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3D打印技术在膝关节镜临床教学中的应用研究

韩冠生 李振伟 张仲传 牛国旗 邵晨 黄建 朱勋兵 袁伶俐

引用本文:
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3D打印技术在膝关节镜临床教学中的应用研究

    作者简介: 韩冠生(1971-), 男, 硕士, 主任医师
  • 基金项目:

    安徽省高等学校质量工程重点项目 2018jyxm1352

  • 中图分类号: R19

Application value of 3D printing technology in clinical teaching of knee arthroscopic surgery

  • CLC number: R19

  • 摘要: 目的通过3D打印膝关节疾病的等比例实体模型,加深年轻医生对解剖结构的理解,增加关节镜手术操作的兴趣。方法选取本科临床医学专业实习学员56人,随机分为观察组和对照组,各28人。观察组采用3D打印等比例膝关节实体模型,运用模型进行临床教学,对照组采用传统教学模式。按教学要求完成培训任务后,根据学员理论考核和问卷探查结果,进行2组教学模式的效果评价。结果客观评价指标中,观察组读片测试评分和关节镜操作评价均高于对照组(P<0.01);主观评价指标中,观察组教学的趣味性、教学参与度、学习的有效性、对教学理解、学习注意力、关节镜接受性及关节镜技能提升得分均高于对照组(P<0.05~P<0.01)。结论3D打印的膝关节模型可显著提高膝关节镜的临床教学效果,相比于传统教学模式具有较大优势,在关节镜手术教学中具有良好的实用性和临床教学应用价值。
  • 表 1  2组学生客观评价指标比较分析(x±s;分)

    分组 n 专业理论考试 读片测试评分 关节镜操作评价
    观察组 28 90.04±3.86 38.62±1.82 55.68±2.56
    对照组 28 88.54±2.51 36.73±2.02 46.87±3.29
    t 1.72* 3.68 11.19
    P >0.05 <0.01 <0.01
    *示t′值
    下载: 导出CSV

    表 2  2组学生主观评价指标比较(x±s;分)

    分组 n 教学的趣味性 教学参与度 学习的有效性 对教学理解 学习注意力 关节镜接受性 关节镜技能提升
    观察组 28 9.23±1.43 8.96±1.15 8.93±0.79 9.17±0.85 8.83±1.08 9.54±0.89 8.95±1.17
    对照组 28 7.51±0.86 8.12±1.26 7.50±0.82 7.79±1.41 7.51±1.14 7.11±1.38 7.29±1.21
    t 5.45* 2.60 6.65 4.44* 4.45 7.83* 5.22
    P <0.01 <0.05 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
    *示t′值
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-23
  • 录用日期:  2020-09-24
  • 刊出日期:  2021-10-15

3D打印技术在膝关节镜临床教学中的应用研究

    作者简介: 韩冠生(1971-), 男, 硕士, 主任医师
  • 蚌埠医学院第二附属医院 骨科, 安徽 蚌埠 233040
基金项目:  安徽省高等学校质量工程重点项目 2018jyxm1352

摘要: 目的通过3D打印膝关节疾病的等比例实体模型,加深年轻医生对解剖结构的理解,增加关节镜手术操作的兴趣。方法选取本科临床医学专业实习学员56人,随机分为观察组和对照组,各28人。观察组采用3D打印等比例膝关节实体模型,运用模型进行临床教学,对照组采用传统教学模式。按教学要求完成培训任务后,根据学员理论考核和问卷探查结果,进行2组教学模式的效果评价。结果客观评价指标中,观察组读片测试评分和关节镜操作评价均高于对照组(P<0.01);主观评价指标中,观察组教学的趣味性、教学参与度、学习的有效性、对教学理解、学习注意力、关节镜接受性及关节镜技能提升得分均高于对照组(P<0.05~P<0.01)。结论3D打印的膝关节模型可显著提高膝关节镜的临床教学效果,相比于传统教学模式具有较大优势,在关节镜手术教学中具有良好的实用性和临床教学应用价值。

English Abstract

  • 关节镜手术代表着骨科微创技术的发展潮流,其中膝关节镜为其发展最成熟的,也是从事关节镜手术的年轻医生入门必备技术,良好的膝关节镜技术为开展和发展各项关节镜手术提供了坚实的技术保障。但关节镜技术要求医生有很好的手眼配合和腔镜操作技术,传统的学习方式一般在病人身上、尸体、动物标本及假骨模型上学习,存在成本高、风险大、可重复性差及训练内容与病人真实病情相差较大等缺点[1]。我科运用3D打印技术再现病人的膝关节等比例模型,将3D模型应用到关节镜教学中可实现可视化、个性化、精准化,提高关节镜教学的趣味性、效率性和满意度[2-3]。现作报道。

    • 选取在蚌埠医学院第二附属医院骨科进行轮转学习的医学院临床医学专业本科生56人,其中男39人,女17人,年龄21~24岁。随机分为2组,各28人。其中观察组男21人,女7人;对照组男18人,女10人。2组学生性别、操作能力及入科考试成绩均具有可比性,均未接受过骨科及关节镜手术的培训;在我科学习期间,由具有蚌埠医学院教学资质的熟悉运动损伤及关节镜手术的医疗教学团队带教授课。

    • 教学准备:教学前要求学员查找相关书籍和文献,了解本次膝关节疾病的相关内容,了解疾病的临床表现、体征、影像表现、诊断及治疗原则,带教老师进行相关内容的PPT教学,使学员对膝关节疾病有大概了解,特别是临床诊断的确立、手术方式的选择、手术操作要点及注意事项等。

    • 将用于教学的病人膝关节进行CT的三维扫描,利用mimics软件对CT扫描数据进行处理,重建出膝关节的三维模型图像,利用我科的3D打印工作平台,将处理后的膝关节三维图像数据文件打印出1∶ 1的实体三维模型。

    • 对照组:结合学员的自学情况,针对需要治疗的膝关节疾病进行分析讲解,包括病史、临床表现、体检及影像表现等,根据讨论的结果,得出正确的诊断和治疗原则,包括手术方式的选择,对学员读片中出现的错误和遗漏,进行纠错和补充,最后通过PPT将膝关节疾病进行系统的讲解,特别是关节镜手术过程的讲解,使学员对关节镜手术方法有一个直观的了解。

      观察组:在教学过程中展示3D打印的病人实体膝关节模型,结合模型进行膝关节疾病的讲解,特别是在读片过程,通过3D模型来指导读片,指出影像资料中出现的异常,结合病人的病史、体检和影像资料明确诊断。并根据3D模型介绍关节镜手术的操作过程,并在带教老师的指导下,了解摄像系统、光源、动力等关节镜系统和兰钳等关节镜操作器械,同时在3D实体模型上演示关节镜手术过程,指导学员正确地扶镜子、了解电视图像的空间立体结构、辨认镜下的膝关节结构、手术器械的“手眼”配合操作和术者之间的配合等,指出关节镜手术中出现的问题,带领同学完成整个手术过程,熟悉关节镜手术流程。

    • 带教老师和学员洗手上台手术,指导学员辨认镜下结构、练习扶镜、简单器械操作等,针对出现的问题,给予讲解和矫正。在手术过程中,针对性地提问和评估操作情况,对学员的具体表现进行评价和进一步解答。

    • 设计专业理论试题,总分100分;提供标准问题的读片测试,共10题,每题4分,共40分;基于关节镜手术的评价:镜下结构的辨识度、对膝关节疾病的了解程度、使用关节镜的熟练度、镜下器械的配合度、整体操作的流畅度、术中出现问题的处理能力等,每项10分,总分60分,考试题目由骨科教学组统一确定,指定同一组指导老师评分。

    • 评分量表包括教学的趣味性、学习的有效性、对教学知识的理解、学习的注意力、关节镜手术的接受性及对关节镜技能训练效果等,每项满分为10分;2组分别进行自我评价。

    • 采用t(或t′)检验。

    • 客观评价指标中,观察组读片测试评分和关节镜操作评价均高于对照组(P<0.01);专业理论考试2组得分差异无统计学意义(P>0.05)(见表 1)。

      分组 n 专业理论考试 读片测试评分 关节镜操作评价
      观察组 28 90.04±3.86 38.62±1.82 55.68±2.56
      对照组 28 88.54±2.51 36.73±2.02 46.87±3.29
      t 1.72* 3.68 11.19
      P >0.05 <0.01 <0.01
      *示t′值

      表 1  2组学生客观评价指标比较分析(x±s;分)

    • 主观指标中,观察组教学的趣味性、教学参与度、学习的有效性、对教学理解、学习注意力、关节镜接受性及关节镜技能提升得分均高于对照组(P<0.05~P<0.01)(见表 2)。

      分组 n 教学的趣味性 教学参与度 学习的有效性 对教学理解 学习注意力 关节镜接受性 关节镜技能提升
      观察组 28 9.23±1.43 8.96±1.15 8.93±0.79 9.17±0.85 8.83±1.08 9.54±0.89 8.95±1.17
      对照组 28 7.51±0.86 8.12±1.26 7.50±0.82 7.79±1.41 7.51±1.14 7.11±1.38 7.29±1.21
      t 5.45* 2.60 6.65 4.44* 4.45 7.83* 5.22
      P <0.01 <0.05 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01
      *示t′值

      表 2  2组学生主观评价指标比较(x±s;分)

    • 关节镜手术,以实践操作为主,技术要求较高,需要较长的学习曲线,对于年轻医生来说,学习难度较大,往往因为困难而丧失了学习兴趣,这也不利于关节镜技术的发展运用。但关节镜手术代表着微创发展的潮流,在关节内的滑膜、韧带肌腱、软骨及骨疾病诊断和治疗上有重要的作用[4],具有创伤小、恢复快、治疗效果好等优点,随着运动医学的发展,关节镜技术的运用越来越广泛,而且关节镜的手眼配合与传统手术模式截然不同,适合从年轻人开始培养,因此,制定行之有效的规范化的临床教学模式尤为重要[5]

      3D打印技术通过计算机控制下的增材制造,快速成型所需要的实体模型,在临床医学中运用越来越广泛[6],而且被延伸到科研、教学、年轻医生培训及病人宣教等方方面面[7-8],也成为住院医师规范化培训中提供教学效果的有效手段[9]。3D打印模型把对膝关节影像资料抽象的二维图像,转变为实实在在的三维立体实体模型,而且是病人膝关节结构的真实还原,从而避免了学生对二维影像所展现出来的复杂的膝关节解剖的迷惑和误读[10-11],本研究观察组读片测试评分高于对照组(P<0.01),印证了这一观点。而且通过3D实体模型的展示教学,制定个体化的治疗方案[12],让学生更加直观生动地认识膝关节的解剖结构和病理特点,同时学生还可以把这种立体的结构记忆,带入关节镜手术的培训中,更快地辨识出膝关节的镜下结构特点和疾病情况,实现了3D打印模型所见即为关节镜下所见,清晰明了,也使学生更好地理解手术方案的目的和意义,提高了大家学习的热情、信心和积极性[13],本研究中观察组关节镜操作评价高于对照组(P<0.01)。3D打印在理论教学中2组差异无统计学意义(P>0.05),可能说明3D模型在纯基础理论学习方面帮助不大,或者因教学时间短,3D模型在反馈帮助理论学习的作用尚没有表现出来,还需要进一步加强观察研究。

      将3D打印技术运用到膝关节镜的临床教学中,改变了传统的教学模式,同学们结合3D模型去读片和练习关节镜操作技术,提供了难得的术前实体模型练习机会。改变了传统关节镜教学只能以假骨模型或实体标本进行辅助教学,其往往只是正常结构模型,缺乏个体特异性,而且来源受到限制,其教学作用受到很大影响[2, 14],关节镜教学活动,只能在手术中进行指导和练习,而病人的病情、手术复杂性和手术时间等往往限制了教学时间和效果[15]。因此,3D打印模型为同学提供了很好的动手机会,改变了过去只能被动听老师讲解,学生“袖手旁观”的状态,极大地提高了同学们的参与度,教学的互动性和学习热情被充分地激发出来[16]。同时在教学过程中,每一个同学均可在模型上自己操作,可根据自己的切身感受提出问题,教师根据同学操作演练中出现的问题,现场指导和解答,使同学印象深刻,即锻炼了同学认识关节镜设备、熟悉关节镜操作流程、熟练关节镜操作,又能摆脱“背书式”教学模式,使课堂气氛活跃,同学学习热情高涨,教学效果良好[17-18]

      综上,3D打印技术与关节镜手术教学相结合,为同学提供了一个全新的教学模式,将传统关节镜教学的难点简单化,使教学氛围和效果显著提高,在关节镜手术教学中具有良好的实用性和临床教学应用价值。

参考文献 (18)

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