3D-Slicer 软件在神经外科教学过程中的应用

降建新，凌 薇，刘瑞红，王小林，鲁 峻，高广忠，顾爱芹

（泰州市人民医院，江苏 泰州 225300）

神经外科教学是外科学教学中非常重要的一部分，具有专业性强、知识点多、理论抽象、解剖结构复杂等特点[1]，这些特点在很大程度上影响着神经外科教学的效果，理论教学和实践教学都是教学中的难点。3D-Slicer软件是由麻省理工和哈佛大学联合开发的一款开源、免费和可扩展的医学图像处理和可视化的医学图像处理和分析应用平台，开发3D-Slice的最初设想是用于神经外科手术引导治疗、可视化和分析的系统，但是经过十几年的发展，3D-Slice已经成为一个不仅能够适用于各种临床和临床前的研究应用，还能够用于非医疗图像分析的综合平台。本研究将3DSlicer软件应用于神经外科教学过程中，构建以病例为基础，按亚专科疾病进行分类的神经外科疾病案例库，将原有的解剖学、影像学与可视化的重建图像相结合，让学生将复杂的解剖结构与影像学、疾病通过可视化的模型结合起来学习，并且通过身临其境的学习各种解剖知识和疾病的案例资料来巩固解剖学知识和理解治疗方案，进一步提高临床思维能力[2]。

1 对象和方法

1.1 研究对象选取2020年1月～2021年6月在神经外科参加规范培养的104名学员作为研究对象，研究学员的纳入标准：（1）年龄21～25岁；（2）学历为在读非神经外科专业研究生；（3）所有学员均无神经外科的临床实践经验，进入本研究的所有成员均完成了知情同意。排除标准：（1）身体不适及沟通不良；（2）无故旷课，出勤率＜90%。剔除标准：问卷回收数据不完整者。实验组和对照组成员在性别、年龄、基础成绩等方面相似，其差异没有统计学意义。

1.2 研究方法本实验根据轮转病区的不同随机分为实验和对照组，实验组成员50名，对照组成员54名。两组成员除了3D-Slicer软件的应用以外均接受相同的培训课程。（1）对照组教学。对照组采用传统教学方式即利用挂图、影像及头颅模型等教具，以理论教学结合病例分析的方法进行颅脑解剖、颅脑疾病诊断和手术方式的讲解，在教学中我们对疾病均按照颅脑外伤、血管性疾病、功能性疾病、肿瘤性疾病的分类进行疾病的讲解。（2）实验组教学。实验组教学同样以理论教学结合病例分析的方法进行颅脑解剖、颅脑疾病诊断和手术方式的讲解，在教学中我们按照颅脑外伤、血管性疾病、功能性疾病、肿瘤性疾病的分类利用3D-Slicer软件对原始的影像学数据处理构建各种疾病的模型，将病理性结构、周围相关结构分层构建，并进行神经外科疾病的术前分析和规划。该教学方式以疾病为基础，以学员为中心，在构建模型的过程中将相关解剖知识、治疗方案、影像学图像同步对照学习。以三叉神经痛微血管减压术为例，利用3D-Slicer软件重建血管、三叉神经、面听神经、脑干等重要结构，显示责任血管与三叉神经、脑干之间的关系，以此为基础进行术前手术方案的规划以及手术步骤的学习和讲解。

1.3 实施效果评价

1.3.1 出科考核 所有规培人员出科时均进行出科考核，考核包括理论考核和实践考核两个部分。理论考核主要以神经系统解剖、影像学诊断为主，题型主要有选择题及案例分析题，选择题20题，每题1分，案例分析2题，每题15分，共50分。实践技能考核主要以神经外科常见疾病的诊断、治疗方案及手术方案制定为主。实验组和对照组均实施理论及操作考核，总分100分。

1.3.2 问卷调查 在参照相关文献的基础上，我们课题组设计了调查问卷，对两组学员进行教学效果的调查分析。问卷包括教学模式的合理性、教学方式的灵活性、对专业的兴趣、对知识点的理解程度、学习效率、对定位诊断的认识、手术方式及过程的理解等7个方面，每项评分为5～1分，分为非常同意、同意、基本同意、不同意、非常不同意5个等级。问卷在出科考核后现场发放，学员匿名填写后回收，本次共发放了问卷110分，剔除数据不完整的问卷，实际有效为104，问卷调查回收有效率为94.55%。

1.4 统计学分析使用SPSS 20.0软件对相关数据进行分析，计量资料采用（xˉ±s），组间用独立样本t检验，计数资料用%表示，用x2检验，α=0.05，分析有差异，P＜0.05，有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学员年龄、入组前一般资料的比较实验组和对照组学员在年龄、入组基础成绩、性别等方面差异无统计学意义，详见表1，表2。

表1 神经外科规范化培养学员年龄、入组基础成绩分析(分，x±s)

表2 实验组和对照组性别差异分析（n）

2.2 两组学员出科成绩比较对实验组和对照组学员在理论考核及实践考核方面进行T检验，P＜0.05，其差异有统计学差异，具体结果详见表3。

表3 神经外科规范化培养学员出科成绩比较(分，x±s)

2.3 学员问卷调查结果问卷调查的结果经统计学分析显示，将3D-Slicer软件应用于神经外科教学过程中，教学模式的合理性、教学方式的灵活性、对专业的兴趣、对知识点的理解程度、学习效率、对定位诊断的认识、对手术方式及过程的理解等各个方面的评价结果显示均优于对照组，其差异均具有统计学意义。具体结果见表4。

表4 实验组与对照组对不同结果的影响比较(分，x±s)

3 讨论

3.1 神经外科教学中存在的问题神经外科教学是外科学教学中的难点，在实践中存在很多的不足和问题。首先，神经系统的解剖复杂，内容繁多，概念抽象，教学过程中学生容易产生厌学情绪；其次，神经外科的教学内容复杂，教学过程中学员容易产生畏难逃避思想；第三，部分学生认为，神经外科是小科室，理解难度大、考试内容少，学生的重视程度不够；第四，传统的教学内容单一、形式枯燥，即便是多媒体时代，形式和内容上也没有根本性改变；第五，神经外科实践中，患者的查体、技能的操作都比较复杂，练习的机会有限。上述这些原因都影响着神经外科整体教学的效果，从系统解剖学、生理学的神经传导通路、局部解剖学、外科学最后到临床实践，神经外科教学的这些特点都始终存在，并产生持续性的影响。我们在神经外科的教学中一直探索如何让神经外科的教学从抽象、难懂的困境中走出来，建立一种直观的、立体的、可视的教学方式，提高神经外科教学的效果[3]。

3.2 3D-Slicer软件应用于神经外科教学有助于学员对神经系统解剖的掌握神经系统的解剖是解剖学的难点，将3D-Slicer软件应用于神经系统解剖的教学中，我们可以利用正常人的影像学资料建立颅脑系统的正常结构系统，将三维重建的立体模型与传统影像学资料的横断面、矢状面、冠状面图像同步显示，实现二维图像向三维图像的转换并进行同步显示，让学员更全面地掌握解剖结构，并将解剖结构与影像资料相对应[4]。研究结果显示学员对神经系统的解剖能更好的掌握和理解。鞍区占位通过颅骨薄层扫描重建、颈内动脉重建了解蝶窦内各种分隔情况，在术中能更好确定鞍底磨除鞍底时注意避开颈内动脉，降低手术风险。

3.3 3D-Slicer软件应用于神经外科教学有助于学员对相关疾病的理解以及对手术相关内容的掌握神经系统解剖结构复杂，各结构之间毗邻关系密切，个体之间存在很大的差异，在外科方案的制定中，强调个体化的手术方案，这些都增加了规培学员在神经外科学习的难度。传统教学活动中，学员只能通过老师的讲解进行逐步的积累，掌握的效率非常低。在将3D-Slicer软件应用于神经外科教学实践后，我们根据神经外科亚专科分类建立了颅脑创伤、脑血管疾病、肿瘤性疾病、功能性疾病四类疾病的模型数据库，在针对一种疾病的讲解中，可以用具体的实例将病例资料、影像学资料、手术视频、构建的疾病模型有机结合起来进行讲解，并根据个体病例的特点，进行术前的规划和手术方案的制定，后续可以在具体的手术过程中或者使用手术录像来进行进一步的教学，加深对手术相关部位解剖的理解，提高疾病的掌握程度和临床的思维能力[5]。研究结果表明本方法的使用有助于学员对相关疾病的理解和对手术内容的掌握。

3.4 3D-Slicer软件应用于神经外科教学有助于提高规培学员的学习兴趣由于神经外科教学内容自身的特点，很多学员在学习中对该专业兴趣不足，认为该部分内容太复杂，同时自己也不从事该专业，没有兴趣也没必要花大量时间和精力去学习。通过术前三维重建和手术模拟可让术者更清楚了解术区的解剖关系，在术前谈话中利用重建像向病人更好解释手术方案及风险。同时制定各种应急预案，3D-Slicer软件应用于神经外科教学后既往抽象难懂的知识现在跃然纸上，能够立体地对相关结构进行多角度观察，激发了规培学员的学习兴趣，让学习变得更加生动和形象，加深对手术定位诊断的认识、对手术方式及过程的理解等。同时教学中实现了教学互动，变灌输式教育为病例引导型教育，提高了教学的效率。

3.5 3D-Slicer软件是提高神经外科教学能力的重要工具神经外科教学能力的提升依赖于临床医生的自身素质，但工欲善其事必先利其器，3DSlicer软件因其独特的功能完善了教学模式，从结果显示，与对照组相比，实验组教学模式的合理性评分高达3.72分，同时教学中实现了将3D模型构建与临床实际案例相结合，从根本上改变了传统的教学手段，学员可通过软件不断加强理论学习，将课本知识点与临床实际患者模型对比学习，形成了基于3D-Slicer软件的神经外科学临床教学方式，学员满意度较高。而且在实际手术中亦可按照术前计划对一些浅表肿瘤将重建后虚拟图像导入手机并通过软件将导入图像与病人头部相应解剖位置及标记位置融合，或者通过Ipad内软件结合投影仪将虚拟图片叠加到病人头部；达到简易增强现实效果以增加手术精确度。3D-Slicer软件可在官网免费下载并有相应教程，对国内大部分临床神经外科带教老师来说，掌握3D-Slicer软件并运用于手术操作能有效提高手术成功率，是一种可行的手术辅助和教学的重要工具。

4 结论

综上所述，将3D-Slicer软件应用于神经外科教学实践中，能够实现传统的病例资料、影像学资料、手术录像资料与重建的模型资料在教学中的融合，可以激发学员的学习兴趣，提高学员对相关解剖学知识的理解和掌握，提高临床思维能力及对疾病处理的能力，是一种积极、有效的教学手段和方法。但在实践还有很多的不足，如数据库内的病例资料还比较少。该方法的实施需要带教老师有一定的图像处理能力并且需要花费大量的精力进行数据资料的准备和处理，同时对硬设备提出更高的要求。后续我们主要将进一步完善相关疾病典型病例的收集让病例数据库更加完善和丰富，同时建立标准化的教学流程，让其在教学中发挥更大的作用。