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肾结石在泌尿外科是一种常见多发疾病。对于复杂性肾结石(铸形结石、鹿角形结石等)或体积较大结石(直径>2 cm)，经皮肾镜碎石取石术(percutaneous nephroscope lithoipsy，PCNL)已逐步取代传统开放手术成为首选术式。穿刺通道的成功建立可以很大程度上提升一次性碎石取石的成功率[1-2]，因此在PCNL中显得尤为重要。建立穿刺通道时，X光定位所捕获的是二维平面图像，缺乏立体感，穿刺角度往往不易把握，同时医护工作者及病人有暴露于放射线的风险；而B超定位清晰度不佳，需要临床经验丰富的医师方能掌握。经皮肾镜手术原理是在皮肤与肾脏集合系统之间建立穿刺通道，从而能有效进行碎石取石术。然而多数初学者对肾脏与第12肋的解剖关系不熟悉，传统的手术示意图又缺乏直观性[3-5]，本文就三维交互技术在经皮肾镜手术临床教学中的应用作一探索。
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以蚌埠医学院2017级、2018级临床医学专业本科生共120名作为研究对象。随机分为观察组及对照组，各60名。2组学生年龄、性别及平时成绩均具有可比性。
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于本院影像科工作站，刻录肾结石病人CT影像数据，导出为DICOM格式，以光盘或硬盘作为存储媒介。对照组采用PPT教学，即借助教师制作的课件和DICOM浏览器中肾脏手术前后的影像资料讲解，帮助学生理解肾脏的解剖特点、PCNL术前规划及手术步骤。观察组采用三维交互技术，建立经皮肾镜穿刺通道模型。将CT影像数据导入mimics软件进行加工处理，导出模型后采用mimics-3matic软件设计交互功能，设计出符合临床手术教学的三维动态模型。这种模型便于学生进行体验式学习。通过虚拟现实术前计划系统进行操作体验，评估手术风险，制定手术方案。再利用虚拟现实手术平台反复操作直到熟练掌握手术的每个步骤。
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(1) 教学结束后，对2组学生进行经皮肾镜穿刺手术相关能力测评(分为理论知识掌握、动手能力和新知识接受能力)。每项分为5个层次，分别为好、良好、一般、差、很差，对应分数5、4、3、2、1分。(2)设计开放性问卷，分别调查对照组学生对传统PPT教学模式，以及观察组学生对三维交互技术教学模式的满意度。问卷包含5个问题：①总体评价；②对理解肾结石疾病是否有用；③对理解手术是否有用；④是否希望使用此教学模式进行教学；⑤对课程是否引起兴趣。每个问题评分最高分5分，最低分1分，1分为根本没用，5分为非常有用。
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采用t检验。
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2组学生的理论知识差异无统计学意义(P>0.05);观察组学生动手能力及新知识接受能力均明显优于对照组(P < 0.01)(见表 1)。
分组 n 理论知识 动手能力 新知识接受能力 观察组 60 4.00±0.51 4.09±0.48 4.15±0.49 对照组 60 3.90±0.69 3.54±0.51 3.43±0.47 t — 0.90 6.08 8.21 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 表 1 2组学生经皮肾镜穿刺手术相关能力测评比较(x±s；分)
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观察组学生对教学模式的总体评价、对理解肾结石疾病、理解手术是否有用以及是否希望使用此教学模式教学和学习兴趣方面均明显优于对照组(P < 0.01)(见表 2)。
分组 n 总体评价 理解
肾结石理解
经皮肾镜教学
模式选择学习兴趣 观察组 60 4.53±0.69 4.06±0.61 4.03±0.59 4.69±0.46 4.81±0.63 对照组 60 3.70±0.54 3.17±0.73 3.34±0.65 3.51±0.55 3.56±0.71 t — 7.33 7.25 6.08 12.74 10.20 P — < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 表 2 2组学生对教学模式满意度比较(x±s；分)
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PCNL已成治疗复杂肾结石的首选术式，如何深刻理解和掌握肾集合系统解剖是初学者学习经皮肾镜手术的重要内容。经皮肾镜手术常用体位是俯卧位，解剖相对位置有所不同。因此对初学者的局部解剖关系及三维想象力有较高要求，导致知识掌握难度增加和学习曲线变长。
传统教学讲解临床知识，影像学资料，学生对学习的内容没有直观认识和想象，难以理解，因此学习兴趣不足。随着技术的发展，出现了新的教学模式[6]。教师以病例为基础，运用三维交互技术对PCNL进行讲解，提供了更丰富、切实、灵活的教学内容，使学生有更加直观的认识，对学生具有吸引力，提高了学生的参与意识及兴趣。既提高了学生理论联系实际的能力，又锻炼了临床操作动手能力和解决实际问题的能力，学生能够充分将理论与临床实践相结合，提高教学效果。目前国内学者[7]已运用三维交互技术在盆腔手术的临床教学工作中取得不错效果，为我们探索新的教学模式树立信心。通过对病人的CT等影像学资料进行分析，使用数据处理平台对数据进行后期处理，再利用计算机技术手段设计三维动态模型，该模型能够清晰地显示结石的大小、形状、位置及手术区域的解剖结构，术前可根据模型明确结石的位置，在模型上模拟穿刺点，进行术前规划，设计出最佳的经皮肾镜穿刺通道。通过对模型的介绍，使学生对肾脏的生理解剖、病变特征及手术规划与步骤的理解有更加直观和深入的认识。在重建图形上，可以清晰辨认肾脏集合系统的解剖结构，减少穿刺通道建立时的损伤。在临床教学过程中，通过自由旋转，全方位展示肾脏的局部解剖结构，使初学者能够更直观地理解手术过程与局部解剖。同时可对重建图形进行局部放大或透明化处理，加强初学者对重要血管和组织结构的保护理念，降低围手术期并发症的发生率。这种教学方法能够充分调动初学者的学习热情，并获得良好的教学体验。在教学效果的评估中，我们看到三维重建图像对于初学者理解肾脏局部解剖和经皮肾镜穿刺通道建立有很大帮助，说明该教学方法具有进一步尝试和改进的价值。
本研究以PPT教学作为对照组，三维交互技术组作为观察组，发现三维交互技术有利于教学活动。而PPT教学是以PPT课件为主进行教学的一种方法，其利用声音、图像、动画等方式能够在一定程度上增加教学的趣味性，被视为传统教学方法中较好的教学方法，但对PCNL临床教学来说仍缺乏直观性和可操作性，学生在遇到肾脏及肾周围等局部较为复杂解剖结构，往往难以理解和掌握，手术操作能力的培养更是效果不佳。
MERTZ[8-9]通过3D打印技术可直接观察肾结石及肾肿瘤的部位，通过术前在模型上反复模拟训练，可在术中精准、快速地处理原发病变，减少不必要的操作，从而提升手术效率。魏晓松等[10]通过三维交互技术成功打印出15例病人的肾结石模型，该模型可清晰地显示出肾结石的大小、位置以及与第12肋的关系。3D打印在教学过程中也存在一些不足之处，如打印的3D模型仍不完善，对骨性结构打印较好，但对肾脏周围组织如血管、神经和肌肉等无法进行打印，对肾脏组织解剖细节的显示也有待提高，因此3D打印技术还有待进一步研究和提高；由于3D打印经济成本较高，目前该技术未能普及。相信在以后该项技术能够日臻完善，为临床教学和工作提供更好帮助。
综上所述，在经皮肾镜手术的临床教学中应用三维交互技术，能够极大地提升初学者学习的趣味性及交互性；参照实时手术，更加生动形象地展示经皮肾镜手术的过程，促进初学者对手术解剖和临床知识的理解，是一种值得推广的教学模式。
三维交互技术在经皮肾镜手术临床教学中的应用
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摘要:
目的评估三维交互技术在经皮肾镜手术临床教学中的应用效果。 方法将120名本科生随机分为2组，各60名，对照组采用传统PPT教学模式，观察组采用三维交互技术教学模式，将CT影像数据导入mimics软件进行加工处理，导出模型后采用mimics-3matic软件设计交互功能，设计出符合临床手术教学的三维动态模型。对2组学生进行经皮肾镜穿刺手术相关能力评估，并采用问卷调查方式对两种教学模式进行满意度调查。 结果观察组经皮肾镜穿刺手术相关能力测评的动手能力和新知识接受能力均明显优于对照组（P < 0.01），对教学模式的满意度也明显高于对照组（P < 0.01）。 结论三维交互技术对于经皮肾镜手术的教学有帮助，是一种值得推广的教学模式。 -
表 1 2组学生经皮肾镜穿刺手术相关能力测评比较(x±s；分)
分组 n 理论知识 动手能力 新知识接受能力 观察组 60 4.00±0.51 4.09±0.48 4.15±0.49 对照组 60 3.90±0.69 3.54±0.51 3.43±0.47 t — 0.90 6.08 8.21 P — >0.05 < 0.01 < 0.01 
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表 2 2组学生对教学模式满意度比较(x±s；分)
分组 n 总体评价 理解
肾结石理解
经皮肾镜教学
模式选择学习兴趣 观察组 60 4.53±0.69 4.06±0.61 4.03±0.59 4.69±0.46 4.81±0.63 对照组 60 3.70±0.54 3.17±0.73 3.34±0.65 3.51±0.55 3.56±0.71 t — 7.33 7.25 6.08 12.74 10.20 P — < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01 < 0.01
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