CT/MRI影像后處理技術在神經(jīng)外科本科臨床見習教學中的應用價值

肖安琪，李真林，肖家和，毛伯鏞

四川大學華西醫(yī)院：1 神經(jīng)外科；2 放射科， 成都 610041

對神經(jīng)外科疾病的認識以及對手術方案的理解(包括入路、病變切除大小和范圍)是臨床本科生見習、實習教學的重點，但同時也是難點[1-2]。因為，本科生在醫(yī)學第一階段的解剖實踐課程中，鮮有機會參與尸頭解剖，很難直觀地體驗顱內(nèi)神經(jīng)血管的復雜構(gòu)造，且神經(jīng)系統(tǒng)知識是抽象的，這使得醫(yī)學生在初接觸神經(jīng)外科臨床時一定程度上缺乏立體空間思維，難以將神經(jīng)系統(tǒng)病變和手術方案在頭腦中形成三維空間概念，影響了對疾病整體的認識和治療方案的理解。因此，帶教教師如何指導學生學習典型神經(jīng)疾病的診治過程，加深其對神經(jīng)解剖、功能、基本疾病的認識，更為形象、有效地讓學生掌握并鞏固復雜的臨床神經(jīng)系統(tǒng)知識，已成為神經(jīng)外科臨床見習教學的一個挑戰(zhàn)。得益于神經(jīng)影像技術的高速發(fā)展，三維影像后處理技術已廣泛應用于臨床診療過程中。然而，該技術在本科臨床教學領域的應用卻鮮有報道，為探索CT/MRI的多項圖像后處理技術在神經(jīng)外科本科生臨床見習教學的價值與優(yōu)勢，我們進行了以下研究。

1 研究對象與方法

1.1 教學對象及分組

收集2018年1月—2019年1月在四川大學華西醫(yī)院神經(jīng)外科見習的80名臨床醫(yī)學5年級醫(yī)學生為研究對象。每輪學生20人，共4輪，每輪學生采用隨機數(shù)據(jù)表法隨機分為實驗組(n=10人)和對照組(n=10人)，見習教學時長為半天。實驗組運用CT/MRI影像后處理技術教學法進行教學，對照組采用傳統(tǒng)影像技術教學法進行教學。兩組學生均完成神經(jīng)外科理論學習及神經(jīng)外科見習，對神經(jīng)外科常見病、多發(fā)病均有一定基本認識。兩組學生在性別、年齡、外科學理論水平考試成績上無統(tǒng)計學差異。兩組實習教學均由6名高年資主治醫(yī)師進行實習帶教，教師平均年齡、教學、平均教學經(jīng)歷無統(tǒng)計學差異。

1.2 教學方法

對照組：按照教學大綱要求，以帶教教師為主體，由帶教教師進行理論講解。隨后帶領見習學生進行查房并問診查體，同時，在床旁結(jié)合常規(guī)臨床病例影像資料進一步指導學生掌握相關專業(yè)知識。

實驗組：按照教學大綱要求，以帶教教師為主體，由帶教教師進行理論講解。選取經(jīng)過CT/MRI影像后處理的相關病例，隨后帶領見習學生進行查房并問診查體，查房結(jié)束后登錄醫(yī)院PACS系統(tǒng)調(diào)閱相關病例后處理影像資料，對病例進行進一步分析梳理，指導學生掌握相關專業(yè)知識。

1.3 教學效果評價

見習考核：見習教學結(jié)束當日對兩組學生進行出科考試。考試成績包括:理論考試成績(50分)與病案分析能力成績(50分)兩個方面，總成績100分。評卷人邀請3名本科室副教授進行盲評，總分作為出科考試的最終成績。

問卷調(diào)查：考試結(jié)束后要求所有學生填寫教學反饋調(diào)查表。內(nèi)容包括其所接受的教學模式對激發(fā)學習興趣、強化基礎知識的掌握、教學直觀性及教學靈活性以及對所接受的教學模式滿意率等內(nèi)容。

1.4 統(tǒng)計學方法

2 結(jié)果

2.1 兩組學生出科考試成績

實驗組理論考試與病案分析能力成績和平均總成績均高于對照組，出科考試成績差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，如表1所示。

2.2 兩組學生教學反饋調(diào)查表結(jié)果比較

與對照組比較，實驗組學生在激發(fā)學習興趣、強化基礎知識掌握、對教學直觀性、靈活性以及所接受的教學模式滿意率方面差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，如表2所示。

組 別 理論考試(50%)病案分析(50%)總成績對照組(n=40)(37.56±3.24) (37.28±2.32) (75.10±4.75) 實驗組(n=40)(38.93±2.22)*(38.90±2.06)*(78.02±3.03)*P值0.03480.00160.0017

注：*表示與對照組比較差異具有統(tǒng)計學意義

表2兩組學生教學反饋調(diào)查表結(jié)果的比較n(%)

調(diào)查項目 對照組(n=40)實驗組(n=40)χ2P激發(fā)學習興趣23(57.5)32(80.0)*4.7130.030強化基礎知識27(67.5)35(87.5)*4.5880.032教學直觀性21(52.5)30(75.0)*4.3810.036教學靈活性22(55.0)31(77.5)*4.5280.033所接受教育滿意率29(72.5)36(90.0)*4.0210.045

注：*表示與對照組比較差異具有統(tǒng)計學意義

3 討論

3.1 傳統(tǒng)的神經(jīng)外科本科生實習教學中存在的問題和不足

通過該次隊列研究，我們注意到相比運用全新影像后處理技術輔助臨床見習的帶教方式，不論是在出科理論考試與病案分析成績上，還是教學效果滿意度反饋方面，傳統(tǒng)的見習教學方式均表現(xiàn)出了顯著的差異與不足。究其原因，我們認為在傳統(tǒng)的本科教學過程中，主要通過教科書與尸頭解剖模型幫助學生梳理神經(jīng)系統(tǒng)知識點，并通過典型臨床病例的床旁查體與CT、MRI斷層圖像的讀片講解，讓見習學生認識并掌握相關臨床知識。但這種傳統(tǒng)的見習教學存在著一定的缺陷，表現(xiàn)在：第一，教學方式不夠直觀。教科書與解剖模型相結(jié)合，雖一定程度彌補了學生靠單一書本知識抽象理解神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)造的不足，但神經(jīng)外科疾病的多樣性和復雜性，常常使僅有的實體解剖標本無法滿足學生更深入地理解具體疾病的內(nèi)在結(jié)構(gòu)及其比鄰關系。而病例的影像資料也通常只有傳統(tǒng)的二維斷面圖像，各層面之間的空間重組聯(lián)想，對于非影像專業(yè)的本科醫(yī)學生而言相對抽象、困難。第二，教學工具不夠靈活。相對于飛速發(fā)展的醫(yī)療技術領域，神經(jīng)外科的本科見習教學工具卻依舊單一。教學材料與多年前差別不大，大大限制了授課的信息量與關聯(lián)性。第三，教學方式不夠生動。盡管帶教教師用了大量的時間進行板書和講解，但由于對于神經(jīng)解剖的生疏與理解的抽象，使得學生思考的積極性受到了限制。在教學過程中，我們常常注意到雖然教師積極提問，希望通過互動調(diào)動學生積極性以增強對講授內(nèi)容的理解，但實際效果有限[3-4]。因此，在當前數(shù)字化時代如何因地制宜，尋找更為有效的教學方式，根據(jù)不同患者與疾病，形象地給本科實習學生展示神經(jīng)外科疾病的內(nèi)在多維立體的解剖形態(tài)和比鄰關系，促進學生更加高效地吸收神經(jīng)外科臨床知識，是目前神經(jīng)外科本科教學亟待解決的問題[5-6]。

3.2 CT、MRI 3D后處理技術在實習教學中的優(yōu)勢和運用

20世紀CT與磁共振成像技術(MRI)的面世，在醫(yī)學診斷領域里引起了革命性的突破，同時，也帶動了各臨床學科在治療、研究和教學領域里的迅速發(fā)展。近年來，CT、MRI技術無論在硬件和軟件上更是有了長足進步，新的成像序列層出不窮，對數(shù)據(jù)采集、圖像后處理與重建能力功能被極大地擴充，原來單一軸、冠、矢狀位的斷層成像，也已經(jīng)發(fā)展到在三維(3D)基礎上立體顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)和病變的多種成像技術，包括CT的容積再現(xiàn)技術(volume rendering technique,VRT)、多層面重組(multiplayer reconstruction，MPR)、表面重建(superficial surface reconstruction，SSD)、曲面重建 (curve reconstruction，CR)、仿真內(nèi)窺鏡(virtual endos- copy,VE)、MRI的血管3D重建、彌散張量纖維束重建(diffusion tensor imaging,DTI)等。這些新的成像技術能形象地還原神經(jīng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，立體、逼真地顯示中樞神經(jīng)系統(tǒng)的解剖和病變，不僅是神經(jīng)外科臨床診治疾病的有力工具，同時也是醫(yī)學教學，特別需要立體、形象顯示解剖和病變的本科見習教學的良好手段。它可以使得學生更直觀、形象地學習到神經(jīng)結(jié)構(gòu)與病變的相對關系，發(fā)揮其獨特的教學優(yōu)勢，彌補傳統(tǒng)授課的缺陷。我們在教學實踐中使用這些成像技術指導學生，收到了良好的效果。

3.2.1容積再現(xiàn)技術(VRT)既往在給學生講授顱內(nèi)動脈瘤的部位、形態(tài)、大小和治療方案的選擇上，更多地側(cè)重理論上的講解和依靠二維的影像圖像上病灶的顯示。當我們使用容積再現(xiàn)技術(VRT),病變以及鄰近骨性結(jié)構(gòu)逼真的立體形象、偽彩以及多角度的旋轉(zhuǎn)，讓學生很容易理解教師講授的內(nèi)容。動脈瘤的發(fā)生部位、指向，動脈瘤瘤體大小、瘤頸寬窄、瘤體與重要神經(jīng)結(jié)構(gòu)的相對空間關系在VRT上都能直觀地呈現(xiàn)(如圖1所示)。教師在解釋如何制定手術方案，如為何選擇血管內(nèi)彈簧圈栓塞，期間是否需要支架輔助；或是選擇開顱夾閉，夾閉的方向如何，是否需要瘤頸塑形等問題，都能根據(jù)3D血管圖像進行清晰而詳細的講解。對于顱內(nèi)動靜脈畸形病灶，常常需要給學生講明病變的供應動脈、引流靜脈、畸形血管團的主要部位以及手術所要采取的重要步驟。純理論的講解常難以讓學生在頭腦中形成立體的影像，運用VRT技術，立即逼真地將畸形的血管團、供血動脈和引流靜脈顯示出來，教師結(jié)合圖像講授病變的特點和治療計劃，清楚明白，學生易于理解和掌握。

圖1 逼真顯示病灶的三維空間關系、供血動脈和引流靜脈

3.2.2表面重建技術(SSD)顱骨的病變?nèi)缒[瘤、感染和先天畸形等在CT單一方向的斷面上，難以顯示全貌。VRT和表面重建技術(SSD)在顯示顱骨的整體形態(tài)上所具有的明顯優(yōu)勢，可以彌補僅有斷層圖像的不足，對初步接觸臨床不太熟悉CT斷層解剖的學生，是良好的教學工具。在顱骨良、惡性腫瘤、結(jié)核、化膿性骨髓炎，以及顱縫早閉、缺損等先天異常等病變教學中，我們采用VRT和SSD，非常直觀地顯示病變的外觀和全貌，強化了學生對病變本質(zhì)的認識，加深了對手術方案的理解(如圖2所示)。開顱部位的選擇、骨窗大小的決定，在SSD和VRT上也可以形象、逼真地給學生講解。這種講授方法學生反映容易理解，記憶深刻。

圖2 嬰兒顱縫早閉

3.2.3曲面成像技術(CR)和多層面重組(MPR)出入顱的腦神經(jīng)經(jīng)過某些顱底骨性孔道彎曲走行，學生在實體標本上難以觀察到全貌，教師僅靠理論講授要讓學生在頭腦中構(gòu)建出這些神經(jīng)的立體空間行徑很有難度。CT的CR重建技術，能將復雜彎曲或不規(guī)則走行的結(jié)構(gòu)以直線形式連接起來，直觀顯示這些結(jié)構(gòu)的全景，是解決這一教學難題的良好工具。我們在給學生講解三叉神經(jīng)走行時充分使用了這一教學手段，利用CR技術將三叉神經(jīng)上頜支從Meckel腔經(jīng)圓孔、翼腭窩、眶下裂、眶下溝、眶下管出眶下孔全程顯示出來，讓學生立即、直觀看到這一神經(jīng)所經(jīng)過的這些重要結(jié)構(gòu)。在此基礎上給學生講授在不同部位引起三叉神經(jīng)癥狀的病變和處理手段時，教師易講，學生易懂，達到了事半功倍的效果。三叉神經(jīng)壓迫的責任動脈常見的有來自上方的小腦上動脈(sca)和來自下方的小腦前下動脈(aica)，該兩條動脈往往在神經(jīng)內(nèi)側(cè)都形成血管袢，常規(guī)橫斷像上難以區(qū)別，見習學生對這兩條血管的判斷常常是模棱兩可。帶教中，在3D-MRC基礎上我們采用沿三叉神經(jīng)根走行方向的斜矢狀多平面重組(MPA)，將神經(jīng)和血管的位置關系充分展示，一目了然的讓學生看清sca來自神經(jīng)的上方而aica來自于神經(jīng)的下方，理順了神經(jīng)與血管的關系，解決了他們的困惑(如圖3所示)。

圖3 三叉神經(jīng)上頜支走行路徑曲面重建

3.2.4功能磁共振中的白質(zhì)纖維束彌散張量成像(DTI)DTI能將不同方向走行的白質(zhì)纖維以偽彩形式立體、逼真地顯示出來。利用這種仿真影像技術，我們給學生顯示腫瘤性病變引起的白質(zhì)纖維束破壞，講解鄰近結(jié)構(gòu)與病灶的關系，手術的入路、范圍、術中需要注意的問題以及預后的判斷，形象具體、知識點明確、重點突出，較之單一的理論講授，效果更佳，學生的反映很好(如圖4所示)。

圖4 腦白質(zhì)纖維束彌散張量成像(DTI)

3.3 3D后影像技術在實習教學中的感受與體會

3D影像技術可以很好地突出教學的重點、難點，而僅僅靠教師的理論講授，學生只停留在聽課、知曉的層面，不足以完美達到授課目的。利用先進的現(xiàn)代影像后處理技術輔導本科生的神經(jīng)外科實習過程中，我們體會到它所帶來的可喜變化。首先，逼真、直觀的立體影像所帶給學生的視覺沖擊，讓他們感受到現(xiàn)代影像技術在臨床診治工作中的巨大價值，開闊了眼界，激發(fā)了學生對高科技技術在臨床運用的興趣，為畢業(yè)后繼續(xù)教育及選擇科研方向做了很好的基礎鋪墊工作。此外，學生在基礎階段所學的生理和病理解剖知識在這些高級的成像技術中得到了形象化顯示，幫助他們復習了知識點，理順了脈絡，將以前理論學習中抽象、零星的知識形象地整合起來，轉(zhuǎn)化為具體的認識，強化了對神經(jīng)系統(tǒng)整體觀的認識。教師借助形象的3D影像技術，深入淺出地闡明復雜的神經(jīng)結(jié)構(gòu)和應掌握的知識點，這樣的教學既有利于幫助他們鞏固基礎知識，又有助于在本科實習階段幫助他們夯實所要掌握的專業(yè)知識。相比傳統(tǒng)的教學方法，我們感受到這種教育方式更能調(diào)動學生的主觀積極性。對于教師引導性的提問，學生踴躍回答，這種有效互動使知識點討論得更加清楚，掌握得更加牢固，達到了高效學習目的，同時，激發(fā)了學生對神經(jīng)外科學的興趣。

在教學過程中我們感受到，要達到理想的教學效果，應采用教學所要求的典型病例，并要獲取高質(zhì)量CT、MRI 3D影像資料。這要求帶教教師要精選病例，挑選符合教學要求的典型病變，或聚焦于臨床有針對性的病案。要和影像科密切合作，按教學要求進行圖像后處理。神經(jīng)外科帶教教師和影像科教師應一起參與圖像重建工作，精準選擇能優(yōu)良顯示病變或某一解剖結(jié)構(gòu)的方向、角度、放大尺度。要充分利用PACS系統(tǒng)優(yōu)勢，將動態(tài)或電影方式引入，獲得最佳的視覺效果，讓現(xiàn)代影像技術在神經(jīng)外科本科見習教學中發(fā)揮更大作用。