3D打印技術聯合混合現實技術在基層醫院老年髖部骨折規范治療教學中的應用效果

陳光華 黃貴芝 譚小艷 林瀚 吳新誘 林顥

(廣東醫科大學附屬醫院，廣東 湛江 524001)

髖關節周圍骨折是骨科常見疾病，包括股骨轉子間骨折、股骨頸骨折等。老年人由于機體老化、反應力下降、行動遲緩，而且常合并骨質疏松、腦萎縮、帕金森癥等疾病，髖部骨折罹患率增高〔1〕。由于髖關節解剖結構復雜及作用于骨折的外力多變，導致其骨折形態多變，手術方法多樣且難度較大，且要充分綜合評估老年人原有的基礎疾病，故而以相關指南為基礎的規范治療對老年患者的預后改善具有重要意義。在基層醫院，由于經濟、交通等不可抗力的原因，未能得到較好處理，嚴重并發癥的發生率較高，故而針對基層醫院住院醫師規范化規培學員、專科醫師規范化培訓學員、進修醫生進行髖關節周圍骨折的規范化治療方案的培訓具有重要意義。既往骨科臨床教學多以骨骼模型或患者影像圖進行輔助教學，但骨骼模型多為正常結構，患者影像圖輸出信息有限，臨床教學效果不滿意。尋找更高效的教學方案很有必要。隨著計算機技術的不斷發展，3D技術和數字虛擬化技術在社會各行業開始普及，近年來更是在醫學領域應用越來越廣泛，3D打印技術可將骨折解剖進行三維重建，模擬手術過程，可為學生帶來更好的視覺體驗，更能清楚了解骨折結構及術中操作流程〔2，3〕。混合現實(MR)技術是數字虛擬化技術的一種，可以將CT、磁共振成像(MRI)等二維醫學圖像在與現實環境相融合的情況下轉化成直觀的三維虛擬模型，可以為學生提供真實的模擬訓練，提高感官體驗感，已有多項研究證實〔4，5〕其在外科手術及教學中的應用效果。本研究擬分析3D打印技術與MR技術聯合應用在基層醫院老年髖部骨折規范治療教學中的效果。

1 資料與方法

1.1一般資料 選取2018年3月至2022年3月在廣東醫科大學附屬醫院骨科規培及進修的醫師共120名。納入標準：①均自愿加入本研究并簽署知情同意書；②首次參與老年髖部骨折手術規劃教學。排除標準：①存在中途退出者；②課程依從性較差者；③存在請假周期超過1 w者。將2018年3月至2020年3月進行規培及進修的醫師58名設為對照組，將2020年4月至2022年3月進行規培及進修的醫師62名設為觀察組。對照組男30例，女28例；本科22例，碩士36例；規培27例，進修31例；年齡20～26歲，平均(22.97±1.34)歲。觀察組男32例，女30例；本科23例，碩士39例；規培38例，進修24例；年齡21～26歲，平均(23.45±1.14)歲。兩組一般資料差異無統計學意義(P>0.05)。醫院倫理委員會對本研究予以審核通過。

1.2教學模式 本次研究所選帶教老師均為本科高年資醫師(10年及以上臨床經驗)，并獲取主治醫師及以上職稱。兩組帶教老師為同一組。傳統教學模式(對照組)：制作教學PPT，選取具有代表性的病例圖片并進行注解，傳授髖關節骨折的原理、常見類型及相應的治療原則；選取在院病例，在取得患者同意后作為教學模板，在帶教老師的帶領下可進行骨折術前基本處理，觀摩老師進行骨折術前規劃，跟隨帶教老師進入手術室進行術中觀摩或觀看手術操作影像，術后帶教老師進行病例講解，而后提出問題并引導學生尋找答案，在本次病例探討結束前鼓勵學生自行提出問題，并引導學生自行查找資料，在下一次查房時進行總結匯報。每2 w進行模擬操作及理論知識的小型考核。

3D打印技術聯合MR技術教學模式(觀察組)：帶教老師均進行3D技術和MR技術的培訓。設計3D及MR教學模型，選取典型病例，包括合并不同基礎疾病的老年患者股骨頸骨折、股骨轉子間骨折、股骨轉子下骨折、股骨頸骨折等典型髖關節骨折類型，將患者影像學資料導入MR系統中，建立MR三維模型。對患者CT圖像進行二維預處理后，采用1∶1的制作標準，制作3D模型。①課前發放相關病例資料，簡單進行介紹后，提出問題，引導學生進入真實診療狀態，讓學生從基礎的病史問診、體格檢查及基本處理進行自主匯報，而后老師進行補充和點評，并引導學生對老年患者的特征進行觀察和分析。②進入課堂，首先引導學生對患者的影像學資料進行分析，作出診斷，并引出后續輔助檢查和治療方案。以學生為主導，老師作為引導者，以學生提出問題——老師引導解決問題，但不提出實質性結論的模式進行教學。③在完成病例分析后，老師拿出對應病例的3D模型，讓學生進行觀摩及感受，并對此前給出的診斷進行反思和修正，并提出原因，引導學生對合并不同老年基礎疾病的模型進行對比分析。④老師利用3D模型引導學生進行手術規劃，而后通過MR模型進行預手術操作，并逐步完善手術方案，模擬手術操作，進一步熟悉手術操作步驟，并根據術中情況進行術后患者治療及護理方案的制定。每周進行1次，前4 w由老師進行教學模板的選擇，后4 w進行分組，以小組學習的模式進行教學模板的選擇及工具制作。兩組均進行持續教學2個月。

1.3理論知識、實踐綜合能力 在教學開始時和結束后，均采用醫院自制理論考核試卷及實踐綜合能力評估量表對學生理論知識及實踐綜合能力進行考核。理論考核試卷包括老年髖關節骨折原理(25分)、髖關節局部解剖(25分)、骨折分類(15分)、骨折治療原則(35分)，總分100分，以高分為優。實踐綜合能力評估包括問診(10分)、體格檢查(20分)、診斷(20分)、基本處理(20分)、病例書寫(10分)及術前手術規劃(50分)，以模擬病例方式進行考核，總分130分，以高分為優。

1.4臨床思維能力 在教學結束后，均采用醫學生臨床思維能力評價表〔6〕，量表Cronbach α 為0.909，包括批判性思維能力、系統性思維能力和循證性思維能力3個維度，總分120分。

1.5參與度 參考許瑜函等〔7〕文獻自制參與度量表在教學結束后，評估學生參與度，該量表經測試具有良好信效度，量表Cronbach α為 0.805，主要包括認知參與度(20分)、行為參與度(30分)及情感參與度(20分)，分數越高，學生參與度越高。

1.6滿意度 參考孫濤等〔8〕文獻自制滿意度調查表在教學結束后，評估學生對教學模式的滿意度，該量表經測試具有良好信效度，量表Cronbach α為0.765，主要包括課堂效果、知識掌握程度、學習興趣三方面，每項評分15分，分數越高，滿意度越高。

1.7教學前后患者術前規劃質量及康復情況 隨機選取教學前后，經參與本次教學醫師收治的老年髖骨骨折患者各20例，觀察其術前規劃質量及術后康復情況。術前規劃質量由科室主任及副主任醫師共同打分，評分1～10分，分數越高，說明質量越好。患者術后康復情況以其術后1個月髖關節功能Harris評分、Fugl-meyer下肢運動功能評定量表及改良Barthel指數為評價標準。

1.8統計學處理 采用SPSS22.0統計學軟件行t檢驗、χ2檢驗。

2 結 果

2.1兩組教學前后醫師理論知識比較 教學后，觀察組髖關節骨折原理、局部解剖、骨折分類及治療原則的理論考核成績顯著優于對照組(P<0.05)。見表1。

表1 兩組教學前后醫師理論知識比較分)

2.2兩組教學前后醫師實踐綜合能力比較 教學后，觀察組老年髖關節骨折的問診、體格檢查、診斷、基本處理、病例書寫及術前手術規劃的實踐能力均顯著優于對照組(P<0.05)。見表2。

2.3兩組醫師臨床思維能力和參與度比較 觀察組臨床思維能力及學習參與度評分均顯著高于對照組(P<0.05)。見表2。

表2 兩組醫師實踐綜合能力、臨床思維能力和參與度比較分)

2.4兩組醫師對教學模式滿意度評價 觀察組對課堂效果、知識掌握程度和學習興趣滿意度評分均顯著高于對照組(P<0.05)。見表3。

表3 兩組醫師對教學模式滿意度評價分)

2.5教學前后患者術前規劃質量及康復情況 教學后收治患者的術前規劃質量評分、術后1個月髖關節功能Harris評分、Fugl-meyer下肢運動功能評分和Barthel指數均顯著優于教學前收治患者(P<0.05)。見表4。

表4 教學前后患者術前規劃質量及康復情況分，n=20)

3 討 論

老年人群機體生理功能下降，代謝能力減弱，鈣磷等微量元素流失，骨密度降低，骨脆性增加，在受到外力刺激下，易發生骨折，髖關節周圍骨折是老年患者常見的骨折類型之一，而因老年患者多有基礎疾病，若未獲得規范處理，常出現嚴重并發癥，如墜積性肺炎、下肢深靜脈血栓等〔9〕，嚴重者可危及生命。故而對骨科醫師進行老年髖關節手術規范化培訓尤為重要。但因臨床手術治療的特殊性，臨床手術帶教多以手術觀摩，影像學習等方式，信息接受面有限，效果不佳。隨著計算機技術的不斷發展，3D打印技術和MR技術在醫學領域逐漸普及，在手術教學中也得到關注。

3D打印技術可根據影像源數據進行逐層打印，還原與實物1∶1的模型〔10〕，3D模型可幫助學生更為全面了解老年髖關節骨折的特征，有效提高學生對臨床知識的理解，而在傳統的教學中，多以圖片、正常的骨骼模型或實體標本進行教學，學生難以掌握老年患者病變骨骼的特征及結構，故而在對相關知識的理解上較為缺乏。郭建平等〔11〕也將3D打印技術帶入骨科教學中，可有效提高學生的知識儲備，本研究與其部分相似。

3D打印技術為學生提供了更為直觀的傷情模型，可幫助其建立良好的疾病認知，在一定程度上提高其對老年患者臨床病情分析能力；MR技術將現實世界與虛擬時間結合，營造的虛擬環境具有身臨其境的仿真感〔12〕，可有效提高學生的感官感受，學生在老師的引導下通過3D模型進行術前手術規劃后，通過對應的MR模型進行實時模擬操作，且在操作過程中，MR模型根據學生操作可給予相應的回應，學生更能了解自我手術規劃的不足，且在模型手術操作中也可有效提高其手術操作技能。MR技術將真實的物理空間和模擬世界進行精準的融合，可有效獲取最為直觀效果〔13〕，有效增加了學生的操作訓練機會，緩和臨床有限的醫療資源。兩者聯合更能提高學生的臨床實踐能力。杜昌旺等〔14〕研究中也有相似觀點。臨床思維是臨床能力的核心和基礎，是每一位醫師需具備的良好品質〔15〕，故而臨床思維能力的培養是臨床教學的關鍵點之一，且因老年患者診療的復雜性，需要更強的思維能力。3D打印技術與MR技術結合更能全面了解老年患者的臨床特征表現，通過平面-3D-物理空間的層層對比，不斷反思，有利于學生發散臨床思維，提高其對老年患者臨床診療的邏輯能力，幫助其更好地將患者病史、臨床表現進行分析，提高臨床診斷能力，制定正確完善的治療方案，解決臨床問題。

課堂參與度指學生在學習過程中的努力程度、精力投入、學習決心和熱情度〔16〕。3D打印技術和MR技術的結合將傳統教學的抽象轉變為立體生動，提高了學生的學習體驗感和參與度，進一步提高學習效果。3D打印技術和MR技術可有效提高基層醫師對老年髖部骨折治療的規范性，更好促進患者術后康復。