杜昌旺，史羅寧，王 玫，王茂德，劉 昊

西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院：1 神經(jīng)外科；2 腎移植科；3 病案室， 西安 710061

側(cè)腦室穿刺術(shù)是神經(jīng)外科的一項(xiàng)基本操作，也是神經(jīng)外科醫(yī)師必須掌握的基本技能。主要用于腦積水、腦室出血等危重患者的急救處理及腦室分流術(shù)的重要環(huán)節(jié)。穿刺點(diǎn)的位置、方向完全憑借醫(yī)師的手感和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)手術(shù)醫(yī)師要求高、風(fēng)險(xiǎn)也較大。目前，尚無良好的教學(xué)工具及訓(xùn)練方法。故該課題將3D打印技術(shù)、混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)運(yùn)用于側(cè)腦室穿刺教學(xué)，取得了較好的效果，在教學(xué)中讓神經(jīng)外科醫(yī)師、進(jìn)修醫(yī)師及實(shí)習(xí)生熟練掌握該操作，降低該手術(shù)的難度和風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)介紹如下。

1 研究對(duì)象

征得本人同意，選取2013—2017年在神經(jīng)外科學(xué)習(xí)的研究生、進(jìn)修生及規(guī)培生為研究對(duì)象，隨機(jī)分為培訓(xùn)組和對(duì)照組。

2 研究方法

2.1 教學(xué)方法

2.1.1將基于3D打印及神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)制成一套側(cè)腦室穿刺教學(xué)工具采集3D打印源數(shù)據(jù)：以頭顱磁共振T1WI為源數(shù)據(jù)，掃描參數(shù)：TE3.7 ms，TR765 ms ms，矩陣=256×256，F(xiàn)OV=256 mm，層厚=1 mm，無間隔連續(xù)掃描，數(shù)據(jù)存盤為DI- COM格式。依據(jù)DICOM源數(shù)據(jù)進(jìn)行3D打印出1∶1的頭顱模型。將3D打印的源數(shù)據(jù)輸入到美敦力S7導(dǎo)航系統(tǒng)，并在導(dǎo)航系統(tǒng)重建頭顱及腦室的3D圖像，將頭顱3D圖像的可見度設(shè)置為20%，使得腦室3D圖像可見。將頭顱3D模型擺放合適頭位并以頭架固定，然后安裝神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)配件，以面部輪廓注冊(cè)法將頭顱3D模型注冊(cè)到神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)。頭顱3D模型上標(biāo)記穿刺點(diǎn)，按無菌原則進(jìn)行消毒鋪巾、鉆孔，導(dǎo)航探針作為穿刺針，探針尖所在的部位在神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)屏幕的冠、矢、軸位及3D圖像上顯示出來，從而可以判斷穿刺部位、穿刺方向是否合適、是否進(jìn)入腦室。整個(gè)操作過程等同于手術(shù)過程。兩組學(xué)員均首先通過講授法學(xué)習(xí)側(cè)腦室前角、三角區(qū)、枕角的穿刺操作要領(lǐng)。

2.1.2實(shí)驗(yàn)組學(xué)員在上述制作的側(cè)腦室穿刺教學(xué)工具上練習(xí)側(cè)腦室前角、三角區(qū)、枕角穿刺，熟練后在教學(xué)工具上考核并記錄成績。

2.1.3對(duì)照組學(xué)員直接在上述制作的側(cè)腦室穿刺教學(xué)工具上進(jìn)行側(cè)腦室前角、三角區(qū)、枕角穿刺考核并記錄成績。為了教學(xué)公平性，最后在教學(xué)工具上學(xué)習(xí)，熟練后再次考核并記錄成績。

2.2 評(píng)價(jià)方法

以患者術(shù)前準(zhǔn)備頭位、消毒、穿刺點(diǎn)選擇、穿刺方向、穿刺深度、是否進(jìn)入腦室、操作熟練程度制定評(píng)分細(xì)則，滿分100分。記錄實(shí)驗(yàn)組培訓(xùn)后成績、對(duì)照組培訓(xùn)前、培訓(xùn)后成績。對(duì)照組培訓(xùn)前成績與實(shí)驗(yàn)組培訓(xùn)后成績、對(duì)照組培訓(xùn)后成績分別比較以評(píng)價(jià)該教學(xué)工具的效果；將實(shí)驗(yàn)組培訓(xùn)后成績和對(duì)照組培訓(xùn)后成績進(jìn)行比較，評(píng)價(jià)該教學(xué)工具在不同學(xué)生群教學(xué)效果的穩(wěn)定性；培訓(xùn)后全部學(xué)員前角、三角區(qū)、枕角成績的差異比較以評(píng)估側(cè)腦室穿刺不同部位的難易程度。全部學(xué)員培訓(xùn)后調(diào)查其對(duì)教學(xué)工具的評(píng)價(jià)，包括兩個(gè)問題，第一個(gè)問題：該教學(xué)工具是否對(duì)側(cè)腦室穿刺操作教學(xué)有幫助？選項(xiàng)：①?zèng)]有幫助；②有幫助，但不大；③幫助很大。第二個(gè)問題：是否有信心給患者行側(cè)腦室穿刺操作？選項(xiàng)：①?zèng)]有信心；②有信心，但不大；③很有信心。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析方法

3 結(jié)果

3.1 學(xué)員基本特征

共納入143人為研究對(duì)象，均為男性。隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組72人和對(duì)照組71人。實(shí)驗(yàn)組年齡(31.9±4.5)歲，學(xué)歷本科55(76.4%)人，碩士11(15.3%)人，博士6(8.3%)人，對(duì)照組年齡(33.3±4.4)歲，學(xué)歷本科45(63.4%)人，碩士14(19.7%)人，博士12(16.9%)人，兩組研究對(duì)象在年齡、學(xué)歷構(gòu)成上差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

3.2 成績比較

對(duì)照組培訓(xùn)前后比較：對(duì)照組培訓(xùn)前前角、三角區(qū)、枕角的成績分別為：(86.85±4.99)分、(86.99±3.80)分、(85.32±4.09)分；對(duì)照組培訓(xùn)后前角、三角區(qū)、枕角的成績分別為：(94.85±2.27)分、(94.68±2.24)分、(92.90±1.73)分。對(duì)照組培訓(xùn)前后在前角、三角區(qū)及枕角的成績比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t前角=15.062，P前角<0.001；t三角區(qū)=17.728，P三角區(qū)<0.001；t枕角=16.949，P枕角<0.001)；培訓(xùn)后成績高于培訓(xùn)前成績，說明該教學(xué)工具能提高側(cè)腦室穿刺操作成績，如表1所示。

兩組間比較：實(shí)驗(yàn)組前角、三角區(qū)、枕角的成績分別為：(94.26±2.39)分、(94.18±1.61)分、(92.54±1.59)分；實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組培訓(xùn)前在前角、三角區(qū)及枕角的成績比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t前角=11.316，P前角<0.001；t三角區(qū)=14.688，P三角區(qū)<0.001；t枕角=13.877，P枕角<0.001)；實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組培訓(xùn)后在前角、三角區(qū)及枕角的成績比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t前角=1.490，P前角=0.139；t三角區(qū)=1.522，P三角區(qū)=0.130；t枕角=1.296，P枕角=0.197)，說明該教學(xué)工具在實(shí)驗(yàn)組及對(duì)照組的穩(wěn)定性好(如表1所示)。

不同穿刺部位比較：全部學(xué)員在該教學(xué)工具培訓(xùn)后前角、三角區(qū)、枕角的成績分別為：(94.55±2.34)分、(94.43±1.96)分、(92.72±1.66)分，前角、三角區(qū)、枕角的成績比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=44.035，P<0.001)；組間兩兩比較，前角與三角區(qū)的成績比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.946)，枕角與前角、枕角與三角區(qū)的成績比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)，前角、三角區(qū)成績略高于枕角。說明枕角穿刺操作難度系數(shù)較前角及三角區(qū)大，須反復(fù)練習(xí)(如表1所示)。

部 位實(shí)驗(yàn)組培訓(xùn)后(n=72)對(duì)照組培訓(xùn)前(n=71)對(duì)照組培訓(xùn)后(n=71)全部學(xué)員培訓(xùn)后(n=143)前 角(94.26±2.39)(86.85±4.99)(94.85±2.27)(94.55±2.34)*三角區(qū)(94.18±1.61)(86.99±3.80)(94.68±2.24)(94.43±1.96)*枕 角(92.54±1.59)(85.32±4.09)(92.90±1.73)(92.72±1.66)#

備注：*表示前角和三角區(qū)成績比較，P>0.05；#表示枕角與前角、枕角與三角區(qū)成績比較，P<0.05

3.3 學(xué)員對(duì)教學(xué)工具的評(píng)價(jià)

該教學(xué)工具是否對(duì)側(cè)腦室穿刺操作教學(xué)有幫助？8人(5.6%)認(rèn)為“沒有幫助”，43人(30.1%)認(rèn)為“有幫助，但不大”，92人(64.3%)認(rèn)為“幫助很大”。94.4%的學(xué)員認(rèn)為該教學(xué)工具對(duì)側(cè)腦室穿刺教學(xué)有幫助。

是否有信心給患者行側(cè)腦室穿刺操作？17人(11.9%)回答“沒有信心”，24人(16.8%)回答“有信心，但不大”，102人(71.3%)回答“很有信心”。培訓(xùn)后88.1%的學(xué)員有信心給患者行側(cè)腦室穿刺操作。通過該教學(xué)工具反復(fù)訓(xùn)練，學(xué)員在對(duì)真實(shí)的患者行側(cè)腦室穿刺操作時(shí)能更從容面對(duì)。

4 討論

側(cè)腦室穿刺手術(shù)是神經(jīng)外科醫(yī)師必須掌握的一項(xiàng)基本技能，對(duì)診斷、搶救和治療多種顱內(nèi)疾病具有重大價(jià)值[1]。其成功實(shí)施的關(guān)鍵是穿刺過程中準(zhǔn)確地一次性置管，使穿刺對(duì)腦組織的損傷降至最低。目前，側(cè)腦室穿刺手術(shù)全憑醫(yī)師的手感和經(jīng)驗(yàn)，穿刺結(jié)果時(shí)常有偏差，有時(shí)甚至需要多次反復(fù)調(diào)整穿刺角度及深度方能成功，增加了出血、感染等并發(fā)癥的發(fā)生幾率。因此，對(duì)于神經(jīng)外科醫(yī)師尤其是年輕醫(yī)師，熟練掌握側(cè)腦室穿刺操作的技巧尤為重要。目前，側(cè)腦室穿刺操作訓(xùn)練的基本途徑大致有3種：①尸頭練習(xí)；②仿真頭顱解剖模型；③高年資醫(yī)師指導(dǎo)及操作示范，年輕醫(yī)師在手術(shù)過程中逐漸積累經(jīng)驗(yàn)。上述方法各具優(yōu)缺點(diǎn)，例如：尸頭是最早應(yīng)用于神經(jīng)外科操作培訓(xùn)的，但無法了解穿刺路徑及評(píng)估其最終是否進(jìn)入腦室，充滿甲醛的解剖室也令人窒息，此外，尸頭的保持和維護(hù)費(fèi)用也是相當(dāng)昂貴。仿真頭顱解剖模型存在精度不高、無法反映頭顱解剖的真實(shí)性，訓(xùn)練效果也會(huì)大打折扣。而高年資醫(yī)師指導(dǎo)與操作示范的方式受到一定醫(yī)學(xué)倫理的限制，也將增加并發(fā)癥的發(fā)生率[2-5]。

3D打印技術(shù)是近年來新興的一種制造技術(shù)，其原理是“分層制造、逐層疊加”[6-9]，通過計(jì)算機(jī)讀取DI- COM數(shù)據(jù)，三維建模后逐層建造高度逼真的1∶1顱腦實(shí)體模型，為神經(jīng)外科醫(yī)師提供了立體和觸感的耦合，在此模型上實(shí)現(xiàn)皮膚表面定位、穿刺點(diǎn)標(biāo)記、顱骨鉆孔、穿刺角度及方向，幾乎等同于給真實(shí)患者實(shí)施手術(shù)的全過程，故這樣的操作培訓(xùn)與真實(shí)手術(shù)具有等效性，且沒有風(fēng)險(xiǎn)。該研究結(jié)果中實(shí)驗(yàn)組培訓(xùn)后的成績與對(duì)照組培訓(xùn)前的成績及對(duì)照組培訓(xùn)后的成績差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明在3D打印模型上進(jìn)行側(cè)腦室穿刺操作練習(xí)能幫助學(xué)員掌握側(cè)腦室穿刺操作，提高手術(shù)的熟練程度。研究中顯示全部學(xué)員培訓(xùn)后枕角的穿刺操作成績與前角、三角區(qū)的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，枕角穿刺的平均成績低，分析原因可能與枕角的穿刺部位及方向比較難掌握，需要反復(fù)加強(qiáng)練習(xí)才能熟練掌握。

混合現(xiàn)實(shí)(mixedteality，MR)是將虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景融合，利用全息影像、實(shí)時(shí)交互等技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行重塑，實(shí)現(xiàn)虛擬信息在物理現(xiàn)實(shí)中的真實(shí)投影，具有動(dòng)態(tài)可視化、真實(shí)、可交互的優(yōu)點(diǎn)，將虛擬的信息和現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景融為一體，可緩解學(xué)習(xí)的枯燥，有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[10]。該研究對(duì)全部學(xué)員問卷調(diào)查的兩個(gè)問題培訓(xùn)前、后對(duì)比，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，94.4%的學(xué)員培訓(xùn)后認(rèn)為該教學(xué)工具對(duì)側(cè)腦室穿刺教學(xué)有幫助。該教學(xué)工具將神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)虛擬的環(huán)境與3D打印的顱腦實(shí)體模型進(jìn)行注冊(cè)，虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互，在操作的過程中可以實(shí)時(shí)了解穿刺的角度、深度及是否到達(dá)側(cè)腦室，極大地增強(qiáng)教師和學(xué)員的教學(xué)體驗(yàn)，使傳統(tǒng)教學(xué)中抽象的概念變成立體生動(dòng)的模型，對(duì)學(xué)員理解抽象操作有較大的幫助，培訓(xùn)后88.1%的學(xué)員有信心給患者行側(cè)腦室穿刺操作，在面對(duì)真實(shí)患者時(shí)，術(shù)者就能夠從容、熟練的手術(shù)。

綜上所述，將3D打印技術(shù)、神經(jīng)導(dǎo)航系統(tǒng)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)連接起來形成混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，應(yīng)用于側(cè)腦室穿刺教學(xué)，具有高等效性、零風(fēng)險(xiǎn)、虛實(shí)結(jié)合、實(shí)時(shí)交互等優(yōu)點(diǎn)。既不會(huì)損害患者，又可幫助學(xué)員積累豐富的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)、提高手術(shù)熟練程度及增強(qiáng)對(duì)手術(shù)的信心，提高神經(jīng)外科手術(shù)操作教學(xué)效果，學(xué)員認(rèn)同該教學(xué)模式對(duì)自身操作的幫助，值得推廣。