3D打印結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航在骨科教學(xué)中的應(yīng)用

周曉樞 袁偉 夏茂盛 朱悅

對(duì)于短時(shí)間在骨科進(jìn)行規(guī)范化培訓(xùn)的住院醫(yī)師來說，很難通過接觸、診治真實(shí)患者學(xué)習(xí)到全面、系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)與基本技能[1-3]。3D 打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)方面有一定優(yōu)勢(shì)，通過對(duì)3D 骨科模型直觀的觀察，可使本科生熟悉解剖特點(diǎn)，提高閱片能力，了解疾病損傷機(jī)制[4-5]。然而，以上優(yōu)點(diǎn)并不能滿足住院醫(yī)師培訓(xùn)對(duì)骨科臨床技能操作能力的需求。在這種情況下，我們將3D打印模型及導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到住院醫(yī)師教學(xué)中，在導(dǎo)航引導(dǎo)下住院醫(yī)師可于3D 打印模型上進(jìn)行操作訓(xùn)練，教學(xué)效果滿意，達(dá)到了短期內(nèi)提高骨科規(guī)培醫(yī)生動(dòng)手能力的目的。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017 年1 月—2018 年12 月中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院規(guī)培住院醫(yī)40 名。將40 名規(guī)培醫(yī)生隨機(jī)分為兩組，每組20 人。實(shí)驗(yàn)組男17 名，女3 名，平均年齡（25.9±0.4）歲；對(duì)照組男19 名，女1 名，平均年齡（25.8±0.4）歲。兩組一般資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 方法

對(duì)照組采用傳統(tǒng)多媒體授課、操作演示、3D 打印模型操作培訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)組采用多媒體授課、3D 打印模型結(jié)合術(shù)中導(dǎo)航進(jìn)行操作培訓(xùn)。兩組采用同一教學(xué)老師進(jìn)行教學(xué)，每組培訓(xùn)學(xué)時(shí)為4 學(xué)時(shí)。每位規(guī)培醫(yī)生在3D 打印模型上進(jìn)行置椎弓根螺釘操作6 次。

1.2.1 教學(xué)模型設(shè)計(jì)與制作 針對(duì)培訓(xùn)內(nèi)容中解剖結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的病例或缺乏動(dòng)手機(jī)會(huì)的操作作為模型制作對(duì)象，如頸椎骨折、脊柱畸形、骨盆骨折、椎弓根釘固定、關(guān)節(jié)置換等。本文中以腰椎骨折為例。獲得腰椎骨折病例3D-CT 數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖像處理Mimics 軟件，建立腰3-5 椎體三維數(shù)據(jù)模型，采用樹脂材料3D打印教學(xué)模型。

1.2.2 構(gòu)建計(jì)算機(jī)導(dǎo)航影像并與3D 打印模型匹配 將3D 打印模型固定后，通過C 臂進(jìn)行三維掃描，形成數(shù)字三維影像。將模型的三維影像導(dǎo)入術(shù)中導(dǎo)航軟件。同時(shí)將所需操作工具在術(shù)中導(dǎo)航中進(jìn)行識(shí)別、注冊(cè)。測(cè)試操作工具，確保精準(zhǔn)匹配。

1.3 考核評(píng)價(jià)

培訓(xùn)后對(duì)兩組規(guī)培醫(yī)生進(jìn)行3D 打印腰椎模型置椎弓根螺釘操作及自制問卷調(diào)查評(píng)分。操作包括椎弓根螺釘置釘時(shí)間、螺釘精準(zhǔn)度。螺釘精準(zhǔn)度根據(jù)Rampersaud[6]評(píng)分進(jìn)行分級(jí)。分為A—D 4級(jí)：A 級(jí)，螺釘完全位于椎弓根內(nèi)，椎弓根螺釘未侵及椎弓根皮質(zhì)；B 級(jí)，椎弓根皮質(zhì)受到螺釘＜2 mm 的侵及；C 級(jí)，椎弓根皮質(zhì)受到2-4 mm 的侵及；D 級(jí)，椎弓根皮質(zhì)受到＞4 mm 的侵及。自制問卷包括教學(xué)方法評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)、感興趣程度。技能考核、教學(xué)方法評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)滿分為100 分。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS17.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，計(jì)量資料以（均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差）表示，采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)組置釘準(zhǔn)確度和置釘時(shí)間均優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。操作技能考核指標(biāo)實(shí)驗(yàn)組（91.1±5.2）分，對(duì)照組為（84.6±7.2）分，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表1、2。教學(xué)方法評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)組（94.2±5.4）分，對(duì)照組（86.3±6.9）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。教師評(píng)價(jià)分別為實(shí)驗(yàn)組（93.5±6.0）分，對(duì)照組（90.4±4.5）分，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。見表3。對(duì)課程感興趣的百分比為實(shí)驗(yàn)組90%（18/20），對(duì)照組50%（10/20），有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。見表4。

表1 置釘時(shí)間與技能考核成績(jī)對(duì)比（）

表1 置釘時(shí)間與技能考核成績(jī)對(duì)比（）

表2 置釘準(zhǔn)確度對(duì)比

表3 兩組課程教學(xué)方法評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)對(duì)比（）

表3 兩組課程教學(xué)方法評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)對(duì)比（）

表4 兩組課程感興趣程度對(duì)比

3 討論

進(jìn)入規(guī)范化培訓(xùn)的骨科住院醫(yī)生已掌握一定影像學(xué)、解剖學(xué)及骨外科相關(guān)理論知識(shí)，具有通過參考書自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)的能力，但存在著診治患者的數(shù)量有限、動(dòng)手操作機(jī)會(huì)較少的問題，同時(shí)缺乏知識(shí)靈活運(yùn)用和技能熟練操作的能力。在住院醫(yī)師臨床經(jīng)驗(yàn)不足時(shí)，直接在患者身上進(jìn)行臨床操作時(shí)存在較高風(fēng)險(xiǎn)，且學(xué)習(xí)曲線偏長(zhǎng)，系統(tǒng)的技能培訓(xùn)可以理論上可以解決這一難題。目前規(guī)培醫(yī)生技能培訓(xùn)主要有以下幾個(gè)來源[7-10]：（1）觀摩有經(jīng)驗(yàn)醫(yī)生手術(shù)操作，此方法只能獲得視覺上的效果，缺乏動(dòng)手實(shí)踐體會(huì)；（2）在大動(dòng)物上進(jìn)行操作，存在著成本較高、不能反復(fù)使用的缺點(diǎn)；（3）在尸體上操作訓(xùn)練，培訓(xùn)效果好，但價(jià)格昂貴；（4）應(yīng)用醫(yī)學(xué)模具操作，是進(jìn)行技能培訓(xùn)較普遍的辦法，但骨科培訓(xùn)模具種類少，不能滿足規(guī)培醫(yī)生動(dòng)手能力培訓(xùn)的需求。因此，如何有效增加骨科規(guī)培醫(yī)生動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)，提高動(dòng)手操作能力，提升培訓(xùn)質(zhì)量并保證醫(yī)療安全是指導(dǎo)教師需思考的問題。

3D 打印技術(shù)正逐漸應(yīng)用于骨科教學(xué)中，具有多種優(yōu)勢(shì)。手術(shù)臺(tái)上緊張的氛圍、有限的視野使得住院醫(yī)生難以辨認(rèn)已學(xué)習(xí)過的解剖標(biāo)志[11-13]，這就需要骨科醫(yī)生學(xué)習(xí)并掌握更加扎實(shí)解剖知識(shí)。3D 打印技術(shù)可直接通過患者影像資料建立數(shù)字模型，進(jìn)行個(gè)性化打印。打印出的模型能與患者解剖完美匹配，真實(shí)反應(yīng)出病例的病變特點(diǎn)，使解剖教學(xué)簡(jiǎn)單易行，更具趣味性。此外，骨科醫(yī)生往往通過X 光片或CT 等圖像對(duì)患者損傷程度進(jìn)行評(píng)估，對(duì)醫(yī)生的抽象空間立體思維能力要求較高，主要依賴于醫(yī)生日積月累的臨床經(jīng)驗(yàn)和閱片能力，年輕醫(yī)生通過影像資料進(jìn)行評(píng)估則存在困難。3D 打印技術(shù)則使影像學(xué)資料真實(shí)、直觀、立體的展示在醫(yī)生面前，視覺與觸覺的感受減少了住院醫(yī)生對(duì)想象力的依賴并提高了閱片能力。3D 打印模型上還可以進(jìn)行手術(shù)置釘?shù)葘?shí)際操作，增加了操作的熟練度，保證醫(yī)療安全，適合用于住院醫(yī)生的技能培訓(xùn)。

任何一種培訓(xùn)都必須接受效果評(píng)估與反饋。而即時(shí)評(píng)價(jià)反饋可幫助學(xué)生調(diào)整、控制后續(xù)學(xué)習(xí)行為，也幫助教師調(diào)整教學(xué)方案、因材施教。目前骨科培訓(xùn)缺少評(píng)價(jià)即時(shí)反饋機(jī)制。計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)可使手術(shù)器械的操作通過影像實(shí)時(shí)顯示，提高手術(shù)精準(zhǔn)度，確保手術(shù)安全，縮短手術(shù)時(shí)間[14-15]。將該技術(shù)應(yīng)用于培訓(xùn)中，可觀察每個(gè)操作是否正確，實(shí)時(shí)反饋，發(fā)現(xiàn)問題可及時(shí)糾正錯(cuò)誤，讓操作更準(zhǔn)確；通過導(dǎo)航反饋的培訓(xùn)醫(yī)生的問題，教師可在教學(xué)時(shí)間分配、難點(diǎn)、重點(diǎn)等方面隨時(shí)作出調(diào)整，使培訓(xùn)醫(yī)生快速完成學(xué)習(xí)，縮短學(xué)習(xí)曲線。本研究通過3D 打印模型結(jié)合計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)對(duì)規(guī)培醫(yī)生進(jìn)行培訓(xùn)，使得置釘操作更規(guī)范、操作時(shí)間更短、準(zhǔn)確度更高。培訓(xùn)評(píng)價(jià)和考核結(jié)果表明該方法提高了規(guī)培醫(yī)生的學(xué)習(xí)興趣及動(dòng)手能力，對(duì)課程反響較好。

3D 打印結(jié)合計(jì)算機(jī)導(dǎo)航解決了規(guī)培醫(yī)生動(dòng)手難的問題，可用于對(duì)規(guī)培醫(yī)生進(jìn)行真人手術(shù)前的培訓(xùn)，可有效減少臨床操作中錯(cuò)誤的發(fā)生。該方法能有效提高骨科住院醫(yī)生規(guī)培教學(xué)效果，是一種快速、安全、有效的培訓(xùn)方法。