應(yīng)用增材制造技術(shù)的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)教學(xué)模式初探

時志斌 張晨 倪建龍 唐一侖 張子琦 樊立宏 黨曉謙

[摘 要] 目的：探索增材制造技術(shù)在關(guān)節(jié)鏡手術(shù)PBL教學(xué)模式中的應(yīng)用方法及效果。方法：選取西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科規(guī)范化培訓(xùn)學(xué)員24名，使用增材制造快速成型技術(shù)制作的膝關(guān)節(jié)實體模型，以PBL的教學(xué)模式進行術(shù)前討論及手術(shù)訓(xùn)練，每組8個學(xué)時，結(jié)束后進行客觀成績考核與主觀效果評價。結(jié)果：客觀考核成績平均42.8分，主觀效果評價的多個指標(biāo)均大幅提升。結(jié)論：結(jié)合了增材制造技術(shù)的PBL教學(xué)模式可大大提高關(guān)節(jié)鏡手術(shù)的教學(xué)效果，提升學(xué)員對教學(xué)過程的滿意度。

[關(guān) 鍵 詞] 教學(xué)研究；增材制造；關(guān)節(jié)鏡；規(guī)范化培訓(xùn)；PBL教學(xué)

[中圖分類號] G642 [文獻標(biāo)志碼] A [文章編號] 2096-0603（2018）19-0096-02

隨著人們健康生活意識的增強，各種健身運動的日益普及，伴隨著運動而出現(xiàn)的損傷也越來越多，運動醫(yī)學(xué)漸漸成為骨外科領(lǐng)域的一個重要分支。關(guān)節(jié)鏡技術(shù)作為運動醫(yī)學(xué)疾病診斷及治療的重要手段，越來越受到人們的重視。然而，關(guān)節(jié)鏡下的術(shù)野所見與常規(guī)的開放直視條件不同，缺乏與相鄰組織結(jié)構(gòu)的對比參照，操作技巧及手術(shù)方式均較難理解，培養(yǎng)一名合格的關(guān)節(jié)鏡外科醫(yī)師所需時間往往很長[1]。關(guān)節(jié)鏡下的模型輔助訓(xùn)練教學(xué)系統(tǒng)可在一定程度上解決以上的矛盾，但因其價格昂貴且并非一次性耗材，難以普及，無法滿足手術(shù)預(yù)演及模擬手術(shù)的需求，嚴(yán)重制約了運動醫(yī)學(xué)關(guān)節(jié)鏡外科的發(fā)展。近年來，我們應(yīng)用增材制造技術(shù)，以關(guān)節(jié)鏡下前交叉韌帶（ACL）的重建手術(shù)為例，進行關(guān)節(jié)鏡手術(shù)培訓(xùn)的教學(xué)探索，取得了一定的成績。

一、研究對象和方法

（一）研究對象

選取2015年3月—2018年3月西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院骨科規(guī)范化培訓(xùn)學(xué)員24人，其中男性21人，女性3人，年齡21～27歲（平均22.5歲），參加工作時間0～2年（平均0.8年），均接受結(jié)合應(yīng)用了增材制造技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)PBL教學(xué)方法，分為6個批次序貫進行，每批次的總教學(xué)時長為8個學(xué)時，由擁有西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院教學(xué)資質(zhì)的高年資講師授課。

（二）研究方法

1.課前準(zhǔn)備：按規(guī)范化培訓(xùn)大綱要求，制作好包括病史、體檢結(jié)果、X光片及CT、MRI等資料在內(nèi)的PPT幻燈，以前交叉韌帶斷裂的基本表現(xiàn)、診斷及治療為學(xué)習(xí)內(nèi)容，采用標(biāo)準(zhǔn)化PBL教學(xué)模式，提前2天發(fā)給所有學(xué)員，自行查找工具書及文獻，得出初步診斷，并提出手術(shù)方案及術(shù)中操作要點、注意事項。

2.模型制作：病房里選取典型的ACL斷裂病例，將相應(yīng)的薄層CT平掃圖片（64排螺旋CT，西門子，德國），利用Mimocs 10.01軟件，制作成CAD文檔，導(dǎo)入我院骨科3D打印骨科平臺Solido SD300快速成型系統(tǒng)，打印1∶1三維立體模型，同時準(zhǔn)備相應(yīng)的ACL重建工具及相應(yīng)的替代植入物。

3.教學(xué)日共6個學(xué)時，以小組討論的方式進行：（1）學(xué)員根據(jù)各自的自我學(xué)習(xí)結(jié)果，發(fā)表各自的見解，通過討論形成統(tǒng)一意見。（2）教師根據(jù)小組討論結(jié)果做出的診斷、并發(fā)癥、處理原則以及最后的手術(shù)方案，糾正閱片中出現(xiàn)的錯誤或遺漏，補充更多的信息，學(xué)員之間進一步相互討論。（3）再次形成統(tǒng)一意見后，教師對學(xué)員的答案進行反饋和評價，確定最后的診斷及治療方案。（4）進階環(huán)節(jié)：出示教室內(nèi)使用3D打印的膝關(guān)節(jié)實物模型，研究手術(shù)方案及要點，提出骨道實施方案，使用重建手術(shù)工具行術(shù)前規(guī)劃及手術(shù)預(yù)演，在教師指導(dǎo)下，在膝關(guān)節(jié)實物模型上嘗試各種方案，確定最優(yōu)方案，全體學(xué)員進行術(shù)后效果評估。（5）總結(jié)評估：教師針對病例進行系統(tǒng)性的分析，概括總結(jié)之前的預(yù)設(shè)問題，對學(xué)員提出的共性問題做出梳理解答，幫助學(xué)員掌握并鞏固相應(yīng)的知識。

4.手術(shù)日共2個學(xué)時，教師和學(xué)員一同進入手術(shù)室觀摩，每次4人，觀看相應(yīng)病例的手術(shù)過程，針對其中的問題，教師進一步幫助解答。

（三）教學(xué)結(jié)果評價

1.客觀效果評價：設(shè)計滿分為50分的閉卷標(biāo)準(zhǔn)化考核試卷，針對ACL斷裂的發(fā)病機理、診斷、手術(shù)要點等指標(biāo)對學(xué)員進行考核，確定教學(xué)目標(biāo)實現(xiàn)程度。

2.主觀效果評價：設(shè)計15分鐘的教學(xué)效果評分量表。該評分量表包含學(xué)習(xí)興趣提升、學(xué)習(xí)效率提升、主動互動意愿提升、學(xué)習(xí)注意力提升以及團隊合作能力提升這五方面教學(xué)效果提升主觀評價指標(biāo)，不記名方式填寫。上述評價指標(biāo)分為5檔標(biāo)準(zhǔn)并予以賦分：無提升0分、輕度提升2分、一般提升3分、較大提升4分、極大提升5分。

客觀考核及主觀問卷依次進行，完畢后全部回收進行數(shù)據(jù)收集。

二、結(jié)果

（一）客觀效果評價

閉卷標(biāo)準(zhǔn)化考核試卷發(fā)放24份，回收率100%且均為有效問卷。評價指標(biāo)按照考核分?jǐn)?shù)計算。結(jié)果顯示學(xué)員平均考核成績可達42.8分（39～47分）明顯優(yōu)于以前學(xué)員。

（二）主觀效果評價

發(fā)放調(diào)查問卷24份，回收率100%且均為有效問卷。對學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣增加、學(xué)習(xí)效率提升、主動互動意愿提升、學(xué)習(xí)注意力提升以及團隊合作能力提升這五方面教學(xué)效果提升的主觀賦分予以統(tǒng)計，相比以前，均得到明顯的提升。

三、討論

關(guān)節(jié)鏡技術(shù)因其微創(chuàng)、安全、直觀的特性，被越來越多地應(yīng)用于運動損傷疾病的診斷治療中，但膝關(guān)節(jié)內(nèi)解剖結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而鏡下的視野相對局限，對手術(shù)部位周圍的參照標(biāo)志結(jié)構(gòu)難以綜合觀察；關(guān)節(jié)鏡手術(shù)采用微創(chuàng)入路，缺乏常規(guī)的手指觸覺感知過程，學(xué)員很難將鏡頭捕獲的二維圖像轉(zhuǎn)化為三維立體結(jié)構(gòu)，從而對手術(shù)原理及操作技巧的理解帶來困難[2]。國外教學(xué)機構(gòu)及醫(yī)院多采用新鮮尸體膝關(guān)節(jié)上Workshop模擬手術(shù)來進行關(guān)節(jié)鏡醫(yī)生的培養(yǎng)，或采用先進的關(guān)節(jié)鏡模擬手術(shù)系統(tǒng)在教學(xué)模型上進行帶教[3]。在我國，則因為傳統(tǒng)觀念的影響，新鮮尸體來源困難，無法提供足夠的標(biāo)本進行尸體模擬手術(shù)教學(xué)。而關(guān)節(jié)鏡模擬手術(shù)系統(tǒng)則因為價格昂貴，且教學(xué)模型并非一次性使用，在大多機構(gòu)無法推廣。學(xué)員只有憑借手術(shù)圖譜和術(shù)中觀摩的機會進行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率低下，學(xué)習(xí)曲線漫長。

增材制造技術(shù)又稱為3D打印技術(shù)，近年來逐漸被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各個方面，骨科臨床應(yīng)用方面發(fā)展尤為迅速，它通過采集病例的CT等影像學(xué)資料，在計算機上進行數(shù)據(jù)加工，在快速成型機上精確復(fù)制出局部骨骼或關(guān)節(jié)的三維結(jié)構(gòu)，將難以理解的二維圖像轉(zhuǎn)化為直觀的三維實物，可重復(fù)性強，對一些復(fù)雜疾病的分型、術(shù)前規(guī)劃及手術(shù)預(yù)演，優(yōu)勢明顯，在術(shù)前可方便地預(yù)估手術(shù)效果，術(shù)中可通過實物比對、導(dǎo)板引導(dǎo)及3D打印內(nèi)植物的應(yīng)用方式，大大提高了骨盆骨折、脊柱畸形、復(fù)雜關(guān)節(jié)置換翻修等疾病的治療效果，使3D打印技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用[4][5]。

在我們過去的臨床實踐里，應(yīng)用這一技術(shù)進行了前交叉韌帶重建手術(shù)導(dǎo)板的研制，可很好地實現(xiàn)手術(shù)的精準(zhǔn)化和個體化，取得了初步的成果[6]。將這一技術(shù)嘗試運用于PBL教學(xué)方面，是我們近年來在教學(xué)改革方面進行的探索，研究發(fā)現(xiàn)，將增材制造技術(shù)與PBL教學(xué)方法相結(jié)合，可很好地增加學(xué)員對原本感覺困難領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)用制備出的膝關(guān)節(jié)實物模型，可使復(fù)雜難懂的ACL重建原理及手術(shù)關(guān)注點得以直觀精確的實物顯示，學(xué)員更容易理解不規(guī)則表面上的骨道定位點的尋找技巧。在此基礎(chǔ)上的實物膝模型上進行手術(shù)預(yù)演，可進一步加深對ACL重建術(shù)的理解程度，并通過模型上安裝的韌帶替代物，方便及時地評估比較不同方案的手術(shù)療效，從而更快地形成自己的知識架構(gòu)體系，極大地促進了臨床思維能力和基本動手能力的培養(yǎng)，大大加強了PBL在骨科規(guī)范化培訓(xùn)教育中的優(yōu)勢。相比之前，可使學(xué)員在8個學(xué)時內(nèi)很好地掌握關(guān)節(jié)鏡下前交叉韌帶重建術(shù)的基本要點和技巧，學(xué)習(xí)效率大大提升；學(xué)員之間的主動互動意愿提升，積極參與討論并發(fā)表自己的意見；注重發(fā)揮團隊合作能力，在客觀效果測試中發(fā)現(xiàn)，知識掌握程度均達到優(yōu)良。

這一方法也有其局限性，增材制造技術(shù)的應(yīng)用需要一定的硬件平臺，快速成型設(shè)備的普及率目前并不高，具備基本條件的單位較少。另外，相應(yīng)的專門技術(shù)支持人才相對匱乏，而具有醫(yī)學(xué)背景的熟練工程師是保證這一方法順利開展的必要條件。當(dāng)然，隨著增材制造技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的進一步普及，一旦將其應(yīng)用到關(guān)節(jié)鏡技術(shù)的臨床教學(xué)實踐中，便可更快更好地培養(yǎng)出合格的關(guān)節(jié)鏡手術(shù)醫(yī)生，可對運動醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生極大的推動作用。

參考文獻：

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[2]李彬，沈鵬，白倫浩.肩關(guān)節(jié)鏡技術(shù)專業(yè)型研究生培訓(xùn)方法初探[J].中國繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2016，8（4）：9-10.

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[4]李鋒濤，王棟，程劍，等.3D打印結(jié)合PACS系統(tǒng)在骨科PBL臨床教學(xué)模式中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015，29（3）：288-290.

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