移动APP结合3D打印在骨科住院医师规范化培训中的应用

尹 思,杜 慧,申晓玲,杨益民,姬文晨,杨卫周,杜 恒西安交通大学第一附属医院骨科,西安 7006;陕西广播电视大学现代教育技术中心,西安 70068

近年来,随着互联网及数字化技术的快速发展,多种新技术手段和资源在医学教育中广泛开展,其中包括医学专业性软件和3D打印技术的引入[1-2]。移动APP,简而言之就是安装在移动设备(手机、电脑、平板等)上,承接来自开发商平台的各种信息,从而达到设备终端功能服务的软件。目前,已有多种设计精良的医学移动APP可以应用于骨科的临床教学工作中,文章主要介绍其中两种即3D body和AO Surgery Reference。而3D打印技术是一种以数字模型文件为基础,通过逐层打印方式来构造物体的技术[3]。在临床中,我们通过薄层CT扫描等方式获取病变部位的相关数据,对导出的数据可以进行三维重建,并由3D打印机打印出与病损部位一致的实体模型。该研究探索利用移动APP结合3D打印技术将骨科疾病的发病机制及骨科手术治疗原则授予住院医师规范化培训学员,期待能够提高学员学习的积极性及创新能力,缩短学习曲线,提高教学效果。

1 资料与方法

1.1 一般资料

该研究选取2016年1月至2017年12月在西安交通大学第一附属医院骨科参加住院医师规范化培训的学员共64名,其中男性47名,女性17名,平均年龄23岁。

纳入标准包括:①在该院骨科参加陕西省住院医师规范化培训的正式学员;②最后学历为大学本科;③在骨科培训时间为3个月;④入科前外科专业基础知识测试合格。

排除标准包括:①非最后学历为本科参加陕西省规范化培训的学员,专业学位博士等;②在骨科培训时间非3个月的学员或在骨科培训期间旷误、请假超过一周以上者;③入科前外科专业基础知识测试未合格者。

1.2 实验分组

双盲随机分为实验组和对照组。实验组在传统的CBL(case based learning)教学方法的基础上,采用移动APP结合3D打印技术辅助教学(n＝32)。对照组仅采用传统的CBL教学方法(n＝32)。两组分别配备同等年资的骨科带教教师组。两组学员在年龄、性别、基础知识测试成绩等方面均无统计学差异。

1.3 实验设计

对照组:采用传统CBL教学方法,在术前通过教学查房形式对学员进行授课,以病例为基础,以临床问题为线索,向规培学员讲解解剖结构基础、疾病发病机制、疾病分型、诊断要点及鉴别诊断、术前查体及影像学要点、手术方案及技巧等。术中通过手术操作演示,向学员详细讲解手术步骤,进一步深化学员的理论知识,加强对手术方式的理解。术后设置相关问题,要求学员利用交大医学院区电子图书馆查询相关文献资料,并整理成笔记供课后复习。

实验组:在传统CBL教学的基础上,采用移动APP结合3D打印技术辅助教学。在该研究中移动APP软件主要包括3D body和AO Surgery Reference两种。3D body是一款以人体的CT/MRI扫描数据为基础,利用三维重建技术重建人体所有系统和主要器官,使之成为一个完整整体,形成高精度三维动态互动式学习APP。该软件无需付费,可免费下载安装,且使用时无需连接网络。软件内共包含4 000多个解剖结构,立体直观,可以360°任意角度旋转解剖结构。任何一个解剖或系统结构均可以显示、隐藏或者透明,也可以随意放大、缩小或者平移,近距离观察细节,高清晰度,随时展现所需要的视角。选定目标后可自动显示结构名称,每一结构名称具有中英文对照并配有详细的文字注释、图片或动画说明,便于学生预习复习。另一个移动APP为AO Surgery Reference,它是由国际专业骨科学术机构AO组织开发的一款医疗应用软件,可免费下载安装。AO Surgery Reference是一个基于AO机构骨科治疗指南,结合临床经验和循证医学资料的骨科临床专用软件。软件内容丰富详实,包括人体各个部位的骨折、脊柱畸形等骨科疾病,同时附有各种疾病的AO分型、治疗建议、术前准备、手术入路、手术过程图解及视频、术后康复等,能够帮助学员系统化和条理化地学习掌握骨科疾病及手术要点。

在术前教学查房的基础上,利用3D body向学员讲解正常解剖结构基础知识。以脊柱侧弯为例,术前3D body软件观察人体脊柱解剖结构(如图1所示),包括脊椎排列结构、脊髓及神经根分布情况、血管分布情况、脊柱附着肌肉及韧带起止点等。使用软件的分层显示功能,模拟术中操作逐层分离脊柱解剖结构,讲解术中注意事项,加深学员对解剖结构和手术入路的理解。

同时,在术前利用AO Surgery Reference软件向学员讲解疾病分型、术前准备、手术入路、手术过程等。如脊柱侧弯患者术前根据影像学结果在软件中按照提示进行Lenke分型,明确手术指征、了解手术入路以及具体手术方式(如后路矫形植骨融合内固定术)、术后康复计划等(如图2所示),促进学员对脊柱侧弯从基础知识到临床实践系统性、条理性地快速转化和掌握。

图1 利用3D body软件观察人体脊柱解剖结构

图2 利用AO Surgery Reference软件进行脊柱侧弯疾病教学

最后在术前联系专业人员通过专业软件进行3D打印出模型(如图3所示),通过对模型的细致观察及研究,使得脊柱侧弯这类复杂疾病的辨识度提高,增强立体性,由传统的二维图像变化成三维图像,加深学员对发病机制、手术解剖等更为深入的理解。

图3 脊柱侧弯患者的X线片及3D打印模型

1.4 观察指标

所有住院医师规范化培训学员参加3个月的骨科专科培训后,进行出科测试,测试包括理论考试及操作考试。出科理论考试满分为100分,为住院规培期间骨科常见疾病的基础理论、典型病例及手术要点的考核。出科操作考试满分100分,考核内容包括骨科专科体格检查、清创缝合、石膏外固定、骨牵引术、手术消毒铺巾及简单操作(如脊柱手术的剥离、显露、术中止血等操作)。最后,采取发放问卷方式,获得规培学员对学习形式及内容的满意度。采取不记名问卷调查方式,每个问题设计“满意”“较满意”“一般”和“不满意”四个备选答案,要求必须选择其中一项,最终计算“满意”和“较满意”人数之和占总人数的比例为满意度。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 两组学员理论知识与操作考试成绩比较

实验组理论考试成绩为(91.18±7.76)分,对照组理论考试成绩为(85.64±6.24)分,实验组高于对照组,二者的差异具有统计学意义(P＝0.003)。实验组操作考试成绩为(89.40±6.82)分,高于对照组操作考试成绩(82.35±5.67)分,二者的差异具有统计学意义(P＜0.001)。

2.2 教学满意度调查

共发放调查问卷64份,回收64份,回收率100%。实验组总满意度为96.9%,对照组总满意度为81.3%,二者的差异具有统计学意义(P＝0.045)。

3 讨论

3.1 骨科住院医师规范化培训的现状及不足

住院医师规范化培训是医学生毕业后继续教育的重要环节,是医学生成长为合格临床医师的必经之路,也是加强卫生人才队伍建设,提高我国医疗工作质量和水平的治本之策,因此具有非常重要的意义[4-5]。经过近十年的探索,医疗卫生管理部门已经初步制定了不同的专科培训内容和标准,但是在具体实施专科规范化培训的过程中仍存在不少的问题[6]:一方面,参加规范化培训的学员基础差别较大,对于专科培训时间短、任务重,尤其是骨科亚专业众多,包括脊柱外科、创伤外科、关节外科、运动医学、小儿骨科、骨肿瘤等,轮转每个亚专业的时间显著不足,大多数培训学员不能深入学习各个专科亚专业的知识理论和临床操作;另一方面,面对目前相对紧张的医患环境,规培学员直接接触管理患者具有一定的潜在医疗风险,更不用说直接作为主刀或者一助参加手术操作,因此不少科室不会让学员深入参加科室的各项临床操作,使得规培学员的临床操作培训明显不足,无法培养扎实的临床基本功和能力。这些矛盾也使得规培学员容易出现消极态度,降低了学习的主动性和积极性,更加无益于住院医师规范化培训的最终教学成效。针对这些问题,笔者所在的骨科规培基地采取了一系列教学改革措施[7-8],其中就包括该课题内容中的互联网移动APP和3D打印技术的辅助教学,目的是为了深化教学内容,便于学员理解掌握,并且激发学员学习的积极性和主动性,缩短学习曲线,提高教学效果。

3.2 移动APP在骨科住院医师规范化培训中的优势

在当今互联网时代,各种移动APP软件功能强大,制作精良,尤其是医学类APP的大量研发应用,使得在医学教学中辅助使用移动APP成为了目前的一个研究课题[9]。该研究中使用的两种移动APP功能强大且完全免费,应用于骨科专科住院医师规范化培训具有以下优势:①以三维模型为基础,培养学员的三维空间思维能力,加深局部解剖和手术入路等基础知识的理解和记忆,有助于对手术步骤和方法的掌握;②弥补了目前专科各个亚专业教学大纲设置的不足,对各类型疾病从诊断、影像、分型和手术操作等各个方面进行指导,使得培训内容更为完善,与临床结合更为紧密;③一定程度上缓解了规培学员学习需求与临床实际操作之间的矛盾,采用模型进行模拟操作学习,既避免了直接接触患者带来的潜在医疗风险,又为学员提供了动手操作的机会,缩短了学习曲线;④医学移动APP使用便捷,无场地、时间限制,具有一定的趣味性,能够调动学员的学习积极性和主动性,从而有助于提高教学效果。以往的一些研究也证实了移动APP在医学教育中的重要作用。任志伟等[10]利用AO Surgery Reference软件辅助进行骨科临床教学,不仅调动了学生的积极性,提高了教学效果,也减轻了教师的工作负担;刘源等[1]将移动APP教学引入神经外科的临床教学中,也取得了满意的教学效果。

3.3 3D打印技术在骨科临床教学中的应用现状

3D打印技术作为一项全新的成型技术,已经广泛应用于医学临床尤其是骨科各个亚专业的临床实践中。在骨科医学教育方面,3D打印模型主要应用于个性化的骨骼模型展示和模拟手术教学。Preece等[11]发表的一项RCT研究表明,通过3D打印复杂肢体关节模型加入到临床教学中,不仅能够有效提高学生对肢体关节的解剖理解力,还有助于营造愉快的教学环境;周华等[2]将3D打印模型应用于脊柱侧弯的临床教学中,可以将复杂的病情通过直观地模型展示,深化理论知识,使得学生更容易地掌握脊柱侧弯的诊断、分型和治疗原则;姬文晨等[12]将3D打印模型应用于留学生教学中,显著提高了留学生对于骨科专业知识的学习热情和教学效果。

3.4 移动APP结合3D打印辅助教学在骨科住院医师规范化培训中的应用前景及展望

在该研究中,我们将两种移动APP和3D打印技术有机结合起来,应用于骨科规范化培训的教学中,结果显示,移动APP结合3D打印辅助教学有助于学员加深对基础知识、解剖结构和手术操作的理解和掌握。理论考试和操作考试的结果显示,在CBL教学基础上辅助应用移动APP结合3D打印教学组的学员成绩要显著优于单纯CBL教学组。在出科满意度方面,新教学模式组的学员对移动APP＋3D打印教学模式的总体满意度达到96.9%,显著高于单纯CBL教学组。尽管移动APP结合3D打印应用于骨科住院医师规范化培训教学中有诸多优势,但是也仍存在一系列问题:①移动APP软件种类相对较少,无法涵盖各个骨科亚专业的疾病种类,且一些高级别的手术模拟操作软件涉及知识产权,费用昂贵,大多数规培基地也没有条件悉数购买。②3D打印需要有相应的硬件设备和打印经费,以保证教学模式的推广,这需要有关医疗部门及各规培基地的大量资金投入和支持。③新教学模式无匹配的教材和大纲。目前,国内医学院校沿用人民卫生出版社的系列教材,虽时有更新,但整体教学内容及编排体系仍显陈旧,只能适用于传统的教学模式。医学院校以及教师必须根据所在学校、学员及教师的自身情况,独立开发符合移动APP结合3D打印教学模式的课程大纲和教材,更好地发挥这种新型教学模式的优势。④尚未形成新教学模式的评价体系。传统的教学评价体系往往只是侧重于基础知识和简单操作技能的考核,因此考核内容相对枯燥,无法完全反映学员对临床基础知识尤其是手术操作的整体掌握程度和自主学习创新能力,必须要探索新的考核评价体系以适用于新型教学模式,以便结合信息科学及互联网技术,开发考评学员综合能力尤其是手术操作能力的测试平台,避免传统书面考核和“填鸭式”教学的弊端。

住院医师专科规范化培训是一项巨大的工程,需要各医疗培训基地和培训教师的不断创新改进,也需要医学毕业生的热情参与,同时需要政府、医疗机构和整个社会的支持。相信随着相关制度的不断完善和在国家相关部门以及各方面的不断努力下,结合利用当前最新信息科学、材料科学、互联网技术等新科技,一定能够探索出一条适合于我国医学教育国情的专科规范化培训的新模式,为我国培养出适应于未来发展需求的高质量医学人才。