3D打印模型在住院醫師腰椎置釘教學中的應用

章仁杰 張華慶 賈翀宇 申才良

腰椎置釘技術廣泛應用于各種腰椎疾病，已成為骨科住院醫師必需掌握的一項臨床操作技能。然而，骨科住院醫師在脊柱外科輪轉培訓時間有限，通過術中觀察和有限的操作實踐來掌握這項技術十分困難，加之出于患者安全考慮，有必要采取新的腰椎置釘教學培訓模式以促使住院醫生能盡快掌握這項技術。近年來，3D打印技術輔助教學的方式已應用于臨床教學和技能培訓[1-2]。3D打印的實物模型使抽象、難以理解的結構變得直觀。更重要的是，3D打印技術已非常成熟，可制作出在手感上接近于真實椎體中皮質骨和松質骨感覺的3D模型[3]供醫生置釘練習。因此，為了使住院醫師在輪轉期間掌握腰椎置釘技術，我們采用3D打印模型進行腰椎置釘教學，現報道如下：

1 資料與方法

1.1 研究對象 于2019年1月-2020年12月選取在本醫院脊柱外科規培的骨科住院醫師35名，均為男生，根據輪轉批次隨機分為傳統教學組及實驗組，傳統教學組18名醫師，實驗組17名醫師。兩組醫師在規培年級、年齡方面差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 教學方法

1.2.1 傳統教學組 教師采用統一授課的方式，對腰椎置釘進行基礎理論知識的講解，包括腰椎椎弓根螺釘和皮質骨通道（CBT）螺釘的進釘點、進釘角度、螺釘直徑的選擇、螺釘置入的深度以及置釘過程中參考的解剖標志等。之后結合患者的腰椎X線正側位片、CT平掃及三維重建圖像進一步講解。講解完成后，要求住院醫生獨立在腰椎CT圖像上識別螺釘的進釘點以及規劃進釘方向，同時在三維重建CT圖像上尋找出對應的解剖標志。然后，老師播放相關腰椎置釘視頻，同時講解置釘流程和操作技巧。在輪轉期間有機會在上級醫生的監督下進行腰椎真實置釘體驗及操作。

1.2.2 實驗組 授課老師與講授內容與對照組一致，但在講授過程中結合了等比例3D打印模型。住院醫生可自主在3D打印模型上進行腰椎置釘相關解剖標志的觀察和操作練習。

1.3 教學效果評價 出科時對兩組住院醫生進行考核，包括腰椎置釘的理論知識和技能操作，各100分，規定考試時間。理論考試內容為腰椎基本解剖結構、腰椎置釘方式和技術要點（進釘點和進釘方向）、置釘參考標志、置釘工具和流程等。操作考試為在腰椎CT圖像上進行螺釘釘道的規劃，以及在3D打印模型上置釘，節段均為L1-L5，共10枚，一枚螺釘規劃或置釘準確得5分。

1.4 統計學方法 本研究使用SPSS 19.0統計軟件分析數據，定量數據以均值±標準差的方式表示，進行t檢驗，P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結 果

在理論測試中，實驗組住院醫師考試成績高于傳統教學組，差異具有統計學意義（P=0.041）；在操作考核中，實驗組住院醫師在螺釘釘道CT規劃、模型置釘和總成績方面得分均高于傳統教學組，差異具有統計學意義（P＜0.05）。見表1。

表1 兩組住院醫生理論和操作考試成績比較（±s，分）

表1 兩組住院醫生理論和操作考試成績比較（±s，分）

組別 n 理論考試 操作考試釘道CT規劃 模型置釘 總分傳統組 1879.8±10.1 39.1±6.9 31.9±9.170.9±8.2實驗組 17 86.4±7.0 45.0±4.1 44.7±5.089.7±7.6 t 2.137 2.967 4.936 6.691 P 0.041 0.007 0.001 0.001

3 討 論

椎弓根螺釘固定是脊柱融合手術中的主要技術，被認為是脊柱內固定技術的金標準，廣泛用于各種腰椎疾病的治療。腰椎皮質骨軌跡（CBT）螺釘技術[4]的方向為在橫斷面沿著椎弓根由內側到外側，在矢狀面由尾側到頭側。CBT螺釘通過致密的螺紋與椎體皮質骨之間最大化接觸來提高釘道周圍骨密度進而增強拔出強度[5]，可在不輔助強化材料的情況下能明顯增強骨質疏松患者螺釘的穩定性，成為骨質疏松患者行腰椎固定的新選擇。目前，椎弓根螺釘和CBT螺釘是腰椎內固定兩大主要方式，技術已非常成熟。

通過多年臨床教學發現，住院醫生在腰椎置釘的學習過程中存在諸多問題。首先，在傳統骨科教學方式中，常通過患者的X線片、MRI、CT平掃和三維重建等進行疾病的講解，盡管這些影像資料可提供豐富教學內容，但缺乏立體直觀性，無法使他們對腰椎置釘解剖標志、置釘通道以及置釘技巧等有深入的認識和理解。第二，住院醫生在脊柱外科規培時間有限，既往研究表明醫師需2～3年才能逐步掌握置釘技術[3]；因為無論是椎弓根螺釘技術還是CBT螺釘技術都存在學習曲線。相關研究報告醫師置入椎弓根螺釘數量需達到80枚左右才會進入相對熟練期，螺釘誤置率下降[6]。CBT螺釘也是一樣，需要經過一段時間的練習才能提高螺釘置入的成功率和安全性[7]。第三，目前外科培訓方法主要是觀察，然后在有監督的情況下對患者進行親身體驗及操作，但術中暴露范圍和操作實踐是有限的。并且，腰椎椎弓根周圍存在重要結構，螺釘位置不良可導致螺釘松動拔出及后期的翻修，嚴重者損傷血管神經，甚至癱瘓。出于對患者安全考慮，要求醫生在對該置釘技術有一定的認識后才能在術中操作實踐，這兩者又形成了一個惡性循環。因此，如何讓住院醫生能夠清晰理解并快速掌握腰椎置釘技術成為脊柱外科教育培訓中的重要問題。

腰椎CT是腰椎疾病患者術前的常規檢查，將薄層CT掃描數據導入后處理系統后可進行三維重建獲得多平面CT圖像，盡管三維CT可以全方位呈現解剖細節，提供豐富教學內容，但仍較為抽象，缺乏立體直觀性，理解相對困難。3D打印將外科領域帶到了一個先進的新水平，已應用到醫學教育領域，取得了不錯的教學效果[1-2]。3D打印技術主要是根據患者的CT資料，應用Mimics等專業軟件進行圖像處理，轉化制作為3D圖像，連接3D打印機可直接、精確地打印出與手術脊柱節段等比例的模型。3D打印的實物模型使抽象、難以理解的脊柱結構變得直觀和可觸及，使住院醫生能更好的理解和識別腰椎解剖標志以及螺釘置入的安全通道和理想通道。更重要的是，目前使用的3D打印材料為聚乳酸，價格低廉，且經過20多年的發展，技術成熟，通過調整椎體外壁厚度以及椎體內腔的填充比例，可使制作的3D模型在置釘手感上更接近于真實椎體中皮質骨和松質骨的感覺[3]。住院醫生可在3D模型上進行操作練習，邊練習邊體會置釘感覺。模擬置釘能夠讓住院醫師牢記置釘步驟，使他們在安全的環境中獲得關鍵技能，這將提升他們在實際手術中的置釘信心和置釘成功率，患者的安全性也隨之提高。本研究顯示以上培訓方法實施后，在輪轉結束時對住院醫師進行測試，發現接受3D打印模型教學培訓的住院醫師對腰椎各種解剖標志以及螺釘置入通道等理論知識的理解更加深刻，更重要的是，他們可高效、準確的規劃和置入螺釘，且不出現較大的偏差或失誤，表明他們已掌握腰椎置釘技術。與采用傳統教學方法相比，培訓后的醫師明顯提高了學習效率，縮短了學習曲線。

綜上所述，通過在住院醫生腰椎置釘教學培訓中增加3D打印模型，不僅提高了住院醫師對腰椎解剖及置釘技術的認識和理解，更重要的是，他們在輪轉期間更好地掌握了這項腰椎置釘技術。因此建議有條件的醫院可以嘗試應用該培訓方式。