虚拟3D肺脏模型在胸外科规培住院医师临床教学中的应用

王 哲,张广健,张 勇,贾卓奇,付军科,吴齐飞

西安交通大学第一附属医院胸外科,西安 710061

虚拟3D肺脏模型在胸外科规培住院医师临床教学中的应用

王 哲,张广健,张 勇,贾卓奇,付军科,吴齐飞

西安交通大学第一附属医院胸外科,西安 710061

目的探索虚拟3D肺脏模型在胸外科规培住院医师临床教学中的应用和效果.方法该研究采用Mimics 19.0软件对胸部64层CT结果进行重建,以构建虚拟3D肺脏模型.通过理论和操作考试以及调查问卷,对比采用虚拟3D肺模型教学方法与传统教学方法在对该院规培住院医师进行肺脏解剖学临床教学方面的差异.结果虚拟3D肺模型教学组在肺部精细结构考试中的成绩高于传统教学组(P＜0.05);虚拟3D肺模型教学组在教学效果评价中的评分高于传统教学组(P＜0.05).结论虚拟3D肺脏模型能够增强胸外科住院医师对肺部复杂结构的认识,增加学习的积极性,取得了良好的教学效果.

虚拟3D肺脏模型;胸外科;规范化培训;临床教学

肺脏是人体重要的气体交换器官,也是肿瘤的高发部位[1],对于肺脏结构的清晰认识是胸外科住院医师规范化培训的重点内容。由于肺脏包含了气管、动脉及静脉等多种管道系统,结构复杂,传统的图谱或影像资料对组织结构的展示在精度、色彩和仿真度等方面具有一定的局限性,不能在空间上进行准确定位,制约了低年资住院医师对肺部结构的学习和理解。

近年来,随着影像学技术的进步和健康意识的提高,肺内小结节的诊断率有了极大提高[2]。随着微创技术的提高,胸腔镜下肺段或肺楔形切除术是目前确诊肺部小结节的主要手段,同时也是治疗方法,对于早期肺癌行肺段切除术,也可达到与肺叶切除类似的手术效果[3]。如何能术前精确定位肺部小结节位置,尽可能行肺段或亚段切除,使手术规划更合理,是胸外科所面临的首要问题,而加强肺部精细结构的学习是进行肺部小结节定位的基础。

随着科技的发展,数字化3D虚拟技术近年来在医学领域得到了广泛应用,该技术使复杂解剖结构的三维展示成为可能[4]。数字化3D虚拟技术的优点是可以实现从任意角度、任意方向旋转和切割来观察复杂解剖结构,并且可以实现对特定结构的单独显示,排除了周围解剖结构的干扰,使目标结构更加清晰[5]。该研究利用Mimics 19.0软件构建虚拟3D肺脏模型,将其应用于胸外科临床教学,并通过住院规培医师课堂成绩和问卷调查评价其教学效果,为优化胸外科临床教学方法提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 肺脏三维模型的构建

1.1.1 肺脏资料的采集数据采集采用飞利浦64排CT进行,对比剂为碘海醇注射液,行胸部平扫和动脉期、静脉期及延迟期增强扫描。采集图像数据采用Dicom格式保存。

1.1.2 肺脏模型的三维重建将肺脏Dicom格式数据导入Mimics 19.0软件中,然后利用软件中Thresholding设置不同结构的阈值,并采用Dynamic region growing选择拟重建的肺脏解剖结构,并用不同的颜色进行标注,最后利用3D Calculation对Mask分别进行三维重建,清楚地显示肺脏三维模型的主要结构:肺叶、肺血管及支气管。

1.2 研究对象

以西安交通大学第一附属医院60名规培住院医师为研究对象,男性38名,女性22名,随机分成虚拟3D肺脏模型教学组(30名)和传统教学组(30名)。3D肺脏模型教学组在肺脏解剖临床教学中采用虚拟3D肺脏模型进行,传统教学组则采用传统图谱和影像学资料进行。

1.3 研究方法

授课教师根据临床肺部解剖内容制定教学计划,传统教学组学生采用PPT教学,对肺部解剖的结构进行展示,同时采用患者的胸部CT影像资料进行肺部结构的学习,并采用开放式的教学方法,让住院医师对肺部精细结构的解剖及定位方法进行讨论。在此过程中,教师只起导向作用,并不参与讨论分析;虚拟3D肺脏模型教学组住院医师在前述教学的基础上,可以通过电脑观察课前已经重建的虚拟3D肺脏模型,从不同层面和切面了解肺部的精细解剖结构,并可以进行旋转(如图1所示)。

图1 虚拟3D肺脏模型展示肺脏不同结构

课程结束前进行理论和操作测试,要求所有参与该研究的规培住院医师对肺脏的解剖结构(肺血管、支气管及肺段结构)进行准确判断和准确定位,总分为100分。其中,理论测试50分,实践测试50分。课程结束后给参加研究的规培住院医师发放问卷调查表,对教学效果进行评价,调查内容为对教学内容掌握度以及对教学方法的满意度,两项内容评分满分均为10分。

1.4 数据统计

采用SPSS 17.0软件对数据进行统计学处理,计量资料采用(±s)表示,组间比较采用t检验,以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 虚拟3D肺脏模型教学组与传统教学组间的考试成绩差异

虚拟3D肺脏模型教学组的理论成绩和操作成绩分别为(43±2.3)和(46±2.1),高于传统教学组(40±1.8)和(43±1.9),P＜0.05。表明采用虚拟3D肺脏模型提高了住院医师对肺脏结构的理解,提高了临床教学的效果(如表1所示)。

表1 虚拟3D肺脏模型教学组与传统教学组考试成绩比较 ±s)

表1 虚拟3D肺脏模型教学组与传统教学组考试成绩比较 ±s)

∗与3D肺脏模型教学组比较,P＜0.05。

组 别 n理论成绩操作成绩虚拟3D肺脏模型教学组30(43±2.3) (46±2.1)传统教学组30(40±1.8)∗(43±1.9)∗

2.2 虚拟3D肺脏模型教学组与传统教学组对教学效果的评价

虚拟3D肺脏模型教学组对教学内容掌握度评分和教学方法满意度评分分别为(9.6±0.3)和(9.8±0.4),高于传统教学组(9.4±0.4)和(9.5±0.3),P＜0.05。表明通过采用虚拟3D肺脏模型提高了住院医师对肺脏3D结构教学内容的掌握程度,并且提高了住院医师对教学方法的满意度(如表2所示)。

表2 虚拟3D肺脏模型教学组与传统教学组问卷调查结果分析(±s)

表2 虚拟3D肺脏模型教学组与传统教学组问卷调查结果分析(±s)

∗与3D肺脏模型教学组比较,P＜0.05。

组 别 n教学内容实用性评分教学方法满意度虚拟3D肺脏模型教学组30(9.6±0.3) (9.8±0.4)传统教学组30(9.4±0.4)∗(9.5±0.3)∗

3 讨论

肺脏是人体重要器官之一,担负气体交换的功能,肺脏也是肿瘤的好发部位,肺癌的发生率位居肿瘤发生首位。熟悉肺脏的解剖特点是临床专业学生必须掌握的基本知识[6-7]。但是肺脏解剖结构复杂,又存在着不同的肺段,当用传统方法教学时,复杂的肺脏解剖结构和管道的立体走形常常令教师的教和学生的学均感到困难[8]。如何通过临床教学迅速提高规培住院医师对肺部复杂解剖结构掌握程度是胸外科临床带教所面临的问题。随着科技的发展,数字化3D虚拟技术为立体展示肺部复杂的管道系统和肺段的分布提供了可能,我们借助现代科技,采用Mimics软件成功建立了肺脏的虚拟3D模型,并将其应用到胸外科住院医师的临床教学中。

通过对采用不同教学方法教学的规培住院医师的考试成绩比较和问卷调查反馈信息,我们发现虚拟3D肺脏模型能够显著提高规培住院医师对肺部立体结构的掌握程度,提高胸外科教学效果。同时由于虚拟3D肺脏模型可以对肺脏进行任何角度旋转或切割,360°全方位观察肺脏的结构,并且可以单独显示肺脏的血管和支气管,不仅促进了规培住院医师对肺部解剖结构的理解和掌握,同时增加了学习的趣味性和对教学的满意度。

尽管虚拟3D肺脏模型在胸外科临床教学方面的应用中取得了较好的效果,在虚拟环境中,学生可以实现对虚拟3D肺脏模型进行旋转或切割等功能,更加清楚地显示肺脏的结构,但是其与手术中真实的肺脏形态仍然存在着差异,并且肺脏不同于肝脏,手术时由于单肺通气的原因,肺脏已经萎陷,其解剖结构必定发生了变化,如何对发生萎陷的肺脏进行解剖结构的精确定位仍然是我们面临的难题,也有学者在这些方面进行了探索[9]。

综上所述,虚拟3D肺脏模型提高了胸外科住院医师对肺部复杂结构的认识,增加了学习的积极性,促进了胸外科临床教学。但是,虚拟3D肺脏模型在教学中也存在着一定的不足,需要我们今后进一步改进,才能更好地提高教学效果,提高规培医师的临床技能,从而更好地服务于社会。

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Application of the virtual three-dimensional lung model in thoracic surgery clinical teaching

Wang Zhe,Zhang Guangjian,Zhang Yong,Jia Zhuoqi,Fu Junke,Wu Qifei
Department of Thoracic Surgery,the First Affiliated Hospital of Xi＇an Jiaotong University,Xi＇an 710061,China

ObjectiveTo explore the effects of the virtual three-dimensional(3D)lung model applied in thoracic surgery clinical teaching for standardization training residents.MethodsThe virtual 3D lung model was reconstructed using Mimics 19.0 software based on 64-layer detector spiral CT imaging data of patients.Then by means of theory and operation exams as well as questionnaire,we compared the virtual 3D lung model teaching method with the traditional teaching method used in lung anatomy clinical teaching for the hospital＇s standardization training residents.ResultsThe virtual 3D lung model teaching group significantly outperformed the traditional teaching group in lung fine structure test score and teaching effect evaluation score(P＜0.05).ConclusionUsing the virtual 3D lung model in thoracic surgery clinical teaching can help the residents understand the complicated 3D anatomy of the lung,increase their interest in learning and achieve good teaching results.

virtual three-dimensional lung model;thoracic surgery;standardization training;clinical teaching

G434;G642.0

A

1004-5287(2017)06-0697-03

:10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201706022

该研究受西安交通大学第一附属医院院级教学改革研究项目支持(15YB17)

2017-02-20

王哲(1977-),男,西安人,主治医师,博士,主要研究方向:胸外科医疗、临床教学与科研工作。

吴齐飞(1980-),男,河南太康人,副教授,博士,主要研究方向:胸外科医疗、临床教学与科研工作。

电话:18992865534;E-mail:wuqifei-1＠163.com