三維多模態(tài)影像重建技術(shù)在神經(jīng)外科臨床實(shí)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用

任劍

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院/捷爾醫(yī)院神經(jīng)疾病中心，重慶 401120）

腦腫瘤是神經(jīng)外科的常見(jiàn)疾病，當(dāng)今，精準(zhǔn)神經(jīng)外科的發(fā)展對(duì)外科醫(yī)生準(zhǔn)確地完全切除腫瘤的同時(shí)保留患者的神經(jīng)功能提出了更高的要求[1]。大腦解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是五年制臨床醫(yī)學(xué)本科基礎(chǔ)理論教學(xué)中的難點(diǎn)之一[2]。神經(jīng)外科臨床實(shí)習(xí)教學(xué)中，如何讓學(xué)生在臨床實(shí)習(xí)中掌握腦腫瘤的臨床知識(shí)，深入理解大腦解剖結(jié)構(gòu)與功能，深化神經(jīng)功能的保護(hù)理念，做到理論聯(lián)系臨床實(shí)踐，切實(shí)解決臨床治療中遇到的實(shí)際問(wèn)題，成為臨床實(shí)習(xí)教學(xué)中面臨的核心問(wèn)題。以往的臨床實(shí)習(xí)教學(xué)應(yīng)用多媒體結(jié)合影像資料授課，學(xué)生難以直觀地認(rèn)識(shí)和理解大腦的解剖結(jié)構(gòu)與功能，較難掌握腦腫瘤的臨床知識(shí)和手術(shù)方式[3]。當(dāng)今，先進(jìn)的多種影像學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和人工智能的發(fā)展，多模態(tài)影像的融合技術(shù)在神經(jīng)外科治療中的應(yīng)用價(jià)值得到體現(xiàn)[4]。該技術(shù)能夠?qū)δX腫瘤的輪廓進(jìn)行分割，并清晰地將其顯示在患者自身的大腦解剖結(jié)構(gòu)中，構(gòu)筑三維多模態(tài)影像（3D-Multi Modality Image，3DMMI），有利于臨床醫(yī)生術(shù)前判定腫瘤與周?chē)匾纳窠?jīng)纖維束、腦動(dòng)靜脈的毗鄰關(guān)系，從而指導(dǎo)外科醫(yī)生臨床決策，同樣也有助于實(shí)施臨床教學(xué)[5]。本中心以腦腫瘤的臨床實(shí)習(xí)教學(xué)為例，采取3DMMI重建技術(shù)輔助案例教學(xué)（Case-Based Learning，CBL）的教學(xué)模式，收到了良好的臨床教學(xué)效果，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 教學(xué)對(duì)象

選取2019年7月至2020年6月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院神經(jīng)疾病中心進(jìn)行神經(jīng)外科實(shí)習(xí)的重慶醫(yī)科大學(xué)2015級(jí)五年制臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)60名學(xué)生為教學(xué)對(duì)象。本研究所有學(xué)生均簽署知情同意書(shū)。

1.2 研究分組

采用隨機(jī)數(shù)字表法將教學(xué)對(duì)象分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，各30名學(xué)生。試驗(yàn)組進(jìn)行3DMMI輔助案例教學(xué)的教學(xué)模式，對(duì)照組采用常規(guī)案例教學(xué)模式。兩組學(xué)時(shí)數(shù)均為3個(gè)學(xué)時(shí)，帶教教師相同且為副高級(jí)職稱(chēng)。

1.3 教學(xué)實(shí)施

1.3.1 試驗(yàn)組教學(xué) 選取神經(jīng)外科腦腫瘤典型的教學(xué)案例2例，采集臨床資料：病史、體征和影像學(xué)資料。將患者的頭顱增強(qiáng)MRI（核磁共振成像）、頭顱薄層CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描）、腦纖維束示蹤成像的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，運(yùn)用圖像配準(zhǔn)技術(shù)、專(zhuān)業(yè)分割技術(shù)，進(jìn)行CT/MRI影像配準(zhǔn)，構(gòu)建3DMMI模型。在個(gè)體化的三維腦模型上可以清晰顯示腦腫瘤與功能區(qū)、周?chē)艿慕Y(jié)構(gòu)關(guān)系。帶教教師引導(dǎo)學(xué)生完成醫(yī)患病情交流、體格檢查和病例分析討論。教學(xué)討論互動(dòng)環(huán)節(jié)，按照腫瘤起源、解剖特點(diǎn)、侵襲程度、影像學(xué)評(píng)估、診斷與鑒別診斷、治療方案和預(yù)后等展開(kāi)討論。教學(xué)實(shí)施中，充分應(yīng)用3DMMI模型輔助教學(xué)進(jìn)行授課。

1.3.2 對(duì)照組教學(xué) 對(duì)照組利用PACS系統(tǒng)結(jié)合典型的教學(xué)案例進(jìn)行腫瘤相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)的講解。

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

教學(xué)結(jié)束后，通過(guò)基礎(chǔ)理論考核（滿(mǎn)分100分）、影像讀片實(shí)踐考核（滿(mǎn)分10分）和匿名問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)兩組教學(xué)效果和授課教師進(jìn)行評(píng)價(jià)。教學(xué)效果評(píng)價(jià)內(nèi)容包括腦腫瘤知識(shí)掌握程度、臨床思維能力、解決臨床問(wèn)題能力、課程學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率5個(gè)方面。授課教師評(píng)價(jià)內(nèi)容包括授課條理清晰、知識(shí)的延伸與擴(kuò)展、教學(xué)整體滿(mǎn)意度3個(gè)方面。該問(wèn)卷共計(jì)8個(gè)題目，每個(gè)題目滿(mǎn)分為10分。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 19.0軟件對(duì)研究數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)量資料以（±s）表示，組間采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)和百分率表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組考核成績(jī)比較

統(tǒng)計(jì)分析顯示，試驗(yàn)組學(xué)生基礎(chǔ)理論考核成績(jī)和影像讀片實(shí)踐考核成績(jī)均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表1。

表1 兩組考核成績(jī)比較（±s，分）

表1 兩組考核成績(jī)比較（±s，分）

組別 基礎(chǔ)理論考核 影像讀片實(shí)踐考核試驗(yàn)組對(duì)照組t P 86.33±4.08 82.27±4.74 2.517 0.018 8.40±0.74 7.60±0.63 3.191＜0.01

2.2 兩組教學(xué)效果評(píng)價(jià)比較

共發(fā)放教學(xué)效果評(píng)價(jià)問(wèn)卷60份，回收有效問(wèn)卷60份。調(diào)查結(jié)果顯示，試驗(yàn)組學(xué)生對(duì)于腦腫瘤知識(shí)掌握程度、臨床思維能力、解決臨床問(wèn)題能力、課程學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率5個(gè)方面的評(píng)價(jià)均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表2。

表2 兩組教學(xué)效果評(píng)價(jià)比較（±s，分）

表2 兩組教學(xué)效果評(píng)價(jià)比較（±s，分）

組別 腦腫瘤知識(shí)掌握程度臨床思維能力解決臨床問(wèn)題能力課程學(xué)習(xí)興趣學(xué)習(xí)效率試驗(yàn)組對(duì)照組t P 8.47±0.64 7.67±0.72 3.207＜0.01 8.40±0.74 7.67±0.62 2.955＜0.01 8.67±0.62 7.60±0.63 4.675＜0.01 8.53±0.74 7.47±0.64 4.212＜0.01 8.40±0.63 7.73±0.70 2.729 0.011

2.3 兩組對(duì)授課教師的評(píng)價(jià)比較

調(diào)查結(jié)果顯示，試驗(yàn)組學(xué)生對(duì)授課教師授課條理清晰、知識(shí)的延伸與擴(kuò)展、教學(xué)整體滿(mǎn)意度3個(gè)方面的評(píng)價(jià)均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表3。

表3 兩組對(duì)授課教師的評(píng)價(jià)比較（±s，分）

表3 兩組對(duì)授課教師的評(píng)價(jià)比較（±s，分）

組別 授課條理清晰 知識(shí)的延伸與擴(kuò)展 教學(xué)整體滿(mǎn)意度試驗(yàn)組對(duì)照組t P 8.60±0.63 7.47±0.52 5.376＜0.01 8.47±0.64 7.73±0.59 3.254＜0.01 8.33±0.72 7.67±0.62 2.714 0.011

3 討論

3.1 神經(jīng)外科臨床實(shí)習(xí)教學(xué)中面臨的問(wèn)題和解決對(duì)策

神經(jīng)外科作為一門(mén)實(shí)踐性與專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)的學(xué)科，醫(yī)師培養(yǎng)周期較長(zhǎng)，臨床醫(yī)學(xué)五年制本科的理論教學(xué)中，對(duì)于神經(jīng)解剖和神經(jīng)外科疾病理論教學(xué)學(xué)時(shí)有限，課堂教學(xué)中學(xué)生往往難以理解和掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)[6]。如何讓實(shí)習(xí)學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)掌握神經(jīng)外科常見(jiàn)疾病，將理論知識(shí)應(yīng)用于臨床實(shí)踐，解決臨床實(shí)際問(wèn)題，更好地為患者服務(wù)，成為臨床教學(xué)中面臨的重要問(wèn)題。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，醫(yī)學(xué)影像融合技術(shù)已成熟地應(yīng)用于神經(jīng)外科臨床中，該項(xiàng)技術(shù)可融合CT/MRI多模態(tài)的影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維多模態(tài)影像融合與構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)大腦現(xiàn)實(shí)解剖結(jié)構(gòu)與病變的三維立體圖像展示，不僅能夠指導(dǎo)臨床醫(yī)生治療和決策，還能夠應(yīng)用于臨床教學(xué)中，豐富教學(xué)模式，為神經(jīng)外科臨床帶教提供全新思路[7]。

3.2 三維多模態(tài)影像重建技術(shù)可以提高學(xué)生理論與技能考核成績(jī)

腦腫瘤分為原發(fā)性腦腫瘤及腦轉(zhuǎn)移瘤，由于腦腫瘤分類(lèi)眾多，生長(zhǎng)特點(diǎn)各異，加之大腦解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)影像學(xué)檢查的診斷能力要求高，對(duì)于初涉臨床的本科實(shí)習(xí)學(xué)生學(xué)習(xí)難度大，是實(shí)踐教學(xué)中的難點(diǎn)。頭顱CT掃描對(duì)于腦腫瘤是否伴有鈣化或者腫瘤卒中較MRI有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，CT血管增強(qiáng)掃描可以清楚地顯示腫瘤供血情況及腫瘤與血管的位置關(guān)系。MRI可以清晰地顯示腫瘤生長(zhǎng)的空間位置、腫瘤侵襲的范圍。MRI彌散張量成像可以重建皮質(zhì)脊髓束，了解腫瘤與皮質(zhì)脊髓束的位置關(guān)系和腫瘤對(duì)其的破壞程度，有利于外科醫(yī)生手術(shù)中更好地保護(hù)患者神經(jīng)功能，提高患者生活質(zhì)量[8]。但是對(duì)于臨床實(shí)習(xí)學(xué)生，通過(guò)普通的典型案例多媒體教學(xué)方式難以掌握如此復(fù)雜的腦腫瘤影像學(xué)特點(diǎn)及神經(jīng)解剖學(xué)知識(shí)，更難以理解具體的手術(shù)方式。本研究表明，試驗(yàn)組采用3DMMI輔助的CBL教學(xué)模式，學(xué)生更容易掌握腦腫瘤的理論知識(shí)與影像學(xué)特點(diǎn)。究其原因，3DMMI技術(shù)展現(xiàn)了更易直觀理解的三維可視化模型，不僅可以清晰顯示腫瘤的局部形態(tài)，還可以清晰展示腫瘤所處大腦解剖的空間位置，腫瘤與重要的語(yǔ)言功能區(qū)、視輻射纖維及運(yùn)動(dòng)纖維束毗鄰關(guān)系一目了然，學(xué)生能很容易理解該腫瘤患者的臨床表現(xiàn)與癥狀體征，教學(xué)難點(diǎn)迎刃而解。另外，對(duì)于即將投身于臨床一線工作的實(shí)習(xí)學(xué)生，對(duì)于了解3DMMI模型如何應(yīng)用于臨床病例十分感興趣，同時(shí)借助3DMMI模型進(jìn)行對(duì)照學(xué)習(xí)，深化了實(shí)習(xí)學(xué)生對(duì)臨床知識(shí)的掌握[9-10]。

3.3 三維多模態(tài)影像重建技術(shù)可以提高學(xué)生對(duì)教學(xué)效果和授課教師的滿(mǎn)意度

本研究顯示，試驗(yàn)組學(xué)生對(duì)于腦腫瘤知識(shí)掌握程度、臨床思維能力、解決臨床問(wèn)題能力、課程學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率5個(gè)方面的評(píng)價(jià)均高于對(duì)照組（P＜0.05）；對(duì)授課教師授課條理清晰、知識(shí)的延伸與擴(kuò)展、教學(xué)整體滿(mǎn)意度3個(gè)方面的評(píng)價(jià)均高于對(duì)照組（P＜0.05）。3DMMI重建技術(shù)將三維立體圖像呈現(xiàn)給學(xué)生，其不僅課堂注意力更加集中，還可以直觀地理解抽象的理論知識(shí)，將理論知識(shí)應(yīng)用于臨床實(shí)踐，鍛煉了臨床思維及解決臨床問(wèn)題的能力，從而提升了學(xué)習(xí)效率[11]。更重要的是，授課教師應(yīng)用3DMMI，不但能直觀地進(jìn)行理論教學(xué)，而且能結(jié)合臨床實(shí)際向?qū)W生展示外科醫(yī)生是如何進(jìn)行臨床決策，對(duì)患者進(jìn)行個(gè)體化診療的。在教學(xué)活動(dòng)中不但有知識(shí)的傳授，而且有知識(shí)的拓展，對(duì)教學(xué)的重、難點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)講解，利用3DMMI輔助教學(xué)，將抽象的解剖學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為直觀的三維立體影像，使學(xué)生更容易理解大腦的立體解剖結(jié)構(gòu)，教學(xué)效果得到了顯著提升。

4 結(jié)語(yǔ)

三維多模態(tài)影像重建技術(shù)可以彌補(bǔ)既往神經(jīng)外科本科臨床實(shí)習(xí)教學(xué)中理論教學(xué)的不足，直觀、形象化地指導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)神經(jīng)系統(tǒng)理論知識(shí)，加深對(duì)神經(jīng)解剖、功能和神經(jīng)外科疾病的認(rèn)識(shí)，有助于提高臨床實(shí)習(xí)學(xué)生對(duì)神經(jīng)外科疾病的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)臨床思維，提高解決臨床問(wèn)題能力，提升學(xué)習(xí)效率，從而提高教學(xué)質(zhì)量。3DMMI構(gòu)建病變和實(shí)體大腦影像的三維立體結(jié)構(gòu)，是神經(jīng)外科臨床教學(xué)的有效工具，且該模型的應(yīng)用不受時(shí)間和空間的限制，不僅可以應(yīng)用在課堂多媒體教學(xué)活動(dòng)中，也可以應(yīng)用于線上教學(xué)。但是，本研究的樣本量較小，教學(xué)內(nèi)容僅限于腦腫瘤的臨床教學(xué)，因此，對(duì)于3DMMI在其他教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用有待更為深入的探索研究和驗(yàn)證。