3D打印技术结合单侧双通道内镜手术视频在脊柱外科教学中的应用

Application of 3D printing technology combined with unilateral biportal endoscopy surgical video of in clinical spinal surgery teaching

摘要

目的 探讨基于3D打印技术结合单侧双通道内镜（unilateral biportal endoscopy，UBE）手术视频在骨科住院医师规范化培训（以下简称住培）脊柱外科教学中的应用效果。 方法 选择2023年1—12月在首都医科大学宣武医院参加骨科住培的100名医师为研究对象，随机分为试验组（n=50）和对照组（n=50），对照组接受传统教学模式教学，试验组接受3D打印技术结合UBE手术视频教学模式。通过考核和满意度调查评价两组教学效果。 结果 试验组学生的理论考核成绩、实践成绩、最终成绩均高于对照组（79.4±7.5 vs. 73.8±9.2；78.8±7.3 vs.73.7±8.7；79.1±7.3 vs.73.8±8.8，P＜0.05）；试验组的临床教学考核的总优良率高于对照组（80.0% vs. 60.0%，P＜0.05）；在总体教学模式满意度（91.3±3.4 vs. 85.4±2.8）、提升自学能力（92.4±2.5 vs. 89.2±2.2）、加深知识掌握（94.0±1.9 vs. 87.0±3.5）、提升解决问题能力（91.6±3.7 vs. 83.9±2.7）及激发学习兴趣方面（93.0±2.0 vs. 85.8±3.8），试验组均优于对照组，且差异均有统计学意义（P＜0.05）；两组在讲解满意度的比较（91.3±2.9 vs. 91.2±2.9）差异无统计学意义（P＞0.05）。 结论 在脊柱外科教学中，3D打印技术结合UBE手术视频教学模式取得良好的教学效果，可有效提升骨科住培教学质量并提升学生满意度。

Abstract

Objective To explore the efficacy of 3D printing technology combined with unilateral biportal endoscopy (UBE) surgical video in clinical teaching of spinal surgery for standardized training of orthopedic residents. Methods From January 2023 to December 2023, 100 of standardized training of orthopedic residents were randomly divided into experiment group (n=50) and control group (n=50). The control group received the traditional orthopedic teaching mode, while the experiment group received the 3D printing technology combined with UBE surgical video. The teaching efficacy were evaluated through examinations and questionnaires. Results The scores of theoretical examination, practical examination and final examination of the experiment group were higher than those of the control group, and the differences between the two groups were statistically significant (79.4±7.5 vs. 73.8±9.2; 78.8±7.3 vs.73.7±8.7; 79.1±7.3 vs.73.8±8.8, P＜0.05). At the same time, the overall excellent rate of clinical teaching assessment in experiment group was higher than that in control group (80.0% vs. 60.0%, P＜0.05). The experiment group not only outperformed the control group in terms of overall satisfaction with the teaching mode (91.3±3.4 vs. 85.4±2.8), enhancing independent learning abilities (92.4±2.5 vs. 89.2±2.2), understanding key knowledge points (94.0±1.9 vs. 87.0±3.5), and problem-solving abilities (91.6±3.7 vs. 83.9±2.7), but also demonstrated higher fostering learning interest (93.0±2.0 vs. 85.8±3.8), which were statistically significant (P＜0.05). There was no statistical significance between the two groups in the evaluation of teacher explanations (91.3±2.9 vs. 91.2±2.9, P＞0.05). Conclusion In the teaching of spine surgery, 3D printing technology combined with UBE surgical video teaching mode has achieved good teaching results, which can effectively improve the quality of orthopedic residential training teaching and enhance satisfaction.

关键词

3D打印技术 / 单侧双通道内镜 / 视频教学 / 脊柱外科 / 住院医师规范化培训

Key words

3D printing technology / unilateral biportal endoscopy / video teaching / spine surgery / standardized training for residents

住院医师规范化培训（以下简称住培）是以培养相应学科专业能力和临床专业技能为目标的标准化医疗教育。作为毕业后教育的重要环节之一，住培是由学生发展成长为合格的临床大夫的必由之路^［1-2］。脊柱外科是骨科住培中的重要分支之一，近年来，“微创化”及“快速康复理念”发展迅速，越来越多的人青睐通过微创手术解决脊柱疾患以快速恢复日常生活^［3-4］。单侧双通道脊柱内镜（lateral biportal endoscopy，UBE）是近年来发展最为迅速的脊柱微创技术之一，此技术符合传统脊柱外科开放手术理念和操作习惯，视野范围大，水介质下视野清晰，国内外学者采用UBE技术治疗脊柱疾患取得了良好的临床疗效^［5-6］。

脊柱外科与生理学、影像学、解剖学、生物力学等学科关联十分紧密，涵盖疾病种类多，专业性强，需要学生具有良好的解剖学基础和空间想象能力。但通过传统教学，骨科住培医师无法适当、高效地将理论知识应用于实践中^［7-8］。3D打印技术可直观地看到局部解剖结构，了解病变位置、特点、严重程度，利于分析病因、发病机制，便于疾病诊断及手术方案的制定，帮助术前模拟训练^［9］。而通过手术视频教学可以调动多种感官，对人的视觉和听觉产生强烈的冲击力，在学习中可以提高思辨和理解能力，提高学习效率、提升综合能力^［10-11］。3D打印技术结合UBE手术视频教学模式为改善住培教学质量提供了一种新思路，本研究旨在探讨此教学模式的应用效果。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择2023年1—12月在首都医科大学宣武医院参加骨科住培的100名医师为研究对象。所有研究对象均签署知情同意书。两组医师均无脊柱外科相关学习和工作基础，均由经验丰富的相同资历副主任医师授课，授课学时相同。

1.2 方法

采用随机数字表法将100名骨科住培医师分为对照组（n=50）和试验组（n=50）。对照组接受传统教学模式教学，试验组接受3D打印技术结合UBE手术视频模式教学。

1.2.1 对照组

对照组采用传统教学模式，按照“课前自行预习-课上PPT讲解-课后复习”的方式进行教学。

1.2.2 试验组

试验组采用3D打印技术结合UBE手术视频模式进行教学。单纯的二维平面影像理解起来较为困难，而直观立体的3D模型更易理解和记忆。3D打印技术的基本流程为首先进行CT扫描，将扫描获得的断层图像保存为Dicom格式，然后将数据导入Mimics三维建模软件，重建出三维模型，最后将重建结果以STL格式输入3D打印机，按照三维模型逐层叠加打印出1∶1的实物模型^［12］。

以腰椎间盘突出症（lumbar disc herniation， LDH）为例对试验组教学模式加以说明：①授课教师根据丰富的教学经验，挑选典型的LDH病例进行授课。以3D打印模型为道具，给住培学员面对面直观地讲解脊柱正常和病理状态下的解剖结构，包括腰椎椎骨的构成、管腔的形态、椎管内容物等。②根据3D打印模型熟悉解剖结构进而进一步延伸出LDH的原因、分型、加重及缓解因素、特殊体格检查有哪些？③在模型上标记LDH发生在不同节段、不同位置的椎间盘突出压迫神经根有哪些不同之处？其症状、体征、影像学检查有何不同？如腰椎4-5旁中央型间盘突出压迫腰椎5神经根，表现为大腿后外侧、小腿外侧、足背皮肤感觉减弱，胫前肌、踇背伸肌力下降。而腰椎4-5极外侧型间盘突出压迫腰4神经根，表现为大腿前外侧、小腿内侧皮肤感觉减弱，胫前肌肌力下降，膝腱反射减弱或消失。④3D打印模型结合UBE手术视频进行教学。通过3D模型的详细讲解，充分认识腰椎解剖结构和LDH病因，配合UBE镜下手术视频，逐步讲解手术步骤。以腰椎5-骶椎1椎间盘突出单纯间盘切除为例，手术步骤分别为建立操作通道与内镜通道，切除部分椎板及黄韧带上止点，处理黄韧带下止点，最后切除突出椎间盘。过程中引导住培医师对LDH症状、体征、影像学表现、治疗方式进行归纳总结。指导学员在3D打印模型上进行实操练习，提出问题，教师给与答疑解惑。⑤总结讨论。3D模型结合UBE手术视频教学结束后展开讨论，提问住培医师LDH相关问题，巩固其基本理论知识，同时通过手术视频对术前诊断进行验证。最后，由住培学员对教学模式进行讨论，分析3D模型结合UBE手术视频教学模式的不足，进一步改善教学步骤及内容。

1.3 观察指标

①基本人口学特征，涵盖年龄、性别、教育背景和专业知识背景。②通过考核和问卷调查进行教学效果评价。考核包括理论考核（占50%）和实践考核（占50%），各100分，定义最终考核成绩80分及以上为优秀，70~79分为良好，60~69分为合格，60分以下为不合格。自制满意度问卷调查，对比住院医师的满意度，问卷主要包括教师讲解、加深知识点理解、提高自学能力、激发学习兴趣、提升问题解决能力以及整体教学模式的满意度，每项满分为100分，分数越高代表满意度越高。

1.4 统计学方法

采用SPSS 26.0统计学软件进行处理分析，计量资料以均数±标准差（x±s）表示，采用t检验进行分析；计数资料使用频数（百分比）［n（%）］表示，采用χ²检验进行数据分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 两组基本人口学特征比较

两组的年龄、性别、教育背景、专业知识背景差异均无统计学意义（P＞0.05）（表1）。

2.2 两组住培医师考试成绩比较

试验组的理论考核成绩、实践成绩、最终考核成绩均高于对照组，差异有统计学意义（P＜ 0.05）（表2）；同时试验组的临床教学考核的总优良率明显高于对照组（P＜0.05）（表3）。

2.3 两组住培医师教学满意度问卷调查情况比较

在总体教学模式满意度、提升自学能力、加强知识掌握、提升解决问题能力及激发学习兴趣方面，试验组均优于对照组，且差异均有统计学意义（P＜0.05）。两组教学满意度的比较差异无统计学意义（P＞0.05）（表4）。

3 讨 论

传统教学模式大多采用班级或者小组授课模式，教学方法简单，大多是以理论教学为基础，在课堂上通常会偏向采取“一刀切”的方式，这种教学方法往往不能调动住培医师的主体积极性，造成他们不积极思考，不愿意提出问题；传统的教学方式依赖于教材内容，导致知识更新延迟，无法将理论知识和临床实践有效结合，这种单一的教学方法不仅不利于住培医师们接触和学习最新的医疗知识，也不利于他们对临床中的问题进行独立的思考，不利于医学专业的发展^［13-15］。传统脊柱外科教学模式以讲授教材内容为基础，尽管资料丰富，但内容相对抽象，住培医师难以有直观立体的感受，尤其脊柱解剖复杂，同时脊髓神经十分脆弱，住培医师课堂上难以全面理解，课后难以全部记忆，教学效果难以保证，手术实践就会十分棘手甚至存在医疗风险^［16］。

3D打印技术结合UBE手术视频教学模式可以避免传统教学方式中模糊、二维、故旧的教学缺点^［17］。此教学模式可引领住培学员直观、三维立体地认识脊柱解剖，全面学习脊柱疾患的病因、特点、发病机制，更形象地理解其临床表现、体征及影像学表现，结合术中手术视频，仔细研习手术步骤，在此过程中可以对术前疾病的一系列相关内容进行复习，同时术中可以验证术前的诊断。此外，UBE内镜手术视频可以反复观看，手术步骤可以通过精细剪辑，再次重现术中重点部分、精彩部分，指导学员在3D打印模型上进行实操练习，让住培学员对脊柱疾病有更深刻的认识；同时通过手术视频复盘，可以提高手术技术。本研究也证实试验组学生的理论、实践及最终成绩均明显高于传统教学组，且差异有统计学意义。若术后出现并发症，可以通过手术视频再次循证确认术中是否出现与并发症相关操作，为避免并发症提供强有力依据，同样有利于住培医师整体水平的提高。这也与本研究结果一致，即试验组临床教学考核总优良率，提升自学能力，加深知识掌握，提升解决问题能力，激发学习兴趣等方面均显著高于对照组。目前，3D打印技术在三级医院已很普遍，且UBE手术在全国范围内发展迅速，两者结合的新颖教学模式在理论上、技术上均具有可行性，值得扩广应用。

综上所述，本研究将3D打印技术与UBE手术视频教学模式相结合并应用于脊柱外科临床教学，能够激发住培医师的学习兴趣，把抽象的学习内容变得直观和形象化，提高其诊疗思维，保证了临床教学质量。此外，教师引导学员观看手术视频，在3D打印模型上进行实操，提升学员的参与感及成就感，进一步巩固了教学效果。

参考文献

[1] 黄丹丹， 程春燕， 程南生. 四川大学华西医院住院医师规范化培训专业基地评估结果分析［J］. 中国循证医学杂志， 2020， 20（12）： 1434-1438.

[2] 王治， 谭美云， 李忠， 等. 浅谈骨科医师规范化培训的问题与探索［J］. 临床医药文献电子杂志， 2018， 5（31）： 180-181.

[3] 胡志军. 脊柱外科教学中微创理念与技术的培养［J］. 卫生职业教育， 2019， 37（20）： 130-131.

[4] 王向阳， 刘永辉， 石洋， 等. 加速康复外科理念在脊柱手术围手术期应用进展［J］. 中国疗养医学， 2022， 31（1）： 51-53.

[5] 陆焱， 郭瑛， 梁昌海， 等. 单侧双通道脊柱内镜减压术治疗腰椎间盘突出症的临床疗效［J］. 中国内镜杂志， 2024， 30（1）： 67-72.

[6] Kim S K， Kang S S， Hong Y H， et al. Clinical comparison of unilateral biportal endoscopic technique versus open microdiscectomy for single-level lumbar discectomy：a multicenter，retrospective analysis［J］. J Orthop Surg Res， 2018， 13（1）： 22.

[7] 刘长路， 王鹏飞， 聂慧娟. 临床路径与PBL教学法在骨科住培中的效果比较［J］. 中国继续医学教育， 2021， 13（20）： 14-17.

[8] 楼棪. 基于案例教学法在脊柱外科教学中的应用探讨［J］. 中华临床医师杂志（电子版）， 2021， 15（9）： 704-706.

[9] 田野， 魏磊鑫， 林文波， 等. 3D打印技术的脊柱外科临床教学［J］. 解放军医院管理杂志， 2017， 24（8）： 779-781.

[10] 施玉梅. 视频教学法在实践性教学中的应用研究［J］. 扬州教育学院学报， 2018， 36（1）： 67-70.

[11] 魏芳远， 张建中， 张立军. 手术视频结合病例讨论教学法用于骨科临床实习教学中的研究［J］. 继续医学教育， 2018， 32（10）： 41-43.

[12] Izatt M T， Thorpe P L P J， Thompson R G， et al. The use of physical biomodelling in complex spinal surgery［J］. Eur Spine J， 2007， 16（9）： 1507-1518.

[13] 蒋慧中， 张旭乡， 张健， 等. 模拟培训课程在眼科住院医师规范化培训中的应用研究［J］. 北京医学， 2022， 44（6）： 568-570.

[14] 于进洋， 罗珊珊， 朱锐， 等. 医学生教学模式现状分析及改进初探［J］. 中西医结合研究， 2022， 14（3）： 211-213.

[15] 杨一， 方伟珊， 康康， 等. TBL教学在医学生物化学实验教学中的实践［J］. 中国当代医药， 2020， 27（33）： 197-200.

[16] 刘扬. 3D打印技术在脊柱外科教学中的应用研究进展［J］. 现代医药卫生， 2021， 37（12）： 2047-2050.

[17] 芦怀旺， 冯波， 胡鹏， 等. 脊柱模型联合手术视频在骨科住培生脊柱内镜教学中的应用［J］. 中国继续医学教育， 2023， 15（6）： 121-124.

基金资助

首都医科大学2022年教育教学改革研究课题项目(2022JYY100)

首都医科大学2023年教育教学改革研究课题项目(2023JYY144)