刘 涛 牛国旗 陈 辉 刘路坦 李 超

经皮椎弓根穿刺技术是微创脊柱外科的一项基本操作，其广泛应用于椎体成形或后凸成形术、椎体病变穿刺活检术、经皮椎弓根钉棒内固定术等，可以对老年骨质疏松性压缩骨折、椎体肿瘤、腰椎滑脱等疾病进行有效的微创手术诊治。经皮椎弓根穿刺技术需在X光机的透视监视下进行，需要经过连续反复多次的X线透视来确定进针点，调整进针角度和方向。同时椎体椎弓根三维结构复杂，周围毗邻重要的组织，穿刺过程中一旦出现偏差，将会损伤脊髓、神经和血管，造成严重的后果。故经皮椎弓根穿刺技术存在手术风险高、手术时间长、X线透视次数多等缺点，对手术医师要求较高。经皮椎弓根穿刺技术在传统教学模式中，老师常采用X线等影像学资料结合幻灯片对学生进行教学，学生因存在课程参与度不高、被动接受知识、空间想象能力不足、理论无法与实践相结合等问题，难以获得良好的教学效果。本研究将3D打印结合虚拟现实(virtual reality,VR)技术运用于经皮椎弓根穿刺教学中，取得了较好的教学效果，现报道如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2020年5～10月在蚌埠医学院第二附属医院骨科实习的60名临床医学专业5年制本科学生为研究对象，采用随机数字表法，分为对照组与试验组，每组30名。对照组采用查体结合影像学资料及幻灯片的传统教学模式，讲解骨折特点、经皮椎弓根穿刺入针点、穿刺路径等教学内容。试验组在对照组教学内容的基础上，采用3D打印模型及“经皮椎弓根穿刺VR教学模拟系统”辅助教学。两组学生性别、年龄、实习时间等一般资料进行比较，差异无统计学意义(

P

>0.05)。见表1。

表1 两组学生一般资料比较

1.2 纳入与排除标准 纳入标准：①临床医学专业5年制实习医师者；②学历为本科者；③初次轮转骨科者；④基础及临床阶段各项考核均合格者。排除标准：①拒绝参与本次研究者；②存在严重的沟通障碍者。

1.3 教学方法 选取当期入院的10例老年骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折并接受经皮穿刺椎体成形手术治疗的患者。拍摄脊柱全长正侧位X线片及骨折段椎体三维CT等影像资料。将CT数据转化为DICOM格式，导入Mimics17.0(比利时，Materialise公司)软件进行三维重建后由3D打印机打印1∶1比例聚乳酸材质脊柱模型，见图1、2，通过HoloLens头镜生成虚拟现实图像。

图1 3D打印1∶1比例聚乳酸材质椎体模型正面观

教案设计：询问患者病史，并带领学生进行临床查体。对照组采用正常的脊柱椎体模型、X线片等影像学资料及幻灯片进行教学，讲解老年骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折的特点、治疗方式、经皮椎弓根穿刺入针点、穿刺路径及主要神经、血管结构。试验组在对照组教学内容的基础上，结合骨折段椎体3D打印模型讲解老年骨质疏松性胸腰椎压缩性骨折的特点、经皮椎弓根穿刺入针点、穿刺路径及主要神经、血管结构等，见图3、4。使用“经皮椎弓根穿刺VR教学模拟系统”进行模拟操作训练，见图5、6。两组学生由同1位副主任医师进行集中授课。

图2 3D打印1∶1比例聚乳酸材质椎体模型侧面观

图3 “经皮椎弓根穿刺”教学用具

图4 利用3D打印模型进行“经皮椎弓根穿刺”教学

图5 利用“经皮椎弓根穿刺VR教学模拟系统”进行模拟操作训练

图6 “经皮椎弓根穿刺VR教学模拟系统”对穿刺过程实时反馈

1.4 教学效果分析与评价 授课结束后，通过客观考核及主观问卷调查对上述2种教学方式的效果进行客观考核和主观评估。客观考核包括专业理论知识考核和临床实践技能操作考核，满分各100分。主观评估方面通过问卷调查对理解能力、课程参与度、学习效率、自学能力进行综合能力自我评价，每项满分为10分。采用满意度调查表进行满意度调查，包括教学效果、教学方法、表述能力的提高、临床实践能力的培养、课堂上教学互动以及气氛等方面，总分为100分。得分≥90分为非常满意，得分60～89分为基本满意，得分<60分为不满意。其中，满意度=(非常满意例数+基本满意例数)/总例数×100%。

2 结果

2.1 两组学生主观评估和客观考核成绩比较 试验组主观评估和客观考核成绩均高于对照组，差异有统计学意义(

P

<0.05)。见表2。

表2 两组学生主观评估和客观考核成绩比较分)

2.2 两组学生对不同教学模式的满意度比较 试验组对教学模式的满意度为100.00%(30/30)，对照组为73.33%(22/30)，差异有统计学意义(

χ

=7.067，

P

=0.008)。见表3。

表3 两组学生对不同教学模式的满意度比较[例(%)]

3 讨论

经皮椎弓根穿刺主要依赖术中X线透视和手术医师的经验、手感。穿刺结果时有偏差，有时甚至需要反复多次调整穿刺入针点及穿刺角度，增加了射线暴露、出血、感染甚至脊髓神经损伤等并发症的发生。因此，对于脊柱外科年轻医师，熟练掌握经皮椎弓根穿刺技术的理论知识和穿刺手术技巧尤为重要。目前，经皮椎弓根穿刺技术的理论知识常通过X线、CT等影像学资料结合幻灯片等进行教学，教学模式单一，学生参与度不高、被动接受知识，教学效果有限。而经皮椎弓根穿刺的操作训练因原材料等原因，还无法大规模开展，学生的理论知识无法和实践相结合，也导致了教学效果不佳。3D打印技术最早应用于模具制造、工业设计等领域，现在也逐渐被应用于临床医学领域，主要用于术前模拟规划、手术导板的制作等。近年来，国内外学者将3D打印引入医学教学中，取得了较好的教学效果。

本研究根据不同患者的影像学资料3D打印出个体化高度逼真的1∶1椎体模型，真实还原了骨折椎体的不同形态，使医学生达到立体和触感的耦合，提升了学生的空间想象能力及对于组织解剖结构的理解能力。本研究结果显示，使用3D打印模型教学的学生专业理论知识考核成绩高于传统教学模式教学的学生(

P

<0.05)，验证了3D打印模型是一种很好的教学工具。本研究中，实习生通过“经皮椎弓根穿刺VR教学模拟系统”把自身置入模拟的手术环境中，对虚拟的标本模型进行解剖和观察，并在虚拟构建的椎体模型上，反复演练穿刺点的选择、穿刺角度方向的选择等技巧，更加直观地体验手术步骤，锻炼临床实际操作能力，使理论和实践相结合，进一步加深对教学内容的理解。同时，医学生不用担心操作会造成不良后果，并可以及时纠正错误，明显提高教学效果。本研究结果显示，使用“经皮椎弓根穿刺VR教学模拟系统”训练的学生临床实践技能操作考核成绩高于传统教学模式教学的学生(

P

<0.05)，表明VR技术用于临床教学的优越性，与相关研究结果一致。本研究结果显示，使用3D打印结合VR技术教学的学生主观问卷调查综合能力自我评价得分高于对照组，对教学模式的满意度为100.00%，高于对照组，差异均有统计学意义(

P

<0.05)。进一步表明3D打印联合VR技术用于临床教学具有较好的教学效果和教学满意度。但是研究发现，3D打印和VR技术仍存在如3D打印模型无软组织附着，无法真实再现肌肉、血管和神经的走行和分布；操作模型与真实人体存在触感和力度差别等不足，以待日后科技的进步来进一步解决。

综上所述，将3D打印联合VR技术应用于经皮椎弓根穿刺临床教学，具有高等效性、零风险、虚实结合、实时交互等优点，弥补了传统教学模式的不足，可显著提高学生的理解能力、课程参与度、学习效率、自学能力等综合能力，具有更好的教学效果和教学满意度，值得推广。