三維多模態影像重建技術在神經外科臨床實習教學中的應用

任劍

（重慶醫科大學附屬第三醫院/捷爾醫院神經疾病中心，重慶 401120）

腦腫瘤是神經外科的常見疾病，當今，精準神經外科的發展對外科醫生準確地完全切除腫瘤的同時保留患者的神經功能提出了更高的要求[1]。大腦解剖結構復雜，是五年制臨床醫學本科基礎理論教學中的難點之一[2]。神經外科臨床實習教學中，如何讓學生在臨床實習中掌握腦腫瘤的臨床知識，深入理解大腦解剖結構與功能，深化神經功能的保護理念，做到理論聯系臨床實踐，切實解決臨床治療中遇到的實際問題，成為臨床實習教學中面臨的核心問題。以往的臨床實習教學應用多媒體結合影像資料授課，學生難以直觀地認識和理解大腦的解剖結構與功能，較難掌握腦腫瘤的臨床知識和手術方式[3]。當今，先進的多種影像學技術的應用和人工智能的發展，多模態影像的融合技術在神經外科治療中的應用價值得到體現[4]。該技術能夠對腦腫瘤的輪廓進行分割，并清晰地將其顯示在患者自身的大腦解剖結構中，構筑三維多模態影像（3D-Multi Modality Image，3DMMI），有利于臨床醫生術前判定腫瘤與周圍重要的神經纖維束、腦動靜脈的毗鄰關系，從而指導外科醫生臨床決策，同樣也有助于實施臨床教學[5]。本中心以腦腫瘤的臨床實習教學為例，采取3DMMI重建技術輔助案例教學（Case-Based Learning，CBL）的教學模式，收到了良好的臨床教學效果，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 教學對象

選取2019年7月至2020年6月在重慶醫科大學附屬第三醫院神經疾病中心進行神經外科實習的重慶醫科大學2015級五年制臨床醫學專業60名學生為教學對象。本研究所有學生均簽署知情同意書。

1.2 研究分組

采用隨機數字表法將教學對象分為試驗組和對照組，各30名學生。試驗組進行3DMMI輔助案例教學的教學模式，對照組采用常規案例教學模式。兩組學時數均為3個學時，帶教教師相同且為副高級職稱。

1.3 教學實施

1.3.1 試驗組教學 選取神經外科腦腫瘤典型的教學案例2例，采集臨床資料：病史、體征和影像學資料。將患者的頭顱增強MRI（核磁共振成像）、頭顱薄層CT（計算機斷層掃描）、腦纖維束示蹤成像的醫學數字成像和通信數據導入計算機，運用圖像配準技術、專業分割技術，進行CT/MRI影像配準，構建3DMMI模型。在個體化的三維腦模型上可以清晰顯示腦腫瘤與功能區、周圍血管的結構關系。帶教教師引導學生完成醫患病情交流、體格檢查和病例分析討論。教學討論互動環節，按照腫瘤起源、解剖特點、侵襲程度、影像學評估、診斷與鑒別診斷、治療方案和預后等展開討論。教學實施中，充分應用3DMMI模型輔助教學進行授課。

1.3.2 對照組教學 對照組利用PACS系統結合典型的教學案例進行腫瘤相關解剖結構的講解。

1.4 評價標準

教學結束后，通過基礎理論考核（滿分100分）、影像讀片實踐考核（滿分10分）和匿名問卷調查，對兩組教學效果和授課教師進行評價。教學效果評價內容包括腦腫瘤知識掌握程度、臨床思維能力、解決臨床問題能力、課程學習興趣、學習效率5個方面。授課教師評價內容包括授課條理清晰、知識的延伸與擴展、教學整體滿意度3個方面。該問卷共計8個題目，每個題目滿分為10分。

1.5 統計學方法

采用SPSS 19.0軟件對研究數據進行統計分析。計量資料以（±s）表示，組間采用獨立樣本t檢驗；計數資料以頻數和百分率表示，組間比較采用χ2檢驗，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組考核成績比較

統計分析顯示，試驗組學生基礎理論考核成績和影像讀片實踐考核成績均高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 兩組考核成績比較（±s，分）

表1 兩組考核成績比較（±s，分）

組別 基礎理論考核 影像讀片實踐考核試驗組對照組t P 86.33±4.08 82.27±4.74 2.517 0.018 8.40±0.74 7.60±0.63 3.191＜0.01

2.2 兩組教學效果評價比較

共發放教學效果評價問卷60份，回收有效問卷60份。調查結果顯示，試驗組學生對于腦腫瘤知識掌握程度、臨床思維能力、解決臨床問題能力、課程學習興趣和學習效率5個方面的評價均高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組教學效果評價比較（±s，分）

表2 兩組教學效果評價比較（±s，分）

組別 腦腫瘤知識掌握程度臨床思維能力解決臨床問題能力課程學習興趣學習效率試驗組對照組t P 8.47±0.64 7.67±0.72 3.207＜0.01 8.40±0.74 7.67±0.62 2.955＜0.01 8.67±0.62 7.60±0.63 4.675＜0.01 8.53±0.74 7.47±0.64 4.212＜0.01 8.40±0.63 7.73±0.70 2.729 0.011

2.3 兩組對授課教師的評價比較

調查結果顯示，試驗組學生對授課教師授課條理清晰、知識的延伸與擴展、教學整體滿意度3個方面的評價均高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表3。

表3 兩組對授課教師的評價比較（±s，分）

表3 兩組對授課教師的評價比較（±s，分）

組別 授課條理清晰 知識的延伸與擴展 教學整體滿意度試驗組對照組t P 8.60±0.63 7.47±0.52 5.376＜0.01 8.47±0.64 7.73±0.59 3.254＜0.01 8.33±0.72 7.67±0.62 2.714 0.011

3 討論

3.1 神經外科臨床實習教學中面臨的問題和解決對策

神經外科作為一門實踐性與專業性極強的學科，醫師培養周期較長，臨床醫學五年制本科的理論教學中，對于神經解剖和神經外科疾病理論教學學時有限，課堂教學中學生往往難以理解和掌握基礎理論知識[6]。如何讓實習學生在較短的時間內掌握神經外科常見疾病，將理論知識應用于臨床實踐，解決臨床實際問題，更好地為患者服務，成為臨床教學中面臨的重要問題。近年來，隨著科學技術的進步，醫學影像融合技術已成熟地應用于神經外科臨床中，該項技術可融合CT/MRI多模態的影像數據，進行三維多模態影像融合與構建，實現大腦現實解剖結構與病變的三維立體圖像展示，不僅能夠指導臨床醫生治療和決策，還能夠應用于臨床教學中，豐富教學模式，為神經外科臨床帶教提供全新思路[7]。

3.2 三維多模態影像重建技術可以提高學生理論與技能考核成績

腦腫瘤分為原發性腦腫瘤及腦轉移瘤，由于腦腫瘤分類眾多，生長特點各異，加之大腦解剖結構復雜，對影像學檢查的診斷能力要求高，對于初涉臨床的本科實習學生學習難度大，是實踐教學中的難點。頭顱CT掃描對于腦腫瘤是否伴有鈣化或者腫瘤卒中較MRI有優勢，同時，CT血管增強掃描可以清楚地顯示腫瘤供血情況及腫瘤與血管的位置關系。MRI可以清晰地顯示腫瘤生長的空間位置、腫瘤侵襲的范圍。MRI彌散張量成像可以重建皮質脊髓束，了解腫瘤與皮質脊髓束的位置關系和腫瘤對其的破壞程度，有利于外科醫生手術中更好地保護患者神經功能，提高患者生活質量[8]。但是對于臨床實習學生，通過普通的典型案例多媒體教學方式難以掌握如此復雜的腦腫瘤影像學特點及神經解剖學知識，更難以理解具體的手術方式。本研究表明，試驗組采用3DMMI輔助的CBL教學模式，學生更容易掌握腦腫瘤的理論知識與影像學特點。究其原因，3DMMI技術展現了更易直觀理解的三維可視化模型，不僅可以清晰顯示腫瘤的局部形態，還可以清晰展示腫瘤所處大腦解剖的空間位置，腫瘤與重要的語言功能區、視輻射纖維及運動纖維束毗鄰關系一目了然，學生能很容易理解該腫瘤患者的臨床表現與癥狀體征，教學難點迎刃而解。另外，對于即將投身于臨床一線工作的實習學生，對于了解3DMMI模型如何應用于臨床病例十分感興趣，同時借助3DMMI模型進行對照學習，深化了實習學生對臨床知識的掌握[9-10]。

3.3 三維多模態影像重建技術可以提高學生對教學效果和授課教師的滿意度

本研究顯示，試驗組學生對于腦腫瘤知識掌握程度、臨床思維能力、解決臨床問題能力、課程學習興趣和學習效率5個方面的評價均高于對照組（P＜0.05）；對授課教師授課條理清晰、知識的延伸與擴展、教學整體滿意度3個方面的評價均高于對照組（P＜0.05）。3DMMI重建技術將三維立體圖像呈現給學生，其不僅課堂注意力更加集中，還可以直觀地理解抽象的理論知識，將理論知識應用于臨床實踐，鍛煉了臨床思維及解決臨床問題的能力，從而提升了學習效率[11]。更重要的是，授課教師應用3DMMI，不但能直觀地進行理論教學，而且能結合臨床實際向學生展示外科醫生是如何進行臨床決策，對患者進行個體化診療的。在教學活動中不但有知識的傳授，而且有知識的拓展，對教學的重、難點進行重點講解，利用3DMMI輔助教學，將抽象的解剖學知識轉化為直觀的三維立體影像，使學生更容易理解大腦的立體解剖結構，教學效果得到了顯著提升。

4 結語

三維多模態影像重建技術可以彌補既往神經外科本科臨床實習教學中理論教學的不足，直觀、形象化地指導學生復習神經系統理論知識，加深對神經解剖、功能和神經外科疾病的認識，有助于提高臨床實習學生對神經外科疾病的學習興趣，培養臨床思維，提高解決臨床問題能力，提升學習效率，從而提高教學質量。3DMMI構建病變和實體大腦影像的三維立體結構，是神經外科臨床教學的有效工具，且該模型的應用不受時間和空間的限制，不僅可以應用在課堂多媒體教學活動中，也可以應用于線上教學。但是，本研究的樣本量較小，教學內容僅限于腦腫瘤的臨床教學，因此，對于3DMMI在其他教學領域的應用有待更為深入的探索研究和驗證。