数字肺技术结合CBL在外科专业型硕士规范化培训中的应用

Application of Digital Lung Technology Integrated with CBL in the Standardized Residency Training of Surgical Postgraduates with Professional Degree

摘要

在教育现代化背景下，构建高质量数字化教学平台已成为跨学科融合与科教协同培养创新型人才的重要支撑。住院医师规范化培训是专业学位研究生向合格临床医师过渡的关键阶段。目前，中国外科专业学位研究生在临床诊疗能力与操作技能的培养方面仍面临一系列挑战。为应对传统教学模式存在的不足，西安交通大学第一附属医院胸外科团队立足科室实际情况，于2024年1月—12月期间，随机选取在该科接受规培的临床专业学位研究生作为研究对象，并将其分为对照组与试验组。对照组采用CBL联合PACS系统二维影像教学，试验组则采用CBL联合数字肺技术及胸腔镜手术视频教学。两组的考核成绩与教学满意度比较结果显示，试验组在理论考核与技能操作考核中的得分均显著高于对照组（P<0.05）；试验组对教学模式的总体满意度也显著高于对照组（P<0.05）。研究表明，数字肺技术结合胸腔镜手术视频与CBL教学的融合应用，能有效提升教学效果，并提高学员的教学满意度。

Abstract

Under the context of educational modernization, the establishment of a high-quality digital teaching platform has become a crucial support for cultivating innovative talents through interdisciplinary integration and the synergy between scientific research and education. Standardized residency training is a key transitional phase for postgraduates with professional degree to develop into qualified clinical physicians. Currently, surgical postgraduates with professional degree in China still face a series of challenges in the cultivation of clinical diagnosis and treatment capabilities as well as practical operational skills. To address the limitations of traditional teaching modes, the Thoracic Surgery Department of the First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University, based on its departmental practice, randomly selected clinical professional postgraduates with professional degree to undergo standardized training in the department from January to December 2024 as the study subjects. The control group received teaching combining Case-based Learning (CBL) with PACS-based two-dimensional imaging, while the experimental group received teaching combining CBL with digital lung technology and thoracoscopic surgical videos. By comparing the assessment scores and teaching satisfaction between the two groups, the results showed that the experimental group achieved significantly higher scores than the control group in both theoretical and skill-based assessments (P<0.05). Furthermore, the overall teaching satisfaction in the experimental group was higher than that in the control group (P<0.05). The study indicates that the integrated application of digital lung technology, thoracoscopic surgical videos, and CBL teaching can effectively enhance teaching outcomes and improve trainees' satisfaction with the instruction.

Graphical abstract

关键词

数字肺技术 / CBL / 专业学位研究生培养

Key words

Digital lung technology / CBL / Cultivation of postgraduates with professional degree

肺癌的死亡率居全球恶性肿瘤之首，手术治疗是早期肺癌的首要治疗方式^［1］。此外，肺部良性病变如肺结核、支气管扩张和肺部良性肿瘤等疾病也可能需要手术治疗。胸部计算机断层扫描（CT）作为常规体检项目在临床广泛应用，使得越来越多的肺小结节被检出。当前许多研究认为，针对肺小结节等极早期肺部疾病，采用亚肺叶切除术（肺段切除术或楔形切除术）可取得良好疗效。多项随机对照试验证实，对于早期肺癌，亚肺叶切除术在保持与肺叶切除术相当生存获益的同时，能更好地保留肺功能^［2-3］。然而，实现术中精准肺段切除面临肺内部解剖复杂性与传统二维CT影像局限性的技术瓶颈。在新医科建设的背景下，跨学科融合培养复合型创新人才为医学教学提供新路径^［4］。数字肺技术是将CT影像、计算机软件和高级图像技术进行整合，最终生成肺脏三维立体结构模型的一项新兴技术，可以很好地反映扫描部位的肺叶及肺段分布、结节的位置、支气管与血管等的走行及毗邻关系，有助于胸外科医生进行靶段病灶精确定位、辅助术前规划切除范围及入路选择^［5］。

临床医学专业学位研究生培养与住院医师规范化培训并轨是高层次应用型人才培养的一种重要改革模式，有助于推动医教协同发展^［6］。“新医科”背景下，外科研究生培养体系正与住院医师培训相结合进行改革，以探索培养优秀外科医生的新路径^［7-8］。目前，中国的胸外科专业学位研究生培养中面临胸外科解剖结构复杂、影像教学立体化不足、实践机会有限及学生学习兴趣不足等诸多问题与挑战^［9］。在此背景下，数字肺技术可对肺脏等器官进行三维重建，从任意角度和任意图层综合分析各种感兴趣的结构，更立体和直观地展示复杂的解剖结构，如病变的位置和毗邻，以便于规培医生学习记忆，提高学习兴趣^［10-11］。以案例为基础的学习（Case-based Learning，CBL）即教师给出病例，学生以小组为单位对病例展开分析与讨论^［12］。类似以案例为基础的线下互动教学与融合线上资源的混合教学模式在培养临床思维与提升学习主动性方面展现出优势^［13-14］。本研究采取随机对照研究，应用西安交通大学第一附属医院胸外科现有的数字肺平台进行规培生培训，促进学生临床和科研思维的养成，完善现有临床技能训练模式，探索更适合胸外科学临床专业研究生培养体系。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象及分组

本研究选取2024年1月—12月在西安交通大学第一附属医院胸外科接受住院医师规范化培训的72名临床专业学位研究生为研究对象，男生50名，女生22名。随机分为试验组（n=36）和对照组（n=36），为确保组间基线的均衡性，随机化过程由不参与教学和评估的独立研究人员完成。规培生为2021级至2024级外科、胸心外科、泌尿外科及神经外科等轮转到胸外科的专业学位研究生，研究期间无学员退出。

1.2 研究方法

对照组使用CBL教学法联合PACS平面影像系统的教学方法，CBL教学即由教师首先对授课内容进行简要介绍，然后从临床实践中选取所学病种的典型病例。学生基于此病例，以小组为单位分工合作，查阅课本和文献，梳理患者的病程书写病历，分析患者的病理生理变化，并重点对患者的影像检查、病理结果及解剖分析等进行讨论并汇报展示。CBL教学的周期为两周，每个病例进行一次集中汇报和讨论。学生对该病例的影像资料的学习采用PACS平面影像系统，并由教师对PACS平面影像系统的影像资料进行详细地讲解。

试验组采用CBL联合数字肺技术及手术视频的培养方式。CBL教学方法的实施（病例选择、讨论内容和汇报频率）与对照组完全一致。确保两组间唯一的变量为影像学学习工具及是否结合手术视频。试验组教学的相关流程如下。

病例筛选：由两名高年资胸外科医师根据规培大纲，共同筛选出涵盖肺结节（磨玻璃结节、实性结节）、早期肺癌、肺结核、肺错构瘤及其他肺部良性肿瘤的典型病例。

数据采集与三维重建：收集所选病例的胸部薄层增强CT原始数据（层厚≤1mm），授课教师使用联影软件进行三维重建。重建过程包括自动分割与手动修正，确保支气管、动脉、静脉及病灶被准确、清晰地标识出来，并可分别或组合显示（如图1所示）。重建模型可实现360度旋转、透明化处理、选择性隐藏/显示特定结构，并能进行虚拟肺段分割和手术切缘模拟。

视频匹配：为每个病例的三维模型匹配其对应的胸腔镜手术全程录像，并对关键步骤（如血管处理、支气管离断、段间平面显露等）进行标注和解说。

教学所选用的三维重建模型和手术视频片段在试验组CBL教学时由一名与对照组相同的教师进行讲解，手术视频可供学生课后反复观看，数字肺系统也可供学生课后练习使用。

数字肺资源库：将所有病例的二维CT及对应的三维重建模型保存在独立电脑，并清晰标注患者的相关信息，该电脑仅对试验组学员开放权限。规培生可随时随地进行学习和模拟操作。学习期间，两组规培生均按计划进入手术室观摩和参与胸外科常见手术。试验组学员在观摩前，被要求利用数字肺模型对当日手术进行预习和规划；观摩后，可再次回顾模型与视频，加深理解。

资料库对试验组研究对象完全开放。试验组对象可以进入资料库，选择教学所需的病例数字肺资料，既可以宏观地认识肺部所有正常和病变的解剖结构又可以查看局部的解剖特点，更好地理解疾病位置、大小、病变的严重程度以及与周围组织的关系。学习期间规培生需要进入手术室参观和参与胸外科常见手术如：肺叶或肺段切除术、全肺切除术、楔形切除术等，术中教师在逐层解剖过程中解说解剖结构和演示手术操作，使学生深刻理解和掌握胸部解剖知识以及手术要求和手术技能。

试验组和对照组由同一教学经验丰富的副主任医师进行授课，从而保证两组规培医生的学习效果。

1.3 教学效果评估

在两组的胸外科规培结束后，我们先后通过闭卷理论考试、实践技能考核及问卷反馈收集这三项措施来评估教学效果。理论考试部分采用百分制问卷形式，主要考查两组规培生对胸部解剖与疾病病理的系统掌握，对疾病的准确诊断、鉴别和制定治疗方案的能力。通过问卷多维度的问题设置来综合评估规培生在胸外科领域的综合素养。实践技能考核包括手术提问、接诊患者和CT影像判读三部分，考查学生的医患沟通能力，解决实际临床问题能力以及团队沟通协作能力。其中手术提问部分共25分，挑选典型手术视频进行播放，由科室内高年资主治医师（对学员的分组情况不知情——单盲评估）根据统一的评分标准，对学员进行提问和打分。提问内容包括解剖结构、手术过程，患者病理学和生理学改变以及术后并发症的处理，从而考查规培生对胸部解剖的熟悉程度和对术中操作的理解程度。接诊患者部分共25分，由两组学员分别独立接诊初步诊断为“肺结节”入院后准备手术的患者，考查病史采集和沟通能力。CT影像判读部分共50分，通过两组学员分别独立阅读同一组5位患者的影像结果，考查结节定位能力和CT影像阅读能力，两项考核内容各占25分。使用自制等级问卷从多个维度调查学员满意度：包括胸外科学习兴趣与手术认知、临床思维与知识技能的培养，以及总体教学评价，由规培生以无记名的方式对培养效果进行打分。

1.4 统计学方法

采用SPSS 20.0软件对数据进行分析。正态分布的计量资料以（x±s）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为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组规培生一般资料比较

该研究一共入组72名学员，试验组和对照组各36人，两组学员的基线资料比较见表1。资料比较的结果显示，两组学员在性别、规培年级、规培专业上差别不具有统计学意义（P>0.05），基线资料具有可比性。

2.2 两组规培生理论考试和技能考核成绩比较

理论考试成绩比较显示，试验组（89.61±8.69）分显著高于对照组（84.08±10.23）分（P<0.05）；试验组的技能考试成绩为（87.67±5.74）分，高于对照组的（82.53±7.19）分（P<0.01）。其中，试验组技能考试成绩中的结节定位能力、CT影像阅读、术中解剖分析均高于对照组（P<0.05）；两组在病史采集与沟通评分上无显著差异（P=0.315），详细数据见表2。

2.3 两组规培生问卷调查结果比较

对72名学员的问卷调查显示（有效回收率100%），试验组的总体教学满意度（83.34%）显著优于对照组（52.78%）（P<0.01）。维度分析表明，试验组在临床技能、学习兴趣、手术认知和临床思维四项指标的满意度也均显著更高，差异有统计学意义（P<0.05）；而试验组与对照组在理论知识掌握程度上未见统计学差异（P=0.793），见表3。

3 讨论

3.1 胸外科临床教学的传统挑战与数字肺技术的引入意义

由于胸腔内器官的解剖结构复杂且变异较多，对于肺部的空间解剖结构和精细解剖结构的学习是肺外科的临床教学中最为重要和困难的内容之一。同时常用的教学辅助如板书、模型、大体标本和影像学资料等往往对于精细解剖结构的展示不充分，对学员的空间想象力要求比较高^［15］。其次，术中教学则极大地依赖于术者的习惯，并不是每位术者都习惯不断地与学生交流沟通，且常规手术中术者专注于手术本身更为重要。胸外科作为手术科室，手术技能的教学也是胸外科临床教学中的重要组成部分，并且胸外科由于胸腔内解剖结构的特殊性，相对手术风险高、操作难度大，易导致学员理论学习与动手实践脱节^［16］。然而，正确判读胸外科影像资料、对病情的准确评估和治疗方案的选择，均建立在熟练掌握正确解剖知识的基础之上^［17］。规培生阅片数量不多、水平不足，又担心自己的诊断无法得到及时修正或指导，极大削弱了学生通过影像反推解剖的学习动力。

CBL教学模式在医学领域应用广泛，通过CBL教学法和数字肺技术以及胸腔镜手术视频的联合，学生可以更好地反复学习、设计和模拟手术，利用碎片化时间加深对复杂解剖结构的理解，同时参考胸腔镜教学视频学习手术入路和过程，亦能更好理解操作目的，使学习事半功倍。作为一项新兴技术，数字肺已逐步在许多教学医院的胸外科带教过程中发挥重要作用。与以往的传统模式相比，它在提升学员的肺部解剖认知水平和激发学习兴趣方面展现出显著优势^［18］。

3.2 研究主要结果及其教学内涵

本研究探索数字肺技术及胸腔镜手术视频教学结合CBL教学，在外科临床专业学位研究生教学过程中的实践效果，以期为外科规培生的胸外科阶段培养奠定坚实的基础。研究结果显示，试验组的胸外科出科理论考试（89.61±8.69）分，高于对照组的（84.08±10.23）分（P<0.05）。试验组的技能考试成绩为（87.67±5.74）分，高于对照组的（82.53±7.19）分（P<0.01）。技能考核方面，试验组在结节定位能力、CT影像阅读、术中解剖分析均高于对照组（P<0.05）；试验组与对照组在病史采集与沟通评分的考核结果差异没有统计学意义（P=0.315）。试验组的理论和技能考核成绩均显著优于对照组，表明数字肺技术和胸腔镜手术视频结合CBL教学既可以提高学员的胸外科理论知识水平，也能深化学员对肺部解剖空间结构与手术流程的理解。试验组学员通过在数字肺三维模型上反复练习，来记忆肺段解剖的精细结构和练习空间转换能力，从而能够在二维CT上对肺结节进行准确定位，并在观看手术视频时能更清晰地认识所呈现的结构。然而，两组规培生在病史采集与沟通技能上无显著差异（P=0.315），提示数字肺技术的应用对于该能力的培养作用有限。这一结果也提示我们在未来的教学工作中，将应用此类新技术教学与传统的人文沟通技能训练相结合才能培养出全面发展的外科医生。此外，根据问卷调查结果，试验组总体教学满意度（83.34%）及各分项指标（如临床技能、学习兴趣、手术认知与临床思维）均显著高于对照组（P<0.05），证实该教学模式在激发学习主动性与提升临床综合素养方面的积极作用。

数字肺技术的新颖性和交互性使得枯燥的解剖学习变得更加生动。通过数字肺规划的手术方案与真实的手术视频相对照，学员能见证自己的预判与教师的操作之间的异同，以及虚拟的解剖模型与真实解剖结构的异同。这种真实的反馈可以激发学员主动学习的内在动力。两组在理论知识掌握程度上未呈现统计学差异（P=0.793），这可能源于规培生对胸外科理论的认识仍多局限于基础学科范畴，尚未充分意识到新型教学方法对解剖学知识内化与理论理解的潜在促进作用。

此外，考虑到该研究对于对照组学员在研究期间无法得到与试验组学员相同的学习资源与条件。在研究结束后，我们立即为对照组全体学员开放了数字肺技术资源库，并安排了与试验组相同内容的专题讲座和学习，以确保所有参与本研究的规培生，在完成数据收集后，都能获得接触和学习这一新技术的机会，在一定程度上弥补了研究期间因分组造成的暂时性资源差异。

3.3 研究的局限性，当前调整及未来展望

数字肺技术及胸腔镜手术视频教学结合CBL的教学模式不仅显著提升了规培专硕的理论成绩与临床操作技能，更激发了学员的学习兴趣，提高了其作为外科规培生的综合素养。不过，数字肺技术及胸腔镜手术视频教学结合CBL尚存在一些不足之处。首先，数字肺技术对硬件、软件和技术人员都有一定要求，短时间内制约其大规模推广实施，所以该技术并未得到普及；其次，该技术的推广还受到授课教师是否愿意学习该项技术和对该技术的掌握程度的影响。第三，技术本身存在一定局限。由于三维重建模型是基于膨胀的肺部构建，所以无法真实模拟手术中萎陷和动态模拟受牵拉形变的肺组织；此外，胸腔镜手术视频仍为二维图像所以其视野范围受限，也会产生视觉畸变。针对上述局限，我们在未来的研究中计划从以下几方面着手：首先是技术迭代，通过与虚拟现实和增强现实技术的结合，创建更具有交互性的学习环境和研发更能模拟组织形变和物理特性的动态数字肺模型；其次是优化教学模式，在本院胸外科建立健全标准化的数字肺资源库供科室教师和学生们学习。完善科室线上教学课程体系，通过线上平台实现资源共享，降低推广门槛。加强对带教教师的专项培训，保证教学质量；最后是完善教学评价体系，开展多中心、大样本的长期随访研究，不仅评估即时的教学效果，更要追踪观察该教学模式对外科规培生远期临床胜任能力的影响（如：独立完成手术的能力和术后并发症的发生率等）。

4 结语

本研究通过随机对照试验证实，将数字肺技术与胸腔镜手术视频融入CBL教学模式，能够有效改善胸外科规培中面临的解剖认知困难、理论与实践脱节等问题。因此，我们建议有条件的教学医院可以积极推广和应用这一教学范式，从而为培养新时代高素质的胸外科青年医师奠定坚实的基础。

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基金资助

国家自然科学基金(81902683)

西安交通大学第一附属医院教学改革研究项目(JG2023-0203)

西安交通大学第一附属医院教学改革研究项目(JG2023-0409)

西安交通大学本科教学改革研究项目(22GJ04Y)