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144 医药前沿 2024年4月 第14卷第10期 综合医学Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统在脊柱外科规培医师胸腰椎手术培训中的应用效果分析陈泽群，吴茂聪（通信作者），林婉珺，周 康，张沛荣，韩克栋，吴秋莹，朱黄燕，刘 冰，彭伟洁（茂名市人民医院临床技能培训中心 广东 茂名 525000）【摘要】目的：分析 Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统在脊柱外科规培医师胸腰椎骨折手术培训中的应用效果。方法：选取 2022 年 1 月2023 年 10 月茂名市人民医院经过外科理论和技能培训的 60 名外科医师为研究对象，将2022 年 111 月入脊柱外科规培的 30 名医师作为对照组，采用传统教学方法；将 2022 年 12 月2023 年 10 月入脊柱外科规培的 30 名医师作为研究组，在对照组基础上采用 Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统辅助教学。比较两组规培医师在椎弓根螺钉植入手术理论成绩、实操过程中螺钉引导针穿刺准确性、一次穿刺成功率、穿刺时间、培训后评价等指标。结果：研究组规培医师的理论成绩、穿刺准确性、一次穿刺成功率、穿刺时间、教学评价均优于对照组，差异有统计学意义（P 0.05）。结论：Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统在医学教育和临床实践中具有明显的重要应用前景，值得推广使用。【关键词】脊柱外科；3D 实时重建；虚拟仿真；规培；手术【中图分类号】R681.5【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2024）10-0144-03随着医疗技术水平的不断提升，外科手术的操作呈精细化、立体化发展。由于客观原因的诸多限制，许多传统外科手术方式难以满足高精度的手术要求。在脊柱外科领域中，胸腰椎骨折是最为常见的病症之一，其治疗涉及高度精确的操作技巧。现阶段，主流手术多根据患者术前影像学数据在后期成像软件进行三维重建后进行。手术的主要问题通常集中在术中，但由于医生对内部操作部位的空间缺乏立体化理解，在操作时会因为对细节把的握不足而无法把精细化做到最优1。Sectra 3D实时重建虚拟仿真系统是一种可视化工具，可精确完善术前规划，实现术前在模型上模拟椎弓根螺钉植入，从而指导术中置钉，可以有效提高椎弓根螺钉植入准确率及该手术的术后矫正效果，对缩短手术时间及减少操作相关并发症有着明显的优势。在教学上，传统的传教式授课在外科手术实施阶段存在着内容抽象、载体不足、互动积极性不高、学生理解困难、教学效果差等问题2。在医学教育和住院医师规范化培训过程中，如何有效使用这一技术仍需深入地研究。目前，临床在多年的教学工作中针对住院医师规范化培训做出了多种教学改革的尝试，取得不少成果3-4。本研究针对脊柱外科医师培训周期过长、难度大、带教质量参差不齐等问题，结合了临床教学新技术开展新的培训方式，重点在探讨脊柱外科规培医师使用 Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统在胸腰椎骨折手术中的培训效果。1 资料与方法1.1 一般资料选取 2022 年 1 月2023 年 10 月茂名市人民医院经过外科理论和技能培训的 60 名外科医师为研究对象，将2022年111月入脊柱外科规培的30名医师作为对照组，将 2022 年 12 月2023 年 10 月入脊柱外科规培的 30 名医师作为研究组。研究组男 25 名，女 5 名；年龄 23 33 岁，平均年龄（27.213.54）岁。对照组男 28 名，女 2 名；年龄 24 31 岁，平均年龄（27.113.32）岁。两组一般资料比较，差异无统计学意义（P 0.05），具有可比性，见表 1。表 1 两组培训学员一般资料比较组别人数性别/名年龄（x s，岁）学历/名男女本科硕士及以上研究组3025527.213.541119对照组3028227.113.3210202/t0.5350.6530.131P0.4250.5360.722纳入标准：（1）同意参加本次研究；（2）具有本科及以上学历；（3）取得执业医师资格证书。排除标准：（1）中途退出脊柱外科规培；（2）规培期间缺勤脊柱外科时间 2 周；（3）未完成培训计划。1.2 方法对照组采用传统教学方法。入科后，规培医师接受常规集中统一授课，由教学秘书指定培训计划，安排高年资医师根据教学大纲进行理论授课，包括解剖基础、病理生理、手术介绍、影像基础学习等。理论教学每节课 30 min，每周安排 2 次。在术前常规影像指导下进行椎弓根螺钉植入术培训，每节课 30 min，每周安排 1 次。培训结束后，请学员填写科室自制的教学评价表，对培训效果进行评价。基金项目：茂名市科技计划项目（220414104550567）。医药前沿 2024年4月 第14卷第10期 综合医学 145研究组在对照组基础上采用 Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统辅助教学。技能课由高年资医师采用 Sectra 3D实时重建虚拟仿真系统进行术前讨论、术前模拟手术训练，利用 Sectra 3D 重建行椎弓根螺钉植入手术演练，进行术前计划、路径描绘及三维重建。术前讨论：由科室主任或诊疗组长主持，规培医师进行病例汇报、诊疗计划汇报，带教医师进行疑难重点问题讨论，最终决策出最佳手术方案。术前模拟训练：由带教医师根据术前讨论结果，根据手术安排术式带领规培医师进行虚拟仿真技术辅助下手术模拟训练，时间为 30 min/病例。最后同样在教学活动结束后对教学情况以调查问卷形式统计其学习结果。两组规培医师轮科时间均为 3 个月，其间每位学员均需完成至少 1 例手术操作，由带教医师全程参与培训及考核。1.3 观察指标比较两组规培医师的椎弓根螺钉植入手术理论成绩、实操过程中穿刺准确性、一次穿刺成功率、穿刺时间、教学评价。教学评价采用教学秘书制定的教学评价表，规培医师出科前根据评价表对教学情况进行评价，教学评价内容包括教学方法吸引力、授课内容、思维引导、扩展学习 4 项，总分 100 分，分数越高说明对教学的满意度越高。1.4 统计学方法使用 SPSS 22.0 统计软件进行数据处理。符合正态分布的计量资料采用（x s）表示，采用 t 检验；计数资料用频数和百分率n（%）表示，采用2检验。P0.05为差异有统计学意义。2 结果研究组规培医师的理论成绩、穿刺准确性、一次穿刺成功率、穿刺时间、教学评价均优于对照组，差异有统计学意义（P 0.05），见表 2。3 讨论椎弓根螺钉植入作为脊柱外科发展史上里程碑式的手术，是目前脊柱外科手术中最常用的一种术式，主要用于脊椎 T8 S1 的所有不稳定性骨折治疗中5。椎弓根螺钉植入术是先在椎弓根处打入探针并钻孔，确定到位后再将螺钉植入椎体，然后用十字撑将骨质外露处的螺钉连接起来进而达到稳定骨折部位的目的。但由于脊椎附近有丰富的血管和神经，加上个体差异等因素，导致椎弓根螺钉植入术的风险性非常高。脊椎手术过程中的标志点非常有限，技术操作复杂，导致椎弓根螺钉植入非常困难。确定螺钉通道是手术的一个重点和难点，其准确到位完全依赖于术者的判断，即使是经验丰富的医师，仅凭手感来判断也难免出现意外，因此，现实中脊柱外科医师的培养周期相当长6-7。目前，脊柱外科对于术前的手术模拟，专业内的通用做法是利用术前影像数据在后期成像软件三维重建的基础上进行。现在市面上已有专业公司研发出专门用于椎弓根螺钉植入的三维模拟系统，其程序的开发使用了 TCL 脚本语言，运行时需要在商业化可视化软件AmiraDev3.11 平台上进行，而由于该系统源码的封闭性、软件学习门槛较高及价格问题等原因导致难以在临床和教学上大规模推广应用8。有学者表明，利用计算机辅助立体定向技术如神经导航等能明显降低椎弓根穿刺中穿破骨皮质的概率9。目前，Sectra Workstation 已被应用于部分大型教学医院中，用于医学图像及相关信息的显示、处理和诊断评估，可显示不同来源的图像，还可与各种图像存储和打印设备对接。Sectra 系统可运用电子计算机技术和医学资源，把源于临床真实病例的 CT 或 MRI 重建为三维解剖影像，借助虚拟工具进行切割、分离、组织、还原等操作，观察解剖结构、器官，帮助系统学习并了解真实病例下的解剖结构。利用系统 CT 分析工具，可选择性渲染不同组织，达到临床显示需求，如血管、内脏组织、骨骼、淋巴等。同时可利用现有病例丰富的影像学图片延伸进行基于问题的教学方法（Problem-Based Learning,PBL）讨论教学。有学者进行了一项关于 5 名骨科医生的用户演示 Sectra 系统研究，骨科医生认为此应用程序对手术的术前规划和术中风险规避是适当和有用的10。还有学者进行了一项超声培训的探索性前瞻性观察研究，结果显示，使用 Sectra Table 的新培训项目显著增强了学员进行床旁超声心动图检查的自信心，而且学员的表现评分更高，平均总分为 40.5 分，而传统训练项目为26.5 分，提示了 Sectra Table 的新培训方式在临床教学中的优势11。表 2 两组规培医师的考核成绩及教学评价比较（x s）组别人数理论成绩/分穿刺准确性/%一次穿刺成功率/%穿刺时间/min教学评价/分研究组3080.205.1382.185.9180.3815.3131.105.3790.332.14对照组3074.424.1877.566.4567.2116.2342.533.8280.254.24t4.7842.8933.2339.50011.625P 0.0010.0050.002 0.001 0.001146 医药前沿 2024年4月 第14卷第10期 综合医学在教学方面，有国外学者研发出一种在线的人体解剖平台12。该平台运行基于网页浏览器，主要为专业人士用于解剖学习，该平台的便捷性可明显提高学员对解剖学习的时效性。有研究表示，3D 影像可激发学生的学习欲望，帮助他们加深对生物学中关于变异与不同器官的大小、空间范围及彼此间关系的理解13。虚拟解剖的图像比普通的解剖更清晰，且可在空间上移动解剖图像的优势是具有启发性的14。侯洋等15在骨科实践教学中使用了虚拟现实技术，使用 3D 技术实现人体骨骼肌模型的重建，学生在学习中通过交互学习，可更加直观地理解骨科疾病的结构性改变，提升了学习的积极性。近期有国内耳鼻喉科学者对 SECTRA 3D 实时重建虚拟仿真技术在临床解剖教学中的价值进行了探讨，其研究结果显示该技术辅助教学可以更大程度提高学生对所学解剖知识的掌握程度，同时可以激发学生自主学习的兴趣16。这就是可视化技术在临床教学中的最大优势，器官、组织结构的直视下的视觉刺激是单纯的文字、图片所难以比拟的，这给学生带来了一种全新的体验，极大地促进了教学成果的提升17。本研究结果显示，研究组规培医师的理论成绩、穿刺准确性、一次穿刺成功率、穿刺时间、教学评价均优于对照组，差异有统计学意义（P 0.05）。说明 Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统的使用显著提高了规培学员对手术操作的把握能力，术前的模拟训练达到了理想的效果。该系统提供了高分辨率的脊柱影像学数据和实时导航，使规培医师能够更准确地确定穿刺位置和方向。此外，系统还能够模拟手术前的脊柱结构，使医师在手术前能够进行详细的规划，利用模拟出来的三维结构进行训练。这种可视化和导航工具有助于医师减少操作误差，提高了穿刺的准确性、精确度和成功率，手术中能够更快速地确定穿刺位置，减少了不必要操作和调整时间。综上所述，以 Sectra 3D 重建技术为基础的教学，可以更加充分地运用临床资源，增加教学内容的趣味性，提高学生针对临床问题的自主学习能力，教师可以利用Sectra 3D 实时重建虚拟仿真系统对临床影像数据深度分析，更加直观地展示脏器、血管、骨骼空间构型，让想要教授的内容形式更丰富，支撑手术讨论问题的内容，此种形式的教学具有一定的推广价值。【参考文献】1 陈赞 导航技术在脊柱神经外科的应用J 中国现代神经疾病杂志，2012,12(4):406.2 李维新，毛紫龙，彭立玮，等3D 打印和混合现实技术在脊柱外科住院医师教学中的应用价值 J中国骨与关节损伤杂志，2021,36(11):1231-1232.3 陈泽群，邵奕，张春宁教师标准化病人联合 CBL 在胃肠外科规培教学中的应用 J世界最新医学信息文摘，2021,21(71):364-365.4 李超明，张春宁可视化技术在肿瘤学临床教学中的应用 J继续医学教育，2021,35(1):28-30.5 张恒椎弓根螺钉植入手术导航系统关键技术的研究与实现 D北京：中国科学院大学（中国科学院工程管理与信息技术学院），2017.6 聂虎，牛国旗，周功，等3D 打印技术结合新型胸椎椎弓根螺钉钉道探测器辅助胸椎椎弓根植钉的临床应用 J中国修复重建外科杂志，2021,35(5):586-592.7 岳振宇基于 3D-Slicer 的弥散张量纤维束成像方法在脑功能区病变中的应用研究 D郑州：郑州大学，2021.8 KLEIN S,WHYNE C M,RUSH R,et al.CT-based patient-specific simulation software for pedicle screw insertion J.J Spinal Disord Tech,2009,22(7):502-506.9 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