3D头颈模型在耳鼻喉科临床教学中的应用

陈贤珍 郭剑玲 朱金彩 冯韶燕 洪海裕 廖振鹏

耳鼻咽喉头颈外科是一门对耳、鼻、咽、喉、头、颈部疾病进行诊治的综合性学科，需要掌握其解剖结构、生理、病理特点[1]。常规的教学模式往往是通过平面解剖图谱等对学生进行教学，但由于耳鼻咽喉头颈解剖的难度较为复杂，其位置深、远、精细等特点，导致学生在进行学习的过程中，实践操作机会不足，学习进程缓慢，从而出现学习倦怠等情况，陷入恶性循环[2]。因此，急需一种满足耳鼻咽喉头颈外科临床实践教学新的模式，我科研发的新型实用专利头颈教学模型，利用3D 打印技术我科专有的3D 头颈教学模型，可提供一种新的辅助教学方式。

1 教学模式优化改革的必要性

1.1 概述

负责教学的耳鼻咽喉头颈外科医生常常是多重任务于一身——教学、科研、门诊、手术，时间安排非常紧凑，甚至难以协调，虽然目前各个大学附属医院对于教学的重视程度日益提升，对教学活动的政策逐渐偏移，影响日后的职称晋升等，但是与此同时临床教学医生的科研和临床工作并没有因此而减量。现阶段，多数耳鼻咽喉头颈外科的老师教学时常规采用多媒体PPT、解剖模具进行讲授，加上课程内容多、解剖结构复杂难懂、授课时间短等难处，沿用传统的“灌输式”教学模式，较少趣味性和实用性[3]。这样会大大影响学生们主动学习的兴趣，在课堂上仅学习大量的名词和定义解释，并没有真正掌握知识，课后自习难度高。因此必须尝试辅助新的教学模式，缩短老师的备课时间，提高老师的备课效率，增加学生们的学习效率及其积极性。

1.2 现况和局限性

传统单纯的解剖图谱不能满足目前学生的学习需求，需要更加精细的内镜系统进行局部解剖结构的放大，进一步深入学习。20 世纪90 年代，专科内镜的概念被提出及推广。耳鼻咽喉头颈外科的内镜系统包括多个方面，耳、鼻、咽喉镜为主，一般均有设立独立的内镜操作室，提供患者进行内镜检查及治疗等。由于内镜技术的引进及深入推广，不仅为临床工作提供了清晰、高效的诊断方法，同时也为我国住院医师规范化培训提供了更全面的学习平台。内镜技术的应用在耳鼻咽喉头颈外科疾病的治疗和手术领域呈逐年上升的状态，使之得到广泛的应用，可以拓宽术野，直观深、窄、细、小的解剖结构，提高手术有效率及减少肿瘤边缘残留等[1,4]，其高清内镜系统，可以实时转播操作、手术过程，转录手术及解剖视频后可给予教学一定的便捷[5-7]。由于内镜室病人量大，操作机会多，利于住院医师提高对内镜操作的熟练度，从而提升自我手术及内镜操作能力。内镜具有不同的型号、大小、角度，其光线明亮，可窥及几乎全部解剖结构表面情况，图像清晰，配备录像、拍照系统，同时配备各种操作设备，如：吸引器、镊子、电凝设备、耵聍钩、剥离子等。其中纤维喉镜、纤维鼻咽镜等内镜为软镜，患者舒适度高于硬性内镜，而耳内镜、鼻内镜为硬性内镜，如操作者熟练度欠佳或患者配合欠佳时，可能容易导致黏膜损伤等风险[8]。多次全国性的专科学术会议曾提出随着内镜外科学的发展，鼻内镜鼻眼、鼻颅底外科是鼻外科与眼眶外科和神经外科交融的学科，由于内镜手术操作的空间较深、较窄，且解剖细微、复杂、多变，导致内镜操作的难度大大增加，因此需要耳鼻咽喉头颈外科专科医生不仅具备丰富的理论知识，也需要具备娴熟的内镜操作能力。胡月等[9]提出耳内镜技术能够直观的显示中耳等结构，同时可转播手术过程，及术后视频制作快捷便利于教学等特点，同时发现耳内镜在耳科教学能让学生迅速掌握耳科重要解剖结构，丰富临床实践教学内容，易于在基层医院推广等优势。艾力根·阿不都热依木等[10]亦在本科学生教学中提及纤维鼻咽镜在鼻科教学中的应用，临床中已广泛应用，学生可以直观地观察并结合带教老师的讲解，降低解剖的学习难度，同时提高学生的学习兴趣。因此内镜的操作能力要求越来越高，医师在住培期间打好内镜操作基础为后期的临床工作起到非常重要的作用。

随着内镜技术在国内的大力开展，不断成熟的内镜高清系统为我们临床学生提供更加直观、生动的局部解剖[11]。不仅提高了专科解剖基础的不断研究和探讨，激发学生学习的兴趣及临床思维，同时提升临床实践教学的成果及成效。但是，由于内镜视野是二维为主，对立体三维的耳鼻咽喉头颈专科的局部解剖的掌握仍需要较长时间的学习。而且在学习前期，医学生的内镜操作能力欠缺时，直接对患者进行内镜检查是一项高风险操作，对医患双方都是一个不负责的行为。因此学生需要一个合适的练习标本或模型。

1.3 创新型和必要性

2014 年国家《住院医师规范化培训内容与标准（试行）》总则和耳鼻咽喉科培训细则的要求提及，住院医师规范化培训是指医学专业毕业的学生在完成医学院系统教育后，以住院医师的身份在认定的培训基地接受以提高临床能力为主的系统性、规范化培训。由于现阶段医患关系较为紧张，学生在进行系统的学习过程中，专科内镜操作难以熟练，且缺少患者进行临床操作[12]。传统教学模式以大体标本、模型、尸解等为主，其中解剖教学是最重要的技能操作培训，然而，随着教学模式改进及伦理理念加强的情况下，尸体标本日渐匮乏，库存不断减少，且购置费用昂贵，不可重复使用等缺点，实习生、住培生等参与尸体解剖和实物标本观察的机会逐渐减少。与此同时，头部模型是以实体人类头部参数为基础建立的，它可以用来准确描述头部形态特征和力学特征，是教学非常重要的一种辅助工具。现有的头部教学用模型通常只能针对表面或者内部一方面进行观察，教学时更换模型较为麻烦，模型不方便拆卸，模型不方便旋转观察。3D 头颈模型是我科研发的实用新型专利产品[13]，本实用新型专利公开了头部教学用模型，包括底座和螺栓，所述底座底部安装有旋转轴，其中，所述旋转轴另一侧固定有固定底座，所述固定底座一侧开设有第一固定槽，所述第一固定槽内部嵌入有第一固定块，所述第一固定块一侧固定有左部头部模型，所述左部头部模型顶部开设有第二固定槽，所述第二固定槽一侧固定有连接块，所述连接块一侧开设有第一连接槽。该头部教学用模型设置有左部头部模型与右部头部模型在不使用时为一整体，在教学时可以将左部头部模型与右部头部模型进行分开，以便可以对左部头部模型与右部头部模型内部组织进行教学，方便头部教学用模型不仅仅可以对头部表面进行教学还可以对头部内部进行教学。

2 虚拟仿真技术的优势及现况

2.1 虚拟仿真技术的优势

虚拟仿真技术基本原理就是利用计算机生成一种模拟环境，能够建立和体验虚拟世界的三维动态视景和实体行为的计算机仿真系统[14]。它利用不同的医学影像学资料，采用虚拟现实技术在计算机中建立一个逼真的视、触觉、听一体化的仿真情景，通过各种传感设备及必要的交互设备，实现手术器械对虚拟人体器官进行模拟解剖、手术训练。无论是大外科还是耳鼻咽喉头颈外科专科住培教学内容中，专科部分的局部解剖知识点较多，且重点解剖部位精、细、深的特点，同时影像图像复杂多样，如何更好地深入学习各个局部解剖结构所处位置和周围血管组织器官的空间思维关系，将其与诊断和相关手术进行融会贯通，一直是所有外科住院医师培训中的热点和难点[15]。刘少峰等[12]研究发现虚拟现实技术在耳鼻咽喉头颈外科住院医师培训中可以对颞骨进行重建，虚拟仿真技术不但能够高保真地再现颞骨解剖环境，也可模拟耳显微外科手术情景，对颞骨解剖操作进行指引、指正和点评，培养耳科医师掌握正确手术方法、提高颞骨显微电钻使用的技巧及如何避免损失重要的面神经、颅脑等组织结构，在一定程度上能够达到实体了实体颞骨解剖的效果。由于网络信息时代及各种小程序等工具的发展，出现了越来越多的3D 模拟解剖学相关的学习软件，研究发现3D body 软件在系统解剖的教学优势，对比传统阅片及图文教学，模拟仿真技术更受学生的喜爱，能更好的提高学生对解剖的理解和记忆。刘文斌等[16]提到医学生在SECTRA 3D 实时重建虚拟仿真技术在加强医学生学习的研究中发现其在耳鼻咽喉头颈外科学专科的临床住培教学中后，学生对解剖结构掌握得到明显的提高，同时对提高了专科知识点理解和记忆，尤其在解剖结构的理解更加深刻、融会贯通。由于结合了专科化的虚拟仿真技术的教学，提高了学生对耳鼻咽喉头颈外科的兴趣及热情，同时减轻了头颈部人体尸头的经济负担。梁冰等[17]也提到多点触控虚拟解剖系统改善了解剖尸头匮乏这一不足的缺点，不仅可以减少不可重复利用的解剖尸头的费用，还可以提高教学资源的反复利用，从而成为外科解剖教学的重要补充学习方法。

2.2 虚拟仿真技术的现况

然而，现阶段虚拟仿真技术在住院医师规范化培训中仍有较多难处，例如推广较少，主要的原因还是设备费用昂贵，很多不发达地区的经费有限，同时耳鼻咽喉头颈外科作为专科，经费更加有限，难以承担此设备费用，因此想要全面推进3D 虚拟仿真技术任重而道远。

3 3D 头颈教学模型对住院医师内镜操作能力培训的应用、优势及其现况

3.1 3D 头颈教学模型对专科临床教学实践能力的提升及优势

我科研究开发实用新型3D 头颈教学模型的目的在于提供头部教学用[13]，不仅可以提高学生对耳鼻咽喉头颈外科专科解剖的认识及学习兴趣，并且可提升临床操作的实践能力，促进学生对内镜技术的认识和理解。传统教学模式中，内镜的操作练习一般均在同学们身上交互进行操作，从而无法避免新手对局部黏膜的损伤情况的出现，部分学生会出现紧张、惊慌的心理改变，从而导致学习过程难度的增加。中山大学附属第五医院耳鼻咽喉头颈外科教研室利用3D 技术把新型模型打印出实物后，现已应用于专科带教工作中，包括本科见习生、全科医生、专科规培生等，观察发现学生在学习内镜操作的过程中，首先利用3D 头颈教学模型进行操作练习，加深对内镜操作的熟练度，提前控制学习如何把握正确的检查角度，避免摩擦及损伤局部黏膜，可以有效的避免传统的临床教学操作导致的局部黏膜损伤，提高学生的自信心及主动性。3D 头颈教学模型主要可以练习鼻内镜、纤维鼻咽镜及耳内镜，避免由于操作不当时引起黏膜损伤。同时我们可在练习的同时，自主协调练习难度，例如可模拟耳道异物、外耳耵聍、鼻腔异物、鼻咽分泌物潴留等特殊情况，练习内镜检查的同时，可练习内镜相关操作，不断的丰富教学模式及病例学习。

3.2 3D 头颈教学模型现况

耳鼻咽喉科头颈外科主要包括耳部、鼻部、咽喉及头颈等部位的疾病，不仅解剖三维立体的复杂、解剖部位多、手术视野狭窄且深入、操作难度系数大等特点，使学生学习和理解相当困难，而且学生们在耳鼻咽喉科头颈外科实习时间比较短，如何高效的学习，一直是我们专科的困扰。传统尸体标本解剖学习，不能重复使用，大大降低了学生们学习的机会，也大大降低学生们学习的主动性。3D 头颈教学模型可以让学生们从头部表面到头部内部进行完整的系统性的“解剖”学习，同时配合专科的内镜设备，可以更加直观、深入的观察和学习头颈部解剖的各个难点部位和深入部位，这种浸润式的教学可加深学生对知识的印象和理解。这种教学模式可以充分结合理论和操作，增加学生们的学习重复性。使学生在体验学习乐趣中真正实现从“要我学”到“我要学”的转变，由“被动灌输”转变为“主动学习”。3D 头颈教学模型增加学习的重复性，可以让学生们在课前主动的自主学习，操作和讨论，也可以让学生们在课堂中更加容易了解和掌握知识，从而让学生们在课后可以根据需求随时进行虚拟解剖学习和复习。观察发现新的教学模式相对传统的教学模式，学生掌握及熟练内镜操作的时间相对缩短，且一致获得学生的好评。3D 头颈教学模型投入时间较短的情况下可使我们教学的模式多样化，内容丰富，教学的效果得到显著的提升。由于观察学生的操作练习时间不足，仍需继续进一步对带教工作的研究深入及改进。

综上所述，内镜技术在耳鼻咽喉头颈外科应用广泛，其在专业临床教学中的应用不仅提升学生的学习兴趣，而且培养了学生的自主学习能力、操作实践能力。近年来新开发的多种新型教学模式以及虚拟仿真技术的推广，丰富了学生学习的途径，由于经费的有限，开展相关教学项目的住培基地稀少。3D 头颈教学模型经费要求不高，可重复性强，利于低年资医师、住培生、实习生、见习生等多类型学生进行反复操作、练习，提高专科内镜操作水平，深入了解不同层面的专科解剖，增强实际操作时的自信心，提高操作技术的同时，亦可增加患者对医师的信任度，改善医患关系。我们相信，随着教学技术和科技的不断发展，3D 头颈模型在耳鼻咽喉头颈外科临床实践教学中的应用技术可以得到推广，以期培养出高素质的技术型耳鼻咽喉头颈外科学专业人才。