謝理哲 胡軼寧 孫超 吳大明 趙楨祺 周廣超 嚴(yán)斌

口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的教學(xué)目標(biāo)是訓(xùn)練學(xué)生對頜面部不同影像的觀察、分析、歸納與總結(jié)的能力，提高學(xué)生對不同口腔頜面疾病影像學(xué)表現(xiàn)的理解，作出準(zhǔn)確的影像學(xué)診斷，具有較高的理論理解和實(shí)踐應(yīng)用的要求[1-2]。現(xiàn)有的口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)方式通常采用教科書、示例圖譜等以二維影像展示為基礎(chǔ)的教學(xué)手段進(jìn)行教授，對具有三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)的解剖結(jié)構(gòu)和異常區(qū)域難以很好的詮釋，難以適應(yīng)口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的教學(xué)要求。

立體視覺（Stereo Vision）是基于視差原理并利用成像設(shè)備從不同的位置獲取被觀測物體的兩幅圖像，通過計(jì)算圖像對應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息的方法。上世紀(jì)的60年代中期，美國MIT（Massachusetts Institute of Technology）的Roberts通過從數(shù)字圖像中提取簡單規(guī)則多面體的三維結(jié)構(gòu)，通過對物體的形狀和空間關(guān)系進(jìn)行描述，重現(xiàn)了三維場景，標(biāo)志著立體視覺技術(shù)的誕生[3-4]。上世紀(jì)80年代初，Marr首次創(chuàng)立了視覺計(jì)算理論框架[5]，該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展使得人們能借助專有設(shè)備觀察三維立體的物體圖像完成立體顯示系統(tǒng)的構(gòu)建。

Technology Based Learning是指基于新興的科學(xué)技術(shù)的教學(xué)模式[6]，其主要利用新興的科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)中的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)手段的改進(jìn)，在現(xiàn)今有著越來越重要的地位。本文嘗試將立體視覺這種新興技術(shù)引入口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的教學(xué)中，針對傳統(tǒng)基于二維影像片的影像學(xué)教學(xué)手段的局限性，豐富現(xiàn)有口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)手段，探索立體視覺技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像學(xué)這類對三維空間理解有著較高要求課程中的應(yīng)用效果。

1 教學(xué)方法與對象

1.1 對象

教學(xué)對象為2016—2017學(xué)年南京醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院2012級五、七年制口腔專業(yè)學(xué)生共82名，同時(shí)接受口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的基礎(chǔ)理論知識學(xué)習(xí)。教學(xué)示例的收集包括牙和牙周組織疾病、頜骨炎癥、頜面部囊腫以及腫瘤、顳下頜關(guān)節(jié)疾病，同時(shí)收集典型病例的完整醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)，包括三維CBCT數(shù)據(jù)與二維X線片（如牙片與全景片）數(shù)據(jù)。

1.2 方法

教學(xué)模式：口腔頜面醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)中，一般以傳統(tǒng)的課堂講授方式為框架，輔以多媒體幻燈課件和板書進(jìn)行理論知識的教授，主要利用文字說明和影像片示例對基礎(chǔ)知識點(diǎn)進(jìn)行闡明和展示。我們利用錐形束CT（Cone Beam Computed Tomography，簡稱CBCT）重建出的三維影像數(shù)據(jù)，并顯示于自主研發(fā)的交互式裸眼3D實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)。分別從軸位、冠狀位和矢狀位以及任意切面和角度在三維空間進(jìn)行口腔頜面部組織的展示，實(shí)現(xiàn)對組織多角度、多斷層的觀察，幫助學(xué)生熟悉三維解剖結(jié)構(gòu)與二維影像之間的空間聯(lián)系與對應(yīng)關(guān)系，特別是對病變區(qū)域的組織結(jié)構(gòu)變化及其相應(yīng)影像改變的深入理解，提高學(xué)生對口腔頜面醫(yī)學(xué)影像的診斷和分析能力。

采用Mimics軟件（Materialise，美國）對CBCT采集的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建。利用我們自主開發(fā)的交互式裸眼3D顯示系統(tǒng)對CBCT三維影像數(shù)據(jù)可視化。該系統(tǒng)支持用戶實(shí)時(shí)控制繪制目標(biāo)的縮放，旋轉(zhuǎn)以及視角變換，且只需要一個(gè)裸眼3D專用顯示器，對輔助設(shè)備依賴較小，使用靈活性高，非常便于課堂教學(xué)的使用。CBCT的重建效果如圖1，顯示效果如圖2，由于裸眼3D的效果必須配合專用的顯示器顯示，該圖只能展示傳統(tǒng)顯示器上的顯示效果，教學(xué)現(xiàn)場圖如圖3所示。

1.3 教學(xué)效果評價(jià)

教學(xué)效果的評價(jià)主要包括：（1）學(xué)生考核：教學(xué)完成后，每個(gè)學(xué)生分別對指定影像片的影像學(xué)特征進(jìn)行描述、診斷和解釋。由兩名口腔影像學(xué)專家對學(xué)生的描述、理解和診斷內(nèi)容等進(jìn)行考核，考察學(xué)生對理論知識特別是解剖結(jié)構(gòu)以及影像片特征的理解、掌握和分析能力。評分登記為優(yōu)、良、中和差。對于描述正確、理解無誤、診斷無重大錯(cuò)誤的評級為中，不滿足該條件的評級為差，對于描述基本完善、理解具有一定深度、診斷基本正確的評級為良，優(yōu)于該條件的評級為優(yōu)。（2）網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查：針對基于立體視覺的教學(xué)模式設(shè)置調(diào)查內(nèi)容，包括講授明晰度、課堂互動(dòng)度、教學(xué)幫助度和課程滿意度，由學(xué)生填寫該門課程網(wǎng)絡(luò)問卷進(jìn)行打分。（3）教學(xué)督導(dǎo)組評估：由5名具有多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的老師組成教學(xué)督導(dǎo)組，對現(xiàn)場教學(xué)效果進(jìn)行評估，包括教師的講授方式的規(guī)范性、知識闡明的清晰性、邏輯性等方面，評價(jià)等級為優(yōu)、良、中、差。

圖1 CBCT的重建結(jié)果

圖2 三維顯示效果

圖3 教學(xué)現(xiàn)場

2 教學(xué)結(jié)果

學(xué)生考核的優(yōu)良率為87.7％，無差評。共82名學(xué)生進(jìn)行了網(wǎng)上打分，98.75％對教學(xué)效果滿意，對教學(xué)模式感興趣，覺得教學(xué)模式對學(xué)習(xí)理解有幫助。網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查結(jié)果顯示，教師重視度高，講課明晰，課堂互動(dòng)度好，課程總體滿意，綜合評分為99.43分，教學(xué)幫助度為99.14分。結(jié)果如表1所示。教學(xué)督導(dǎo)組的抽查結(jié)果為優(yōu)，認(rèn)為利用立體顯示系統(tǒng)的教學(xué)方式新穎、講解生動(dòng)，通過真實(shí)的病例資料以及高清晰多維度的影像分析，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，更好地訓(xùn)練學(xué)生的思維能力、理解能力和實(shí)踐能力。

表1 教學(xué)效果評測結(jié)果

3 討論

對口腔頜面醫(yī)學(xué)影像的理解是影像學(xué)教學(xué)的重要部分，是學(xué)生鞏固、復(fù)習(xí)所學(xué)理論及提高實(shí)際閱片能力的重要基礎(chǔ)同時(shí)，結(jié)合解剖、病理、生理、臨床，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維和創(chuàng)新意識[7-9]。而現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)通常為采用教科書、示例圖譜進(jìn)行教授，盡管可結(jié)合影像片展示、多媒體課件等基礎(chǔ)教學(xué)手段進(jìn)行知識講授，教學(xué)模式仍然比較簡單、抽象，容易造成理論與實(shí)踐脫節(jié)。學(xué)生常常能記得很好的理論知識卻依然對影像片的理解不夠，導(dǎo)致面對各種復(fù)雜多變的臨床情況，學(xué)生對影像片的判斷的難度更高，準(zhǔn)確度更低。此外，由于傳統(tǒng)教學(xué)模式受外部環(huán)境的影響較大，其不僅受到資料數(shù)量的限制，還受個(gè)人視力、影像圖像質(zhì)量、環(huán)境照度等諸多因素的影響[10-11]，學(xué)生對知識的接受程度不均等。在口腔顱頜面的影像學(xué)診斷教學(xué)中，傳統(tǒng)的授課內(nèi)容中通常只有二維的影像片，學(xué)生首先需要很好的空間想象力才能構(gòu)建出復(fù)雜的顱頜面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步理解各種病區(qū)的結(jié)構(gòu)改變以及其對于二維影像片的影響，理解病區(qū)及其形成二維影像的圖像特征的原因及其邏輯關(guān)系。對于一個(gè)初次接觸口腔頜面影像學(xué)的醫(yī)學(xué)生，其難度相當(dāng)大。對老師而言，采用教科書或示例片授課，單純用語言表達(dá)描述一個(gè)立體概念講述復(fù)雜的病區(qū)結(jié)構(gòu)變化情況，并講授其對周圍組織、環(huán)境的影響同樣十分困難。這樣的教學(xué)過程是老師機(jī)械的灌輸，學(xué)生應(yīng)付性的死記硬背，并沒有真正掌握醫(yī)學(xué)知識。

隨著計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新興技術(shù)被應(yīng)用于不同學(xué)科的教學(xué)中，促進(jìn)了各學(xué)科教學(xué)環(huán)境和授課模式的改變，引發(fā)了教學(xué)的革新[12-13]。隨著醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了立體視覺技術(shù)，本文嘗試將該項(xiàng)技術(shù)引入口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的教學(xué)中，在計(jì)算機(jī)上重建出口腔頜面部解剖結(jié)構(gòu)的多方位、多角度的三維影像模型，并且方便地在教學(xué)課堂上進(jìn)行展示。在教師方面，該項(xiàng)技術(shù)的引入解決傳統(tǒng)教學(xué)中的二維教學(xué)手段的局限與三維知識理解要求的矛盾。將傳統(tǒng)教學(xué)中抽象的、教師難以講述清楚的部分轉(zhuǎn)化為形象的、可直觀展示觀察的、易于講授的部分。便于教師對人體相關(guān)知識的教授?；趯θS解剖結(jié)構(gòu)和影像成像關(guān)系的理解，不再是一種死記硬背的學(xué)習(xí)方式，基于理解之后的臨床和影像知識的掌握，更利于臨床知識的靈活應(yīng)用。學(xué)生方面，在立體視覺技術(shù)的支持下進(jìn)行口腔顱頜面影像診斷學(xué)教學(xué)，能實(shí)時(shí)提供豐富的多層次、多角度圖像，更加生動(dòng)、全面地展示口腔疾病的影像學(xué)特征，顯著提高學(xué)習(xí)的趣味性，顯著提高學(xué)生的閱片能力，也受到學(xué)生的歡迎。

在教學(xué)實(shí)踐中，我們也發(fā)現(xiàn)該教學(xué)模式存在一些需要改進(jìn)的地方。如帶教老師對虛擬顯示系統(tǒng)的應(yīng)用能力直接影響教學(xué)進(jìn)程的流暢度、教學(xué)模式對學(xué)生的吸引力以及學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的接受度。因此，教師需要接受適當(dāng)?shù)奶摂M顯示系統(tǒng)應(yīng)用的相關(guān)知識的培訓(xùn)。該項(xiàng)技術(shù)的引入對教學(xué)質(zhì)量的提高以及醫(yī)學(xué)生未來的臨床實(shí)踐都有著十分重要的意義。

綜上，影像學(xué)教學(xué)對圖像的依賴度較高，對空間想象力和理解力要求較高，傳統(tǒng)僅僅基于二維X線平片的教學(xué)模式對老師的語言解釋能力、授課技巧以及學(xué)生的理解能力依賴程度較高，該項(xiàng)技術(shù)在口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)中的引入，豐富了現(xiàn)有口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)教學(xué)手段，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)將抽象的內(nèi)容做一個(gè)更好的詮釋，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生影像學(xué)知識點(diǎn)的深入理解，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力，提高學(xué)生解決臨床問題的能力，提高口腔頜面醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)的教學(xué)效果，具有較好的應(yīng)用前景。