三维可视化技术在肾盂重建机器人手术教学中的应用

摘    要：

目的:探讨三维可视化技术在肾盂重建机器人手术教学中的作用及效果。方法:选取解放军总医院第五医学中心的40名实习医师作为研究对象,随机分为对照组和观察组,比较两组学生的考核成绩和课程满意度。对照组采用传统的理论教学:手术图谱及二维的CT或MRT图像进行手术规划;观察组采用三维可视化技术教学:重建软件生成的泌尿三维可视化模型及虚拟手术模块,结合手术录像进行手术规划。结果:观察组成绩优秀率明显高于对照组(50%Vs 20%),两组学员的考核成绩差异具有统计学意义(P<0.05);观察组课程满意度显著高于对照组(100%Vs 75%),两组学员的课程满意度差异具有统计学意义(P<0.05)。结论:在肾盂重建机器人手术教学中应用三维可视化技术可提高学员学习兴趣,有利于学员对临床知识点的掌握,增强学员临床实践能力,受到学员们的良好评价,值得在教学中推广应用。

关键词:三维可视化;机器人肾盂重建手术;教学;

Application of 3D visualization technology in the teaching of robotic surgery for renal 

pelvis reconstruction

LI Xuechao YANG Tao

KONG Lingsheng

ZUO Shidong ZHANG Yongjie CHEN Ljun

Medical School of Chinese PLA Department of Urology, the Fifth Medical Centre, Chinese PLA

General Hospital

Abstract：

Objective: To explore the role of three-dimensional(3D) visualization technology in the teaching of robotic surgery for renal pelvis reconstruction. Methods: 40 interns from the Fifth Medical Center of PLA General Hospital were randomly divided into the control group and observation group, and the assessment results and course satisfaction of the two groups of students were compared. The control group was given traditional theoretical teaching, students were trained with surgical map and two-dimensional CT or MRT images in surgical planning. The observation group was taught with 3D visualization technology, which was combined with the surgical video, 3D urinary visualization model and virtual surgical module generated by reconstruction software. Results: The rate of excellence in the observation group was higher than that of the control group(50% Vs 20%), and the difference was statistically significant(P<0.05). The degree of satisfaction in the observation group was significantly higher than that in the control group(100% Vs 75%), and the difference was statistically significant(P<0.05). Conclusion: The application of 3D visualization technology in the teaching of robotic surgery for renal pelvis reconstruction could increase students' learning interest and improve their clinical practice ability, which is worth of popularizing in clinical teaching.

Keyword：

Three-dimensional visualization; Robotic surgery for renal pelvis reconstruction; Teaching;

随着科学技术的发展，以融合腹腔镜技术、内镜技术和介入技术为特点的微创泌尿外科手术逐渐取代了传统开放性泌尿外科手术[1]。泌尿外科绝大多数手术可以通过微创手术来完成，目前机器人技术以其独有的优势已广泛被临床医生及患者所采用[2]。三维重建技术能够呈现完整的解剖形态与空间关系，它与机器人辅助腹腔镜技术的联合应用，实现了“数字医学”与“精准医学”完美融合，可在术前规划、术中导航等方面带来新的突破[3]。临床实践能力培养是医学生教育中非常重要的环节。它既是国家临床医师培养目标的硬性要求，也是医学生毕业后开展临床工作的基本能力要求。如何在实习阶段让学生快速了解、掌握机器人手术基本知识和技能是每一位带教老师的基本任务。笔者在泌尿外科实习生的带教过程中发现，将三维可视化技术引入教学，可提升实习医师对复杂肾盂重建手术的术前规划能力和手术路径的理解能力，取得了满意的教学效果，现总结报道如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2021年中国人民解放军总医院第五医学中心实习的40名临床本科医学生作为研究对象，按照不同的教学方式将其分为对照组和观察组两组，每组20人。其中对照组学生男性10人，女性10人，年龄21～24岁，平均年龄为（22.15±0.75）岁；观察组学生男性11人，女性9人，年龄21～23岁，平均年龄为（22.05±0.51）岁。两组实习生均接受了肾盂重建机器人手术专科培训，教学过程均由同1名高年资主治医师带教。两组实习医师年龄、性别、接受培训时间等基线信息的差异无统计学意义（P>0.05）。

1.2 方法

对照组：应用传统教学模式（基础理论—二维影像—视频教学—手术观摩）进行教学指导，由带教老师准备教学方案，制定教学大纲，根据方案进行具体教学。基础理论包括疾病概述、手术图谱等，二维影像包括超声、CT或MRI图像，播放手术视频，讲解手术相关流程，包括患者体位的摆放，机器人手术Trocar的设计，手术步骤和要点及可能并发症等情况；带领学员观摩手术并考核。

观察组：应用三维可视化技术教学模式（基础理论—三维可视化重建影像—视频教学—手术观摩）。带教老师讲解机器人肾盂重建手术病例的三维重建资料，向学生展示虚拟手术设计（如图1～4），同时将解剖知识、手术步骤、术中注意事项及紧急情况的处理措施融入其中一并讲解。

1.3 观察指标

对以上两种教学方法在临床教学后进行考核。考核成绩包括：理论考核成绩（80分）和实践操作考核成绩（20分），总计100分，并发放临床教学满意度调查表。考核内容按照教学大纲及实习内容，优秀：成绩≥80分，一般：60分≤成绩<80分，不及格：成绩<60分；满意度分为：非常满意、满意、不满意3个级别，满意度=非常满意+满意/总人数。

1.4 统计学分析

所有数据采用SPSS 22.0软件分析处理，计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本t检验；计数资料以n（%）表示，组间比较采用χ2检验，以P<0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 教学成绩比较

观察组理论得分高于对照组得分[（70.10±3.91）分Vs (64.10±5.97）分]；观察组操作得分高于对照组[（13.75±2.17）分Vs (10.60±2.14）分]；观察组总分高于对照组[（83.85±4.72）分Vs(74.70±7.00）分]。观察组各项得分优于对照组得分，两组学生理论得分、操作得分及总分差异均有统计学意义（P<0.05），见表1。

2.2 教学效果比较

观察组成绩优秀10人，优秀率50%；对照组优秀4人，优秀率20%；观察组教学效果明显优于对照组，差异具有统计学意义（P<0.05），见表2。

2.3 教学满意度比较

观察组非常满意8人，满意12人，满意度100%；对照组非常满意4人，满意11人，满意度75%。观察组学生满意度明显优于对照组，差异具有统计学意义（P<0.05），见表3。

3 讨论

肾盂输尿管连接处梗阻（Ureteropelvic Junction Obstruction,UPJO）是引起肾积水的一种常见尿路梗阻性疾病，多为先天性，长时间梗阻常导致继发性肾结石形成，也增加了泌尿系感染、肾实质萎缩及肾功能受损的风险[4]。目前腹腔镜肾盂成形术及机器人辅助腹腔镜肾盂成形术逐渐被临床医生及患者所接受，并逐渐取代了开放手术[5]。高质量的机器人肾盂重建手术教学是外科实习医师带教培训的重要内容。临床专业学生实习阶段需要在医院跟着带教医生参与临床医疗活动，也是将理论知识与实践相结合、进一步巩固知识的一个重要过程[6]。在学生实习过程中，带教医生如何引导学生快速、有效的将理论知识与临床病例相结合，并有效的掌握相关理论及实践操作知识，尤其是对外科基本操作的掌握及常规手术步骤的理解至关重要。

肾门区解剖结构复杂，空间狭小，输尿管狭窄段与毗邻扩张的肾盂、肾动脉、肾静脉、生殖静脉、腹主动脉、下腔静脉及十二指肠等关系密切，手术风险较大。既往教学都是从临床CT、MRI等二维图像获得解剖信息，包括病灶定位、主要血管及输尿管走行及与肾盂关系等。在本研究中，对照组采用这种传统教学，学生很难在短时间内建立起理论和认识的结合，成绩（74.70±7.00）分明显低于观察组（83.85±4.72）分；并且对照组教学满意度75%低于观察组100%。实习医师由于临床经验缺乏，根据二维图像在术前很难建立清晰地空间认知和解剖关系，进而影响后续教学中对手术视频的理解，后续的手术规划及临床实践更是困难重重。传统的教学方法并不理想，有待进一步改进和提高。

近年来，由于三维可视化技术的快速发展，使精准外科日益完善[7]。通过三维重建技术，医师们能够在机器人手术前通过软件测量肾盂积水体积[8]，并对三维图像多角度旋转，观察输尿管狭窄具体位置和精确长度，以及与脉管的关系，帮助医师在三维图像上进行切割范围模拟，调整手术方案，提高手术安全性[9]。带教医生可将三维图像应用于教学，三维图像对肾脏、肾盂、输尿管等泌尿系统进行分割、分步隐藏、透明化等展示，可清晰地显示肾盂需要重建的位置及范围，教学获益明显，观察组学员的成绩及满意度明显高于对照组。实习阶段是临床学生由理论学习进入实践的关键过渡时期，尚缺乏外科手术操作基本知识，带教医生出于安全考虑，往往安排学生在旁边观摩、学习。尽管现代微创外科通常会有影像设备便于近距离呈现手术过程，但实习学生往往对局部的操作无法建立整体认知，尤其肾盂重建这种需要精细设计的手术。通过三维重建技术进行解剖教学和手术规划，有益于学生的快速及整体理解、掌握手术具体操作过程。有研究报道了肾部分切除术前CT三维可视化评估标准的初步探究，通过CT三维可视化可清晰显示肿瘤解剖参数及血供、脂肪等信息，重建的三维图像导入机器人操作系统即可完成术中辅助导航，帮助手术医师更好地把握手术过程[10]。成人肾脏异位血管的发生率约20%，在UPJO患者中，其发生率约38%～71%[11]。传统二维图像很难对肾脏异位血管的存在做出准确判断，教学过程中老师也只是根据手术经验讲解肾脏异位血管的存在，而无法形象展示。医师通过旋转、隐藏重建的三维影像，从而向学生清晰地展示肾脏的异位血管，这无疑对教学大有帮助，有助于判断肾盂重建过程中异位血管的保留或切除。本文中观察组成绩优秀率明显高于对照组（50%Vs 20%），充分体现了三维影像重建技术在教学中的促进作用。

机器人肾盂重建手术的难点在于重建过程的实施，包括患者体位的摆放，机器人入路Trocar的设计，病变组织的切除范围，重建肾盂的起点和止点，重建组织的旋转角度等。传统教学模式很难讲解清楚具体的重建过程，需要临床医生通过实际操作后慢慢体会及领悟，而对于实习生来讲根本搞不懂、学不清，进而影响学生的临床兴趣，甚至因此放弃选择该专业。三维重建技术一大优势就是可通过动画形式模拟切除手术切除范围及重建缝合方式，虚拟手术操作过程，可对各具体操作步骤进行标准化的测量，重复、暂停、旋转、放大、缩小等操作，可从各个角度展示手术细节，教学中可联合真实手术录像进行结合教学，让学生确实听的懂，看的清，真正在进入实践手术操作前彻底明白手术设计和手术步骤，提高教学质量。此外，也有学者提出三维重建联合导航技术是一种将多模态信息整合技术，学生或年轻医师可以在工作站进行仿真手术、术前计划、合理选择手术入路，并根据手术需要重建相关内容，提高了医学生的学习主动性，高度调动了年轻医师的积极性[12]。肾盂重建机器人手术患者体位的摆放及Trocar的建立也可通过三维重建技术进行整体的演示，便于年轻医师对复杂肾盂重建手术的学习和理解。总之，采用三维可视化技术的教学方法显著提升了实习医生对机器人复杂肾盂重建手术的理解和术前规划能力，取得了满意的教学效果，值得推广。

参考文献

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