3D打印模型結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂在脊柱外科微創(chuàng)培訓(xùn)中的應(yīng)用

趙騰飛 解先寬 吳瓊?cè)A 陳剛 徐侃

脊柱微創(chuàng)手術(shù)通常使用顯微鏡或內(nèi)窺鏡等器械，通過(guò)小切口進(jìn)入患者的椎間盤、椎管或神經(jīng)根管等部位進(jìn)行治療。與傳統(tǒng)的開放性手術(shù)相比，脊柱微創(chuàng)手術(shù)具有創(chuàng)傷小、出血少、恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)[1]。常見的脊柱微創(chuàng)手術(shù)包括頸/腰椎間盤切除術(shù)、椎管擴(kuò)大成形、內(nèi)鏡下椎體減壓植骨融合內(nèi)固定術(shù)等。這些手術(shù)可以有效地緩解脊柱疾病引起的疼痛、神經(jīng)癥狀和運(yùn)動(dòng)障礙等問(wèn)題。然而脊柱微創(chuàng)手術(shù)需要經(jīng)過(guò)專業(yè)的培訓(xùn)和資質(zhì)認(rèn)證的醫(yī)生進(jìn)行操作，以確保手術(shù)的安全和有效性。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院骨科脊柱微創(chuàng)中心采用國(guó)際先進(jìn)的微創(chuàng)技術(shù)，如椎間孔鏡技術(shù)、側(cè)方椎體間融合術(shù)、同軸內(nèi)鏡及單側(cè)雙通道關(guān)節(jié)鏡下腰椎融合術(shù)、椎管擴(kuò)大成形術(shù)等，為廣大脊柱患者提供安全、有效的手術(shù)治療，使眾多脊柱疾患的患者得到良好的醫(yī)治。浙江省每年有眾多骨科醫(yī)生到浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院進(jìn)修學(xué)習(xí)，其中不少年輕進(jìn)修醫(yī)生主動(dòng)要求到脊柱外科中心接受為期3 周的頸、腰椎微創(chuàng)技術(shù)培訓(xùn)。翻轉(zhuǎn)課堂（Flipped Classroom）是一種將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生的教學(xué)方式，近年來(lái)非常流行[2]。筆者在微創(chuàng)技術(shù)培訓(xùn)的前期，曾采用傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂的辦法進(jìn)行微創(chuàng)教學(xué)培訓(xùn)，然而教學(xué)效果卻不盡人意，新的教學(xué)方法的探索迫在眉睫。3D打印技術(shù)則是一種快速成型和制造技術(shù)，如今已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)院校的臨床科研和教學(xué)工作中[3]。因此研究設(shè)想融合3D 打印技術(shù)的“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)可以讓學(xué)員更加全面準(zhǔn)確地了解患者個(gè)體解剖情況，培訓(xùn)中可以有效避免神經(jīng)和血管損傷，提升微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)。本研究通過(guò)比較傳統(tǒng)“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式與融合3D打印技術(shù)制作病例脊柱實(shí)體模型的“翻轉(zhuǎn)課堂”的全新教學(xué)模式下培訓(xùn)進(jìn)修學(xué)員的教學(xué)效果，以評(píng)價(jià)兩種教學(xué)方法在脊柱外科微創(chuàng)培訓(xùn)中的應(yīng)用潛能。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2020 年5 月—2022 年5 月在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院脊柱外科微創(chuàng)中心進(jìn)修的42 名外院進(jìn)修學(xué)員為研究對(duì)象，隨機(jī)分為研究組和對(duì)照組，納入標(biāo)準(zhǔn)：完整參加為期3 周的微創(chuàng)手術(shù)培訓(xùn)并且完成出科考試和問(wèn)卷調(diào)查的進(jìn)修學(xué)員。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）參加培訓(xùn)時(shí)間不足3 周或中途請(qǐng)假超過(guò)2 天的進(jìn)修學(xué)員；（2）遲到或早退超過(guò)2 次的進(jìn)修學(xué)員；（3）沒(méi)有完成出科考試和問(wèn)卷調(diào)查的進(jìn)修學(xué)員。研究組21 名進(jìn)修醫(yī)生翻轉(zhuǎn)課堂聯(lián)合3D 打印模擬教學(xué)，對(duì)照組21 名進(jìn)修醫(yī)生采用翻轉(zhuǎn)課堂方法進(jìn)行授課講解。2 組進(jìn)修學(xué)員一般資料差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），如表1 所示。

表1 對(duì)照組與研究組進(jìn)修學(xué)員一般情況及入科考試成績(jī)

1.2 方法

2 組分別由5 名本院高年資副主任醫(yī)師負(fù)責(zé)，總教學(xué)時(shí)長(zhǎng)為21 學(xué)時(shí)，教學(xué)地點(diǎn)和教學(xué)時(shí)間相同。研究中使用患者的計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）圖像進(jìn)行三維重建，并利用3D 打印機(jī)（美國(guó)MakerBot Replicator Z18）以聚乳酸熱塑性塑料為原料，根據(jù)提前準(zhǔn)備好的病例CT 資料制作相應(yīng)節(jié)段頸、腰椎模型。2 組均采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，課前提供課件、視頻和參考書籍，并通過(guò)微信工作群發(fā)送給進(jìn)修學(xué)員，要求其先自主學(xué)習(xí)。

研究組在傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)基礎(chǔ)上增加了采用上述3D 打印模型展示病例實(shí)際的椎間盤突出位置與神經(jīng)根走行關(guān)系的環(huán)節(jié)，并允許在模型上進(jìn)行1 小時(shí)的手術(shù)操作模擬。隨后，2 組學(xué)員分別跟隨培訓(xùn)導(dǎo)師參加相關(guān)病例的手術(shù)或在臺(tái)下觀摩學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)結(jié)束后總結(jié)學(xué)習(xí)心得，帶教老師當(dāng)場(chǎng)針對(duì)相關(guān)病例進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并適當(dāng)延伸相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

1.3 觀察指標(biāo)

在3 周培訓(xùn)結(jié)束后，本研究對(duì)2 組進(jìn)修醫(yī)師分別進(jìn)行了出科考試測(cè)驗(yàn)和滿意度問(wèn)卷調(diào)查，以評(píng)價(jià)兩種教學(xué)方法及教學(xué)效果。總共發(fā)放了42 份問(wèn)卷，并成功回收了42份有效問(wèn)卷。問(wèn)卷內(nèi)容包括是否可以激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、是否顯著加深對(duì)脊柱微創(chuàng)手術(shù)的理解、脊柱微創(chuàng)操作技術(shù)是否有提高以及是否達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果等方面。總滿意度＝滿意人數(shù)/總?cè)藬?shù)×100%。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 26.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)數(shù)資料用n（%）表示，采用χ2檢驗(yàn)；計(jì)量資料用（）表示，采用兩獨(dú)立樣本均數(shù)t檢驗(yàn)，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 出科考試成績(jī)比較

在培訓(xùn)結(jié)束時(shí)，研究組進(jìn)修學(xué)員的臨床知識(shí)考試成績(jī)明顯高于對(duì)照組，同時(shí)在微創(chuàng)技能操作方面也明顯優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）（見表2）。

表2 對(duì)照組與研究組進(jìn)修學(xué)員出科考試成績(jī)（分，）

表2 對(duì)照組與研究組進(jìn)修學(xué)員出科考試成績(jī)（分，）

2.2 進(jìn)修學(xué)員滿意度統(tǒng)計(jì)

進(jìn)修學(xué)員滿意度調(diào)查結(jié)果顯示，對(duì)照組住院醫(yī)師對(duì)其教學(xué)方法的滿意度低于研究組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

3 討論

脊柱外科學(xué)專業(yè)性比較強(qiáng)、內(nèi)容有一定抽象性，是骨科中風(fēng)險(xiǎn)最高、解剖最復(fù)雜、手術(shù)難度最高的亞專科[4]。雖然脊柱相關(guān)的微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)培訓(xùn)報(bào)道很多，但是在實(shí)際培訓(xùn)中，很難將手術(shù)中的操作和技巧以直觀的方式展現(xiàn)出來(lái)，這使得培訓(xùn)班變得枯燥乏味，往往只是理論上的填鴨式教學(xué)。因此，許多參加脊柱微創(chuàng)手術(shù)培訓(xùn)的學(xué)員在培訓(xùn)結(jié)束后收獲甚少[5]。對(duì)于年輕的進(jìn)修醫(yī)生來(lái)說(shuō)，椎間孔鏡、椎板間鏡、單側(cè)入路雙通道UBE 技術(shù)及頸椎內(nèi)鏡下keyhole 等技術(shù)具有顯著的抽象性、復(fù)雜性和多樣性，難以掌握自主學(xué)習(xí)的范圍和重點(diǎn)。在實(shí)際的臨床操作中，許多學(xué)員遇到了困難，無(wú)法順利完成手術(shù)，這使得培訓(xùn)的意義大大降低[6]。為此，如何提高微創(chuàng)培訓(xùn)質(zhì)量，強(qiáng)化培訓(xùn)效果，并在短期內(nèi)提升基層醫(yī)院骨科醫(yī)生脊柱外科微創(chuàng)基本手術(shù)技術(shù)，需要打破傳統(tǒng)脊柱外科圖譜授課模式，從而探索出一條知行合一的教學(xué)模式[7]。

近年，我國(guó)醫(yī)學(xué)教育者在不同學(xué)科中創(chuàng)新性地應(yīng)用了翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法，并取得了較好的成績(jī)[8-9]。傳統(tǒng)的教學(xué)方式以“灌輸式”教學(xué)方法為主，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不好，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高[10]。而翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)則是學(xué)員在課前根據(jù)教師提供的多媒體和視頻資料進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，然后在課堂上與教師進(jìn)行互動(dòng)，從而能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，達(dá)到更好的教學(xué)效果[11]。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和興趣，學(xué)生可以鍛煉獨(dú)立的思維能力，學(xué)生可以通過(guò)專業(yè)網(wǎng)站的搜索獲得各種學(xué)習(xí)資源和逐漸具備收集學(xué)術(shù)資料的能力[12]。脊柱微創(chuàng)中心帶教老師在培訓(xùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，盡管學(xué)員能夠在培訓(xùn)前對(duì)相關(guān)知識(shí)和文獻(xiàn)進(jìn)行廣泛的閱讀和理解，但這些知識(shí)和總結(jié)的手術(shù)操作技巧往往只停留在淺層次的理解上，距離靈活運(yùn)用還有很大的差距[13-14]。

隨著3D 打印技術(shù)的快速發(fā)展，可以比較方便地針對(duì)特定病例制造實(shí)物，將患者的脊柱骨骼、神經(jīng)走形及變異形態(tài)實(shí)物化、可視化和立體化[15]。在本科室（浙江大學(xué)骨科研究所、浙江省運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心和浙江省運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疾病研究與精準(zhǔn)診治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）的軟件和硬件支持下，浙大二院脊柱外科微創(chuàng)中心開創(chuàng)性地提出一種將翻轉(zhuǎn)課堂和3D 打印模型教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的教學(xué)模式，用來(lái)培訓(xùn)進(jìn)修學(xué)員快速掌握微創(chuàng)手術(shù)知識(shí)要點(diǎn)和提高微創(chuàng)手術(shù)技能。在浙大二院為期3 周的脊柱微創(chuàng)技術(shù)培訓(xùn)過(guò)程中，2 組培訓(xùn)導(dǎo)師根據(jù)病人的特點(diǎn)和學(xué)生的問(wèn)題討論患者的病情和治療方案的選擇，針對(duì)性講解患者手術(shù)操作過(guò)程中的注意事項(xiàng)。研究組學(xué)員在培訓(xùn)當(dāng)中，在獲得患者知情同意下術(shù)前通過(guò)Mimics 軟件制作手術(shù)部位3D 打印模型，打印患者脊椎椎體及神經(jīng)走形的模型，從而將傳統(tǒng)的二維解剖知識(shí)以三維立體結(jié)構(gòu)的模式展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)員可以直觀立體地觀察到神經(jīng)根走行、分布、突出髓核與神經(jīng)根的關(guān)系以及椎管狹窄的程度及范圍。學(xué)員在術(shù)中操作或臺(tái)下觀摩時(shí)結(jié)合導(dǎo)航設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)劃椎管需要減壓的范圍，通過(guò)腰痛和腿痛視覺(jué)模擬評(píng)分并比較術(shù)前和術(shù)后CT 上減壓的范圍，從而充分評(píng)估微創(chuàng)手術(shù)的治療效果。學(xué)員在培訓(xùn)導(dǎo)師的指導(dǎo)下，可以在模型上自己動(dòng)手模擬手術(shù)操作步驟，隨后跟隨培訓(xùn)導(dǎo)師進(jìn)行觀摩。學(xué)員通過(guò)多角度、多方位的觀察學(xué)習(xí)，理性認(rèn)識(shí)和感性認(rèn)識(shí)相結(jié)合后逐漸進(jìn)入角色，并快速熟悉術(shù)前定位要點(diǎn)及微創(chuàng)手術(shù)操作步驟。因此，3D 打印模型聯(lián)合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)方法有力地提高了研究組學(xué)員學(xué)習(xí)微創(chuàng)手術(shù)操作技能的主動(dòng)性，并在后續(xù)實(shí)踐強(qiáng)化中快速提升其微創(chuàng)手術(shù)操作技能。

兩種教學(xué)法相得益彰，互相促進(jìn)。通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂，可以將基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的授課時(shí)間前移[16-17]，通過(guò)3D 打印模型教學(xué)，可以將微創(chuàng)手術(shù)操作技巧進(jìn)行充分展示，再結(jié)合病例進(jìn)行手術(shù)操作示范[18]。兩種教學(xué)法雙管齊下，為學(xué)員提供了多元化立體的教學(xué)平臺(tái)，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)員的積極性和發(fā)揮其創(chuàng)造性。研究組學(xué)員不僅嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真地完成了手術(shù)技巧、精準(zhǔn)診斷的學(xué)習(xí)，還獲得了完整充實(shí)的病例資料，有些主動(dòng)的進(jìn)修學(xué)員進(jìn)一步總結(jié)和撰寫論文并得到發(fā)表。另外一些進(jìn)修學(xué)員對(duì)脊柱外科微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，設(shè)計(jì)出脊柱微創(chuàng)手術(shù)獨(dú)特的操作器械和融合器，并申請(qǐng)到相關(guān)專利。此次研究結(jié)果顯示，研究組學(xué)員培訓(xùn)結(jié)束臨床操作技能成績(jī)及微創(chuàng)操作熟練度均優(yōu)于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。研究組學(xué)員對(duì)3D 打印模型聯(lián)合翻轉(zhuǎn)課堂的總體滿意度為95.1%，高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），充分說(shuō)明融合3D 打印模型的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)方法具有顯著的優(yōu)越性，明確有效地加深了學(xué)員對(duì)頸、腰椎間盤突出癥微創(chuàng)手術(shù)的理解和實(shí)踐，將有利于學(xué)員以后的臨床工作。

本研究嘗試將3D 打印技術(shù)與翻轉(zhuǎn)課堂有機(jī)結(jié)合，形成了一種全新的脊柱外科微創(chuàng)培訓(xùn)的教學(xué)模式。通過(guò)實(shí)踐，這種模式能夠有效提高學(xué)員對(duì)知識(shí)的掌握情況，其脊柱微創(chuàng)臨床知識(shí)、微創(chuàng)手術(shù)操作技術(shù)和培訓(xùn)滿意度均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)單純的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，受到了廣大進(jìn)修學(xué)員的熱烈歡迎。當(dāng)然，該模式也存在一定的局限性，例如要求教學(xué)單位配備熟悉3D 打印操作相關(guān)軟件的技術(shù)人員、良好的3D 打印設(shè)備和場(chǎng)地[19]。同時(shí)，課程還要求學(xué)員和教師合理有效地安排好學(xué)習(xí)與互動(dòng)時(shí)間。對(duì)于教學(xué)教師來(lái)說(shuō)，需要具備較強(qiáng)的組織規(guī)劃能力、較高的現(xiàn)代信息素養(yǎng)和職業(yè)素質(zhì)[20]。此外，帶教老師和學(xué)員還需要與擬用于教學(xué)的病例患者充分溝通，并尊重患者的隱私權(quán)。只有在獲得患者及其家屬知情同意并在醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過(guò)的前提下，才能調(diào)閱患者住院期間CT 等數(shù)據(jù)進(jìn)行脊柱3D 模型打印，以避免引發(fā)不必要的醫(yī)療糾紛和事故[21]。在教學(xué)模式的探索過(guò)程中，在充分告知并知情同意的情況下，大部分患者能接受并主動(dòng)參與到這種教學(xué)模式的探索，部分熱心患者給教學(xué)模式的實(shí)施提出很多中肯的建議。

綜上所述，基于3D 打印技術(shù)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)在脊柱外科微創(chuàng)技術(shù)培訓(xùn)中的應(yīng)用有助于提高進(jìn)修學(xué)員的自學(xué)能力，提高進(jìn)修學(xué)員的綜合素質(zhì)，促進(jìn)進(jìn)修學(xué)員微創(chuàng)理論知識(shí)及手術(shù)操作技能的飛躍，從而提高學(xué)員的培訓(xùn)滿意度，對(duì)微創(chuàng)外科和脊柱外科相關(guān)的教學(xué)研究和課程開發(fā)也具有借鑒意義，值得深入研究。