3D打印技术联合混合现实技术在基层医院老年髋部骨折规范治疗教学中的应用效果

陈光华 黄贵芝 谭小艳 林瀚 吴新诱 林颢

(广东医科大学附属医院，广东 湛江 524001)

髋关节周围骨折是骨科常见疾病，包括股骨转子间骨折、股骨颈骨折等。老年人由于机体老化、反应力下降、行动迟缓，而且常合并骨质疏松、脑萎缩、帕金森症等疾病，髋部骨折罹患率增高〔1〕。由于髋关节解剖结构复杂及作用于骨折的外力多变，导致其骨折形态多变，手术方法多样且难度较大，且要充分综合评估老年人原有的基础疾病，故而以相关指南为基础的规范治疗对老年患者的预后改善具有重要意义。在基层医院，由于经济、交通等不可抗力的原因，未能得到较好处理，严重并发症的发生率较高，故而针对基层医院住院医师规范化规培学员、专科医师规范化培训学员、进修医生进行髋关节周围骨折的规范化治疗方案的培训具有重要意义。既往骨科临床教学多以骨骼模型或患者影像图进行辅助教学，但骨骼模型多为正常结构，患者影像图输出信息有限，临床教学效果不满意。寻找更高效的教学方案很有必要。随着计算机技术的不断发展，3D技术和数字虚拟化技术在社会各行业开始普及，近年来更是在医学领域应用越来越广泛，3D打印技术可将骨折解剖进行三维重建，模拟手术过程，可为学生带来更好的视觉体验，更能清楚了解骨折结构及术中操作流程〔2，3〕。混合现实(MR)技术是数字虚拟化技术的一种，可以将CT、磁共振成像(MRI)等二维医学图像在与现实环境相融合的情况下转化成直观的三维虚拟模型，可以为学生提供真实的模拟训练，提高感官体验感，已有多项研究证实〔4，5〕其在外科手术及教学中的应用效果。本研究拟分析3D打印技术与MR技术联合应用在基层医院老年髋部骨折规范治疗教学中的效果。

1 资料与方法

1.1一般资料 选取2018年3月至2022年3月在广东医科大学附属医院骨科规培及进修的医师共120名。纳入标准：①均自愿加入本研究并签署知情同意书；②首次参与老年髋部骨折手术规划教学。排除标准：①存在中途退出者；②课程依从性较差者；③存在请假周期超过1 w者。将2018年3月至2020年3月进行规培及进修的医师58名设为对照组，将2020年4月至2022年3月进行规培及进修的医师62名设为观察组。对照组男30例，女28例；本科22例，硕士36例；规培27例，进修31例；年龄20～26岁，平均(22.97±1.34)岁。观察组男32例，女30例；本科23例，硕士39例；规培38例，进修24例；年龄21～26岁，平均(23.45±1.14)岁。两组一般资料差异无统计学意义(P>0.05)。医院伦理委员会对本研究予以审核通过。

1.2教学模式 本次研究所选带教老师均为本科高年资医师(10年及以上临床经验)，并获取主治医师及以上职称。两组带教老师为同一组。传统教学模式(对照组)：制作教学PPT，选取具有代表性的病例图片并进行注解，传授髋关节骨折的原理、常见类型及相应的治疗原则；选取在院病例，在取得患者同意后作为教学模板，在带教老师的带领下可进行骨折术前基本处理，观摩老师进行骨折术前规划，跟随带教老师进入手术室进行术中观摩或观看手术操作影像，术后带教老师进行病例讲解，而后提出问题并引导学生寻找答案，在本次病例探讨结束前鼓励学生自行提出问题，并引导学生自行查找资料，在下一次查房时进行总结汇报。每2 w进行模拟操作及理论知识的小型考核。

3D打印技术联合MR技术教学模式(观察组)：带教老师均进行3D技术和MR技术的培训。设计3D及MR教学模型，选取典型病例，包括合并不同基础疾病的老年患者股骨颈骨折、股骨转子间骨折、股骨转子下骨折、股骨颈骨折等典型髋关节骨折类型，将患者影像学资料导入MR系统中，建立MR三维模型。对患者CT图像进行二维预处理后，采用1∶1的制作标准，制作3D模型。①课前发放相关病例资料，简单进行介绍后，提出问题，引导学生进入真实诊疗状态，让学生从基础的病史问诊、体格检查及基本处理进行自主汇报，而后老师进行补充和点评，并引导学生对老年患者的特征进行观察和分析。②进入课堂，首先引导学生对患者的影像学资料进行分析，作出诊断，并引出后续辅助检查和治疗方案。以学生为主导，老师作为引导者，以学生提出问题——老师引导解决问题，但不提出实质性结论的模式进行教学。③在完成病例分析后，老师拿出对应病例的3D模型，让学生进行观摩及感受，并对此前给出的诊断进行反思和修正，并提出原因，引导学生对合并不同老年基础疾病的模型进行对比分析。④老师利用3D模型引导学生进行手术规划，而后通过MR模型进行预手术操作，并逐步完善手术方案，模拟手术操作，进一步熟悉手术操作步骤，并根据术中情况进行术后患者治疗及护理方案的制定。每周进行1次，前4 w由老师进行教学模板的选择，后4 w进行分组，以小组学习的模式进行教学模板的选择及工具制作。两组均进行持续教学2个月。

1.3理论知识、实践综合能力 在教学开始时和结束后，均采用医院自制理论考核试卷及实践综合能力评估量表对学生理论知识及实践综合能力进行考核。理论考核试卷包括老年髋关节骨折原理(25分)、髋关节局部解剖(25分)、骨折分类(15分)、骨折治疗原则(35分)，总分100分，以高分为优。实践综合能力评估包括问诊(10分)、体格检查(20分)、诊断(20分)、基本处理(20分)、病例书写(10分)及术前手术规划(50分)，以模拟病例方式进行考核，总分130分，以高分为优。

1.4临床思维能力 在教学结束后，均采用医学生临床思维能力评价表〔6〕，量表Cronbach α 为0.909，包括批判性思维能力、系统性思维能力和循证性思维能力3个维度，总分120分。

1.5参与度 参考许瑜函等〔7〕文献自制参与度量表在教学结束后，评估学生参与度，该量表经测试具有良好信效度，量表Cronbach α为 0.805，主要包括认知参与度(20分)、行为参与度(30分)及情感参与度(20分)，分数越高，学生参与度越高。

1.6满意度 参考孙涛等〔8〕文献自制满意度调查表在教学结束后，评估学生对教学模式的满意度，该量表经测试具有良好信效度，量表Cronbach α为0.765，主要包括课堂效果、知识掌握程度、学习兴趣三方面，每项评分15分，分数越高，满意度越高。

1.7教学前后患者术前规划质量及康复情况 随机选取教学前后，经参与本次教学医师收治的老年髋骨骨折患者各20例，观察其术前规划质量及术后康复情况。术前规划质量由科室主任及副主任医师共同打分，评分1～10分，分数越高，说明质量越好。患者术后康复情况以其术后1个月髋关节功能Harris评分、Fugl-meyer下肢运动功能评定量表及改良Barthel指数为评价标准。

1.8统计学处理 采用SPSS22.0统计学软件行t检验、χ2检验。

2 结 果

2.1两组教学前后医师理论知识比较 教学后，观察组髋关节骨折原理、局部解剖、骨折分类及治疗原则的理论考核成绩显著优于对照组(P<0.05)。见表1。

表1 两组教学前后医师理论知识比较分)

2.2两组教学前后医师实践综合能力比较 教学后，观察组老年髋关节骨折的问诊、体格检查、诊断、基本处理、病例书写及术前手术规划的实践能力均显著优于对照组(P<0.05)。见表2。

2.3两组医师临床思维能力和参与度比较 观察组临床思维能力及学习参与度评分均显著高于对照组(P<0.05)。见表2。

表2 两组医师实践综合能力、临床思维能力和参与度比较分)

2.4两组医师对教学模式满意度评价 观察组对课堂效果、知识掌握程度和学习兴趣满意度评分均显著高于对照组(P<0.05)。见表3。

表3 两组医师对教学模式满意度评价分)

2.5教学前后患者术前规划质量及康复情况 教学后收治患者的术前规划质量评分、术后1个月髋关节功能Harris评分、Fugl-meyer下肢运动功能评分和Barthel指数均显著优于教学前收治患者(P<0.05)。见表4。

表4 教学前后患者术前规划质量及康复情况分，n=20)

3 讨 论

老年人群机体生理功能下降，代谢能力减弱，钙磷等微量元素流失，骨密度降低，骨脆性增加，在受到外力刺激下，易发生骨折，髋关节周围骨折是老年患者常见的骨折类型之一，而因老年患者多有基础疾病，若未获得规范处理，常出现严重并发症，如坠积性肺炎、下肢深静脉血栓等〔9〕，严重者可危及生命。故而对骨科医师进行老年髋关节手术规范化培训尤为重要。但因临床手术治疗的特殊性，临床手术带教多以手术观摩，影像学习等方式，信息接受面有限，效果不佳。随着计算机技术的不断发展，3D打印技术和MR技术在医学领域逐渐普及，在手术教学中也得到关注。

3D打印技术可根据影像源数据进行逐层打印，还原与实物1∶1的模型〔10〕，3D模型可帮助学生更为全面了解老年髋关节骨折的特征，有效提高学生对临床知识的理解，而在传统的教学中，多以图片、正常的骨骼模型或实体标本进行教学，学生难以掌握老年患者病变骨骼的特征及结构，故而在对相关知识的理解上较为缺乏。郭建平等〔11〕也将3D打印技术带入骨科教学中，可有效提高学生的知识储备，本研究与其部分相似。

3D打印技术为学生提供了更为直观的伤情模型，可帮助其建立良好的疾病认知，在一定程度上提高其对老年患者临床病情分析能力；MR技术将现实世界与虚拟时间结合，营造的虚拟环境具有身临其境的仿真感〔12〕，可有效提高学生的感官感受，学生在老师的引导下通过3D模型进行术前手术规划后，通过对应的MR模型进行实时模拟操作，且在操作过程中，MR模型根据学生操作可给予相应的回应，学生更能了解自我手术规划的不足，且在模型手术操作中也可有效提高其手术操作技能。MR技术将真实的物理空间和模拟世界进行精准的融合，可有效获取最为直观效果〔13〕，有效增加了学生的操作训练机会，缓和临床有限的医疗资源。两者联合更能提高学生的临床实践能力。杜昌旺等〔14〕研究中也有相似观点。临床思维是临床能力的核心和基础，是每一位医师需具备的良好品质〔15〕，故而临床思维能力的培养是临床教学的关键点之一，且因老年患者诊疗的复杂性，需要更强的思维能力。3D打印技术与MR技术结合更能全面了解老年患者的临床特征表现，通过平面-3D-物理空间的层层对比，不断反思，有利于学生发散临床思维，提高其对老年患者临床诊疗的逻辑能力，帮助其更好地将患者病史、临床表现进行分析，提高临床诊断能力，制定正确完善的治疗方案，解决临床问题。

课堂参与度指学生在学习过程中的努力程度、精力投入、学习决心和热情度〔16〕。3D打印技术和MR技术的结合将传统教学的抽象转变为立体生动，提高了学生的学习体验感和参与度，进一步提高学习效果。3D打印技术和MR技术可有效提高基层医师对老年髋部骨折治疗的规范性，更好促进患者术后康复。