3D虚拟输尿管镜在上尿路结石内镜手术临床教育中的应用

李朝阳，李向东，张弋，赵国斌

（1.河北北方学院研究生院，河北 张家口 075000；2.河北北方学院附属第一医院泌尿外科，河北 张家口 075000；3.北京大学国际医院泌尿外科，北京 102206）

软性输尿管镜手术在泌尿外科上尿路结石治疗中占有重要地位［1］，但该手术技术难度大、学习曲线长。肾内立体构造认知是软性输尿管镜手术的基础，初级外科医生缺乏这方面的能力。CT泌尿系造影（computed tomography urography，CTU）教学和手术观摩等是常用的教学方法，但CTU二维影像资料缺乏直观性，手术过程中也难以进行详尽的教学和指导［2］。随着信息技术级计算机技术的发展，3D虚拟技术已经应用到神经、呼吸等领域［3-5］，在外科技能培训中取得了良好效果，但目前3D虚拟技术在泌尿系统中的应用研究较少。为了探讨如何提高初级外科医生对肾内结构和结石的认知能力，本研究采用虚拟输尿管镜（virtual ureteroscopy，VU）结合CTU进行前瞻性对照研究，现将结果汇报如下：

1 材料与方法

1.1 材料

选取河北北方学院附属第一医院泌尿外科2017年3月至2018年2月收治的10例肾盂结石患者的CTU资料（图1、2）。选取复杂结构合并多发结石病例1例（肾盏数=8、结石数=6）和普通结构合并多发结石病例1例（肾盏数=5、合并结石数=3）并编号1、2作为评测病例，其余8例随机编号为3～10号，所有患者接受标准对比增强4相CT扫描。以上研究材料的获取均取得患者或家属同意，并签署知情同意书。研究方案经过河北北方学院附属第一医院伦理委员会批准。

图1 肾结石合并肾盂积水CT泌尿系平扫

图2 肾结石合并肾盂积水CT泌尿系造影

1.2 材料处理

数据上传后由工程师制作的对应VU数据包（北京医千创公司）在实验用计算机运行显示（图3、4）。VU可行肾盏内部全貌探查，设置导航路线和不同探查目标，如特定的肾盏或石头。虚拟探查过程中，用户可以控制暂停、前进、后退或转向。

图3 肾盂、肾盏内及全局导航视图

图4 结石及全局导航视图

1.3 研究对象

本组研究对象共20例。其中，男18例，女2例。均为外科学硕士研究生。随机抽签后平均分为对照组和实验组。纳入标准：外科工作经验≤1.5年，3个月泌尿外科工作经验，具备初步阅读CTU的能力，参观软性输尿管镜手术例数≤15。

1.4 研究方法

1.4.1 首次评测：对照组和实验组同时各自观察1～2号CTU 共10 min，记录各自观察到的肾盏和结石数。

1.4.2 研究对象学习训练：对照组人员同时分别观察3～10号CTU 各5 min，实验组人员同时观察3～10号CTU各5 min，然后再观察相应VU。训练期间由参加过上述患者手术的泌尿外科专家讲解3～8号CTU，并回答相关问题，避免研究对象之间交流学习内容。训练结束后研究对象休息2周作为洗脱期，不进行CTU和VU的学习。

1.4.3 第2次评测：洗脱期结束后，对照组和实验组再次阅读1～2号CTU 10 min，并记录各自观察到的肾盏和结石数目。

1.5 专家评价

由2名泌尿外科专家（软性输尿管镜手术经验≥100例，参加过上诉患者的手术）进行评价，专家观看1～10病例的VU，并与术中实际情况进行对比。评测专家不了解受试人员的具体情况，对受试人员评测结果进行评价。

1.6 问卷评价

研究结束后，研究对象对VU进行评价。A，帮助大；B，帮助一般；C，无明显帮助。

1.7 统计学分析

2 结果

2.1 2组测评结果

2组人员初次测评观察的肾盏和结石数组间比较，差异无统计学意义（P＞ 0.05）。训练后再次评测，2组观察的肾盏数均较初次观察有所提高，但实验组识别肾盏数和结石数比对照组提高更明显，组间差异有统计学意义（P＜ 0.05），见表1、2。

表1 肾盏评测结果（±s）

表1 肾盏评测结果（±s）

表2 结石评测结果（±s）

表2 结石评测结果（±s）

2.2 泌尿外科专家评价结果

泌尿外科专家通过与术中实际情况对比，发现受试人员观察结果与术中接近，VU接近术中实际情况。

2.3 问卷评价

研究结束后的反馈表显示，有15例（75.0%）认为VU对提高CTU阅读及肾内结构认知能力帮助大，3 例（15.0%）认为帮助一般，2例（10.0%）认为VU无明显帮助。

3 讨论

上尿路结石是泌尿系统多发疾病之一，处理肾内结石软性输尿管镜技术是一个有效、安全的治疗途径。目前大多数医院均已开展。然而，软性输尿管镜手术技术难度大，学习曲线较长［6］，需要泌尿外科医生对肾脏内部结构熟练掌握。

CTU具有简单快速及参数多等优点，临床应用较普通。临床医师通过观察图像对肾结石的部位、大小及是否并发肾盂积水获得一定的了解，并制定手术计划。但CTU缺乏腔内立体可视化，对初学者了解肾内构造帮助较少［7］。初级外科医师观摩输尿管镜手术时，显示器上三维动态肾内部结构较复杂。肾内结构、结石大小及位置个人差异较大。既往的课堂教学、临床实习与实际手术在视觉感受上存在明显差异，如何快速的提高初级泌尿外科医师对肾脏内部结构的认识，为开展输尿管镜手术做准备，值得深入研究。

许多研究［8-10］表明，输尿管镜模拟训练是有效的训练方法，虚拟模拟器（virtual reality simulator，VRS）是近年国内外研究的热点。VRS模拟由于接近真实的手术环境，有利于提高医生的临床水平［11］。不过研究对象多是已具备一定能力的中级医生，缺乏对初级外科医师的培训和研究［12］。

本研究发现，通过3D可视化VU模拟训练后，初级外科医师对肾内结构、方位、结石等方面的理解明显提高。虽然单纯的影像学授课式学习也能提高其认知度，但叠加的效果更加明显。

本研究尚有一定的局限性。研究设计仅做了单项平行对照，且研究考察对象的数量较少；训练和洗脱期内无法完全避免研究对象之间就研究内容进行交流反馈。如果能够组织多来源对象参与研究，以及设计交叉对照可能会更有意义。此外，个别病例的CTU质量和VU图像质量有待提高。

3D可视化VU模拟技术可以提高初级外科医师对上尿路结石病例的肾内结构和结石信息的认知能力，可能为进一步的软性输尿管镜基本技能训练奠定基础。3D虚拟内镜技术以生动、视觉化的交互手段，为医学教育提供了思路和方法。本研究中的受试对象及测评专家对于3D VU的效果给予了肯定。此项技术和方法有可能成为外科教学的一种有效手段。