3D打印技术在专训医师中上胸椎椎弓根螺钉置入技术培训中的应用

许炜，刘铁龙，杨兴海，魏海峰，赵剑，肖建如

海军军医大学附属长征医院骨肿瘤科,上海 200003

后路经椎弓根螺钉固定技术 (Transpedicular Screw Fixation，TPSF)是脊柱外科较常用的关键技术之一[1]。目前，TPSF在胸腰段和腰椎已经成熟且广泛应用于各种脊柱疾病的治疗，并取得了良好的疗效[2-4]。但在中上胸椎，由于其特殊的椎弓根横径较小和周围重要的毗邻结构的解剖特点，初学者学习具有较大的难度，不利于该技术的推广应用[5-6]。专科医师规范化培训作为毕业后医学教育的第二阶段，是医学生成长为合格临床医师的必经之路，对保证临床医师专业水准和医疗服务质量具有极为重要的作用，具有不可替代性，国际医学界对此已形成共识[7-8]。3D打印技术作为一种新兴的应用技术,可以通过不同性质和颜色的多种材料构建物理三维模型。目前，研究显示辅助使用3D打印物理三维模型,可以有效提高手术的安全性。该研究拟通过3D打印技术，对手术节段进行建模并打印出与实体1:1等大的实体中上胸椎模型。专科培训医生通过术前在3D打印中上胸椎模型上模拟椎弓根螺钉置入，熟悉确定准确的入针点及相关标志、方向和深度，并评价此种教学方式的效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取该院进行专科医师培训的2014-2017级学员，共计30名。入组学员随机分为实验室和对照组。实验组学员通过3D打印中上胸椎实体模型进行模拟椎弓根螺钉置入后进行手术操作，对照组通过传统教学方法学习相关知识后进行手术操作。3D打印脊柱模型根据患者术前影像学检查结果按1:1进行构建。术前影像学检查与图像采集，包括X线、CT平扫+增强、MRI平扫+增强等。将影像学资料以Dicom 3.0格式导入计算机，依据术前影像的结构，建立数字3D实体模型。

1.2 效果评价

设计闭卷考核试卷，内容上胸椎椎弓根螺钉进钉的位置、方向、深度已经椎弓周边重要解剖结构的空间位置关系。通过闭卷考试比较两组学员对知识的掌握情况。设计评分量表，包括学习兴趣、学习效率、提高分析解决能力、提高临床思维能力、提高理论联系实际能力、团队合作能力、语言沟通能力和综合能力培养等8个方面。将学员对于授课情况的满意度分为5个等级：不满意1分、不太满意2分、一般3分、较满意4分、非常满意5分。以无记名问卷调查的方式评价两组学员对各自教学方式的满意情况，进行两组间的比较。

1.3 统计方法

采用SPSS 18.0统计学软件进行数据分析，计量资料用（±s）表示，采用 t检验。 P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

入组学员均为男性，实验组和对照组学员年龄分别为（30.53±2.07）岁和（31.47±1.81）岁，两组学员年龄差异无统计学意义（P=0.20）。两组学员分别完成学习后，进行闭卷考试评估其对知识的掌握情况，实验室和对照组的平均考试成绩分别为（83.93±8.93）分和（74.93±11.93）分，两组间差异有统计学意义（P=0.03）。通过问卷调查，对学员课程满意度进行评估。实验组学员在学习兴趣、学习效率、提高分析解决能力、提高临床思维能力、提高理论联系实际能力、团队合作能力、语言沟通能力和综合能力培养等8个方面均显著优于对照组学员（P＜0.05）。详见表1。

表1 实验组与对照组学员学习满意度比较[（±s），分]

表1 实验组与对照组学员学习满意度比较[（±s），分]

项目 实验组 对照组t值 P值学习兴趣学习效率提高分析解决能力提高临床思维能力提高理论联系实际能力团队合作能力语言沟通能力综合能力培养4.13±0.83 3.87±0.83 3.87±0.92 4.13±0.99 3.93±0.96 4.40±0.74 4.20±0.68 4.00±0.93 3.07±1.44 2.53±1.06 2.67±1.23 3.33±1.18 3.07±1.16 3.07±1.03 3.13±1.13 2.73±1.10 2.49 3.83 3.02 2.02 2.23 4.07 3.15 3.41 0.02 0.00 0.01 0.05 0.03 0.00 0.00 0.00

3 讨论

医学教育是由医学院校教育、毕业后医学教育和继续医学教育组成的连续统一体。一个完整的毕业后医学教育，应当是住院医师规范化培训和专科医师规范化培训的有机结合。上海市从2013年启动开展专科医师规范化培训工作，旨在培养综合素质全面，专业素质过硬的专科医师，从而提升上海各级医疗机构临床医师的整体素质。脊柱外科作为外科学重要的分支，是专科医师规范化培训的重要学科之一。后路经椎弓根螺钉固定技术(Transpedicular Screw Fixation，TPSF)是脊柱外科较常用的关键技术之一 。在中上胸椎，由于其特殊的椎弓根横径较小和周围重要的毗邻结构的解剖特点，初学者学习具有较大的难度，不利于该技术的推广应用。

3D打印技术是一种快速成型技术，它以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等高分子可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体[9]。由于3D打印技术具有较强的三维直观性，在骨科领域中已经广泛应用于骨肿瘤、复杂骨盆骨折、髋部发育异常及骨折、脊柱畸形及损伤、肢体畸形和假体制作等方面。本研究采用高精度上胸椎脊柱3D打印模型用于专科医师在上胸椎椎弓根螺钉置钉技术的培训。相比较于传统教学方法，基于3D打印脊柱模型的教学方法更加直接、有效、生动的将上胸椎椎弓根螺钉置钉技术细节展现在受训者面前。

虽然基于3D打印技术在专科培训医师中上胸椎椎弓根螺钉置入技术培训中的具有一定优势，但仍有不足之处：①3D打印脊柱模型制作需要一定的专业知识，目前的打印材料硬度较高，置入椎弓根阻力较大。②单纯3D打印模型虽能较好模拟脊柱本身的解剖结构，但是脊柱周围肌肉、血管已经神经结构等不能完全模拟，与实际手术操作可能具有一定差异。

该研究探索性将3D打印技术应用于脊柱外科手术技能培训。尽管这一新的教学模式存在一定不足之处，但受到大部分教员和学生的欢迎，取得了显著的教学效果。将继续完善此项教学模式，希望在临床教学工作中深入推广，真正让更多的医学生收益。

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