立体影像技术在耳显微外科教学中的应用

苏 钰,宋跃帅,高 松,于立民,戴 朴

1解放军总医院海南分院耳鼻咽喉头颈外科,海南 三亚 572013;2解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科,北京 100853;

3解放军第175医院耳鼻咽喉科,福建 漳州 363000;4哈尔滨医科大学附属第二医院耳鼻喉科,哈尔滨 150001

立体影像技术在耳显微外科教学中的应用

苏 钰1,2∗,宋跃帅2∗,高 松3,于立民4,戴 朴1,2

1解放军总医院海南分院耳鼻咽喉头颈外科,海南 三亚 572013;2解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科,北京 100853;

3解放军第175医院耳鼻咽喉科,福建 漳州 363000;4哈尔滨医科大学附属第二医院耳鼻喉科,哈尔滨 150001

由于颞骨解剖结构的复杂性及平面媒介教学模式的限制,优秀耳外科医师培养困难且周期漫长.耳显微外科立体图谱的开发及立体手术视频系统的应用,可明显提高耳科教学及研究效果,有效用于指导年轻医师手术训练,具有广泛应用前景及推广价值.

耳显微外科;立体;视频;图谱

耳鼻咽喉头颈外科学是临床医学中专业性极强的一个学科。其中,耳外科手术难度相对较大,术者需对颞骨及其周围结构的解剖、病理生理有深刻的理解。培养一名合格的耳外科医师周期非常漫长,在上级医师指导下需10年左右才能独立完成常规的耳科手术。颞骨及颅底毗邻结构空间位置复杂、差别及变异较大使临床直接操作具有较高的风险。因而,耳科教学的重点在于解剖学训练。临床耳科医师的专业培训至关重要,立体影像技术作为一种新型的教育形式和现代化教学手段,在该领域的应用具有积极的意义。

1 传统耳显微外科临床教学的难点及局限性

颞骨毗邻外耳、中耳、内耳、颞骨内面神经及侧颅底小脑桥脑角等重要解剖结构,因而建立颞骨内重要组织器官间的立体构像对耳科医师极为重要。

传统的教学方式多先采用文字、解剖标本、示意图、CT影像、三维动画、视频等教学模具施教,再根据个人理解,利用空间想象力在脑海中还原学习对象的立体解剖形态及解剖关系。目前,国内外出版的颞骨及侧颅底解剖训练手册,多内容详实、图片清晰,不乏大家之作,但是由于平面图片的局限性,使得大量解剖结构三维信息和细节丢失。而且,耳科相关的很多概念所表述的空间结构十分抽象,难以用语言描述,采用实物模型和幻灯照片演示可以达到部分效果,但幻灯片所展示的平面图形不能清楚阐释解剖学中的三维抽象概念。三维动画课件可发挥多媒体的教学优势[1],但是由于是计算机模拟绘图,与实体的解剖结构相去甚远。

尸头颞骨解剖训练是耳科教学最理想的学习手段[2],但是尸头解剖训练由于材料的限制不可能进行大量的实物练习,短时间内难以充分理解颞骨内结构的特点和空间关系,影响耳科教学质量。因而,非常有必要开发一种新的方法来改变这种效率低下的学习模式[3]。

2 利用立体影像技术实现对传统耳科教学方式的改进

解放军总医院戴朴教授于2004年开始结合立体视觉技术和双光路手术显微镜的特点尝试还原耳显微外科解剖及手术的立体场景[4]。利用该技术先后开发了《颞骨立体解剖图谱》《耳显微外科立体手术图谱》《耳外科立体解剖图谱》(如图1所示)以及立体手术视频转播系统,并将其应用到耳显微外科的临床教学实践当中,为教学、科研及手术训练提供了良好的技术支持。其原理是在立体视觉技术的基础上,通过Carl Zelss Pentero手术显微镜、图像或视频采集系统、图像及视频编辑系统、立体视觉再现系统的耳显微外科立体视觉系统,采集大量的耳显微外科立体手术图像或视频素材,这些素材经过编辑处理后,通过立体视觉再现系统再现耳科的立体手术视野。

图1 耳显微外科立体手术图谱(配合立体视图镜使用)

2.1 立体图谱及幻灯

平面资料相比于原始的立体解剖结构丢失了很多立体信息,对于耳科专业的初学者很难在没有直观、立体印象的前提下快速理解平面媒体所要表达的立体信息,亦较难想象并还原出解剖结构原有的立体结构。虞幼军[5]及高松等[6]对比人们使用立体图与平面图对解剖层次的识别率后认为:立体图可以帮助初学者尽快理解解剖层次,建立其对解剖结构空间认知。另外,在我们的立体影像教学学员中问卷结果显示:假设内容相同而表现形式不同时,愿意选择立体表现形式者占88.9%,选择平面形式者占2.8%,两者均可者占8.3%,说明立体媒体的效果是为大家所认可的。《颞骨立体解剖图谱》《耳显微外科立体手术图谱》《耳外科立体解剖图谱》在解放军总医院每年两期的颞骨解剖训练学习班被定为教具,配合立体眼镜使用,实用性很强。但是立体图谱比较适合个人使用,无法满足大群体教学的要求,我们进而开发了立体幻灯系统,不仅满足了大班教学群体同时观看的需求,而且重建出了较好的立体视觉效果[7]。自2008年以来,我们研制的立体幻灯演示系统已在北京、成都、西安、乌鲁木齐等地完成颞骨解剖教学数十场,学员累计达千余人。

在尸头颞骨解剖训练前后结合立体解剖图谱及立体幻灯配合自主开发的立体眼镜进行授课及复习,学习者普遍反映对颞骨内结构的立体形态预先有一个清晰、系统的概念,对各结构间的空间关系有了形象的认识,对所学的解剖内容印象深刻、记忆持久,而且可以反复复习、方便携带,结合颞骨解剖训练,可取得显著的学习效果。另外,此图谱在耳科医师对手术区域的掌握及手术方式的设计方面亦有很大帮助。

2.2 耳显微外科立体手术视频

传统的耳显微手术中只有术者及助手可以通过手术显微镜的目镜观察到实景操作,而其他的学习者只能通过外接显示器观看二维手术画面。众所周知,二维的平面视频不能体现深度觉,丢失了很多重要的细节信息,这对耳科的手术学习者和教学者来讲都极为遗憾。Carl Zelss Pentero显微外科手术显微镜配备两套目镜,另外配备两条内置了视频采集设备并和两只目镜视野完全相同的外接光路,可以同时录制两只目镜内的实时手术操作,分离耳显微外科双光路手术视频可再现耳显微手术的立体术野。耳显微外科立体手术视频在耳显微外科中的成功应用,实现了耳显微外科手术视野立体信息的完整保存和后期完美再现。经耳显微外科立体视觉技术制作的立体手术视频经立体视频系统重建后,观众佩戴立体眼镜观看时可获得与术者相同的影像,身临其境、立体感强烈,视频中相关解剖结构清晰,解剖层次关系明显。相比于传统的平面视频,立体手术视频易读、易懂、易用、易记,有明显的优越性[8-10],可大大缩短耳科医师的培养周期。

3 教学体会

3.1 立体图像及视频是初学者认识颞骨结构的最有价值的学习资料

颞骨结构及毗邻的复杂性决定颞骨解剖和手术实践需要一定的条件和较长时间的经验积累,通过颞骨立体解剖图谱及幻灯在颞骨解剖训练班中应用,学习者普遍反映对颞骨内结构的立体形态有一个清晰、直观的概念,对各结构间的空间关系有了形象的认识,对所学的解剖内容印象深刻、记忆持久。学习者可利用颞骨立体解剖图谱根据自身需要反复学习,立体影像所展示的图像即人体实物,结合动态的立体手术视频学习,可以帮助医师用最短时间掌握耳科手术技术。

3.2 立体影像教学可使不同层次的耳鼻喉科医师受益

对于刚刚进入耳鼻喉科专科学习,具有一定的耳科解剖专业知识的住院医师、研究生、专科培养基地住院医师及进修医师等初级医师来讲,通过立体影像教学可以对于耳部的解剖形成一个整体的空间认识,使学习变得简单易懂。对于已熟悉颞骨解剖知识的中高级耳鼻喉科医师,一方面可以加深对颞骨解剖的认识,另一方面对临床耳科手术进行实际观摩,提高耳显微外科培训水平、提升从业人员自身专业能力,从而达到事半功倍的效果。

3.3 立体影像教学在各显微外科间具有推广价值

根据立体影像的采集原理,该方法也可延伸至其他显微外科学科的解剖及形态学研究当中,具有较强的推广价值。

总之,耳外科的解剖及临床教学有其特殊性。以临床应用为目的,理论联系实际,通过系统颞骨立体解剖研究,配合颞骨立体解剖图谱及立体手术视频,可以帮助耳科医师更好、更快地掌握耳显微外科手术技术。另外,随着立体虚拟动态影像系统的发展,在进一步完善系统性研究的基础上,可利用立体图对、立体镜、立体幻灯、立体视频及计算机软件制成实用的教学工具实现交互式教学,从而在医学院校及医院推广使用,提高教学与培训效果。

[1]赵亚群,汤可,周敬安.虚拟现实技术在岩骨手术解剖教学中的作用[J].中国组织工程研究,2012,16(22):4088-4091

[2]孙敬武,孙家强,侯晓燕.颞骨解剖技能培训的作用和思考[J].听力学及言语疾病杂志,2015,23(6):635-637

[3]李希平.颞骨解剖多模式教学的探索[J].继续医学教育,2015,29(12):54-56

[4]戴朴,石丽亚,刘阳.颞骨立体解剖图谱的研制和应用[J].解放军医学杂志,2004(5):392-395

[5]虞幼军,戴朴,刘振,等.立体视图镜在颞骨解剖中的应用研究[J].中华耳科学杂志,2006,4(3):231-233

[6]高松,于立民,戴朴.耳显微外科手术立体图谱的制作及应用[J].中华耳科学杂志,2009,7(1):46-48

[7]宋跃帅,高松,韩东一.耳显微外科立体幻灯系统的搭建与应用[J].中华耳科学杂志,2011,9(4):403-407

[8]谢万福,高珂.3D手术录像在神经外科手术教学中的应用探讨[J].中国医学教育技术,2015,29(5):553-556

[9]温小鹏,张广健,付军科.3D腔镜视频资料在腔镜手术教学中的应用[J].西北医学教育,2016,24(3):489-491

[10]张青.“视频辅助教学法”在耳科颞骨解剖教学中的应用研究[J].继续医学教育,2016,30(10):29-30

Three-dimensional imaging technology applied in microscopic otology surgery teaching

Su Yu1,Song Yueshuai2,Gao Song3,Yu Limin4,Dai Pu1,2
1Department of Otorhinolaryngology,Hainan Branch of PLA General Hospital,Sanya 572013;
2Department of Otorhinolaryngology,Head and Neck Surgery,PLA General Hospital,Beijing 100853;
3Department of Otorhinolaryngology,PLA No.175 Hospital,Zhangzhou 363000;
4Department of Otorhinolaryngology,the Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University,Harbin 150001,China

Training excellent otology surgeons is difficult and time consuming due to the complexity of temporal bone anatomy and restriction of two-dimensional media teaching mode.The development of three-dimensional anatomic atlas of temporal bone and application of the three-dimensional surgery video system can effectively improve the effectiveness of otology teaching and research and be used in young surgeons＇operation training.Therefore,they have a broad application prospect and popularization value.

ear microscopic surgery;three-dimensional;video;atlas

G434;G642.0

A

1004-5287(2017)06-0694-03

:10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201706021

2017-01-09

苏钰(1976-),女,黑龙江齐齐哈尔人,副主任医师,讲师,博士,主要研究方向:耳显微外科及耳整形。宋跃帅(1983-),男,河南新乡人,主治医师,博士,主要研究方向:耳显微外科及立体解剖学研究。

戴朴(1964-),男,江苏南通人,主任医师,教授,博士,主要研究方向:耳显微、侧颅底外科及遗传性耳聋的基因诊断。

电话:13910213511;E-mail:daipu301＠vip.sina.com

注:∗同为第一作者