基于肝脏三维可视化教学法在医学留学生临床教学中的应用价值

李 宇，刘学民，王 博，吕 毅

(西安交通大学第一附属医院肝胆外科，陕西 西安 710061)

随着我国经济及医学技术的发展，来华留学生逐年增加，临床医学早已成为留学生选择的热门专业之一。我校是中国最早开始招收医学留学生的院校之一，留学生全面采用英语教学[1]，但学生的汉语水平参差不齐，语言交流的障碍让留学生难以掌握临床第一手的资料，使得留学生的临床教学较基础医学教学更加困难。对于肝脏外科，由于肝脏疾病多种多样，肝内解剖结构错综复杂，肝脏手术种类繁多，临床教学一直是难点之一。传统的肝脏外科教学方法采用解剖图谱、肝脏模具讲解及尸体解剖等学习，医学生往往感到抽象、难以理解和掌握。基于肝脏CT薄层数据的三维可视化重建能够给学习者提供真实、直观、具有个体化信息的肝脏三维模型，还能准确显示肝脏的分段、管道结构及肿瘤与周围组织的关系，可有效增加学生的学习兴趣、提高对于肝脏外科手术的掌握，从而促进肝脏外科临床教学水平的进步[2-3]。本文以下探讨主要探讨肝脏三维重建技术在医学留学生临床教学中的应用。

1 对象与方法

1.1 一般资料

选取西安交大2015级五年制留学生临床医学本科临床实习生60名为研究对象，肝脏外科的实习时间1周，课堂学时4学时。随机分为传统教学组(n=30)和三维教学组(n=30)。传统教学组平均年龄(22.3±2.1)岁，三维教学组平均年 龄(21.8±1.4)岁；两组男女生比例均为1∶1.3。两组学生在国籍、年龄、性别及平时学习成绩等方面差异无统计学意义(P>0.05)，两组学生大部分来自巴基斯坦、印度、马来西亚等发展中国家，几乎所有学生只能用汉语进行日常简单交流。所有学生均无肝脏三维重建学习史。

1.2 教学方法

传统教学组：采用外科学教材(Surgery，本院编撰英语教材)、解剖/手术图谱、CT或MRI图像教学。小班授课(10人左右)，通过PPT的形式，对肝脏解剖结构、肝脏手术方式及肝脏疾病等进行讲解。然后带领学生对患者进行病史采集及查体，同时阅读相关影像学资料，如CT或MRI等，对肝内外解剖标志及手术方案进行讲解。最后让学生观察患者的手术录像，对之前讲解内容进行巩固学习。

三维教学组：除了传统教学组的方法外，增加实际病人的三维重建可视模型及相应的腹腔镜手术视频进行讲解。首先由带教教师向学生展示病例的薄层CT图像，从二维图像上对肝脏内的管道结构、分段及分叶等进行讲解。然后展示基于薄层CT重建的三维数据结构，从各个角度显示肝脏形态、内部管道结构及Couinaud分叶(图1A-F)。详细讲解肝内血管及胆管的立体走行、Couinaud分段标志、常见的解剖变异及肿瘤与周围组织的关系。讨论如何制定合理的手术计划，在三维模型上模拟手术切割，从各个方向观看断面上的管道结构(图2A-C)，然后观察相应的腹腔镜手术录像。最后再次结合之前的CT、三维重建讲解各种手术方式的步骤(图3A-B)，加深学生对之前二维影像(CT/MRI)的理解。

1.3 教学质量评价指标

肝脏外科实习结束后，通过的标准化试题考试进行教学效果测试，以问卷调查进行难易程度、满意度等教学评价。①考试内容分为理论测试及影像结构判定(各50分)，理论知识包括：周围毗邻脏器组织、管道结构、肝脏的肝门、分叶、分段、常见解剖变异、规则性肝叶切除等。影像结构判读：CT上肝脏管道结构判定、肝脏肿瘤毗邻结构及预定手术方案。②问卷调查：出科考试后当场给学生发放调查问卷，了解学生对各自教学方法的评价。内容包括教学方法是否生动有趣、相关知识是否易于掌握、是否提高学习效率和教学方法满意程度等。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22统计软件进行数据分析。计量资料采用t检验，计数资料采用卡方检验，检验水准(α)为0.05。

2 结果

考试成绩：两组医学生均100%完成相关教学。三维教学组学生的考试成绩为(88.1±2.6)分，传统 教 学 组 为(72.6±5.6)分。三维教学组显著高于传统教学组，差异有统计学意义 (P<0.01)。通过进一步分析发现，三维组学生在影像判断的分值明显高于传统组(40.6±1.2 vs 28.2±3.1，P<0.001)，两组学生在理论成绩上差异不明显(48±2.5 vs 44.2±1.9，P>0.05)。

问卷调查评价 问卷调查发放问卷60份，收回60份，回收率100%。三维教学组学生满意度较高，但与传统教学组无明显差异(P>0.05)；在教学趣味度、难易度及教学效果(知识的应用)上(表1)，三维教学组显著高于传统教学组(P<0.05)。

图1 肝脏三维重建展示肝内分段、血管与胆管结构(同一病例)A:肝脏S2-8分段；B：肝内门脉分支；C:肝内门脉分支+肝静脉分支；D: 肝内门脉分支+肝静脉分支+扩张胆道分支；E:肝内门脉分支+肝静脉分支+扩张胆道分支+动脉分支；F:肝内门脉分支+肝静脉分支+扩张胆道分支+动脉分支+肝脏各分段。

图2 肝脏三维重建预手术模型A：肝内肿瘤与肝内分支关系；B：切除病灶所在S5-6段肝脏；C：腹腔镜肝S5-6切除后断面，展示残余右前及右后肝蒂主干。

图3 肝脏三维重建模型与二维CT结构融合A:薄层CT显示右前门脉分支水平；B：CT与三维重建结构融合，精确显示CT平面所在位置。

3 讨论

随着中国综合国力的增强，来华学习的留学生呈逐步增多趋势。据统计2009年来华留学生的数量已突破20万，临床医学已成为留学生第一专业选择[4]。医学教学不同于其他专业，除了理论学习还有临床实践，临床实践是医学生从理论走向实践的关键。在临床实践的过程中，无论是与教师或者患者之间的沟通，良好的语言交流是获取知识的首要条件。作者在外科临床教学过程中发现，由于来华留学生大多来自亚非欠发达国家，汉语掌握度不高，在和患者沟通时难以获得全面的病史资料；同时由于部分临床带教教师英语水平难以达到专业的流畅交流，在进行临床病案讲解时，师生双方不能形成有效沟通。在医学基础上，如生理、局部解剖等，留学生掌握普遍较中国学生差，临床教学是“负债前行”[5]。调查研究发现，医学留学生不能适应中国式教学方式、上课听不懂、课本不合适、缺乏复习材料及学习积极性不高是影响留学生学习的主要因素[6]。如果对留学生采取同中国学生一样的教学方法，教学效果会大打折扣。教师千方百计想方设法把自己的临床经验传播给学生，而学生难以理解，这里面除了语言交流不畅外，主要的原因还是留学生对一些抽象概念的理解困难。因此，对于来华医学留学生的临床教学需采用一种更加直观的教学方法，特别是涉及复杂脏器的科室，如肝脏外科。

表1 留学生教学调查问卷结果

肝脏是人体最为复杂的脏器之一，由于肝内管道的不可见，留学生们要完全掌握更是难上加难。既往是教师结合教具，如解剖学图谱、肝脏模具讲解以及尸体标本等，进行讲解。很多时候是停留在二维层面上的教学，难以满足留学生教学需求。肝脏外科的关键是掌握肝内管道解剖，仅利用二维图像，医学生难以清晰地理解其三维结构，学习及掌握效率低。肝脏外科的另外一个难点是肝脏的分叶、分段。关于肝脏解剖分类的方法较多，国内外普遍采用的Couinaud分段，该方法是基于肝静脉、门静脉及其分支的立体走行来划分的，肝叶之间的界面并非平面，而是不规则的曲面。好多外科医生都未完全理解肝脏的外科解剖结构，基础较差的留学生更加难以根据二维解剖图像通过三维空间想象划分。肝脏手术教学方面，传统方式是跟着带教教师上台手术，教师边手术边进行教学，主要是针对所遇到的解剖结构进行讲解。但是由于手术不具有重复性，肝脏手术又种类多，医学生如果术前没有充分的知识储备，教师手术台上的讲解一晃而过，学生难以留下深刻印象。调查发现，大多数学生不愿意随着带教教师参与各种临床治疗活动，积极性不高，不能激起学生的兴趣。综上所述，肝脏外科传统教学方法效率低，对于基础知识差的留学生要在短短实习期内掌握难度很大。

随着医学技术的进步，基于薄层CT影像数据进行肝脏三维模型重建已成为可能。重建模型可清晰展示肝脏内部复杂的管道结构，血管、胆管采用不同的颜色标示[7]。根据流域分析，采用不同颜色显示肝脏内分叶及分段结构，通过透明化、隐藏等操作，可单独显示各管道及分段结构，并可进行360度旋转、放大、缩小等操作，可从各个角度展示肝内管道结构走行、病灶与周围管道结构的关系。肝脏三维重建，将二维资料三维化，很多需要进行反复语言交流的知识点，通过三维结构展示，一目了然，留学生掌握起来更加容易。本组学生的理论考试及问卷调查结果印证了采用三维教学技术，肝脏外科教学显得更加容易、生动、有趣。有学者采取随机对照试验的方法也证实三维肝脏解剖教学优于传统教学[8]。国内多家临床教学中心亦采用该技术对实习医生、住院规培医师进行肝脏外科临床培训，取得不错的教学效果[9-10]。众所周知，医学影像学教学相对语言交流较多、枯燥[11]，三维重建技术亦为解决该难题提供了另外一个思路。掌握肝脏的三维结构后再反向二维的影像结构学习就显得相对简单，对于同一管道结构或病灶在三维模型及CT图像上同时进行标注，进行直观的图像学习，本组学生的影像判断考试提示本方法可以有效增加留学生的阅片能力。

虚拟手术技术可创新地展现肝脏结构 、肝脏在人体所处的位置、与相邻器官组织的毗邻关系等信息，突破了传统肝脏外科教学中只靠文字理论 、图片及少量尸源的教学模式，为学生提供了一种无风险、低成本的虚拟教学环境，使肝脏解剖教学、手术训练教学的可交互性大大提高。肝脏肿瘤的可切除性判断来源于影像学资料，主要基于肿瘤与周围血管、胆管结构关系、残余肝脏体积是否能够满足正常生理需求。对于初次接触肝脏外科的留学生，这是一个相对枯燥无味的学习过程，而肝脏三维重建可将这一复杂的过程简单化。肝脏三维重建模型可以向学生清晰展示肝内管道结构与病灶的关系。根据分段结构显示病灶所在肝段，精准切除病灶肝段，避免切除过多的肝组织，体现精准肝切除的外科理念。学生可利用虚拟肝切除技术可在重建模型上进行任意切除，通过透明化切除肝脏，展示剩余肝组织及断面结构，自动计算残余肝脏体积，让学生在反复操作的过程中理解各种肝脏手术。相对于传统的肝脏模型及尸体教学，该方法具有低成本、可重复性及趣味性，让学生在类似于“游戏”的过程中去理解肝脏的解剖及手术知识。有的教师采用“3D”打印技术，将脏器打印成更加直观的模型，亦取得了不错的教学效果，但是与本方法相比，成本较高[12]。

近年来，腹腔镜手术在肝脏外科中应用日益普及，手术视频录制便捷、清晰度提高，为手术教学提供了大量高质量视频素材。众所周知，腹腔镜可将术野放大2～4倍，在肝脏组织离断的过程中，可将肝内的各种管道解剖显示得十分清楚。回看腔镜手术录像作为一种教学手术，可使得手术过程具有重复性。术前精准的三维重建是实施精准肝切除的重要条件之一[13]，标准的精准肝切除能够重现手术计划过程中需要处理的重要结构，符合临床教学所需。将术前三维重建、虚拟手术与腹腔镜手术视频结合，引导学生完成疾病诊断、手术设计及手术实施三步骤，理论指导实践，可使医学生轻松理解并掌握肝脏手术的基本知识。彭远飞等采用三者结合的方法在中国实习学生的带教过程中取得良好效果[14]。本组学生调查结果亦显示三维教学组明显增加了留学生学习肝脏外科的主动性，降低了手术的理解难度。

综上，肝脏三维重建模型能够在肝脏外科教学中能营造生动、新颖的学习环境，改变传统外科教学模式，把抽象的教学内容直观地呈现在医学留学生面前，避免语言交流障碍，降低学生理解肝脏解剖和手术的难度，提高留学生培养的效率。