結(jié)合三維重建在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中開(kāi)展素描課程的必要性

孟曉巖，沈亞琪，李 震，胡道予，牛永華

華中科技大學(xué) 同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院 1.放射科；2.小兒外科，武漢 430030

醫(yī)學(xué)影像學(xué)是臨床醫(yī)學(xué)中不可或缺的重要組成部分,在疾病的診斷和治療方面發(fā)揮著重要作用。對(duì)于醫(yī)學(xué)生而言,了解影像學(xué)在醫(yī)療工作中的角色和作用,獲得基本的影像學(xué)診斷技能,對(duì)于患者的管理、治療方案的選擇、療效的評(píng)估至關(guān)重要。隨著科學(xué)技術(shù)和設(shè)備的進(jìn)步與發(fā)展,醫(yī)學(xué)影像學(xué)的學(xué)科發(fā)展迅速,臨床疾病的診療對(duì)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的依賴逐漸增加。同時(shí),隨著影像檢查技術(shù)的進(jìn)步,影像學(xué)的檢查方法和解讀變得更加復(fù)雜,對(duì)于本科醫(yī)學(xué)生來(lái)說(shuō),醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)薄弱,臨床思維相對(duì)局限,掌握影像診斷存在一定難度,如何與時(shí)俱進(jìn)地改進(jìn)目前的教學(xué)方法,提高教學(xué)效果,仍需進(jìn)一步探討。

繪畫(huà)在醫(yī)學(xué)教學(xué)中已有部分應(yīng)用,特別是素描課程,在國(guó)外的口腔學(xué)教學(xué)中已經(jīng)作為必修課開(kāi)展。醫(yī)學(xué)素描是醫(yī)學(xué)科學(xué)與美學(xué)藝術(shù)相互交融而新興起的一門(mén)學(xué)科,在解剖學(xué)教學(xué)和口腔學(xué)教學(xué)中應(yīng)用廣泛[1]。同時(shí),基于解剖的三維重建技術(shù)已經(jīng)在臨床實(shí)踐和教學(xué)中廣泛應(yīng)用[2]。醫(yī)學(xué)影像學(xué)是以醫(yī)學(xué)解剖學(xué)為基礎(chǔ)的學(xué)科,將素描課程結(jié)合三維重建應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)理論上可行。

本文旨在探討在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中結(jié)合三維重建開(kāi)展素描課程的必要性及可行性,為提高影像學(xué)教學(xué)質(zhì)量提供新的思路和方法。

1 醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)特點(diǎn)

醫(yī)學(xué)影像學(xué)的教學(xué)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合,在教學(xué)過(guò)程中,不僅要傳授大量的理論基礎(chǔ)知識(shí),而且要與臨床病例相結(jié)合。目前,已有多種教學(xué)方法應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的教學(xué),如三明治教學(xué)法、翻轉(zhuǎn)課堂、基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)(problem-based learn-ing,PBL)教學(xué)法等,這些教學(xué)法的應(yīng)用可提高教學(xué)效果[3-4]。但回歸到醫(yī)學(xué)影像學(xué)本身,醫(yī)學(xué)影像學(xué)是基于解剖結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[5],采用特定的成像技術(shù),對(duì)影像特征進(jìn)行分析、鑒別的學(xué)科,學(xué)習(xí)過(guò)程較為枯燥,內(nèi)容相對(duì)難以掌握,并且在教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生往往是被動(dòng)接受,很難發(fā)揮主觀能動(dòng)性[6]。

2 三維重建在醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)解剖實(shí)際是一種空間結(jié)構(gòu),基于對(duì)該空間結(jié)構(gòu)的理解,醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)基于解剖對(duì)影像特征進(jìn)行分析、鑒別。三維重建是利用CT或MR掃描圖像,將二維圖像通過(guò)布爾運(yùn)算、面繪制等特定算法重建解剖結(jié)構(gòu),形成三維圖像,顯示更加清晰、直觀,幫助醫(yī)生做出臨床決策。目前,三維重建技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于臨床,在疾病診斷、手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、手術(shù)規(guī)劃、手術(shù)模擬及醫(yī)患溝通等方面發(fā)揮重要作用。此外,三維重建技術(shù)已經(jīng)在外科學(xué)教學(xué)等臨床教學(xué)中廣泛應(yīng)用,它能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)習(xí)效率,顯著提高教學(xué)效果[7]。

基于三維重建技術(shù)開(kāi)發(fā)的可視化三維軟件可更加直觀地顯示病灶及解剖結(jié)構(gòu),并且可以利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)時(shí)查看。目前已有多款軟件應(yīng)用于臨床,為臨床決策提供巨大幫助,如比利時(shí)的Mimics Medical系統(tǒng)、青島海信數(shù)字醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、南方醫(yī)科大學(xué)的MI-3DVS系統(tǒng)以及美國(guó)的EDDA-Liver系統(tǒng)等[8]。它為開(kāi)展基于三維重建技術(shù)的醫(yī)學(xué)影像診斷教學(xué)可行性,為基于三維重建技術(shù)的醫(yī)學(xué)影像診斷教學(xué)提供了便利?？梢暬S重建軟件結(jié)合網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的應(yīng)用,不受教學(xué)場(chǎng)地的限制,讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更加方便,并且可以實(shí)時(shí)回顧學(xué)習(xí)內(nèi)容,提高學(xué)習(xí)效率。

3 開(kāi)展素描課程的優(yōu)點(diǎn)

素描是通過(guò)線條、色彩、明暗、透視及構(gòu)圖手段將客觀對(duì)象或想象用繪畫(huà)形象描述的方法。在素描的訓(xùn)練過(guò)程中,從觀察到繪畫(huà)的整個(gè)過(guò)程不僅可以提高學(xué)生的觀察力、空間思維能力,而且可以提高學(xué)生的操作能力和手腦協(xié)調(diào)性。此外,學(xué)生通過(guò)繪畫(huà)訓(xùn)練可以提高自身的藝術(shù)和美學(xué)修養(yǎng)[9]。

3.1 提高學(xué)生的觀察能力和空間思維能力

觀察是有目的、有計(jì)劃的直覺(jué)活動(dòng),目的是尋找和辨別物體的本質(zhì)特征。敏銳的觀察能力是對(duì)醫(yī)學(xué)生的基本要求,特別是對(duì)學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的學(xué)生,需要更加細(xì)致、敏感地觀察影像特征才能實(shí)現(xiàn)影像的精確診斷,包括信號(hào)強(qiáng)度、灰度的變化等。在素描學(xué)習(xí)中,首先是觀察對(duì)象,通過(guò)不同的方法和角度來(lái)理解觀察對(duì)象,包括整體觀察、對(duì)比觀察和審美觀察[10]。素描課程的開(kāi)展可以提高學(xué)生的對(duì)比觀察能力,進(jìn)而提高對(duì)影像的閱讀能力,同時(shí)增加學(xué)生對(duì)于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的學(xué)習(xí)熱情。

空間思維能力同樣是對(duì)醫(yī)學(xué)生的基本要求。醫(yī)學(xué)影像學(xué)是以解剖學(xué)為基礎(chǔ)的學(xué)科,要求學(xué)生具備良好的人體結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)認(rèn)知,了解解剖結(jié)構(gòu)在人體的三維空間形態(tài)和空間定位。雖然二維圖像仍然是臨床實(shí)踐中最常用的診斷圖像,但三維重建技術(shù)已成為臨床影像診斷的有益工具,醫(yī)學(xué)生應(yīng)與時(shí)俱進(jìn),提升醫(yī)學(xué)影像診斷能力和臨床實(shí)踐能力,就要具備良好的空間結(jié)構(gòu)思維能力[11]。素描可將空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各種關(guān)系可視化,通過(guò)觀察、記錄、分析物體之間的靜動(dòng)態(tài)關(guān)系,有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力,從而增加對(duì)解剖知識(shí)的理解,更好地掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)[11-12]。

3.2 提高學(xué)生的操作能力和手腦協(xié)調(diào)性

操作能力是醫(yī)學(xué)生需要著重培養(yǎng)的能力,不管是外科醫(yī)生還是內(nèi)科醫(yī)生,臨床工作中有各種實(shí)踐操作,需要較強(qiáng)的動(dòng)手能力和手腦協(xié)調(diào)能力。在當(dāng)今多學(xué)科交叉融合的醫(yī)學(xué)環(huán)境下,該技能尤為重要,通過(guò)對(duì)鉛筆的運(yùn)用,可以提高對(duì)手臂的控制能力、空間定位能力;同時(shí),整體觀察、構(gòu)圖、起草、涂明暗、刻畫(huà)和調(diào)整等過(guò)程,是大腦、眼、手共同協(xié)調(diào)完成的,可以增加手-腦的協(xié)調(diào)性。

3.3 提高學(xué)生自身的藝術(shù)和美學(xué)修養(yǎng)

醫(yī)學(xué)是一門(mén)與藝術(shù)緊密相連的學(xué)科。在外科實(shí)踐中,特別是整形外科,從手術(shù)切口到局部整形,美觀都是必要的。而藝術(shù)和科學(xué)的結(jié)合將成為提升醫(yī)學(xué)生創(chuàng)新能力的源泉。因此,提高醫(yī)學(xué)生的藝術(shù)修養(yǎng)非常重要。在醫(yī)學(xué)教材中,《奈特解剖學(xué)圖譜》的作者Frank H.Netter博士具有良好的繪畫(huà)基礎(chǔ),其在醫(yī)學(xué)學(xué)習(xí)期間的素描作品已經(jīng)作為一些文章和著作的插圖,他的著作為醫(yī)學(xué)生學(xué)習(xí)和臨床醫(yī)生的工作提供巨大的幫助,已經(jīng)成為世界聞名的解剖學(xué)圖譜。學(xué)生通過(guò)素描訓(xùn)練,可以提高自身的藝術(shù)修養(yǎng),成為更加全面的醫(yī)學(xué)人才。

4 結(jié)合三維重建素描課程的開(kāi)展

三維重建與素描課程的結(jié)合既提高了醫(yī)學(xué)影像診斷征象與診斷的理解能力,又提高了素描訓(xùn)練的時(shí)效性。眾所周知,醫(yī)學(xué)生的課程壓力非常大,若開(kāi)展完整的素描課程難度很大,因此結(jié)合三維重建,素描課程作為選修課程在醫(yī)學(xué)院校開(kāi)展,并引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生積極參加;或在醫(yī)學(xué)影像學(xué)的教學(xué)中,抽出一部分實(shí)習(xí)時(shí)間開(kāi)展結(jié)合三維重建的素描課程。目前,在中國(guó)大多數(shù)醫(yī)學(xué)院校尚未開(kāi)展相關(guān)課程,只有少數(shù)醫(yī)學(xué)院校將素描列為選修課,相比而言,國(guó)外口腔醫(yī)學(xué)院已將素描和雕刻列為醫(yī)學(xué)生的必修課。目前,在中國(guó)醫(yī)學(xué)教學(xué)中開(kāi)展素描課程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足,仍需進(jìn)一步的探討和完善。相信該教學(xué)方法在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中具有很好的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。

近年來(lái),在醫(yī)學(xué)影像學(xué)本科生及規(guī)培生臨床帶教中,我們已經(jīng)嘗試將素描內(nèi)容應(yīng)用至教學(xué)中。例如,在講授肝臟腫瘤影像特點(diǎn)過(guò)程中,選擇典型的肝臟腫瘤病例,利用三維重建及可視化三維重建軟件進(jìn)行教學(xué),直觀展現(xiàn)肝臟解剖、腫瘤的形態(tài)、位置以及與鄰近肝臟血管的關(guān)系,講授完成后要求學(xué)生完成至少一幅簡(jiǎn)筆繪畫(huà)作品。在與學(xué)生的交流溝通中發(fā)現(xiàn),將素描內(nèi)容應(yīng)用于教學(xué),不僅可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)解剖知識(shí)的理解與掌握,更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)習(xí)效率,同時(shí)學(xué)生表達(dá)出希望接受更加專(zhuān)業(yè)、系統(tǒng)的繪畫(huà)指導(dǎo)的愿望。當(dāng)然,如何將素描課程融入醫(yī)學(xué)影像學(xué)課程中是需要進(jìn)一步探討的問(wèn)題。

根據(jù)相關(guān)研究報(bào)道,開(kāi)設(shè)素描選修課需要注意:1)要選擇合適的美術(shù)教師,優(yōu)先選擇有醫(yī)學(xué)美術(shù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)教師,注重教學(xué)質(zhì)量[1, 10, 12]。在教學(xué)中,應(yīng)結(jié)合醫(yī)學(xué)影像學(xué)的特點(diǎn),將病灶與相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)作為素描對(duì)象,提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情的同時(shí)加深學(xué)生對(duì)解剖結(jié)構(gòu)的理解;2)選擇經(jīng)典的臨床病例,將其三維重建圖像作為素描對(duì)象,詳細(xì)講解臨床病例特點(diǎn)的同時(shí),指導(dǎo)學(xué)生完成素描訓(xùn)練;3)借助三維重建圖像和可視化的三維重建軟件,學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)課后鞏固學(xué)習(xí)和素描訓(xùn)練。

綜上所述,結(jié)合三維重建開(kāi)展素描課程可以提高學(xué)生對(duì)影像學(xué)知識(shí)的掌握,鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力和手腦協(xié)調(diào)性,適合在醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中應(yīng)用和推廣。具體的課程開(kāi)展方式及教學(xué)效果評(píng)價(jià)需要在實(shí)踐中進(jìn)一步探討和完善。