3D打印眼模型在醫(yī)學(xué)生直接檢眼鏡教學(xué)中的應(yīng)用

吳 嬋，劉雨桐，戴榮平，張美芬，鐘 勇，陳有信

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)院 眼科， 北京 100730)

在目前臨床醫(yī)學(xué)八年制本科生的教學(xué)體系中，眼科的學(xué)習(xí)時(shí)間較短。眼科學(xué)(ophthalmology)是一個(gè)非常依賴各類檢查儀器的學(xué)科，其檢查儀器包括眼壓計(jì)、裂隙燈、直接檢眼鏡(direct ophthalmoscopy)和間接檢眼鏡等等。在眼科的學(xué)習(xí)過(guò)程中，很多學(xué)生對(duì)眼科的各種儀器操作感到有一定的困難，很難在較短的時(shí)間內(nèi)掌握相應(yīng)的操作要點(diǎn)，尤其是眼底的檢查儀器[1]。而直接檢眼鏡檢查眼底正是非常重要的眼科基本功，是初步了解眼底情況的重要工具，也是一項(xiàng)重要的醫(yī)學(xué)技能[2-3]，在很多臨床科室都有著重要的意義，可以幫助眼科、神經(jīng)科、急診科和婦產(chǎn)科等醫(yī)生對(duì)于一些危及視力甚至生命的情況第一時(shí)間作出判斷并積極救治[4]。國(guó)際上很多急診科、神經(jīng)內(nèi)科等醫(yī)師都掌握了基本的直接檢眼鏡眼底檢查技術(shù)，這和醫(yī)學(xué)生階段打下的良好基礎(chǔ)不無(wú)關(guān)系[5-6]，中國(guó)本科生眼科教學(xué)也迫切需要提高學(xué)生的直接檢眼鏡眼底檢查能力。

在眼科教學(xué)中，檢眼鏡練習(xí)常以互相看眼底為主，看患者眼底為輔，這本身就重復(fù)性較低，難以在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到一定的熟練度。很多學(xué)生反映互相看眼底眼睛太過(guò)疲勞，尤其是不熟練的情況下，看眼底所需時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)對(duì)對(duì)方眼底造成一定的光損傷。而以患者作為練習(xí)對(duì)象時(shí)，很多學(xué)生會(huì)緊張，更難掌握直接眼底鏡的使用技巧。因此，需要探索新的教學(xué)方法，才能為醫(yī)學(xué)生打下良好的眼科基礎(chǔ)，和國(guó)際上其他醫(yī)學(xué)院校的眼科學(xué)教育相接軌。如何增加重復(fù)訓(xùn)練的機(jī)會(huì)及提高學(xué)生的興趣是其中的關(guān)鍵。因此，本研究開(kāi)發(fā)了一種人眼模型用于直接眼底鏡的教學(xué)，希望從根本上解決上述問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)效率。本文就人眼模型輔助訓(xùn)練教學(xué)法和傳統(tǒng)教學(xué)法在眼科臨床教學(xué)中的效果進(jìn)行了對(duì)照性研究和分析，探索在眼科臨床教學(xué)活動(dòng)中引入人眼模型用于直接檢眼鏡教學(xué)的可行性。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

研究對(duì)象為92名進(jìn)入眼科學(xué)習(xí)的2012級(jí)北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院八年制臨床醫(yī)學(xué)本科生，均為第6年醫(yī)學(xué)生，以見(jiàn)習(xí)小組為單位隨機(jī)分配到兩組：A組(模型訓(xùn)練組)及B組(傳統(tǒng)訓(xùn)練組)，兩組學(xué)生均沒(méi)有直接檢眼鏡的學(xué)習(xí)或操作經(jīng)歷。

1.2 研究方法

1.2.1 人眼模型的設(shè)計(jì):人的眼球是一個(gè)暗房，因此，本研究最初選用了2 mm椴木層板，使用激光切割機(jī)切割后黏接成暗房?jī)?nèi)所有結(jié)構(gòu)，一側(cè)表面設(shè)計(jì)為模擬瞳孔，內(nèi)設(shè)可固定仿真眼球的隔層，瞳孔中軸與眼球中軸位于同一條直線上。因?yàn)榕R床工作中可能會(huì)接觸到不同瞳孔大小的患者，本研究設(shè)計(jì)了大中小3種不同孔徑的圓孔模擬瞳孔，以8、5和3 mm分別代表大中小瞳孔的孔徑，同時(shí)為了方便更改瞳孔大小用于教學(xué)，將其設(shè)計(jì)為了可調(diào)節(jié)式瞳孔，使該模型具有更強(qiáng)的實(shí)用性(圖1)。

如果將人眼簡(jiǎn)化成單球面折射系統(tǒng)，認(rèn)為眼睛只由一種介質(zhì)組成， 其折射率為1.33， 聚丙烯(樹(shù)脂)折射率為1.49，玻璃折射率為1.5， 均可用于制作仿真眼球，本研究選用了玻璃作為本研究的仿真眼球。因?yàn)榻】等搜蹚郊s22～24 mm，所以選取直徑22 mm大小的玻璃體球作為仿真眼球，將其置入暗房?jī)?nèi)部，并在其后表面貼上已打印的數(shù)字、文字、圖案或真實(shí)眼底圖，來(lái)模擬眼底。這樣，學(xué)生就可以通過(guò)這個(gè)瞳孔大小的孔來(lái)看暗房?jī)?nèi)部的模擬眼底，并反復(fù)練習(xí)。

圖1 可調(diào)節(jié)瞳孔大小的模擬暗房正面Fig 1 Front side of the pupil-adjustable eye model

為了使眼底圖片更接近真實(shí)眼底的效果，本研究將正常眼底圖進(jìn)行縮小并不斷測(cè)試，發(fā)現(xiàn)將眼底圖片縮小到1 cm x1 cm大小，同時(shí)保證視盤直徑為1.5 mm時(shí)，即可模擬正常眼底。因此本研究將相同規(guī)格的不同眼底圖片縮小至1 cm ×1 cm大小，黏貼于仿真眼球正后方，并將暗房的背面設(shè)計(jì)為可打開(kāi)式(圖2)，這樣可以方便更換圖片，以擴(kuò)展眼底教學(xué)的范圍，方便學(xué)生掌握更多的眼底疾病。經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，進(jìn)一步采用了三維(3-dimension,3D)打印材料來(lái)模擬暗房(圖3)。

圖2 模擬暗房背面打開(kāi)細(xì)節(jié)圖Fig 2 Back and interior details of the eye model

圖3 3D打印的模擬暗房正反面及內(nèi)部細(xì)節(jié)圖Fig 3 Front, back and interior details of the 3D printed eye model

1.2.2 分組訓(xùn)練方法:對(duì)兩組學(xué)生均先進(jìn)行同樣的理論講課，講解了直接檢眼鏡的應(yīng)用方法和要點(diǎn)。然后A組學(xué)生先用人眼模型練習(xí)看眼底，從8 mm的瞳孔直徑開(kāi)始熟悉眼底鏡的使用方法，待熟練后自行將可調(diào)節(jié)瞳孔調(diào)節(jié)至5 mm，最終調(diào)節(jié)為3 mm的瞳孔直徑。仿真眼球后表面的貼圖也從簡(jiǎn)單的數(shù)字、文字開(kāi)始，逐漸替換成真實(shí)眼底圖片。練習(xí)1 h后，學(xué)生開(kāi)始互相練習(xí)看眼底。B組學(xué)生直接互相練習(xí)看眼底。兩組學(xué)生經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的訓(xùn)練后，選取難度相同的真實(shí)患者眼底來(lái)讓學(xué)生們進(jìn)行測(cè)試，以120 s為考核時(shí)限，記錄是否能看清視盤、看清視盤杯盤比的反應(yīng)時(shí)間及正確與否，最后匯總數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析(圖4)。

圖4 兩組識(shí)別率的Kaplan-Meier分析Fig 4 Kaplan-Meier analysis of the recognition rate in the two groups

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用R 3.5.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用χ2檢驗(yàn)比較兩組看清視盤及杯盤比的成功率，結(jié)果以差值和95%置信區(qū)間表示。看清眼底所需時(shí)間采用Kaplan Meier總結(jié)和Log-Rank檢驗(yàn)，在120 s內(nèi)未能看到眼底則記錄為右側(cè)刪失，結(jié)果以中位成功時(shí)間和95%置信區(qū)間表示。

2 結(jié)果

參加直接檢眼鏡技能訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)生共92名，其中男生36名，女生56名，年齡23～26歲，A組及B組各有46名學(xué)生，兩組學(xué)生在年齡、性別構(gòu)成及理論考試成績(jī)等方面差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。A組經(jīng)模型輔助訓(xùn)練后，共43人成功看到眼底(93.48%)，B組經(jīng)傳統(tǒng)訓(xùn)練后，共21人看到眼底(45.65%)(表1)，兩組組間差為47.83%，95%置信區(qū)間為29.59%～66.07%，P<0.001， A組明顯優(yōu)于B組(表2)。

表1 兩組培訓(xùn)方式考核結(jié)果Table 1 Performance of the two groups[n/%]

表2 兩組培訓(xùn)方式成功率比較

A組經(jīng)模型輔助訓(xùn)練后，看清眼底的中位識(shí)別時(shí)間為29 s；95%置信區(qū)間為23～45 s。由于對(duì)照組的識(shí)別率有限，無(wú)法估計(jì)中位時(shí)間，但是，基于其95%置信區(qū)間下限估計(jì)，至少需要80 s以上。對(duì)數(shù)秩檢驗(yàn)的P值<0.001， A組明顯優(yōu)于B組(表3)。

表3 兩組培訓(xùn)方式成功識(shí)別中位時(shí)間比較

3 討論

近年來(lái)，隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，其在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用也越發(fā)廣泛[7-10]。本研究介紹了一種提高直接檢眼鏡學(xué)習(xí)能力的3D打印眼部模型的構(gòu)建，并在臨床醫(yī)學(xué)本科生的教學(xué)中評(píng)估了其有效性，探索了直接檢眼鏡教學(xué)的新方法。

眾所周知，學(xué)習(xí)離不開(kāi)記憶，從艾賓浩斯(H.Ebbinghaus)的遺忘曲線可知，記憶需要不斷地重復(fù)才能達(dá)到較好的效果，這就是教學(xué)中“反復(fù)”對(duì)于積極記憶的重要性[11]。當(dāng)然反復(fù)絕對(duì)不同于簡(jiǎn)單的重復(fù)，簡(jiǎn)單的重復(fù)是一種效率較低的教學(xué)方法，很容易引起學(xué)生的反感而降低他們的學(xué)習(xí)興趣。而教學(xué)中的反復(fù)應(yīng)是對(duì)于同一知識(shí)點(diǎn)的不同層次的再認(rèn)知，是一種階梯式的提升，在這樣的反復(fù)下，隨著學(xué)習(xí)興趣和強(qiáng)度的增加，更多的記憶將被儲(chǔ)存在長(zhǎng)期記憶中，形成永久的技能。在傳統(tǒng)的眼科教學(xué)中，檢眼鏡練習(xí)以學(xué)生互相看眼底為主，看患者眼底為輔，這種“看一個(gè)，做一個(gè)，教一個(gè)”的教學(xué)方法重復(fù)性較低，并且沒(méi)有階梯式的提升，難以增加學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣，難以形成有效的積極記憶。

通過(guò)人眼模型的可調(diào)節(jié)瞳孔及不同難度的眼底圖片，本研究從最簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)難度開(kāi)始，先通過(guò)大瞳孔來(lái)識(shí)別眼底的數(shù)字、文字，在此過(guò)程中，學(xué)生可以對(duì)直接檢眼鏡的光斑調(diào)節(jié)、屈光度調(diào)節(jié)反復(fù)調(diào)試，熟悉其各個(gè)零部件的功能及應(yīng)用，同時(shí)可以反復(fù)訓(xùn)練正確的持鏡距離及用眼方式，一旦能夠看到相應(yīng)的數(shù)字及文字，就會(huì)對(duì)學(xué)生形成正向反饋，增強(qiáng)他們的學(xué)習(xí)信心。然后逐漸增加學(xué)習(xí)難度，將瞳孔大小逐步調(diào)成中等大小的瞳孔及小瞳孔，眼底圖片也逐步替換成真實(shí)的眼底圖，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地提升學(xué)習(xí)能力，不斷增加學(xué)習(xí)興趣，逐步建立起應(yīng)用直接檢眼鏡的信心。此外，能否準(zhǔn)確說(shuō)出相應(yīng)的數(shù)字及文字序列也使教師能夠即時(shí)評(píng)估學(xué)生是否已經(jīng)掌握了該難度的眼底檢查，是否可以增加學(xué)習(xí)難度，在此過(guò)程中，學(xué)生能夠即時(shí)反饋學(xué)習(xí)中的困難，使教師能夠更有傾向性地指導(dǎo)學(xué)生、糾正錯(cuò)誤。這種教學(xué)方法由于重復(fù)性高，而且是階梯式提升的重復(fù)，更容易使學(xué)生形成長(zhǎng)期記憶，更好地掌握直接檢眼鏡的檢查技術(shù)。

不斷增強(qiáng)的難度也能激勵(lì)學(xué)生更加努力，并克服學(xué)習(xí)過(guò)程中可能出現(xiàn)的任何障礙。經(jīng)過(guò)模型輔助訓(xùn)練后，學(xué)生們?cè)跈z查其他同學(xué)或者患者時(shí)更自信，在以患者為對(duì)象的考試過(guò)程中，模型訓(xùn)練組也普遍反映面對(duì)患者的緊張與焦慮程度降低。因此，這種3D打印的眼底模型可以作為現(xiàn)有直接檢眼鏡教學(xué)方法的補(bǔ)充，顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率及學(xué)習(xí)效果，在短期內(nèi)使學(xué)生掌握直接檢眼鏡的檢查技能。這種模型輔助的訓(xùn)練方法不僅可以應(yīng)用于醫(yī)學(xué)生的眼科教學(xué)，而且可以推廣到眼科研究生、住院醫(yī)的教學(xué)，甚至可以用于急診科、神經(jīng)內(nèi)科等科室醫(yī)生的短期培訓(xùn)，從而使更多危及視力及生命的疾病得到更快的診治，為眼科教育注入新的活力。