3D打印模型在住院醫(yī)師腰椎置釘教學(xué)中的應(yīng)用

章仁杰 張華慶 賈翀宇 申才良

腰椎置釘技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種腰椎疾病，已成為骨科住院醫(yī)師必需掌握的一項臨床操作技能。然而，骨科住院醫(yī)師在脊柱外科輪轉(zhuǎn)培訓(xùn)時間有限，通過術(shù)中觀察和有限的操作實踐來掌握這項技術(shù)十分困難，加之出于患者安全考慮，有必要采取新的腰椎置釘教學(xué)培訓(xùn)模式以促使住院醫(yī)生能盡快掌握這項技術(shù)。近年來，3D打印技術(shù)輔助教學(xué)的方式已應(yīng)用于臨床教學(xué)和技能培訓(xùn)[1-2]。3D打印的實物模型使抽象、難以理解的結(jié)構(gòu)變得直觀。更重要的是，3D打印技術(shù)已非常成熟，可制作出在手感上接近于真實椎體中皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨感覺的3D模型[3]供醫(yī)生置釘練習。因此，為了使住院醫(yī)師在輪轉(zhuǎn)期間掌握腰椎置釘技術(shù)，我們采用3D打印模型進行腰椎置釘教學(xué)，現(xiàn)報道如下：

1 資料與方法

1.1 研究對象 于2019年1月-2020年12月選取在本醫(yī)院脊柱外科規(guī)培的骨科住院醫(yī)師35名，均為男生，根據(jù)輪轉(zhuǎn)批次隨機分為傳統(tǒng)教學(xué)組及實驗組，傳統(tǒng)教學(xué)組18名醫(yī)師，實驗組17名醫(yī)師。兩組醫(yī)師在規(guī)培年級、年齡方面差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 教學(xué)方法

1.2.1 傳統(tǒng)教學(xué)組 教師采用統(tǒng)一授課的方式，對腰椎置釘進行基礎(chǔ)理論知識的講解，包括腰椎椎弓根螺釘和皮質(zhì)骨通道（CBT）螺釘?shù)倪M釘點、進釘角度、螺釘直徑的選擇、螺釘置入的深度以及置釘過程中參考的解剖標志等。之后結(jié)合患者的腰椎X線正側(cè)位片、CT平掃及三維重建圖像進一步講解。講解完成后，要求住院醫(yī)生獨立在腰椎CT圖像上識別螺釘?shù)倪M釘點以及規(guī)劃進釘方向，同時在三維重建CT圖像上尋找出對應(yīng)的解剖標志。然后，老師播放相關(guān)腰椎置釘視頻，同時講解置釘流程和操作技巧。在輪轉(zhuǎn)期間有機會在上級醫(yī)生的監(jiān)督下進行腰椎真實置釘體驗及操作。

1.2.2 實驗組 授課老師與講授內(nèi)容與對照組一致，但在講授過程中結(jié)合了等比例3D打印模型。住院醫(yī)生可自主在3D打印模型上進行腰椎置釘相關(guān)解剖標志的觀察和操作練習。

1.3 教學(xué)效果評價 出科時對兩組住院醫(yī)生進行考核，包括腰椎置釘?shù)睦碚撝R和技能操作，各100分，規(guī)定考試時間。理論考試內(nèi)容為腰椎基本解剖結(jié)構(gòu)、腰椎置釘方式和技術(shù)要點（進釘點和進釘方向）、置釘參考標志、置釘工具和流程等。操作考試為在腰椎CT圖像上進行螺釘釘?shù)赖囊?guī)劃，以及在3D打印模型上置釘，節(jié)段均為L1-L5，共10枚，一枚螺釘規(guī)劃或置釘準確得5分。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 本研究使用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件分析數(shù)據(jù)，定量數(shù)據(jù)以均值±標準差的方式表示，進行t檢驗，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

在理論測試中，實驗組住院醫(yī)師考試成績高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.041）；在操作考核中，實驗組住院醫(yī)師在螺釘釘?shù)繡T規(guī)劃、模型置釘和總成績方面得分均高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組住院醫(yī)生理論和操作考試成績比較（±s，分）

表1 兩組住院醫(yī)生理論和操作考試成績比較（±s，分）

組別 n 理論考試 操作考試釘?shù)繡T規(guī)劃 模型置釘 總分傳統(tǒng)組 1879.8±10.1 39.1±6.9 31.9±9.170.9±8.2實驗組 17 86.4±7.0 45.0±4.1 44.7±5.089.7±7.6 t 2.137 2.967 4.936 6.691 P 0.041 0.007 0.001 0.001

3 討 論

椎弓根螺釘固定是脊柱融合手術(shù)中的主要技術(shù)，被認為是脊柱內(nèi)固定技術(shù)的金標準，廣泛用于各種腰椎疾病的治療。腰椎皮質(zhì)骨軌跡（CBT）螺釘技術(shù)[4]的方向為在橫斷面沿著椎弓根由內(nèi)側(cè)到外側(cè)，在矢狀面由尾側(cè)到頭側(cè)。CBT螺釘通過致密的螺紋與椎體皮質(zhì)骨之間最大化接觸來提高釘?shù)乐車敲芏冗M而增強拔出強度[5]，可在不輔助強化材料的情況下能明顯增強骨質(zhì)疏松患者螺釘?shù)姆€(wěn)定性，成為骨質(zhì)疏松患者行腰椎固定的新選擇。目前，椎弓根螺釘和CBT螺釘是腰椎內(nèi)固定兩大主要方式，技術(shù)已非常成熟。

通過多年臨床教學(xué)發(fā)現(xiàn)，住院醫(yī)生在腰椎置釘?shù)膶W(xué)習過程中存在諸多問題。首先，在傳統(tǒng)骨科教學(xué)方式中，常通過患者的X線片、MRI、CT平掃和三維重建等進行疾病的講解，盡管這些影像資料可提供豐富教學(xué)內(nèi)容，但缺乏立體直觀性，無法使他們對腰椎置釘解剖標志、置釘通道以及置釘技巧等有深入的認識和理解。第二，住院醫(yī)生在脊柱外科規(guī)培時間有限，既往研究表明醫(yī)師需2～3年才能逐步掌握置釘技術(shù)[3]；因為無論是椎弓根螺釘技術(shù)還是CBT螺釘技術(shù)都存在學(xué)習曲線。相關(guān)研究報告醫(yī)師置入椎弓根螺釘數(shù)量需達到80枚左右才會進入相對熟練期，螺釘誤置率下降[6]。CBT螺釘也是一樣，需要經(jīng)過一段時間的練習才能提高螺釘置入的成功率和安全性[7]。第三，目前外科培訓(xùn)方法主要是觀察，然后在有監(jiān)督的情況下對患者進行親身體驗及操作，但術(shù)中暴露范圍和操作實踐是有限的。并且，腰椎椎弓根周圍存在重要結(jié)構(gòu)，螺釘位置不良可導(dǎo)致螺釘松動拔出及后期的翻修，嚴重者損傷血管神經(jīng)，甚至癱瘓。出于對患者安全考慮，要求醫(yī)生在對該置釘技術(shù)有一定的認識后才能在術(shù)中操作實踐，這兩者又形成了一個惡性循環(huán)。因此，如何讓住院醫(yī)生能夠清晰理解并快速掌握腰椎置釘技術(shù)成為脊柱外科教育培訓(xùn)中的重要問題。

腰椎CT是腰椎疾病患者術(shù)前的常規(guī)檢查，將薄層CT掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入后處理系統(tǒng)后可進行三維重建獲得多平面CT圖像，盡管三維CT可以全方位呈現(xiàn)解剖細節(jié)，提供豐富教學(xué)內(nèi)容，但仍較為抽象，缺乏立體直觀性，理解相對困難。3D打印將外科領(lǐng)域帶到了一個先進的新水平，已應(yīng)用到醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域，取得了不錯的教學(xué)效果[1-2]。3D打印技術(shù)主要是根據(jù)患者的CT資料，應(yīng)用Mimics等專業(yè)軟件進行圖像處理，轉(zhuǎn)化制作為3D圖像，連接3D打印機可直接、精確地打印出與手術(shù)脊柱節(jié)段等比例的模型。3D打印的實物模型使抽象、難以理解的脊柱結(jié)構(gòu)變得直觀和可觸及，使住院醫(yī)生能更好的理解和識別腰椎解剖標志以及螺釘置入的安全通道和理想通道。更重要的是，目前使用的3D打印材料為聚乳酸，價格低廉，且經(jīng)過20多年的發(fā)展，技術(shù)成熟，通過調(diào)整椎體外壁厚度以及椎體內(nèi)腔的填充比例，可使制作的3D模型在置釘手感上更接近于真實椎體中皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨的感覺[3]。住院醫(yī)生可在3D模型上進行操作練習，邊練習邊體會置釘感覺。模擬置釘能夠讓住院醫(yī)師牢記置釘步驟，使他們在安全的環(huán)境中獲得關(guān)鍵技能，這將提升他們在實際手術(shù)中的置釘信心和置釘成功率，患者的安全性也隨之提高。本研究顯示以上培訓(xùn)方法實施后，在輪轉(zhuǎn)結(jié)束時對住院醫(yī)師進行測試，發(fā)現(xiàn)接受3D打印模型教學(xué)培訓(xùn)的住院醫(yī)師對腰椎各種解剖標志以及螺釘置入通道等理論知識的理解更加深刻，更重要的是，他們可高效、準確的規(guī)劃和置入螺釘，且不出現(xiàn)較大的偏差或失誤，表明他們已掌握腰椎置釘技術(shù)。與采用傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，培訓(xùn)后的醫(yī)師明顯提高了學(xué)習效率，縮短了學(xué)習曲線。

綜上所述，通過在住院醫(yī)生腰椎置釘教學(xué)培訓(xùn)中增加3D打印模型，不僅提高了住院醫(yī)師對腰椎解剖及置釘技術(shù)的認識和理解，更重要的是，他們在輪轉(zhuǎn)期間更好地掌握了這項腰椎置釘技術(shù)。因此建議有條件的醫(yī)院可以嘗試應(yīng)用該培訓(xùn)方式。