三维重建结合胸部CT在低年资胸外科医师手术教学中的初步应用

王冲,刘洋,肖博,闫东杰,龚昌帆,韩毅,杨磊,刘树库 （首都医科大学附属北京胸科医院,北京 101149）

肺部CT阅片是胸外科医师的基本功，解剖性肺段切除手术是胸外科的重要手术方式[1]。熟悉肺血管在肺部CT中的位置、走行、变异、周围淋巴结情况，对学习、掌握解剖性肺切除手术有重要帮助。传统的肺部CT教学以识别肺内病灶为主，对肺段、亚段一级的支气管、血管命名和对应在CT上的位置讲授较少，学员对肺血管缺少三维立体概念。三维重建可以直观地看到肺血管的空间位置、走行、周围淋巴结情况等，因此，笔者将三维重建引入肺部CT教学，希望提高肺部CT教学的效果。现将其教学方法、效果进行汇报。

1 材料与方法

1.1 研究对象 研究对象为2018年7月-2021年10月期间28位在我院学习、进修、工作的低年资胸外科医师，主要入组标准有：①胸外科硕士、博士在读研究生；②从事胸外科5年以内的住院医师、主治医师；③对胸部CT有基本了解；④能够看懂肺叶切除手术；⑤以前未使用过肺血管三维重建进行解剖学习。

1.2 研究方法 本研究采用自身对照研究。

1.2.1 教学前基线 首先给予每位学员10位既往肺癌患者的CT片子（患者已行肺段切除术），要求学员：①写出每位患者病变所在肺段或亚段；②在CT上指出肺段所在的肺动脉；③在CT上指出段间肺静脉；④写出肺段支气管分支、变异情况；⑤根据CT上的肺段气管、血管位置，设计手术步骤。完成后对照10位患者的肺部三维重建及手术录相进行评分，每个要点2分，总分2×5×10=100分。

1.2.2 教学 利用Mimics21软件对肺、支气管、肺动脉、肺静脉进行三维重建，支气管和血管至少要到亚段一级。对照三维重建向学员讲授：①在CT上识别亚段支气管，掌握亚段支气管的命名规则：常见的肺段支气管分为两个亚段，分别为a和b。a亚段命名原则为“头、后、外”，即上下分布的两个亚段，上为a；前后分布的，后为a；内外分布的，外为a。当有三个亚段时，则根据顺序命名为c。在CT和三维重建模型上识别各亚段支气管位置，并讲解常见变异，如右上叶支气管的“二开口”、“四开口”等。

②识别肺段动脉：肺动脉一般与支气管伴行，越到远端两者越紧密。肺动脉的命名与支气管相同，肺动脉和支气管构成了肺段或亚段的核心。在CT和三维重建模型上识别各亚段动脉位置，并讲解常见变异，如左上叶纵膈型A4+A5、A5动脉由A8发出、两支A（1+2）c动脉、A（1+2）a和b不共干等。

③识别肺段静脉：肺静脉在远端走行于气管之间，构成段间或亚段间平面，是区分不同肺段的重要标志。肺静脉变异较大，因其不伴气管走行，故命名缺少规律，是教学的难点。在三维重建模型上，可以直观地看到静脉走行、位置，快速地辨认静脉所分割的肺段或亚段，再结合图谱和CT就可以了解各亚段静脉的位置。

④识别病灶所在肺段：如果病变位于肺野内2/3，可以通过气管、肺动脉来确定；若病变位于肺野外1/3，则通过段间静脉平面确定。

⑤如何设计手术：首先确定病灶所在肺段，以病灶为中心，做一个半径2cm的圆球，圆球所在的肺段为切除范围。若切除范围包含多个亚段，则行联合亚段切除；其次，识别需要切除肺段或亚段的支气管和动脉数量、位置；最后，段间静脉需要保留。

1.2.3 以右肺上叶前段（RS3）为例教学

1.2.3.1 首先根据病变与支气管的位置，确定病灶所在肺段，图1显示病变正对着右肺上叶前段外亚段（B3a），故该病变位于前段S3的a亚段。

图1 病灶所在肺段，右肺上叶前段分支及命名

1.2.3.2 根据气管（B3a和B3b），识别伴行的动脉（A3a和A3b），两支动脉汇合形成A3，见图2。此外，在三维重建上，前段还有一细小动脉，在CT上很容易忽略，即前升支动脉（图2A、B、E）。

1.2.3.3 该病变位于S3，切除S3需要保留S1与S3、S2与S3之间的段间静脉，它们分别为V1b和V2c。在三维重建模型上识别该动脉后，再找到CT上对应的位置（图2C、D、E）。

图2 右肺上叶前段动脉、静脉、支气管重建模型及在CT上的位置

1.2.3.4 手术规划 病灶位于S3a段，但单纯切除S3a不能保证足够切缘，故需行S3段切除，需要切除的血管和气管有A3（a/b）、B3（a/b）、V3b，需要保留段间静脉V1b和V2c。

1.2.4 教学后评估 再次给予每位学员另外10位患者的胸部CT片子，按照之前五个问题进行回答，回答完毕后在后续手术中进行验证并打分。学员评价：分别从自我提高、教学合理性、与传统教学相比、对临床帮助、总体评价五个维度进行评分，每项20分，总分100分。

1.3 统计方法 以Excel录入每位学员基本信息及得分情况，使用SPSS进行数据分析，主要统计方法为配对样本t检验，P＜0.05表示有统计学意义。

2 结果

2.1 教学前28位学员平均分为（54.1±5.2），符合正态分布；教学后学员平均分为（68.6±5.1），符合正态分布，分数提高有显著统计学意义（P＜0.001）。教学前，单张试卷的平均分（5.4±0.4），符合正态分布；教学后，单张试卷平均分（6.9±0.4），符合正态分布，P＜0.001。通过比较分析所有试卷五道题目得分情况，第二题和第三题得分最低，说明识别肺动脉和肺静脉是难点，这也是教学的难点和重点；第一题和第四题得分最高，说明通过CT判断病灶所在肺段和识别相应支气管难度不大。肺血管三维重建教学后，每项题目得分较前均显著增加，但题目2和题目3得分仍为最低，得分率不足50%，尤其以题目3为甚。见表1。

表1 28位学员在教学前后得分情况

2.2 学员对三维重建教学的评价 学员对本教学方法总体评分为（93.0±3.1），与传统教学相比的评分为（19.0±1.2），详见表2。

表2 28位学员对教学评分

3 讨论

3.1 传统教学的不足 胸部CT阅片是胸外科医师的基本功，学习的过程一般是从识别病灶、判断良恶性，到根据CT预判手术方式、手术要点和难度。后者的关键是对肺血管、支气管、肺内钙化淋巴结的辨认[2]。常规教学方法是通过二维CT学习，但其不够直观，学员不容易将CT和术中血管情况一一对应。肺血管三维重建是连接二维CT和术中血管实际走行的桥梁，有助于学员快速提高CT阅片能力。此外，研究纳入的学员均已在临床工作，平时CT读片学习多以自学或碎片式教学为主，缺少系统性，本研究对每位学员进行系统性授课，学员对授课效果满意度较高。

3.2 学生对肺解剖的掌握不足 教学前，学员已有一定的CT阅片基础，对于病灶所在的肺段和支气管（第一题和第四题）回答得分较高，但对肺动脉、肺静脉掌握较差，主要体现在第二题和第三题得分率较低（不足30%），这也与临床实际情况相符合：肺静脉走行于段间或亚段之间，变异较大，直接在CT上辨认有一定难度。但若结合重建模型，则可以很快看出静脉所在段间平面，有助于提高阅片能力，因此，肺血管的识别是教学的重点[3]。

3.3 三维重建教学的特点 通过将DICOM格式影像导入mimics软件可以比较容易地进行肺和血管重建，在重建的模型上，识别所需肺段的动脉、静脉更加容易、直观[4]。同时，通过简单的操作，能将三维图像上的位置和二维CT上的位置一一对应，帮助学员更好地构建立体解剖（见图1、2）。教学的重点是指导学员识别肺血管、支气管之间的淋巴结，讲述常见肺段手术的难点等。通过这样学习后，即使不再对照三维重建模型，学员也可以在二维CT上发现目标肺段动脉、静脉、支气管的位置、走行。这种学习成效主要体现在第二题、第三题分数较以前明显提高。既往也有使用3D打印肺模型进行教学的报道，教学方法、结果与本研究类似[5]。但相对于3D打印模型，直接在电脑上进行肺血管3D识别有如下优势：①成本低，无需打印材料、人工费用；②仅需关注所切肺段肺叶的血管，其他肺叶的血管可以不必重建；③可以放大、缩小、透视、旋转等多角度观看，也可以制作成视频用于交流；④3D打印耗时长，手术量大时可能来不及打印，使用后的模型会造成浪费。

3.4 本研究和教学方法的局限性 ①肺血管变异很多，教学使用的CT也并不一定是标准答案，只有多阅片、多上手术，才能了解肺血管常见变异，减少术中意外；②即使通过学习，肺血管识别准确率提高很多，但题目二、三总得分仍不高，甚至不及格，提示仍有很大上升空间，理论需和实践相结合，需要学员更多地积累临床经验；③部分医院很难将DICOM格式影像资料导出，导致无法使用该方法教学。

综上所述，肺段血管的识别是肺段切除术的难点，在日常教学中使用肺血管三维重建方法，可以帮助低年资胸外科医师构建立体解剖、提高阅片水平，值得在教学中推荐。