Mimics数字化软件在临床骨科教学工作中的应用和体会

王 簕，张 志，张 亮，潘永谦，尹 飚，杨 波，赵洪普，周颖芳

广州医科大学附属第三医院，广州 510150

随着数字化医学时代的到来，临床教学工作出现了新的契机，特别是一批数字化医学软件的应用，为探索新的教学手段提供了方法。骨科教学属于临床教学的一部分，这决定了其具有临床教学的一般特点，即理论与实际相结合;同时，骨科教学工作的开展需要以完善的解剖学理论作为基础，因此，在进行临床骨科教学工作时要把握以下两个方向，一是对病例要点的讲解与分析;二是注重讲述解剖结构与疾病发生发展间的密切联系，这样才能利于医学生较全面地掌握学习重点和激发学习的兴趣。但是，以往的教学工作主要是基于枯燥乏味的文字和解剖图谱，即使单纯采用PBL教学模式，也不能很好地实现上述教学目标［1］。近年来，随着Mimics软件在骨科学中的应用，不但推动了骨科临床工作的发展，也为骨科教学注入了新的活力。我们教研室自2011年起将Mimics软件引入临床骨科教学工作中，收获了良好的教学效果，也证实了该数字化软件可作为一种新的教学辅助技术应用于骨科教学工作之中。

1 Mimics软件在骨科教学中的应用介绍

Mimics是由比利时Materialise公司开发的一种交互式医学图像处理软件，其全称为Materialise＇s interactive medical image control system。该软件可以实现对CT、MRI图像的加工和三维处理，实现可视化操作，可用于医学诊断和医学手术模拟等方面。近年来，数字化软件在骨科学中应用广泛，推动了一门新兴学科—数字骨科学的出现。该学科最大的特点正是利用数字化技术，对骨科教学和临床工作模式进行新的探索和改革，而Mimics软件在其中发挥了重要作用。

张美超等［2］借助该软件的图像分析和建模功能，结合大型冰冻切片技术，收集和制备了虚拟中国男性一号数字标本。在此基础上，他们的研究团队通过Mimics重建了我国第一例可供有限元结构仿真分析的膝关节三维模型，为骨科的数字化解剖学研究奠定了基础。张元智等［3］通过对患者个性化资料的提取，借助Mimics软件获得了肘内翻畸形的三维可视化模拟图像信息，并对重要数据进行了测量和评估，在计算机导航技术的指导下，精确地实施了肘内翻畸形矫正术，获得了良好的治疗效果，为Mimics在骨科临床实际工作中的应用提供了很好的借鉴意义。我们教研室前期建立了以Mimics软件为基础的脊柱三维可视化模型，并在课堂教学中向学生展示了虚拟条件下脊柱的正常解剖结构，同时对脊柱相关疾病与脊柱解剖结构间的关系进行了深入阐述，并借助虚拟脊柱模型实现腰椎间盘的虚拟穿刺操作教学［4］，为推动Mimics软件在骨科教学中的应用进行了有益的探索。由此可见，Mimics软件在骨科具有良好的应用前景，它可以实现对虚拟解剖结构的分割、旋转和测量，不论是对于临床还是教学都有很好地促进作用。

2 Mimics有利于典型和复杂病例的收集与分析

在临床骨科教学中，往往需要提供实际病例作为学习例子向学生进行讲授。而骨科最常用的诊断技术是影像学技术，但是从医院获取的影像学资料往往只是二维数据，而且即使是三维重建数据，也无法将数据提取并导入电脑中进行讲学。这在教学中常常会有学生因为无法全面观察或测量相关指标，不能很好的认识一些病例的具体情况。

我们教研室在采用Mimics软件后，可实现与影像科的数据交换，通过软件直接读取CT数据，根据灰度值进行骨骼结构的三维可视化重建，这样可以获得针对不同病例的具有立体结构的三维影像资料，它对于阐述部分典型和复杂骨折或骨肿瘤的病例有很好的指导作用。在实际教学过程中，我们还可以根据患者创伤的诱因，结合影像数据的重建图片，模拟患者受伤的整个动态过程，更形象、生动地为学生呈现从受伤过程到解剖学变化以及影像学改变的经过。在课后的反馈问卷调查中，学生普遍认为，借助Mimics软件可以更形象和更细致地描述疾病特别是骨折发生的情况，明显缩短学习周期，有利于理解书本中的文字描述。

3 Mimics有利于临床骨科的授课

另外，骨科临床教学中常常遇到一个难点，即骨折诊断的分类。事实上，骨折的诊断并不难，因为通过普通X线检查一般能明确，但是随着医学的发展，骨折的诊断已不仅仅限于是否发生骨折，因为诊断的同时还需考虑后期治疗方案的制定，这就需要对骨折的具体情况进行分类。在实际操作中，骨折的分类较多，而且不同部分骨折的分类依据也不一样，因此，往往造成学习曲线增加，难度上升，学生学习时提不起兴趣，不利于掌握和理解。

Mimics软件的应用可以很好解决上述问题，我们教研室前期与南方医院创伤骨科合作，建立了部分骨折的分型数据库。整个数据库是以实际病例为数据集进行收集的，结合教学大纲中所需掌握的各种骨折分类标准，对应制定了三维可视化骨折分型系统。在教学中，我们应用该系统对医学生进行骨盆骨折的讲解时就获得了很好的效果。骨盆骨折是一类分类复杂的骨折［5］，以往教科书主要通过平面图片进行阐述，学生常常反映无法对该部分进行很好的理解，重点不容易掌握。针对这一问题，我们在引入Mimics三维可视化技术后，可以向学生动态展示骨盆骨折的各种分型，而且学生可根据自己兴趣，结合课本的分类标准，对各种类型的骨盆骨折进行自我操作和三维观察。因为在Mimics的操作窗中，整个骨盆结构可以实现360°旋转，并且各个骨折部分间可以进行拆分和组合。这样不但促进了教学模式的提高，而且使学生和教师的交流更加直接和容易。另外，由于学生能自行操作软件，调取资料进行分析，极大地提高了他们的学习兴趣。

4 Mimics可实现骨科手术的数字化设计

临床骨科教学不但需要阐述疾病的特点和进行准确的诊断，还需要规划治疗方案。作为骨外科，手术常常需要选择治疗方法，但是往往对于同一种疾病会有多种手术方案，究竟选择何种术式更合理，对患者康复更好，这均是医师考虑的重点。在向医学生进行相关理论讲解和演示时，我们发现由于学生不具有临床经验，对于外科操作十分生疏，往往学习周期长，对手术方法的选择没有判断能力。

对此，我们以教学工作中一实例进行阐述:先天性脊柱后凸畸形是一种常见的脊柱畸形，由于患者受到畸形影响，可能出现外形和功能的改变，严重者可能影响生活质量，此时需要进行手术治疗。以往教学过程中，通常会告知学生脊柱的截骨手术可以有效治疗该类畸形，但是在实际操作中，学生由于手术观摩的限制并不能掌握截骨手术的真正意义，无法判断截骨的合适部位和数量。为了解决这一难点，以前的教师会通过手绘患者脊柱侧位图片，借助剪刀对截骨区进行裁剪和拼接，向学生展示最佳截骨术式的选择依据，但是这样无法展示脊柱手术的三维情境，也会浪费宝贵的课堂时间，而且不利于重复演示和操作。

我们教研室在采用Mimics软件后，借助其CMF/Stimulation模块的功能，成功实现了虚拟截骨手术的操作模拟过程。即先获取患者的个体数据资料进行三维可视化重建，让学生了解脊柱畸形情况的三维立体结构。根据手术设计方案，借助软件对不同部位的截骨手术进行比较分析，然后再对截骨后的脊柱进行校正，从而获取最佳方案。整个操作过程完全在软件中实施和开展，学生也可以自行操作模拟手术过程。在整个教学过程中，学生不但通过屏幕学习和了解手术的方案制定，而且有参与手术方案制定的计划，深入了解和掌握手术方案的制定依据，发挥他们的主观能动性，从而到达良好的教学效果(截骨手术模拟示意图如图1所示)。5 Mimics有利于学生自学和分析病例

图1 Mimics模拟脊柱后凸畸形截骨手术方案的设计

Mimics软件具有上手快、操作简单、学习周期短的特点。因此，我们在教学中将该软件向学生推广，鼓励他们借助医院共享的影像学数据库，对课本中部分资料进行自我分析和学习。学生可将获取的影像学数据保存为STL格式，在各自的台式电脑或笔记本电脑安装Mimics后，实现在家中或寝室继续学习和研究相关资料的可能，从而有利于学生复习和自学，并可通过三维可视化技术调动了学生的学习兴趣。经过一段时间的应用推广后，我们发现，部分学生在已有课堂典型病例学习的基础上，还能在一些类似病例的诊断和治疗上进行推广应用，这都很好地促进了骨科教学目标的实现，即理论与实际相结合。

综上所述，Mimics软件在临床骨科教学中的开展应用，很好地推动了教学质量的提高，调动了学生学习的积极性。借助该软件可实现教学中个性化病例资料的获取与分析，同时结合三维可视化技术可实现对解剖结构的分析，从而更好地完成教学目标。因此，该软件值得在骨科教学领域中应用和推广。

［1］徐继平，刘志宏，梁裕．LBL-PBL-LBL模式在骨科教学中的应用［J］．国际骨科学杂志，2010，(5):312-314

［2］张美超，赵卫东，原林，等．建立数字化虚拟中国男性一号膝关节的有限元模型［J］．第一军医大学学报，2003，23(6):527-529

［3］张元智，陆声，杨勇，等．计算机辅助设计截骨导航模板治疗肘内翻畸形的初步应用［J］．中华小儿外科杂志，2013，31(3):180-182

［4］杨波，方世兵，唐雷，等．数字化虚拟腰椎的三维重建及可视化研究［J］．中华骨科杂志，2013，33(1):71-75

［5］邵越峰，张志强，卫小春．骨盆骨折的分型［J］．实用骨科杂志，2008，14(2):126-128