3D打印技術(shù)在全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)臨床教學(xué)中的應(yīng)用

［摘 要］ 為探討3D打印技術(shù)在全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)臨床教學(xué)中的應(yīng)用，通過3D打印技術(shù)重建擬手術(shù)病變節(jié)段脊柱骨性結(jié)構(gòu)單元，結(jié)合術(shù)中觀摩、術(shù)后脊柱內(nèi)鏡手術(shù)視頻，復(fù)盤全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)過程，教授學(xué)員脊柱內(nèi)鏡手術(shù)定位、手術(shù)路徑、關(guān)鍵步驟及手術(shù)技巧要點。分別對2020年6月至2022年10月在本科室進(jìn)修、輪轉(zhuǎn)的醫(yī)師及研究生等共30名學(xué)員，進(jìn)行平均為期3個月的臨床教學(xué)培訓(xùn)。培訓(xùn)結(jié)束后進(jìn)行培訓(xùn)效果考核及滿意度調(diào)查。結(jié)果表明，學(xué)員平均臨床學(xué)習(xí)時間3個月，出科考核成績?yōu)椋?6.77±6.43）分，合格率為100.00%，其中優(yōu)秀率為83.33%。滿意度調(diào)查結(jié)果顯示學(xué)員滿意度得分為（91.07±4.32）分。因此，通過3D打印技術(shù)重建手術(shù)節(jié)段模型，結(jié)合手術(shù)觀摩及術(shù)后手術(shù)視頻進(jìn)行臨床教學(xué)，學(xué)員能夠較快地理解并掌握全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)操作基本技術(shù)，有效地提升了學(xué)員培訓(xùn)效果，提高了學(xué)員全脊柱內(nèi)鏡臨床手術(shù)技能，具有重要的教學(xué)價值。

［關(guān)鍵詞］ 3D打印；脊柱內(nèi)鏡手術(shù)；臨床教學(xué)；手術(shù)培訓(xùn)

［基金項目］ 2019年度首都臨床診療技術(shù)研究及示范應(yīng)用項目“富血小板血漿椎間盤注射聯(lián)合椎間孔鏡技術(shù)治療腰椎間盤突出癥及術(shù)后康復(fù)的臨床研究”（Z191100006619028）

［作者簡介］ 張燕（1979—），男，山東寧陽人，博士，解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心中醫(yī)醫(yī)學(xué)部骨傷科副主任醫(yī)師，主要從事脊柱退行性疾病診療及微創(chuàng)治療技術(shù)研究；張晗碩（1995—），男，河北霸州人，碩士，解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心中醫(yī)醫(yī)學(xué)部骨傷科醫(yī)師，主要從事脊柱退行性疾病的診治及脊柱生物力學(xué)有限元分析研究；丁宇（1969—），男，山東聊城人，博士，解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心中醫(yī)醫(yī)學(xué)部骨傷科主任醫(yī)師，教授（通信作者），主要從事骨傷康復(fù)及脊柱疾病微創(chuàng)治療技術(shù)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）15-0129-04 ［收稿日期］ 2023-09-02

近20年來，脊柱內(nèi)鏡相關(guān)的光學(xué)透鏡、光纖、顯示及計算機系統(tǒng)等設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步，使得脊柱內(nèi)鏡手術(shù)得到了越來越廣泛的臨床應(yīng)用［1］。由椎間孔入路逐漸擴大到了經(jīng)椎板間入路等“全內(nèi)鏡”技術(shù)，用于治療更廣泛的脊柱疾病。可以預(yù)測隨著脊柱內(nèi)鏡技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用，脊柱內(nèi)鏡手術(shù)最終將會成為脊柱外科治療的主流方法。由于脊柱內(nèi)鏡手術(shù)對局部精細(xì)解剖要求高，操作器械不同于傳統(tǒng)的手術(shù)器械，手術(shù)要求精細(xì)度更高，因此脊柱內(nèi)鏡手術(shù)初學(xué)者學(xué)習(xí)曲線長［2］。目前的脊柱內(nèi)鏡學(xué)習(xí)方法主要有理論講解、手術(shù)觀摩、尸體標(biāo)本操作、手術(shù)帶教、脊柱內(nèi)鏡手術(shù)視頻學(xué)習(xí)等方法，但仍然存在學(xué)習(xí)曲線偏長、對手術(shù)入路理解不深刻、對局部解剖辨識不準(zhǔn)確等問題［3］。

近年來3D打印技術(shù)發(fā)展迅速，已經(jīng)被用到醫(yī)學(xué)各領(lǐng)域，尤其是在脊柱外科應(yīng)用更加廣泛。3D打印技術(shù)可用于術(shù)前的患者溝通宣教、手術(shù)模擬，術(shù)中輔助導(dǎo)航定位及專科醫(yī)師的教育培訓(xùn)等方面。本文將3D打印技術(shù)融入脊柱內(nèi)鏡手術(shù)教育培訓(xùn)過程，通過術(shù)前理論講解、術(shù)中觀摩學(xué)習(xí)、術(shù)后結(jié)合手術(shù)視頻及3D模型進(jìn)行手術(shù)復(fù)盤及討論，可有效提高學(xué)習(xí)效率及成績，對于培養(yǎng)脊柱內(nèi)鏡專科醫(yī)師具有一定的教學(xué)價值。

一、資料與方法

（一）一般資料

選取對2020年6月至2022年10月在解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心中醫(yī)醫(yī)學(xué)部骨傷科進(jìn)修、輪轉(zhuǎn)的醫(yī)師及研究生等學(xué)員共30名。

（二）方法

結(jié)合3D打印模型進(jìn)行臨床教學(xué)，平均每周進(jìn)行2次培訓(xùn)，包括理論授課、手術(shù)觀摩、術(shù)后視頻觀看、結(jié)合3D模型進(jìn)行手術(shù)復(fù)盤，每次授課時長約3小時。授課過程中使用3D模型結(jié)合手術(shù)視頻重點講解全脊柱內(nèi)鏡入路定位、手術(shù)路徑、關(guān)鍵步驟及手術(shù)技巧。學(xué)員平均學(xué)習(xí)3個月，培訓(xùn)結(jié)束后對學(xué)員進(jìn)行理論考核，并使用滿意度調(diào)查表調(diào)查學(xué)員對培訓(xùn)的滿意度。

1.3D打印重建手術(shù)節(jié)段脊柱骨性結(jié)構(gòu)單元。利用CT掃描獲目標(biāo)節(jié)段脊柱的DICOM圖像，創(chuàng)建一個基于計算機的3D CAD模型的脊柱單元，通過沉積的方式打印該3D模型。

2.全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)觀摩及視頻錄制。全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)觀摩在手術(shù)室進(jìn)行，手術(shù)同時進(jìn)行視頻錄制。術(shù)中講解如何定位手術(shù)節(jié)段及穿刺點、脊柱內(nèi)鏡手術(shù)基本操作過程、脊柱內(nèi)鏡手術(shù)器械的使用注意事項、術(shù)中應(yīng)用解剖及手術(shù)效果評估等內(nèi)容。使用與內(nèi)鏡系統(tǒng)配套的手術(shù)視頻系統(tǒng)錄制手術(shù)高清視頻，將視頻拷貝到教學(xué)U盤備用。

3.使用3D模型進(jìn)行教學(xué)實踐。使用重建的3D模型可直觀地呈現(xiàn)出患者脊柱節(jié)段病變骨性增生狹窄部位，比如腰椎管狹窄患者，主要是上關(guān)節(jié)突內(nèi)側(cè)骨質(zhì)增生造成側(cè)隱窩狹窄，壓迫行走根引起下肢間歇性跛行。首先結(jié)合3D模型進(jìn)行脊柱疾病相關(guān)臨床知識的理論講解，使學(xué)員掌握脊柱疾病的臨床理論、脊柱內(nèi)鏡手術(shù)的適應(yīng)癥；然后播放手術(shù)視頻，示教教師同步在3D模型上復(fù)盤手術(shù)過程，讓學(xué)員直觀理解內(nèi)鏡手術(shù)的定位、手術(shù)入路、重要步驟及手術(shù)技巧，理解脊柱內(nèi)鏡不同角度達(dá)到的不同解剖結(jié)構(gòu)；使用脊柱內(nèi)鏡手術(shù)器械如環(huán)鋸、磨鉆及椎板咬鉗等在3D模型上進(jìn)行手術(shù)演示，邊復(fù)盤、邊示教、邊講解。學(xué)員可使用3D模型反復(fù)練習(xí)脊柱內(nèi)鏡手術(shù)過程。

4.教學(xué)效果評價。學(xué)員培訓(xùn)3個月結(jié)束后進(jìn)行出科理論考核和滿意度評估。理論考核為閉卷定時考核，考核時間60分鐘，滿分100分，80分以上優(yōu)秀，60分以上合格。理論考核內(nèi)容主要包括脊柱疾病的臨床表現(xiàn)、診斷、脊柱內(nèi)鏡基本理論知識，以及不同脊柱疾病內(nèi)鏡術(shù)式、入路定位選擇、鏡下重要解剖標(biāo)記辨識、手術(shù)操作步驟及操作技巧、注意事項等內(nèi)容。學(xué)員滿意度調(diào)查表為滿分100分的量化調(diào)查表格，主要包括術(shù)前理論授課、3D模型重建、術(shù)中手術(shù)觀摩、術(shù)后視頻觀看、3D模型復(fù)盤、手術(shù)器械操作、術(shù)后討論、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)流程等共十部分內(nèi)容；優(yōu)秀10分，良好8分，一般6分，較差3分；十部分內(nèi)容得分相加得到的總分為滿意度分?jǐn)?shù)。

二、結(jié)果

學(xué)員平均臨床學(xué)習(xí)時間3個月，出科考核成績?yōu)椋?6.77±6.43）分，合格率為100.00%，其中優(yōu)秀率為83.33%。滿意度調(diào)查結(jié)果顯示學(xué)員滿意度得分為（91.07±4.32）分。

三、討論

全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)屬于脊柱微創(chuàng)手術(shù)的一種，相對于傳統(tǒng)開放手術(shù)，具有創(chuàng)傷小、出血少、恢復(fù)快的優(yōu)點。但是全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)操作難度大、手術(shù)視野小、鏡下解剖結(jié)構(gòu)辨識困難，因此學(xué)習(xí)曲線較長。內(nèi)鏡手術(shù)對于局部精細(xì)解剖要求更高，尤其對骨性解剖結(jié)構(gòu)必須具備精準(zhǔn)的辨識。因此，在早期階段外科醫(yī)生必須經(jīng)過專業(yè)的學(xué)習(xí)培訓(xùn)和不斷的實踐積累。

3D打印技術(shù)早在21世紀(jì)初就已被應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，近年來已得到廣泛的研究和應(yīng)用。在脊柱外科領(lǐng)域3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)療護(hù)理及教育培訓(xùn)的各個方面，包括術(shù)前患者宣教、制訂手術(shù)計劃、進(jìn)行手術(shù)模擬、作為骨性結(jié)構(gòu)替代置入物及醫(yī)師教育培訓(xùn)［4］。3D模型可以重復(fù)使用，反復(fù)模擬病變的外科切除，研究制訂詳實的術(shù)前計劃，有助于幫助減少手術(shù)時間；使用3D打印模型模擬手術(shù)過程，可減少重要神經(jīng)、血管的損傷機會，降低手術(shù)風(fēng)險［5］。隨著3D打印技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和普及，在脊柱外科領(lǐng)域有望開展更多的創(chuàng)新性應(yīng)用。

有研究報道，相對于使用傳統(tǒng)的影像學(xué)圖片教學(xué)，3D模型輔助教學(xué)可顯著提高醫(yī)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率及學(xué)習(xí)成績。多項研究也證實了醫(yī)師在3D模型上進(jìn)行操作練習(xí)的表現(xiàn)與實踐操作的表現(xiàn)具有很強的一致性［6］。雖然3D打印模型已被證明可以提高學(xué)員脊柱微創(chuàng)手術(shù)和常規(guī)開放手術(shù)的外科訓(xùn)練效率，但是到目前為止使用3D打印技術(shù)進(jìn)行全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)教學(xué)及培訓(xùn)國內(nèi)外鮮有報道。我們通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，使用3D打印技術(shù)模擬重建手術(shù)病變節(jié)段脊柱骨骼標(biāo)本，可以為學(xué)員提供直觀的立體感及觸覺反饋。學(xué)員使用3D模型結(jié)合手術(shù)視頻，可以更好地理解脊柱內(nèi)鏡的手術(shù)入路、關(guān)鍵步驟及手術(shù)技巧。學(xué)員在3D模型上進(jìn)行手術(shù)復(fù)盤及模擬練習(xí)后，能夠快速理解脊柱內(nèi)鏡操作技術(shù)要點，更快地掌握全脊柱內(nèi)鏡手術(shù)。通過對學(xué)員理論考核及滿意度調(diào)查結(jié)果的分析，我們認(rèn)為3D打印技術(shù)可對臨床教學(xué)起到積極的推動作用，有效地提升學(xué)習(xí)效率，對于培養(yǎng)脊柱內(nèi)鏡醫(yī)師具有重要的價值。

在教學(xué)實踐中，學(xué)員可以通過3D重建的脊柱節(jié)段，很直觀地理解并掌握脊柱內(nèi)鏡的入路通道、套管角度及骨性標(biāo)志定位點，理解病變節(jié)段的骨性減壓范圍及減壓步驟。學(xué)員在模型上進(jìn)行環(huán)鋸操作練習(xí)時，可準(zhǔn)確地在3D模型上進(jìn)行環(huán)鋸定位，使用鋸除進(jìn)行椎板開窗及側(cè)隱窩減壓，并能有效保護(hù)關(guān)節(jié)突峽部，防止關(guān)節(jié)突峽部斷裂引起術(shù)后脊柱失穩(wěn)的發(fā)生。學(xué)員使用磨鉆或椎板咬鉗進(jìn)行側(cè)隱窩減壓時，可根據(jù)不同患者骨質(zhì)增生的程度進(jìn)行有效減壓。學(xué)員在3D打印模型中反復(fù)練習(xí)過程中，具有比手術(shù)觀摩更好的感性認(rèn)識，產(chǎn)生直觀形象的手術(shù)情景，具有身臨其境的感覺，可快速提高手術(shù)技能。

國內(nèi)外醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)，在大學(xué)階段使用尸體標(biāo)本進(jìn)行教學(xué)是比較常規(guī)的教學(xué)方式，由于是醫(yī)學(xué)生集體授課，教學(xué)效率高，并且標(biāo)本使用率高。在臨床實踐教學(xué)階段雖然也可以使用尸體標(biāo)本進(jìn)行手術(shù)示教，為學(xué)員提供實踐機會，但尸體標(biāo)本獲取困難并且價格昂貴，而且尸體標(biāo)本并不能完全模擬手術(shù)患者真實的脊柱病理變化。3D打印技術(shù)可真實重建手術(shù)節(jié)段脊柱的病變，不僅提高了學(xué)員對脊柱解剖結(jié)構(gòu)的理解，更有助于理解脊柱的病理形態(tài)變化及手術(shù)方式的選擇。Burkhart等［7］在研究中發(fā)現(xiàn)，3D打印模型在觸覺和生物力學(xué)上模擬脊柱后路手術(shù)的效果優(yōu)于尸體標(biāo)本。3D打印模型可以用于術(shù)前模擬操作，術(shù)后的手術(shù)復(fù)盤，可有效提高學(xué)員的學(xué)習(xí)效率。

雖然3D打印技術(shù)有助于培養(yǎng)脊柱內(nèi)鏡醫(yī)師，但在教學(xué)實踐過程中仍存在不足之處。由于缺乏專門的生物學(xué)材料，我們的3D打印模型只是重建模擬了脊柱節(jié)段的骨性結(jié)構(gòu)，沒有模擬重建具有相同生物力學(xué)性能的黃韌帶、椎間、肌肉、血管、神經(jīng)等結(jié)構(gòu)，這雖然影響了手術(shù)模擬的真實感受，但是對于教學(xué)培訓(xùn)來說，單一的骨性結(jié)構(gòu)更容易使學(xué)員理解重度腰椎管狹窄癥的骨性增生病變。綜上所述，3D打印技術(shù)有利于學(xué)員快速理解并掌握全脊柱內(nèi)鏡，不僅提升了學(xué)員學(xué)習(xí)效率，能夠快速掌握脊柱內(nèi)鏡關(guān)鍵技術(shù)，還讓學(xué)員在教學(xué)過程中初步了解3D打印技術(shù)，拓寬了知識面，有益于脊柱外科醫(yī)師的培養(yǎng)。

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