3D打印技術(shù)聯(lián)合混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)在基層醫(yī)院老年髖部骨折規(guī)范治療教學(xué)中的應(yīng)用效果

陳光華 黃貴芝 譚小艷 林瀚 吳新誘 林顥

(廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，廣東 湛江 524001)

髖關(guān)節(jié)周圍骨折是骨科常見(jiàn)疾病，包括股骨轉(zhuǎn)子間骨折、股骨頸骨折等。老年人由于機(jī)體老化、反應(yīng)力下降、行動(dòng)遲緩，而且常合并骨質(zhì)疏松、腦萎縮、帕金森癥等疾病，髖部骨折罹患率增高〔1〕。由于髖關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜及作用于骨折的外力多變，導(dǎo)致其骨折形態(tài)多變，手術(shù)方法多樣且難度較大，且要充分綜合評(píng)估老年人原有的基礎(chǔ)疾病，故而以相關(guān)指南為基礎(chǔ)的規(guī)范治療對(duì)老年患者的預(yù)后改善具有重要意義。在基層醫(yī)院，由于經(jīng)濟(jì)、交通等不可抗力的原因，未能得到較好處理，嚴(yán)重并發(fā)癥的發(fā)生率較高，故而針對(duì)基層醫(yī)院住院醫(yī)師規(guī)范化規(guī)培學(xué)員、?？漆t(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)學(xué)員、進(jìn)修醫(yī)生進(jìn)行髖關(guān)節(jié)周圍骨折的規(guī)范化治療方案的培訓(xùn)具有重要意義。既往骨科臨床教學(xué)多以骨骼模型或患者影像圖進(jìn)行輔助教學(xué)，但骨骼模型多為正常結(jié)構(gòu)，患者影像圖輸出信息有限，臨床教學(xué)效果不滿意。尋找更高效的教學(xué)方案很有必要。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D技術(shù)和數(shù)字虛擬化技術(shù)在社會(huì)各行業(yè)開(kāi)始普及，近年來(lái)更是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，3D打印技術(shù)可將骨折解剖進(jìn)行三維重建，模擬手術(shù)過(guò)程，可為學(xué)生帶來(lái)更好的視覺(jué)體驗(yàn)，更能清楚了解骨折結(jié)構(gòu)及術(shù)中操作流程〔2，3〕?；旌犀F(xiàn)實(shí)(MR)技術(shù)是數(shù)字虛擬化技術(shù)的一種，可以將CT、磁共振成像(MRI)等二維醫(yī)學(xué)圖像在與現(xiàn)實(shí)環(huán)境相融合的情況下轉(zhuǎn)化成直觀的三維虛擬模型，可以為學(xué)生提供真實(shí)的模擬訓(xùn)練，提高感官體驗(yàn)感，已有多項(xiàng)研究證實(shí)〔4，5〕其在外科手術(shù)及教學(xué)中的應(yīng)用效果。本研究擬分析3D打印技術(shù)與MR技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用在基層醫(yī)院老年髖部骨折規(guī)范治療教學(xué)中的效果。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2018年3月至2022年3月在廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科規(guī)培及進(jìn)修的醫(yī)師共120名。納入標(biāo)準(zhǔn)：①均自愿加入本研究并簽署知情同意書；②首次參與老年髖部骨折手術(shù)規(guī)劃教學(xué)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在中途退出者；②課程依從性較差者；③存在請(qǐng)假周期超過(guò)1 w者。將2018年3月至2020年3月進(jìn)行規(guī)培及進(jìn)修的醫(yī)師58名設(shè)為對(duì)照組，將2020年4月至2022年3月進(jìn)行規(guī)培及進(jìn)修的醫(yī)師62名設(shè)為觀察組。對(duì)照組男30例，女28例；本科22例，碩士36例；規(guī)培27例，進(jìn)修31例；年齡20～26歲，平均(22.97±1.34)歲。觀察組男32例，女30例；本科23例，碩士39例；規(guī)培38例，進(jìn)修24例；年齡21～26歲，平均(23.45±1.14)歲。兩組一般資料差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。醫(yī)院倫理委員會(huì)對(duì)本研究予以審核通過(guò)。

1.2教學(xué)模式 本次研究所選帶教老師均為本科高年資醫(yī)師(10年及以上臨床經(jīng)驗(yàn))，并獲取主治醫(yī)師及以上職稱。兩組帶教老師為同一組。傳統(tǒng)教學(xué)模式(對(duì)照組)：制作教學(xué)PPT，選取具有代表性的病例圖片并進(jìn)行注解，傳授髖關(guān)節(jié)骨折的原理、常見(jiàn)類型及相應(yīng)的治療原則；選取在院病例，在取得患者同意后作為教學(xué)模板，在帶教老師的帶領(lǐng)下可進(jìn)行骨折術(shù)前基本處理，觀摩老師進(jìn)行骨折術(shù)前規(guī)劃，跟隨帶教老師進(jìn)入手術(shù)室進(jìn)行術(shù)中觀摩或觀看手術(shù)操作影像，術(shù)后帶教老師進(jìn)行病例講解，而后提出問(wèn)題并引導(dǎo)學(xué)生尋找答案，在本次病例探討結(jié)束前鼓勵(lì)學(xué)生自行提出問(wèn)題，并引導(dǎo)學(xué)生自行查找資料，在下一次查房時(shí)進(jìn)行總結(jié)匯報(bào)。每2 w進(jìn)行模擬操作及理論知識(shí)的小型考核。

3D打印技術(shù)聯(lián)合MR技術(shù)教學(xué)模式(觀察組)：帶教老師均進(jìn)行3D技術(shù)和MR技術(shù)的培訓(xùn)。設(shè)計(jì)3D及MR教學(xué)模型，選取典型病例，包括合并不同基礎(chǔ)疾病的老年患者股骨頸骨折、股骨轉(zhuǎn)子間骨折、股骨轉(zhuǎn)子下骨折、股骨頸骨折等典型髖關(guān)節(jié)骨折類型，將患者影像學(xué)資料導(dǎo)入MR系統(tǒng)中，建立MR三維模型。對(duì)患者CT圖像進(jìn)行二維預(yù)處理后，采用1∶1的制作標(biāo)準(zhǔn)，制作3D模型。①課前發(fā)放相關(guān)病例資料，簡(jiǎn)單進(jìn)行介紹后，提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入真實(shí)診療狀態(tài)，讓學(xué)生從基礎(chǔ)的病史問(wèn)診、體格檢查及基本處理進(jìn)行自主匯報(bào)，而后老師進(jìn)行補(bǔ)充和點(diǎn)評(píng)，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)老年患者的特征進(jìn)行觀察和分析。②進(jìn)入課堂，首先引導(dǎo)學(xué)生對(duì)患者的影像學(xué)資料進(jìn)行分析，作出診斷，并引出后續(xù)輔助檢查和治療方案。以學(xué)生為主導(dǎo)，老師作為引導(dǎo)者，以學(xué)生提出問(wèn)題——老師引導(dǎo)解決問(wèn)題，但不提出實(shí)質(zhì)性結(jié)論的模式進(jìn)行教學(xué)。③在完成病例分析后，老師拿出對(duì)應(yīng)病例的3D模型，讓學(xué)生進(jìn)行觀摩及感受，并對(duì)此前給出的診斷進(jìn)行反思和修正，并提出原因，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)合并不同老年基礎(chǔ)疾病的模型進(jìn)行對(duì)比分析。④老師利用3D模型引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行手術(shù)規(guī)劃，而后通過(guò)MR模型進(jìn)行預(yù)手術(shù)操作，并逐步完善手術(shù)方案，模擬手術(shù)操作，進(jìn)一步熟悉手術(shù)操作步驟，并根據(jù)術(shù)中情況進(jìn)行術(shù)后患者治療及護(hù)理方案的制定。每周進(jìn)行1次，前4 w由老師進(jìn)行教學(xué)模板的選擇，后4 w進(jìn)行分組，以小組學(xué)習(xí)的模式進(jìn)行教學(xué)模板的選擇及工具制作。兩組均進(jìn)行持續(xù)教學(xué)2個(gè)月。

1.3理論知識(shí)、實(shí)踐綜合能力 在教學(xué)開(kāi)始時(shí)和結(jié)束后，均采用醫(yī)院自制理論考核試卷及實(shí)踐綜合能力評(píng)估量表對(duì)學(xué)生理論知識(shí)及實(shí)踐綜合能力進(jìn)行考核。理論考核試卷包括老年髖關(guān)節(jié)骨折原理(25分)、髖關(guān)節(jié)局部解剖(25分)、骨折分類(15分)、骨折治療原則(35分)，總分100分，以高分為優(yōu)。實(shí)踐綜合能力評(píng)估包括問(wèn)診(10分)、體格檢查(20分)、診斷(20分)、基本處理(20分)、病例書寫(10分)及術(shù)前手術(shù)規(guī)劃(50分)，以模擬病例方式進(jìn)行考核，總分130分，以高分為優(yōu)。

1.4臨床思維能力 在教學(xué)結(jié)束后，均采用醫(yī)學(xué)生臨床思維能力評(píng)價(jià)表〔6〕，量表Cronbach α 為0.909，包括批判性思維能力、系統(tǒng)性思維能力和循證性思維能力3個(gè)維度，總分120分。

1.5參與度 參考許瑜函等〔7〕文獻(xiàn)自制參與度量表在教學(xué)結(jié)束后，評(píng)估學(xué)生參與度，該量表經(jīng)測(cè)試具有良好信效度，量表Cronbach α為 0.805，主要包括認(rèn)知參與度(20分)、行為參與度(30分)及情感參與度(20分)，分?jǐn)?shù)越高，學(xué)生參與度越高。

1.6滿意度 參考孫濤等〔8〕文獻(xiàn)自制滿意度調(diào)查表在教學(xué)結(jié)束后，評(píng)估學(xué)生對(duì)教學(xué)模式的滿意度，該量表經(jīng)測(cè)試具有良好信效度，量表Cronbach α為0.765，主要包括課堂效果、知識(shí)掌握程度、學(xué)習(xí)興趣三方面，每項(xiàng)評(píng)分15分，分?jǐn)?shù)越高，滿意度越高。

1.7教學(xué)前后患者術(shù)前規(guī)劃質(zhì)量及康復(fù)情況 隨機(jī)選取教學(xué)前后，經(jīng)參與本次教學(xué)醫(yī)師收治的老年髖骨骨折患者各20例，觀察其術(shù)前規(guī)劃質(zhì)量及術(shù)后康復(fù)情況。術(shù)前規(guī)劃質(zhì)量由科室主任及副主任醫(yī)師共同打分，評(píng)分1～10分，分?jǐn)?shù)越高，說(shuō)明質(zhì)量越好?；颊咝g(shù)后康復(fù)情況以其術(shù)后1個(gè)月髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分、Fugl-meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)定量表及改良Barthel指數(shù)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1.8統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件行t檢驗(yàn)、χ2檢驗(yàn)。

2 結(jié) 果

2.1兩組教學(xué)前后醫(yī)師理論知識(shí)比較 教學(xué)后，觀察組髖關(guān)節(jié)骨折原理、局部解剖、骨折分類及治療原則的理論考核成績(jī)顯著優(yōu)于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組教學(xué)前后醫(yī)師理論知識(shí)比較分)

2.2兩組教學(xué)前后醫(yī)師實(shí)踐綜合能力比較 教學(xué)后，觀察組老年髖關(guān)節(jié)骨折的問(wèn)診、體格檢查、診斷、基本處理、病例書寫及術(shù)前手術(shù)規(guī)劃的實(shí)踐能力均顯著優(yōu)于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表2。

2.3兩組醫(yī)師臨床思維能力和參與度比較 觀察組臨床思維能力及學(xué)習(xí)參與度評(píng)分均顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表2。

表2 兩組醫(yī)師實(shí)踐綜合能力、臨床思維能力和參與度比較分)

2.4兩組醫(yī)師對(duì)教學(xué)模式滿意度評(píng)價(jià) 觀察組對(duì)課堂效果、知識(shí)掌握程度和學(xué)習(xí)興趣滿意度評(píng)分均顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。見(jiàn)表3。

表3 兩組醫(yī)師對(duì)教學(xué)模式滿意度評(píng)價(jià)分)

2.5教學(xué)前后患者術(shù)前規(guī)劃質(zhì)量及康復(fù)情況 教學(xué)后收治患者的術(shù)前規(guī)劃質(zhì)量評(píng)分、術(shù)后1個(gè)月髖關(guān)節(jié)功能Harris評(píng)分、Fugl-meyer下肢運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分和Barthel指數(shù)均顯著優(yōu)于教學(xué)前收治患者(P<0.05)。見(jiàn)表4。

表4 教學(xué)前后患者術(shù)前規(guī)劃質(zhì)量及康復(fù)情況分，n=20)

3 討 論

老年人群機(jī)體生理功能下降，代謝能力減弱，鈣磷等微量元素流失，骨密度降低，骨脆性增加，在受到外力刺激下，易發(fā)生骨折，髖關(guān)節(jié)周圍骨折是老年患者常見(jiàn)的骨折類型之一，而因老年患者多有基礎(chǔ)疾病，若未獲得規(guī)范處理，常出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥，如墜積性肺炎、下肢深靜脈血栓等〔9〕，嚴(yán)重者可危及生命。故而對(duì)骨科醫(yī)師進(jìn)行老年髖關(guān)節(jié)手術(shù)規(guī)范化培訓(xùn)尤為重要。但因臨床手術(shù)治療的特殊性，臨床手術(shù)帶教多以手術(shù)觀摩，影像學(xué)習(xí)等方式，信息接受面有限，效果不佳。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，3D打印技術(shù)和MR技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域逐漸普及，在手術(shù)教學(xué)中也得到關(guān)注。

3D打印技術(shù)可根據(jù)影像源數(shù)據(jù)進(jìn)行逐層打印，還原與實(shí)物1∶1的模型〔10〕，3D模型可幫助學(xué)生更為全面了解老年髖關(guān)節(jié)骨折的特征，有效提高學(xué)生對(duì)臨床知識(shí)的理解，而在傳統(tǒng)的教學(xué)中，多以圖片、正常的骨骼模型或?qū)嶓w標(biāo)本進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生難以掌握老年患者病變骨骼的特征及結(jié)構(gòu)，故而在對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解上較為缺乏。郭建平等〔11〕也將3D打印技術(shù)帶入骨科教學(xué)中，可有效提高學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，本研究與其部分相似。

3D打印技術(shù)為學(xué)生提供了更為直觀的傷情模型，可幫助其建立良好的疾病認(rèn)知，在一定程度上提高其對(duì)老年患者臨床病情分析能力；MR技術(shù)將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬時(shí)間結(jié)合，營(yíng)造的虛擬環(huán)境具有身臨其境的仿真感〔12〕，可有效提高學(xué)生的感官感受，學(xué)生在老師的引導(dǎo)下通過(guò)3D模型進(jìn)行術(shù)前手術(shù)規(guī)劃后，通過(guò)對(duì)應(yīng)的MR模型進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬操作，且在操作過(guò)程中，MR模型根據(jù)學(xué)生操作可給予相應(yīng)的回應(yīng)，學(xué)生更能了解自我手術(shù)規(guī)劃的不足，且在模型手術(shù)操作中也可有效提高其手術(shù)操作技能。MR技術(shù)將真實(shí)的物理空間和模擬世界進(jìn)行精準(zhǔn)的融合，可有效獲取最為直觀效果〔13〕，有效增加了學(xué)生的操作訓(xùn)練機(jī)會(huì)，緩和臨床有限的醫(yī)療資源。兩者聯(lián)合更能提高學(xué)生的臨床實(shí)踐能力。杜昌旺等〔14〕研究中也有相似觀點(diǎn)。臨床思維是臨床能力的核心和基礎(chǔ)，是每一位醫(yī)師需具備的良好品質(zhì)〔15〕，故而臨床思維能力的培養(yǎng)是臨床教學(xué)的關(guān)鍵點(diǎn)之一，且因老年患者診療的復(fù)雜性，需要更強(qiáng)的思維能力。3D打印技術(shù)與MR技術(shù)結(jié)合更能全面了解老年患者的臨床特征表現(xiàn)，通過(guò)平面-3D-物理空間的層層對(duì)比，不斷反思，有利于學(xué)生發(fā)散臨床思維，提高其對(duì)老年患者臨床診療的邏輯能力，幫助其更好地將患者病史、臨床表現(xiàn)進(jìn)行分析，提高臨床診斷能力，制定正確完善的治療方案，解決臨床問(wèn)題。

課堂參與度指學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的努力程度、精力投入、學(xué)習(xí)決心和熱情度〔16〕。3D打印技術(shù)和MR技術(shù)的結(jié)合將傳統(tǒng)教學(xué)的抽象轉(zhuǎn)變?yōu)榱Ⅲw生動(dòng)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感和參與度，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)效果。3D打印技術(shù)和MR技術(shù)可有效提高基層醫(yī)師對(duì)老年髖部骨折治療的規(guī)范性，更好促進(jìn)患者術(shù)后康復(fù)。