支气管模拟器在双腔支气管插管教学中的应用价值分析

Analysis of the application value of bronchial simulator in the teaching of dual-lumen bronchial intubation

摘要

目的 通过与常规教学模式对比，探索支气管模拟器（ORSIM）在胸科麻醉双腔支气管插管教学中的应用价值。 方法 选取空军军医大学唐都医院麻醉科48名低年资住院医师为主要研究对象，随机将所有住院医师分为采用常规教学模式的CON组（n=24）和使用ORSIM的SIM组（n＝24）。使用对应方式进行教学，然后对比组间支气管插管评价指标和研究对象对各自教学模式和内容的满意程度。 结果 教学后CON组和SIM组的支气管插管综合得分（73.9±10.3 vs. 82.4±8.2； P<0.001）、耗费时间［（150.4±11.5）s vs. （137.5±14.1）s，P=0.011］和总体满意度（70.8% vs. 95.8%，P=0.022），SIM组均优于CON组；插管成功率对比差异无统计学意义（50.0% vs.70.8%，P=0.140）。 结论 使用ORSIM对低年资麻醉科住院医师进行短期双腔支气管插管教学，可以缩短插管时间、提升插管质量和总体满意度，其在胸科麻醉的气道管理教学中具有应用价值。

Abstract

Objective To explore the application value of ORSIM bronchial simulator in the teaching of dual-lumen bronchial intubation in thoracic anesthesia by comparing it with the conventional teaching mode. Methods A total of 48 junior anesthesia residents from the Department of Anesthesiology, Tangdu Hospital, Air Force Medical University were selected as the research subjects and randomly divided into the COM group in which the conventional teaching mode was applied and the SIM group in which ORSIM was used, with 24 subjects in each. The teaching was conducted using the corresponding mode, and the evaluation indexes of bronchial intubation of each group and the residents’ satisfaction with the respective training mode and content were compared. Results After completing the training, the comprehensive score of bronchial intubation of the CON group and the SIM group was (73.9±10.3 vs. 82.4±8.2; P<0.001), time consumption of the CON group and the SIM group was [(150.4±11.5) s vs. (137.5±14.1) s; P=0.011)] and the overall satisfaction of the CON group and the SIM group was (70.8% vs. 95.8%; P=0.022). The SIM group performed significantly better than the CON group, but there was no significant difference in the success rate of intubation between the two groups (50.0% vs. 70.8%; P=0.140). Conclusion The application of ORSIM in the short-term teaching of dual-lumen bronchial intubation of junior anesthesia residents can shorten the intubation time, improve the quality and satisfaction of bronchial intubation. It is of good application value in the air tube management teaching of thoracic anesthesia.

Graphical abstract

关键词

住院医师 / 支气管插管 / ORSIM支气管模拟器 / 可视支气管镜 / 虚拟现实

Key words

resident / bronchial intubation / ORSIM bronchial simulator / optical bronchoscopic / virtual reality

气道管理是胸科手术麻醉管理中最核心的内容，要求麻醉医师对咽喉、气管及各分级支气管的基础解剖非常熟悉，在此基础上精准把握单肺通气状态下肺及心脏的器质性和功能性改变，同时必须具备识别和解决气道危急事件的意识和能力。双腔支气管插管是胸科手术麻醉气道管理最经典的方式，健侧肺实行通气而患侧肺与外界相通，其稳定且良好的肺隔离效果可以为外科操作提供满意的视野，在引流血液、痰液和灌洗液等方面也有着独一无二的作用^[1]。支气管插管核心在于准确识别各级气管隆突并将套囊置于合理位置，过深会导致通气不良和压力性损伤，过浅将导致肺隔离失败，处理不当和不及时患者将处于缺氧窒息的危险境地。相比气管内插管，支气管插管有着更高的技术要求和更复杂的学习曲线，限制了年轻医师对该项技术的快速掌握，长此以往学员学习的主动性和兴趣极大受挫。另外，在传统教学模式下，教师采用灌输式教学进行理论课讲授，学员通过文字、图片和视频等对不同组织结构进行识别，但对具体尺寸、毗邻关系、延续走行等难以形成系统、客观和准确的认知^[2]。实践课教学往往采用教师示范、学员观摩和有限参与的教学方式，无法达到良好的教学效果。支气管模拟器（ORSIM）是新西兰ORSIM气道模拟公司设计的新型临床模拟培训系统，其组成主要包括主机、模拟支气管镜和带有ORSIM软件的电脑，如图1所示。

该系统不仅适用于正常气道人群，而且包含成人及儿童的气道定位和困难气道等众多模块，其所有参数均源自大量真实患者的CT和MRI图像建模后形成的数据^[3]。它在结合虚拟仿真（VR）技术的同时与真实的支气管镜设计一样可以实现360°转向，具有吸引通道、工具通道和角度调节按键，使培训医师能够在短期内熟悉和掌握支气管镜的操作流程、技巧和手法、镜下定位和病变操作等技能^[4]。该系统设计注重人性化，完全模拟临床上的真实情景，内容丰富、完整、趣味性强，已经成为呼吸专科、麻醉和重症科医师进行气道管理学习的良好选择之一。目前，国内尚未有研究将该模拟器应用于胸科麻醉气道管理的培训和教学，所以笔者设计该随机对照研究，以探索其应用价值。

1 研究对象及方法

1.1 研究对象及分组

选取空军军医大学唐都医院麻醉科48名低年资住院医师为研究对象，其中包括硕士研究生18人，本科规培生20人，进修生10人。所有学员均有1年以上的气管插管经验，但没有或仅有少于3次的双腔支气管插管操作经验。本研究需要研究对象在使用常规模式和ORSIM模拟器教学前和教学后各进行一次插管操作，所以招募了96名行单纯肺部肿瘤切除的患者，纳入标准为：①年龄在18~65岁；②无冠心病、脑梗死等并存疾病；③经评估Mallampati分级小于等于Ⅱ级；④自愿参加本研究。排除标准：①出现未预料的困难气道；②麻醉诱导和插管期间患者生命体征剧烈波动。所有住院医师和患者均充分知悉此次研究方案并签署知情同意书，无人因故中途退出。空军军医大学唐都医院伦理委员会审核并通过了本研究方案。采用随机数字表法将其所有住院医师分为采用常规教学模式的CON组和使用ORSIM的SIM组，每组24人。影响双腔支气管插管成功率的最主要因素包括医师的技术积累和患者的插管条件，所以本研究纳入住院医师的工龄和教学前双腔支气管插管次数、患者的年龄、体重指数（BMI）和性别，作为影响插管成功率的基础资料。

1.2 支气管插管评价指标

全过程由三位不知晓具体分组情况的考官依照实际操作水平按打分细则进行评分并取平均值作为成绩。评价指标包括导管型号选择、支气管镜下辨认目标结构、插管成功与否、操作的熟练程度及耗费时间等五个维度，每个维度又包含数量不等的分项目，分值各不相同，合计总分为100分。支气管插管并不具体区分左侧或者右侧，成功以镜下支气管套囊位置正确且单肺通气不泄露为衡量标准。插管时间从拿起视频喉镜开始记下，插管失败住院医师拥有综合得分，但插管时间标记为N。

1.3 教学方法

1.3.1 理论教学

所有教学工作分别由两名具有教学资质的高年资主治医师完成，授课教师通过前期备课和预授课，已完全知悉本研究的流程和所有教学模式。首先进行1次理论授课，授课教师充分利用解剖图片、影音资料、标准模型等教学用具，讲授呼吸道的正常和病理解剖结构、常见肺部疾病对呼吸道的不利影响等。随后进行双腔支气管插管和支气管镜的使用及目标结构定位的理论授课，包括双腔支气管导管型号选择和弯曲角度、插管主要流程及注意事项等。

1.3.2 教学前基础水平评价

理论授课结束后1周内为每位住院医师随机匹配一位单纯肺部肿瘤切除患者，依次给予咪达唑仑0.05 mg/kg、舒芬太尼0.5 μg/kg、丙泊酚2.5 mg/kg和罗库溴铵0.8 mg/kg，同时辅以面罩通气；120 s后给予2%利多卡因3 ml行咽喉、声门部及气管内表面麻醉；60 s后行第一次双腔支气管插管，导管进入气管后使用支气管镜进行检查和镜下定位。出于伦理原则，如果经过2次试插或超过180 s尚未成功，判定为插管失败，由另一位经验丰富的麻醉医师接管。

1.3.3 常规模式教学

利用常规教学用具，主要以口述的方式讲授目标器官的解剖结构和支气管插管要点及注意事项，在第一次理论授课基础上重点培养学员观察能力和空间想象力。对于理解难度较大的空间结构关系，比如会厌、声门和分级支气管，要求学员画出相应结构。

1.3.4 ORSIM模拟器教学

将支气管镜接口插入交互模块后，软件程序跟踪操作者的手部动作并将其转化为计算机屏幕上模拟的内窥镜视图，从而实现对整个上、下呼吸道的窥视。授课教师引导学员使用ORSIM全方位观察咽、喉、气管及各分级支气管结构，学员也可随时使用三维可视化软件对模型进行放大、缩小、旋转、透明化、移除等操作。通过这些自主、互动操作，学员能够对靶器官解剖结构进行全方位的观察和理解。

1.3.5 教学后效果评价

所有教学内容结束后，为每位住院医师再次随机匹配一位单纯肺部肿瘤手术患者进行第2次双腔支气管插管，评价标准同第一次完全相同。在完成所有操作后，以问卷调查的方式由学员评价各自教学模式和内容的满意度。

1.4 统计分析方法

采用 SPSS 22.0软件对研究数据进行分析，计量资料以(\overline{x}±s)表示，组间比较采用独立样本t检验；计数资料采用n(%)表示，组间比较采用χ²检验。以P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 住院医师技术积累及患者插管条件对比

对比CON组和SIM组所有住院医师的技术积累，包括工龄和教学前双腔支气管插管次数，差异无统计学意义（P>0.05），如表1所示。对比教学前后插管患者的插管条件，包括年龄、BMI和性别比例，差异无统计学意义（P>0.05），如表2所示。

2.2 分组教学前后组间及组内评价指标对比

对比教学前后组内评价指标，CON组支气管插管综合得分[(69.7±9.3)分 vs. (73.9±10.3)分，P=0.035)和插管成功率（20.8% vs. 50.0%，P=0.034），教学后优于教学前，但耗费时间对比差异无统计学意义[(144.3±6.0) s vs. (150.4±11.5) s,P=0.827]；SIM组支气管插管综合得分[(70.4±11.0)分vs.(82.4±8.2)分，P<0.001]、耗费时间[(149.3±5.9) s vs. (137.5±14.1) s,P=0.022]和插管成功率（12.5% vs. 70.8%，P<0.001），教学后均优于教学前。如表3所示。

对比教学前后组间评价指标，CON组和SIM组教学前的支气管插管综合得分、耗费时间及支气管插管成功率，两组间的差异均无统计学意义（P>0.05）；而教学后支气管插管的综合得分[(73.9±10.3)分 vs. (82.4±8.2)分，P<0.001]、耗费时间[(150.4±11.5) s vs. (137.5±14.1) s，P=0.011]，SIM组均优于CON组，但两组间插管成功率对比差异无统计学意义（50.0% vs. 70.8%，P=0.140）。如表4所示。

2.3 两组学员对各自教学模式的效果评价分析

教学效果的主观评价指标，包括了解剖理解、技能掌握情况、课程与实际贴合程度、住院医师的学习兴趣和总体满意度五个方面。总体教学满意度对比，SIM组优于CON组(70.8% vs. 95.8%; P=0.022)，差异具有统计学意义，如表5所示。

3 讨论

ORSIM在气道管理评估和培训方面的有效性和可靠性在既往的研究中已得到验证^[5]。Badiger等^[6]的研究纳入了38名麻醉住院医师，在培训完成后25名受试者评价为8.5分（满分10分）。与其他气道模拟设备进行对比，该模拟器在对气道解剖的理解、提高插管成功率和缩短插管时间方面具有显著优势^[7]。即使是无临床经验的实习医师在接受ORSIM的培训之后，仍然呈现独特的优势，插管成功率显著提高（100% vs. 54%）、支气管镜检查所需时间大幅减少（68 s vs. 108 s）^[8]。

与传统教学模式相比，ORSIM基于大量真实数据与VR技术有机结合，同样非常适合用于胸科手术麻醉期间气道管理的培训与教学。主要优势在于以下几方面：①能够建立逼真的三维立体气道模型。可以直观、全面地学习，让学员具有实验的真实感、沉浸感、互动感和操作感，缩短复杂技术的学习曲线。②能以操作者的视角360°展示详细操作过程，有效弥补传统视角下操作视野局限等不足。③相比传统教学模式，学员可以有针对性的重复练习，而不受伦理以及医疗安全等因素的制约。④教学过程生动活泼，可以有效激发学员的学习主动性和兴趣。

随着5G和互联网等前沿技术的飞速发展，将临床医学教育与之结合是未来医学发展的必然趋势。将VR和在此基础上发展的增强现实（AR）融合于麻醉教学仍然处于初步阶段，有很大的发展空间和应用前景。国外已将该模式运用于神经阻滞^[9]、硬膜外穿刺^[10]和超声心动图等技能的培训中^[11]，取得了良好的效果。国内的华西医院麻醉科自主研发的维思模（VRSim）经食道超声模拟器装置是这方面的先行者之一，北京大学人民医院麻醉科将VR技术应用于纤维支气管支镜插管的培训中，均取得了很好的现实效果。这种教学方式可以有效规避传统教学方式的缺陷，为视、听、触等感官构造沉浸式、构想性和交互性的体验，从而提升学员的学习兴趣以及学习效率，增加教学深度和广度。尽管受到硬件设备的种种制约，但我们相信随着医学教学与人工智能的深度融合发展，VR和AR技术将会对未来麻醉学的教学实践产生深远影响。

参考文献

[1] 郑晖, 段勇, 耿万明,等. 不同支气管导管及支气管阻塞导管在开胸单肺通气患者中的应用[J]. 中华医学杂志, 2012, 92(35): 2481-2484.

[2] 包婉莹, 陈晓烨, 李宛凌, 等. 虚拟现实技术在临床医学本科解剖学教学中的应用和思考[J]. 卫生职业教育, 2022, 40(1): 62-63.

[3] RYU T, KIM E, KIM J H, et al.Comparing the Placement of a Left-sided Double-lumen Tube Via Fiberoptic Bronchoscopy Guidance Versus Conventional Intubation Using a Macintosh Laryngoscope, to Reduce the Incidence of Malpositioning: Study Protocol for a Randomized Controlled Pilot Trial[J]. Trials, 2019, 20(1): 51.

[4] WONG D T, MEHTA A, SINGH K P, et al. The effect of Virtual Reality Bronchoscopy Simulator Training on Performance of Bronchoscopic-guided Intubation in Patients:A Randomised Controlled Trial[J]. European Journal of Anaesthesiology, 2019, 36(3): 227-233.

[5] BAKER P A, WELLER J M, BAKER M J, et al.Evaluating the ORSIM^® Simulator for Assessment of Anaesthetists’ Skills in Flexible Bronchoscopy:Aspects of Validity and Reliability[J]. British Journal of Anaesthesia, 2016, 117(S1): 87-91.

[6] BADIGER S, FEARNLEY A, AHMAD I.Fibreoptic Tracheal Intubation Training Using Bronchoscopy Simulation[J].European Journal of Anaesthesiology, 2015, 32: 209-210.

[7] VAIDYANATH C, SHARMA M, MENDONCA C. Fibreoptic Airway Endoscopy Training: Comparison of Three Different Trainer Models[J]. European Journal of Anaesthesiology, 2015, 32: 510-512.

[8] VAIDYANATH C, SHARMA M, MISTRY V,et al.ORSIM^TM Bronchoscopy Simulator Improves Psychomotor Skills for Fibreoptic Intubation Amongst Novices[J]. British Journal of Anaesthesia, 2013, 111(4): 691.

[9] ORMEROD D F, ROSS B, NALUAI-CECCHINI A. Use of an Augmented Reality Display of Patient Monitoring Data to Enhance Anesthesiologists’ Response to Abnormal Clinical Events[J]. Studies in Health Technology and Informatics, 2003, 94: 248-50.

[10] ASHAB H A, LESSOWAY V A, KHALLAGHI S, et al. An Augmented Reality System for Epidural Anaesthesia (AREA): Prepuncture Identification of Vertebrae[J]. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 2013, 60(9): 2636–2644.

[11] MAHMOOD F, MAHMOOD E, DORFMAN R G, et al. Augmented Reality and Ultrasound Education: Initial Experience[J]. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia, 2018, 32(3): 1363-1367.

基金资助

国家自然科学基金资助项目(81971225)