)查分析。問卷包括教學(xué)模式的合理性、教學(xué)方式的靈活性、對(duì)專業(yè)的興趣、對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度、學(xué)習(xí)效率、對(duì)定位診斷的認(rèn)識(shí)、手術(shù)方式及過程的理解等7個(gè)方面，每項(xiàng)評(píng)分為5～1分，分為非常同意、同意、基本同意、不同意、非常不同意5個(gè)等級(jí)。問卷在出科考核后現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放，學(xué)員匿名填寫后回收，本次共發(fā)放了問卷110分，剔除數(shù)據(jù)不完整的問卷，實(shí)際有效為104，問卷調(diào)查回收有效率為94.55%。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析使用SPSS 20.0軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)量資料采用（xˉ±s），組間用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料用%表示，用x2檢驗(yàn)，α=0.05，分析有差異，P＜0.05，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組學(xué)員年齡、入組前一般資料的比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)員在年齡、入組基礎(chǔ)成績(jī)、性別等方面差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，詳見表1，表2。

表1 神經(jīng)外科規(guī)范化培養(yǎng)學(xué)員年齡、入組基礎(chǔ)成績(jī)分析(分，x±s)

表2 實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組性別差異分析（n）

2.2 兩組學(xué)員出科成績(jī)比較對(duì)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組學(xué)員在理論考核及實(shí)踐考核方面進(jìn)行T檢驗(yàn)，P＜0.05，其差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，具體結(jié)果詳見表3。

表3 神經(jīng)外科規(guī)范化培養(yǎng)學(xué)員出科成績(jī)比較(分，x±s)

2.3 學(xué)員問卷調(diào)查結(jié)果問卷調(diào)查的結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示，將3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)過程中，教學(xué)模式的合理性、教學(xué)方式的靈活性、對(duì)專業(yè)的興趣、對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解程度、學(xué)習(xí)效率、對(duì)定位診斷的認(rèn)識(shí)、對(duì)手術(shù)方式及過程的理解等各個(gè)方面的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示均優(yōu)于對(duì)照組，其差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。具體結(jié)果見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組對(duì)不同結(jié)果的影響比較(分，x±s)

3 討論

3.1 神經(jīng)外科教學(xué)中存在的問題神經(jīng)外科教學(xué)是外科學(xué)教學(xué)中的難點(diǎn)，在實(shí)踐中存在很多的不足和問題。首先，神經(jīng)系統(tǒng)的解剖復(fù)雜，內(nèi)容繁多，概念抽象，教學(xué)過程中學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒；其次，神經(jīng)外科的教學(xué)內(nèi)容復(fù)雜，教學(xué)過程中學(xué)員容易產(chǎn)生畏難逃避思想；第三，部分學(xué)生認(rèn)為，神經(jīng)外科是小科室，理解難度大、考試內(nèi)容少，學(xué)生的重視程度不夠；第四，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容單一、形式枯燥，即便是多媒體時(shí)代，形式和內(nèi)容上也沒有根本性改變；第五，神經(jīng)外科實(shí)踐中，患者的查體、技能的操作都比較復(fù)雜，練習(xí)的機(jī)會(huì)有限。上述這些原因都影響著神經(jīng)外科整體教學(xué)的效果，從系統(tǒng)解剖學(xué)、生理學(xué)的神經(jīng)傳導(dǎo)通路、局部解剖學(xué)、外科學(xué)最后到臨床實(shí)踐，神經(jīng)外科教學(xué)的這些特點(diǎn)都始終存在，并產(chǎn)生持續(xù)性的影響。我們?cè)谏窠?jīng)外科的教學(xué)中一直探索如何讓神經(jīng)外科的教學(xué)從抽象、難懂的困境中走出來，建立一種直觀的、立體的、可視的教學(xué)方式，提高神經(jīng)外科教學(xué)的效果[3]。

3.2 3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)有助于學(xué)員對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)解剖的掌握神經(jīng)系統(tǒng)的解剖是解剖學(xué)的難點(diǎn)，將3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)解剖的教學(xué)中，我們可以利用正常人的影像學(xué)資料建立顱腦系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，將三維重建的立體模型與傳統(tǒng)影像學(xué)資料的橫斷面、矢狀面、冠狀面圖像同步顯示，實(shí)現(xiàn)二維圖像向三維圖像的轉(zhuǎn)換并進(jìn)行同步顯示，讓學(xué)員更全面地掌握解剖結(jié)構(gòu)，并將解剖結(jié)構(gòu)與影像資料相對(duì)應(yīng)[4]。研究結(jié)果顯示學(xué)員對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的解剖能更好的掌握和理解。鞍區(qū)占位通過顱骨薄層掃描重建、頸內(nèi)動(dòng)脈重建了解蝶竇內(nèi)各種分隔情況，在術(shù)中能更好確定鞍底磨除鞍底時(shí)注意避開頸內(nèi)動(dòng)脈，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)有助于學(xué)員對(duì)相關(guān)疾病的理解以及對(duì)手術(shù)相關(guān)內(nèi)容的掌握神經(jīng)系統(tǒng)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各結(jié)構(gòu)之間毗鄰關(guān)系密切，個(gè)體之間存在很大的差異，在外科方案的制定中，強(qiáng)調(diào)個(gè)體化的手術(shù)方案，這些都增加了規(guī)培學(xué)員在神經(jīng)外科學(xué)習(xí)的難度。傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)員只能通過老師的講解進(jìn)行逐步的積累，掌握的效率非常低。在將3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)實(shí)踐后，我們根據(jù)神經(jīng)外科亞專科分類建立了顱腦創(chuàng)傷、腦血管疾病、腫瘤性疾病、功能性疾病四類疾病的模型數(shù)據(jù)庫，在針對(duì)一種疾病的講解中，可以用具體的實(shí)例將病例資料、影像學(xué)資料、手術(shù)視頻、構(gòu)建的疾病模型有機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行講解，并根據(jù)個(gè)體病例的特點(diǎn)，進(jìn)行術(shù)前的規(guī)劃和手術(shù)方案的制定，后續(xù)可以在具體的手術(shù)過程中或者使用手術(shù)錄像來進(jìn)行進(jìn)一步的教學(xué)，加深對(duì)手術(shù)相關(guān)部位解剖的理解，提高疾病的掌握程度和臨床的思維能力[5]。研究結(jié)果表明本方法的使用有助于學(xué)員對(duì)相關(guān)疾病的理解和對(duì)手術(shù)內(nèi)容的掌握。

3.4 3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)有助于提高規(guī)培學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣由于神經(jīng)外科教學(xué)內(nèi)容自身的特點(diǎn)，很多學(xué)員在學(xué)習(xí)中對(duì)該專業(yè)興趣不足，認(rèn)為該部分內(nèi)容太復(fù)雜，同時(shí)自己也不從事該專業(yè)，沒有興趣也沒必要花大量時(shí)間和精力去學(xué)習(xí)。通過術(shù)前三維重建和手術(shù)模擬可讓術(shù)者更清楚了解術(shù)區(qū)的解剖關(guān)系，在術(shù)前談話中利用重建像向病人更好解釋手術(shù)方案及風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)制定各種應(yīng)急預(yù)案，3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)后既往抽象難懂的知識(shí)現(xiàn)在躍然紙上，能夠立體地對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多角度觀察，激發(fā)了規(guī)培學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)習(xí)變得更加生動(dòng)和形象，加深對(duì)手術(shù)定位診斷的認(rèn)識(shí)、對(duì)手術(shù)方式及過程的理解等。同時(shí)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)了教學(xué)互動(dòng)，變灌輸式教育為病例引導(dǎo)型教育，提高了教學(xué)的效率。

3.5 3D-Slicer軟件是提高神經(jīng)外科教學(xué)能力的重要工具神經(jīng)外科教學(xué)能力的提升依賴于臨床醫(yī)生的自身素質(zhì)，但工欲善其事必先利其器，3DSlicer軟件因其獨(dú)特的功能完善了教學(xué)模式，從結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組教學(xué)模式的合理性評(píng)分高達(dá)3.72分，同時(shí)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)了將3D模型構(gòu)建與臨床實(shí)際案例相結(jié)合，從根本上改變了傳統(tǒng)的教學(xué)手段，學(xué)員可通過軟件不斷加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，將課本知識(shí)點(diǎn)與臨床實(shí)際患者模型對(duì)比學(xué)習(xí)，形成了基于3D-Slicer軟件的神經(jīng)外科學(xué)臨床教學(xué)方式，學(xué)員滿意度較高。而且在實(shí)際手術(shù)中亦可按照術(shù)前計(jì)劃對(duì)一些淺表腫瘤將重建后虛擬圖像導(dǎo)入手機(jī)并通過軟件將導(dǎo)入圖像與病人頭部相應(yīng)解剖位置及標(biāo)記位置融合，或者通過Ipad內(nèi)軟件結(jié)合投影儀將虛擬圖片疊加到病人頭部；達(dá)到簡(jiǎn)易增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果以增加手術(shù)精確度。3D-Slicer軟件可在官網(wǎng)免費(fèi)下載并有相應(yīng)教程，對(duì)國(guó)內(nèi)大部分臨床神經(jīng)外科帶教老師來說，掌握3D-Slicer軟件并運(yùn)用于手術(shù)操作能有效提高手術(shù)成功率，是一種可行的手術(shù)輔助和教學(xué)的重要工具。

4 結(jié)論

綜上所述，將3D-Slicer軟件應(yīng)用于神經(jīng)外科教學(xué)實(shí)踐中，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)的病例資料、影像學(xué)資料、手術(shù)錄像資料與重建的模型資料在教學(xué)中的融合，可以激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)員對(duì)相關(guān)解剖學(xué)知識(shí)的理解和掌握，提高臨床思維能力及對(duì)疾病處理的能力，是一種積極、有效的教學(xué)手段和方法。但在實(shí)踐還有很多的不足，如數(shù)據(jù)庫內(nèi)的病例資料還比較少。該方法的實(shí)施需要帶教老師有一定的圖像處理能力并且需要花費(fèi)大量的精力進(jìn)行數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)備和處理，同時(shí)對(duì)硬設(shè)備提出更高的要求。后續(xù)我們主要將進(jìn)一步完善相關(guān)疾病典型病例的收集讓病例數(shù)據(jù)庫更加完善和豐富，同時(shí)建立標(biāo)準(zhǔn)化的教學(xué)流程，讓其在教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。