3D虛擬輸尿管鏡在上尿路結(jié)石內(nèi)鏡手術(shù)臨床教育中的應(yīng)用

李朝陽，李向東，張弋，趙國斌

（1.河北北方學(xué)院研究生院，河北 張家口 075000；2.河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院泌尿外科，河北 張家口 075000；3.北京大學(xué)國際醫(yī)院泌尿外科，北京 102206）

軟性輸尿管鏡手術(shù)在泌尿外科上尿路結(jié)石治療中占有重要地位［1］，但該手術(shù)技術(shù)難度大、學(xué)習(xí)曲線長。腎內(nèi)立體構(gòu)造認(rèn)知是軟性輸尿管鏡手術(shù)的基礎(chǔ)，初級(jí)外科醫(yī)生缺乏這方面的能力。CT泌尿系造影（computed tomography urography，CTU）教學(xué)和手術(shù)觀摩等是常用的教學(xué)方法，但CTU二維影像資料缺乏直觀性，手術(shù)過程中也難以進(jìn)行詳盡的教學(xué)和指導(dǎo)［2］。隨著信息技術(shù)級(jí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，3D虛擬技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到神經(jīng)、呼吸等領(lǐng)域［3-5］，在外科技能培訓(xùn)中取得了良好效果，但目前3D虛擬技術(shù)在泌尿系統(tǒng)中的應(yīng)用研究較少。為了探討如何提高初級(jí)外科醫(yī)生對(duì)腎內(nèi)結(jié)構(gòu)和結(jié)石的認(rèn)知能力，本研究采用虛擬輸尿管鏡（virtual ureteroscopy，VU）結(jié)合CTU進(jìn)行前瞻性對(duì)照研究，現(xiàn)將結(jié)果匯報(bào)如下：

1 材料與方法

1.1 材料

選取河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院泌尿外科2017年3月至2018年2月收治的10例腎盂結(jié)石患者的CTU資料（圖1、2）。選取復(fù)雜結(jié)構(gòu)合并多發(fā)結(jié)石病例1例（腎盞數(shù)=8、結(jié)石數(shù)=6）和普通結(jié)構(gòu)合并多發(fā)結(jié)石病例1例（腎盞數(shù)=5、合并結(jié)石數(shù)=3）并編號(hào)1、2作為評(píng)測病例，其余8例隨機(jī)編號(hào)為3～10號(hào)，所有患者接受標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比增強(qiáng)4相CT掃描。以上研究材料的獲取均取得患者或家屬同意，并簽署知情同意書。研究方案經(jīng)過河北北方學(xué)院附屬第一醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

圖1 腎結(jié)石合并腎盂積水CT泌尿系平掃

圖2 腎結(jié)石合并腎盂積水CT泌尿系造影

1.2 材料處理

數(shù)據(jù)上傳后由工程師制作的對(duì)應(yīng)VU數(shù)據(jù)包（北京醫(yī)千創(chuàng)公司）在實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)運(yùn)行顯示（圖3、4）。VU可行腎盞內(nèi)部全貌探查，設(shè)置導(dǎo)航路線和不同探查目標(biāo)，如特定的腎盞或石頭。虛擬探查過程中，用戶可以控制暫停、前進(jìn)、后退或轉(zhuǎn)向。

圖3 腎盂、腎盞內(nèi)及全局導(dǎo)航視圖

圖4 結(jié)石及全局導(dǎo)航視圖

1.3 研究對(duì)象

本組研究對(duì)象共20例。其中，男18例，女2例。均為外科學(xué)碩士研究生。隨機(jī)抽簽后平均分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組。納入標(biāo)準(zhǔn)：外科工作經(jīng)驗(yàn)≤1.5年，3個(gè)月泌尿外科工作經(jīng)驗(yàn)，具備初步閱讀CTU的能力，參觀軟性輸尿管鏡手術(shù)例數(shù)≤15。

1.4 研究方法

1.4.1 首次評(píng)測：對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組同時(shí)各自觀察1～2號(hào)CTU 共10 min，記錄各自觀察到的腎盞和結(jié)石數(shù)。

1.4.2 研究對(duì)象學(xué)習(xí)訓(xùn)練：對(duì)照組人員同時(shí)分別觀察3～10號(hào)CTU 各5 min，實(shí)驗(yàn)組人員同時(shí)觀察3～10號(hào)CTU各5 min，然后再觀察相應(yīng)VU。訓(xùn)練期間由參加過上述患者手術(shù)的泌尿外科專家講解3～8號(hào)CTU，并回答相關(guān)問題，避免研究對(duì)象之間交流學(xué)習(xí)內(nèi)容。訓(xùn)練結(jié)束后研究對(duì)象休息2周作為洗脫期，不進(jìn)行CTU和VU的學(xué)習(xí)。

1.4.3 第2次評(píng)測：洗脫期結(jié)束后，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組再次閱讀1～2號(hào)CTU 10 min，并記錄各自觀察到的腎盞和結(jié)石數(shù)目。

1.5 專家評(píng)價(jià)

由2名泌尿外科專家（軟性輸尿管鏡手術(shù)經(jīng)驗(yàn)≥100例，參加過上訴患者的手術(shù)）進(jìn)行評(píng)價(jià)，專家觀看1～10病例的VU，并與術(shù)中實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比。評(píng)測專家不了解受試人員的具體情況，對(duì)受試人員評(píng)測結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.6 問卷評(píng)價(jià)

研究結(jié)束后，研究對(duì)象對(duì)VU進(jìn)行評(píng)價(jià)。A，幫助大；B，幫助一般；C，無明顯幫助。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 2組測評(píng)結(jié)果

2組人員初次測評(píng)觀察的腎盞和結(jié)石數(shù)組間比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05）。訓(xùn)練后再次評(píng)測，2組觀察的腎盞數(shù)均較初次觀察有所提高，但實(shí)驗(yàn)組識(shí)別腎盞數(shù)和結(jié)石數(shù)比對(duì)照組提高更明顯，組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜ 0.05），見表1、2。

表1 腎盞評(píng)測結(jié)果（±s）

表1 腎盞評(píng)測結(jié)果（±s）

表2 結(jié)石評(píng)測結(jié)果（±s）

表2 結(jié)石評(píng)測結(jié)果（±s）

2.2 泌尿外科專家評(píng)價(jià)結(jié)果

泌尿外科專家通過與術(shù)中實(shí)際情況對(duì)比，發(fā)現(xiàn)受試人員觀察結(jié)果與術(shù)中接近，VU接近術(shù)中實(shí)際情況。

2.3 問卷評(píng)價(jià)

研究結(jié)束后的反饋表顯示，有15例（75.0%）認(rèn)為VU對(duì)提高CTU閱讀及腎內(nèi)結(jié)構(gòu)認(rèn)知能力幫助大，3 例（15.0%）認(rèn)為幫助一般，2例（10.0%）認(rèn)為VU無明顯幫助。

3 討論

上尿路結(jié)石是泌尿系統(tǒng)多發(fā)疾病之一，處理腎內(nèi)結(jié)石軟性輸尿管鏡技術(shù)是一個(gè)有效、安全的治療途徑。目前大多數(shù)醫(yī)院均已開展。然而，軟性輸尿管鏡手術(shù)技術(shù)難度大，學(xué)習(xí)曲線較長［6］，需要泌尿外科醫(yī)生對(duì)腎臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)熟練掌握。

CTU具有簡單快速及參數(shù)多等優(yōu)點(diǎn)，臨床應(yīng)用較普通。臨床醫(yī)師通過觀察圖像對(duì)腎結(jié)石的部位、大小及是否并發(fā)腎盂積水獲得一定的了解，并制定手術(shù)計(jì)劃。但CTU缺乏腔內(nèi)立體可視化，對(duì)初學(xué)者了解腎內(nèi)構(gòu)造幫助較少［7］。初級(jí)外科醫(yī)師觀摩輸尿管鏡手術(shù)時(shí)，顯示器上三維動(dòng)態(tài)腎內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。腎內(nèi)結(jié)構(gòu)、結(jié)石大小及位置個(gè)人差異較大。既往的課堂教學(xué)、臨床實(shí)習(xí)與實(shí)際手術(shù)在視覺感受上存在明顯差異，如何快速的提高初級(jí)泌尿外科醫(yī)師對(duì)腎臟內(nèi)部結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，為開展輸尿管鏡手術(shù)做準(zhǔn)備，值得深入研究。

許多研究［8-10］表明，輸尿管鏡模擬訓(xùn)練是有效的訓(xùn)練方法，虛擬模擬器（virtual reality simulator，VRS）是近年國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。VRS模擬由于接近真實(shí)的手術(shù)環(huán)境，有利于提高醫(yī)生的臨床水平［11］。不過研究對(duì)象多是已具備一定能力的中級(jí)醫(yī)生，缺乏對(duì)初級(jí)外科醫(yī)師的培訓(xùn)和研究［12］。

本研究發(fā)現(xiàn)，通過3D可視化VU模擬訓(xùn)練后，初級(jí)外科醫(yī)師對(duì)腎內(nèi)結(jié)構(gòu)、方位、結(jié)石等方面的理解明顯提高。雖然單純的影像學(xué)授課式學(xué)習(xí)也能提高其認(rèn)知度，但疊加的效果更加明顯。

本研究尚有一定的局限性。研究設(shè)計(jì)僅做了單項(xiàng)平行對(duì)照，且研究考察對(duì)象的數(shù)量較少；訓(xùn)練和洗脫期內(nèi)無法完全避免研究對(duì)象之間就研究內(nèi)容進(jìn)行交流反饋。如果能夠組織多來源對(duì)象參與研究，以及設(shè)計(jì)交叉對(duì)照可能會(huì)更有意義。此外，個(gè)別病例的CTU質(zhì)量和VU圖像質(zhì)量有待提高。

3D可視化VU模擬技術(shù)可以提高初級(jí)外科醫(yī)師對(duì)上尿路結(jié)石病例的腎內(nèi)結(jié)構(gòu)和結(jié)石信息的認(rèn)知能力，可能為進(jìn)一步的軟性輸尿管鏡基本技能訓(xùn)練奠定基礎(chǔ)。3D虛擬內(nèi)鏡技術(shù)以生動(dòng)、視覺化的交互手段，為醫(yī)學(xué)教育提供了思路和方法。本研究中的受試對(duì)象及測評(píng)專家對(duì)于3D VU的效果給予了肯定。此項(xiàng)技術(shù)和方法有可能成為外科教學(xué)的一種有效手段。