應用增材制造技術的關節鏡手術教學模式初探

時志斌 張晨 倪建龍 唐一侖 張子琦 樊立宏 黨曉謙

[摘 要] 目的：探索增材制造技術在關節鏡手術PBL教學模式中的應用方法及效果。方法：選取西安交通大學第二附屬醫院骨科規范化培訓學員24名，使用增材制造快速成型技術制作的膝關節實體模型，以PBL的教學模式進行術前討論及手術訓練，每組8個學時，結束后進行客觀成績考核與主觀效果評價。結果：客觀考核成績平均42.8分，主觀效果評價的多個指標均大幅提升。結論：結合了增材制造技術的PBL教學模式可大大提高關節鏡手術的教學效果，提升學員對教學過程的滿意度。

[關 鍵 詞] 教學研究；增材制造；關節鏡；規范化培訓；PBL教學

[中圖分類號] G642 [文獻標志碼] 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，伴隨著運動而出現的損傷也越來越多，運動醫學漸漸成為骨外科領域的一個重要分支。關節鏡技術作為運動醫學疾病診斷及治療的重要手段，越來越受到人們的重視。然而，關節鏡下的術野所見與常規的開放直視條件不同，缺乏與相鄰組織結構的對比參照，操作技巧及手術方式均較難理解，培養一名合格的關節鏡外科醫師所需時間往往很長[1]。關節鏡下的模型輔助訓練教學系統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，無法滿足手術預演及模擬手術的需求，嚴重制約了運動醫學關節鏡外科的發展。近年來，我們應用增材制造技術，以關節鏡下前交叉韌帶（ACL）的重建手術為例，進行關節鏡手術培訓的教學探索，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月西安交通大學第二附屬醫院骨科規范化培訓學員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），均接受結合應用了增材制造技術的標準PBL教學方法，分為6個批次序貫進行，每批次的總教學時長為8個學時，由擁有西安交通大學第二附屬醫院教學資質的高年資講師授課。

（二）研究方法

1.課前準備：按規范化培訓大綱要求，制作好包括病史、體檢結果、X光片及CT、MRI等資料在內的PPT幻燈，以前交叉韌帶斷裂的基本表現、診斷及治療為學習內容，采用標準化PBL教學模式，提前2天發給所有學員，自行查找工具書及文獻，得出初步診斷，并提出手術方案及術中操作要點、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，導入我院骨科3D打印骨科平臺Solido SD300快速成型系統，打印1∶1三維立體模型，同時準備相應的ACL重建工具及相應的替代植入物。

3.教學日共6個學時，以小組討論的方式進行：（1）學員根據各自的自我學習結果，發表各自的見解，通過討論形成統一意見。（2）教師根據小組討論結果做出的診斷、并發癥、處理原則以及最后的手術方案，糾正閱片中出現的錯誤或遺漏，補充更多的信息，學員之間進一步相互討論。（3）再次形成統一意見后，教師對學員的答案進行反饋和評價，確定最后的診斷及治療方案。（4）進階環節：出示教室內使用3D打印的膝關節實物模型，研究手術方案及要點，提出骨道實施方案，使用重建手術工具行術前規劃及手術預演，在教師指導下，在膝關節實物模型上嘗試各種方案，確定最優方案，全體學員進行術后效果評估。（5）總結評估：教師針對病例進行系統性的分析，概括總結之前的預設問題，對學員提出的共性問題做出梳理解答，幫助學員掌握并鞏固相應的知識。

4.手術日共2個學時，教師和學員一同進入手術室觀摩，每次4人，觀看相應病例的手術過程，針對其中的問題，教師進一步幫助解答。

（三）教學結果評價

1.客觀效果評價：設計滿分為50分的閉卷標準化考核試卷，針對ACL斷裂的發病機理、診斷、手術要點等指標對學員進行考核，確定教學目標實現程度。

2.主觀效果評價：設計15分鐘的教學效果評分量表。該評分量表包含學習興趣提升、學習效率提升、主動互動意愿提升、學習注意力提升以及團隊合作能力提升這五方面教學效果提升主觀評價指標，不記名方式填寫。上述評價指標分為5檔標準并予以賦分：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據收集。

二、結果

（一）客觀效果評價

閉卷標準化考核試卷發放24份，回收率100%且均為有效問卷。評價指標按照考核分數計算。結果顯示學員平均考核成績可達42.8分（39～47分）明顯優于以前學員。

（二）主觀效果評價

發放調查問卷24份，回收率100%且均為有效問卷。對學員的學習興趣增加、學習效率提升、主動互動意愿提升、學習注意力提升以及團隊合作能力提升這五方面教學效果提升的主觀賦分予以統計，相比以前，均得到明顯的提升。

三、討論

關節鏡技術因其微創、安全、直觀的特性，被越來越多地應用于運動損傷疾病的診斷治療中，但膝關節內解剖結構較為復雜，而鏡下的視野相對局限，對手術部位周圍的參照標志結構難以綜合觀察；關節鏡手術采用微創入路，缺乏常規的手指觸覺感知過程，學員很難將鏡頭捕獲的二維圖像轉化為三維立體結構，從而對手術原理及操作技巧的理解帶來困難[2]。國外教學機構及醫院多采用新鮮尸體膝關節上Workshop模擬手術來進行關節鏡醫生的培養，或采用先進的關節鏡模擬手術系統在教學模型上進行帶教[3]。在我國，則因為傳統觀念的影響，新鮮尸體來源困難，無法提供足夠的標本進行尸體模擬手術教學。而關節鏡模擬手術系統則因為價格昂貴，且教學模型并非一次性使用，在大多機構無法推廣。學員只有憑借手術圖譜和術中觀摩的機會進行學習，學習效率低下，學習曲線漫長。

增材制造技術又稱為3D打印技術，近年來逐漸被廣泛應用于醫學領域的各個方面，骨科臨床應用方面發展尤為迅速，它通過采集病例的CT等影像學資料，在計算機上進行數據加工，在快速成型機上精確復制出局部骨骼或關節的三維結構，將難以理解的二維圖像轉化為直觀的三維實物，可重復性強，對一些復雜疾病的分型、術前規劃及手術預演，優勢明顯，在術前可方便地預估手術效果，術中可通過實物比對、導板引導及3D打印內植物的應用方式，大大提高了骨盆骨折、脊柱畸形、復雜關節置換翻修等疾病的治療效果，使3D打印技術得到了較為廣泛的應用[4][5]。

在我們過去的臨床實踐里，應用這一技術進行了前交叉韌帶重建手術導板的研制，可很好地實現手術的精準化和個體化，取得了初步的成果[6]。將這一技術嘗試運用于PBL教學方面，是我們近年來在教學改革方面進行的探索，研究發現，將增材制造技術與PBL教學方法相結合，可很好地增加學員對原本感覺困難領域的學習興趣，應用制備出的膝關節實物模型，可使復雜難懂的ACL重建原理及手術關注點得以直觀精確的實物顯示，學員更容易理解不規則表面上的骨道定位點的尋找技巧。在此基礎上的實物膝模型上進行手術預演，可進一步加深對ACL重建術的理解程度，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療效，從而更快地形成自己的知識架構體系，極大地促進了臨床思維能力和基本動手能力的培養，大大加強了PBL在骨科規范化培訓教育中的優勢。相比之前，可使學員在8個學時內很好地掌握關節鏡下前交叉韌帶重建術的基本要點和技巧，學習效率大大提升；學員之間的主動互動意愿提升，積極參與討論并發表自己的意見；注重發揮團隊合作能力，在客觀效果測試中發現，知識掌握程度均達到優良。

這一方法也有其局限性，增材制造技術的應用需要一定的硬件平臺，快速成型設備的普及率目前并不高，具備基本條件的單位較少。另外，相應的專門技術支持人才相對匱乏，而具有醫學背景的熟練工程師是保證這一方法順利開展的必要條件。當然，隨著增材制造技術在醫學領域應用的進一步普及，一旦將其應用到關節鏡技術的臨床教學實踐中，便可更快更好地培養出合格的關節鏡手術醫生，可對運動醫學的發展產生極大的推動作用。

參考文獻：

[1]陳光興，古凌川，王文斌，等.關節鏡手術技術培訓模式的探討及應用[J].西北醫學教育，2011，19（2）：432-434.

[2]李彬，沈鵬，白倫浩.肩關節鏡技術專業型研究生培訓方法初探[J].中國繼續醫學教育，2016，8（4）：9-10.

[3]李春寶，張靜，劉洋，等.骨科關節鏡影像數據采集及臨床教學系統的構建[J].中國醫學教育技術，2016，30（5）：538-541.

[4]李鋒濤，王棟，程劍，等.3D打印結合PACS系統在骨科PBL臨床教學模式中的應用[J].中國醫學教育技術，2015，29（3）：288-290.

[5]張晨，李苗.3D打印模型引入PBL教學在骨科見習課中的應用[J].臨床醫學研究與實踐，2016，1（6）：115-116.

[6]Ni J， Li D， Mao M， etc. A Method of Accurate Bone Tunnel Placement for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction Based on 3-Dimensional Printing Technology[J].A Cadaveric Study.Arthro-scopy，2018 ，34（2）：546-556.