三維打印氣管支氣管模型在嬰幼兒單肺通氣教學(xué)中的初步應(yīng)用

杜晶慧 韓文棟 姜 燕 孫 莉 謝利劍 魏 嶸

隨著胸腔鏡技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用胸腔鏡完成的小兒胸部手術(shù)日趨增多，此類手術(shù)中要求小兒麻醉科醫(yī)師采用單肺通氣技術(shù)配合術(shù)者操作。因此，熟練掌握單肺通氣的操作與管理成為小兒麻醉科醫(yī)師?？婆嘤?xùn)的必修內(nèi)容。臨床實踐教學(xué)是醫(yī)學(xué)教育中重要的環(huán)節(jié)之一[1]，由于受病例數(shù)少、操作難度大等客觀因素的制約，小兒尤其是嬰幼兒單肺通氣的臨床實踐教學(xué)一直差強人意。目前，臨床普遍存在學(xué)員在教學(xué)醫(yī)院臨床實踐機會越來越少的現(xiàn)狀[2]，是臨床實踐教學(xué)中面臨的一個難題。

三維(3D)打印技術(shù)是以計算機3D設(shè)計為藍本，通過計算機軟件分層離散和數(shù)控成型系統(tǒng)，最終完成立體形態(tài)重建的技術(shù)[3]。3D打印技術(shù)具有精確化及個性化等特點，現(xiàn)已運用于骨科、血管外科、手外科、口腔科等醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，并取得了一定的效果[4-7]。本研究將3D打印技術(shù)引入嬰幼兒單肺通氣臨床實踐教學(xué)中，以期為提高教學(xué)質(zhì)量提供一種新方法。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2020—2021年在上海市兒童醫(yī)院麻醉科擬行單肺通氣臨床實踐培訓(xùn)的住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)(簡稱規(guī)培)醫(yī)師和進修醫(yī)師24名， 將其隨機分為傳統(tǒng)教學(xué)組(對照組)和模擬教學(xué)組(模擬組)，每組12名，均需通過氣管插管的操作考核。模擬組利用3D打印氣管支氣管模型進行教學(xué)，對照組采用傳統(tǒng)方法進行教學(xué)。

1.2 方法

1.2.1 3D打印氣管支氣管模型制作 通過CT掃描(型號為VCT64，美國GE公司)構(gòu)建嬰幼兒的氣管數(shù)字模型。掃描過程中不控制患兒呼吸，掃描范圍由喉至氣管分叉，將獲得的圖像信息傳送至協(xié)作工作站進行3D重建及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，構(gòu)建數(shù)字模型。將數(shù)字模型數(shù)據(jù)輸入3D打印機軟件后即可打印材料為光敏樹脂的氣管支氣管模型。

1.2.2 教學(xué)方法 教學(xué)內(nèi)容為使用支氣管封堵器實施嬰幼兒單肺通氣。第1階段：統(tǒng)一上教學(xué)理論課，了解嬰幼兒氣管支氣管的解剖特點、支氣管封堵器的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用指征、支氣管封堵器實施單肺通氣的操作方法。第2階段：對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，帶教老師使用支氣管封堵器對嬰幼兒實施單肺通氣，同時講解嬰幼兒的氣管支氣管解剖特點、支氣管封堵器操作要點及注意事項，學(xué)員觀摩；模擬組利用3D打印氣管支氣管模型，直觀了解嬰幼兒氣管支氣管解剖特征，并在帶教老師指導(dǎo)下完成體外模擬操作(使用支氣管封堵器實施嬰幼兒單肺通氣)；兩組各有4次觀摩或練習(xí)的機會。第3階段：進行臨床操作考核。

1.2.3 體外模擬培訓(xùn)支氣管封堵器實施單肺通氣操作 將3D打印氣管支氣管模型放置于模擬人體中，于聲門處連接(圖1)。喉鏡下暴露聲門后，采用氣管導(dǎo)管外放置法將支氣管封堵器置于聲門下，再置入帶囊氣管導(dǎo)管并固定；或采用氣管導(dǎo)管內(nèi)放置法置入帶囊氣管導(dǎo)管并固定，再將支氣管封堵器置于氣管導(dǎo)管內(nèi)，完成上述操作后連接麻醉機控制呼吸。將纖維支氣管鏡(型號為Olympus BF-N20，日本Olympus公司，直徑 2.2 mm)前端通過二氧化碳監(jiān)測采樣管連接口或封堵器的纖維支氣管鏡插口插入氣管導(dǎo)管，并使前端超出氣管導(dǎo)管斜口?？梢曄峦ㄟ^控制并旋轉(zhuǎn)支氣管封堵器導(dǎo)管引導(dǎo)封堵器套囊置入一側(cè)主支氣管內(nèi)，使套囊處于最佳位置后充氣。

圖1 體外模擬培訓(xùn)支氣管封堵器置入的操作演示

1.3 教學(xué)評價標準 對兩組學(xué)員進行操作考核，考核指標為胸腔鏡手術(shù)患兒麻醉誘導(dǎo)后支氣管封堵器置入與否及置入所需時間。置入所需時間定義為從麻醉誘導(dǎo)結(jié)束時開始，到支氣管封堵器頭端準確放置于目標側(cè)主支氣管或支氣管，并給套囊充氣，聽診封堵側(cè)肺呼吸音消失為止。180 s內(nèi)(<180 s)完成以上操作記為準確置入，記錄置入時間；超過180 s(≥180 s)未完成記為置入失敗，置入時間按180 s記錄。操作過程中若患兒脈搏血氧飽和度<90%或有操作損傷等并發(fā)癥發(fā)生時，終止考核并記錄并發(fā)癥情況。采用自制評分量表對兩組學(xué)員進行教學(xué)滿意度評價，評價標準：非常滿意記5分，較滿意記4分，一般記3分，不太滿意記2分，不滿意記1分。

2 結(jié) 果

模擬組學(xué)員年齡為(30.25±3.91)歲，對照組為(29.33±3.68)歲，兩組間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。兩組學(xué)員均通過執(zhí)業(yè)醫(yī)師考核和氣管插管操作考核。模擬組、對照組支氣管封堵器置入準確率分別為12/12、9/12，兩組間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。對照組有1名學(xué)員在置入支氣管封堵器的操作過程中因患兒脈搏血氧飽和度<90%而停止操作，另2名學(xué)員置入支氣管封堵器的操作時間超過180 s。模擬組支氣管封堵器準確置入所需時間為(98.92±6.62) s，顯著短于對照組的(141.90±20.91) s(P<0.05)。模擬組學(xué)員對教學(xué)滿意度評分為(4.60±0.52)分，顯著高于對照組的(3.90±0.57)分(P<0.05)。

3 討 論

胸腔鏡技術(shù)的發(fā)展使兒科胸部手術(shù)步入微創(chuàng)時代，熟練掌握小兒單肺通氣的實施與管理成為兒科?？坡樽磲t(yī)師的必備技能。目前，越來越多的嬰幼兒甚至新生兒的胸腔手術(shù)通過胸腔鏡來完成[8]，對兒科?？坡樽磲t(yī)師和具體的臨床教學(xué)提出了更高的要求。上海市兒童醫(yī)院傳統(tǒng)的臨床教學(xué)方法是由帶教老師示范嬰幼兒單肺通氣的操作并講解要點，學(xué)員觀摩后逐步開展臨床操作。由于存在嬰幼兒實施單肺通氣可選用的工具少、病例數(shù)少，氣管和支氣管內(nèi)徑較狹窄且黏膜柔嫩、血管豐富，反復(fù)操作易損傷，以及嬰幼兒耐受缺氧時間短而不能進行長時間氣道相關(guān)操作等因素，使傳統(tǒng)的臨床教學(xué)方法受到了很大的限制，導(dǎo)致學(xué)員的學(xué)習(xí)周期延長。

3D人體器官打印已應(yīng)用于骨科、血管外科、手外科、口腔科等醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，并顯示出其優(yōu)勢。辛曾峰等[4]將3D打印技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜創(chuàng)傷骨科教學(xué)，有效提高了學(xué)員的動手能力；張章等[5]利用3D打印的病變主動脈模型結(jié)合臨床教學(xué)，提高了學(xué)員對主動脈疾病的學(xué)習(xí)效果；馬創(chuàng)等[6]將3D打印的手外傷骨折模型用于復(fù)雜手外傷教學(xué)；張勉等[7]利用3D打印的牙齒模型進行教學(xué)，幫助學(xué)員掌握牙齒的解剖形態(tài)特征，顯著提高了石膏牙雕刻技術(shù)。3D打印技術(shù)在氣道的模擬和氣道相關(guān)臨床實踐教學(xué)方面同樣具有優(yōu)勢。Wilson等[9]利用3D打印技術(shù)建立體外氣道模型模擬導(dǎo)管置入，成功解決了肺蛋白沉積癥患者需要術(shù)中行單肺通氣后實施全肺灌洗術(shù)；Al-Ramahi等[10]將3D打印的氣道模型用于氣管異物取出的訓(xùn)練。

本研究是國內(nèi)首次將3D打印的氣管支氣管模型用于嬰幼兒單肺通氣教學(xué)，結(jié)果顯示，模擬組支氣管封堵器準確置入所需時間顯著短于對照組，模擬組支氣管封堵器置入準確率有高于對照組的趨勢，但兩組間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義；表明3D打印氣管支氣管模型用于嬰幼兒單肺通氣教學(xué)可提高教學(xué)質(zhì)量。相較于傳統(tǒng)教學(xué)方法，模擬教學(xué)培訓(xùn)可使學(xué)員在短時間內(nèi)強化學(xué)習(xí)，重復(fù)進行體外模擬訓(xùn)練，能更快、更直觀地從3D角度熟悉氣管支氣管的解剖結(jié)構(gòu)及相關(guān)知識，熟悉支氣管封堵器的操作手法，從而加快了學(xué)員實際操作的學(xué)習(xí)速度，在獨立完成操作時已對相關(guān)操作過程和技巧具有一定的熟悉度。此外，學(xué)員在模型上訓(xùn)練后再進行臨床實踐會更加安全，對患兒多了一份人性化的照顧，這不僅反映了醫(yī)學(xué)技術(shù)的進步，更標志著醫(yī)學(xué)道德的進步[11]，與目前臨床教學(xué)的出發(fā)點相一致。同時，在培訓(xùn)中發(fā)現(xiàn)學(xué)員在模擬訓(xùn)練時較實體操作能更快地達到培訓(xùn)要求。分析其原因：模擬操作對象為無生命的體外氣管支氣管模型，學(xué)員適應(yīng)較快；在模擬訓(xùn)練時環(huán)境代入感不強、心理壓力小、操作顧忌少，故操作速度較實際操作快。此外，氣管支氣管模型用于單肺通氣教學(xué)也豐富了帶教老師的教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)員的主觀積極性，彌補了傳統(tǒng)臨床教學(xué)方式的不足。本研究結(jié)果顯示，模擬組學(xué)員對教學(xué)滿意度評分顯著高于對照組。借助3D打印技術(shù)，氣管支氣管模型在外觀上具有真實感，左右主支氣管的開口定位與嬰幼兒解剖特點相近，解決了嬰幼兒單肺通氣的臨床教學(xué)培訓(xùn)問題，并為纖維支氣管鏡臨床操作培訓(xùn)提供了一種可靠的教學(xué)方法。

本研究在對學(xué)員進行考核時，考慮到嬰幼兒氣管內(nèi)徑細，纖維支氣管鏡和支氣管封堵器同時在氣管導(dǎo)管內(nèi)操作的難度大，選擇了將支氣管封堵器置于氣管導(dǎo)管外的方法。這種方法在臨床工作中被證實用于年齡小的患兒安全有效、操作簡單，且術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率低[12-13]。在培訓(xùn)各階段對學(xué)員和帶教老師的要求：第1階段，學(xué)員了解氣管支氣管相關(guān)的基礎(chǔ)理論及支氣管封堵器置入的演示過程，增加對操作的感性認識；第2階段，兩組在各自學(xué)習(xí)過程中進一步掌握氣管支氣管解剖結(jié)構(gòu)，提升對支氣管封堵器及單肺通氣的認知程度，掌握置入支氣管封堵器的操作手法和技巧；第3階段，在考核時帶教老師嚴格執(zhí)行“放手不放眼”的原則，避免潛在的醫(yī)療事故發(fā)生風(fēng)險，同時緩解學(xué)員的緊張情緒[14]。

目前，模擬教學(xué)越來越受到各個醫(yī)學(xué)院校及教學(xué)醫(yī)院的重視。模擬教學(xué)在各個醫(yī)學(xué)領(lǐng)域及臨床實踐中，不僅使臨床教學(xué)方法更豐富多彩，也能幫助學(xué)員更快熟悉操作流程及手法技巧，有助于縮短培訓(xùn)周期，降低因操作流程和手法技巧生疏導(dǎo)致的醫(yī)療事故發(fā)生風(fēng)險。模擬教學(xué)在醫(yī)學(xué)教育中的特殊價值必然會越來越得到體現(xiàn)，應(yīng)用也越來越廣泛。