3D打印模型在经鼻内镜手术训练中的效果
蚁雪涵 赖海春 刘建治 林树春 李 晨 陈晓强 王德生▲
福建医科大学附属协和医院耳鼻咽喉头颈外科，福建福州 350001
[摘要]目的 探讨在经鼻内镜手术训练中应用3D打印模型的效果。 方法 通过3D打印技术制作了经鼻内镜手术训练模型。于2018年1月，纳入12名没有内镜操作经验的研究生和低年资住院医生作为学员，借助该模型，重复训练内镜下“磨”、“刮”、“咬”和“吸”等操作。记录下学员们每次训练的结果，以及所有训练结束后的主观感受。结果 随着训练次数的增加，学员们内镜下操作的完成速度和完成质量均逐渐提升。学员们末次练习时磨除蛋壳的耗费时间[（3.93±0.77）min vs.（2.87±0.44）min]（P<0.001）、磨除蛋壳时壳膜破裂的概率（11/12 vs.4/12）（P=0.009）、去除游离蛋壳时壳膜破裂的概率（12/12 vs.6/12）（P=0.014）、吸除蛋清时蛋黄膜破裂的概率（7/12 vs.1/12）（P=0.027）以及操作训练评价总分[（2.17±0.72）分 vs.（4.75±0.87 分）]（P<0.001）均有明显改善。 同时，所有学员均表示能从练习中获益，且乐意于使用3D打印模型进行训练。结论 将3D打印模型用于经鼻内镜手术训练，能够有效提高练习者的经鼻内镜下手术操作技巧，并有助于激发练习者的积极性。
[关键词]3D打印模型；内镜；经鼻内镜手术；训练
[中图分类号]R765.04+1
[文献标识码]A
[文章编号]1674-4721（2018）10（a）-0017-04
[基金项目]福建省医学创新项目（2017-CX-23）
[作者简介]蚁雪涵（1988-），女，硕士，研究方向：耳鼻咽喉头颈外科疾病
▲通讯作者：王德生（1968-），男，博士，主任医师，硕士生导师，研究方向：耳鼻咽喉头颈外科疾病的临床与基础研究
Effect of using 3D printing model in endoscopic endonasal surgical practice
YI Xue-han LAI Hai-chun LIU Jian-zhi LIN Shu-chun LI Chen CHEN Xiao-qiang WANG De-sheng▲
Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery,Affiliated Xiehe Hospital of Fujian Medical University,Fuzhou 350001,China
[Abstract]Objective To explore the effect of using 3D printing model in endoscopic endonasal surgical practice.Methods The surgical training model was made using 3D printing technology.In January 2018,12 postgraduates and low-grade resident doctors with no experiences of endoscopic endonasal surgery were recruited to participate in the surgical training used the 3D printing model as tools.Drilling,curetting,biting and aspirating under endoscope were practiced repeatedly used the eggs fixed on the 3D printing model as objects.The training results and the subjective feelings after training for each practitioner were recorded.Results As the number of training was increased,the speed and quality of the endoscopic operation for these practitioners were increased gradually.Compared with the first training,the results of the last training(the fifth time)of practitioners,including the time spent in drilling the eggshell([3.93±0.77])min vs.[2.87±0.44]min)(P<0.001),the probability of shell membrane rupture during drilling the eggshell(11/12 vs.4/12)(P=0.009),the probability of shell membrane rupture during curetting and biting the eggshell(12/12 vs.6/12)(P=0.014),the probability of yolk membrane rupture during aspirating the albumen(7/12 vs.1/12)(P=0.027),and the surgical practice score([2.17±0.72]points vs.[4.75±0.87]points)(P<0.001),were improved significantly.Moreover,all of the participants subjectively stated that they could obtain benefits from the practice and willing to train with 3D printed models.Conclusion The endoscopic endonasal surgical practice using 3D printed model as tools can effectively improve the endoscopic surgical operation skills of practitioners and may contribute to stimulate the enthusiasm of practitioners.
[Key words]3D printing model;Endoscope;Endoscopic endonasal surgery;Practice
经鼻内镜手术发展至今，已从最初的单纯鼻窦手术，逐渐扩大到各类颅内、鼻窦病变[1-4]。它能够充分利用鼻腔天然通道，视野良好，疗效确切，受到越来越多耳鼻喉科和神经外科医师的关注。然而，由于鼻腔结构的复杂性，以及经鼻内镜下的手术视角和手术器械与常规手术有着较大的差异。对于试图开展经鼻内镜手术的耳鼻喉科和神经外科医师而言，必要的经鼻内镜下手术操作训练是不可缺少的[5]。
但是，通过实际手术和尸体解剖来进行手术技巧训练，还存在机会不足和医学伦理等难题[6]。近年来，3D打印技术因能够精确地重建出复杂的解剖结构，已经广泛应用于医学教育和手术训练等方面[7-11]。本研究拟进一步探讨3D打印模型用于经鼻内镜手术训练的效果。
1 资料与方法
1.1 一般资料
为评价3D打印模型用于经鼻内镜手术训练的效果，本研究于2018年1月纳入12名没有经鼻内镜手术经验的福建医科大学附属协和医院和附属第一医院耳鼻咽喉头颈外科及神经外科的研究生和低年资住院医生作为学员。所有学员均已完成理论学习且观摩过经鼻内镜手术视频，了解高速金刚钻、剥离子、黏膜咬切钳和吸引器等手术器械的基本使用方式。所有学员均签署了研究知情同意书。
1.2 3D打印模型的制作
本研究所采用的3D打印模型，旨在让训练者可以熟悉鼻内镜视野，熟悉经鼻内镜下的器械使用和双手配合，完成经鼻内镜下“磨”、“刮”、“咬”和“吸”等基本操作。考虑到模型的可重复利用，不进行内镜下的切除和电凝操作。因此，参照正常人体的解剖学数据，制作了包含骨骼支架、面部、鼻甲、鼻道和特制鞍底等结构在内的3D打印模型（迈普再生医学科技有限公司，广州，中国），不同的结构采取相应质地和颜色的材料进行打印。制作出的3D打印模型具有与正常人体近似的鼻道，模型的经鼻内镜操作空间与实际手术中相近。特制鞍底的底部为中空圆环，可容纳并固定一个鸡蛋，由于鸡蛋具有蛋壳、壳膜、蛋清和蛋黄多层结构，可以用于模拟鞍底、鞍底硬膜和鞍区病变等[12-13]，供练习者进行“磨”、“刮”、“咬”和“吸”的操作训练。且鸡蛋可随时更换，使得模型可以反复利用（图1）。
1.3 操作训练步骤及要求
首先，将鸡蛋固定于模型的特制鞍底处。使用包括内镜系统（Karl Storz Endoscopy Co.Ltd.， 德国）、0°直视式内镜、高速金刚钻、剥离子、黏膜咬切钳、圆刀和吸引器在内的仪器和器械，依次完成“磨”、“刮”、“咬”和“吸”的操作。①“磨”：使用磨钻，磨除鸡蛋壳至少1.5 cm×1.5 cm，要求尽量快速地完成操作，并保持壳膜不发生破裂。②“刮”和“咬”：使用剥离子和咬切钳，扩大器械可及范围内的鸡蛋壳开口，剔除游离和细小碎裂的蛋壳，限时3 min，要求保持壳膜不破裂。③“吸”：要求在黏膜咬切钳或圆刀打开壳膜后，使用吸引器吸除蛋清，留下蛋黄，限时3 min，要求蛋黄膜不破裂。学员完成一次操作训练后，更换鸡蛋进行重复训练，总共重复5次。

 
图1 3D打印模型应用于经鼻内镜手术训练
1.4 操作训练评价
记录各学员的操作结果：①磨除蛋壳所耗费的时间（从将内镜置入鼻道开始计时）；②磨除蛋壳的过程中是否发生壳膜破裂；③剔除游离和细小碎裂蛋壳的过程中是否发生壳膜破裂；④吸除蛋清的过程中是否发生蛋黄膜破裂。同时，根据①～④的结果，计算操作训练评价总分：将磨除蛋壳所耗费的时间，＞4 min记为1分，3～4 min记为2分，＜3 min记为3分；②～④之中，每一项壳膜/蛋黄膜未破裂记1分，破裂计0分；累计得到总分，得分范围为1～6分。
1.5 主观评价
完成末次操作训练后，以问卷的形式让学员回答两个问题：①你认为是否能够从经鼻内镜手术训练中获益？②你是否乐意于使用3D打印模型进行训练？
1.6 统计学方法
数据采用SPSS 19.0统计软件进行统计分析，计量资料以均数±标准差，采用配对t检验，计数资料用%表示，采用Fisher确切概率法，以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 操作训练结果
在第1～5次的训练中，学员们完成磨除蛋壳的平均耗费时间分别为（3.93±0.77）、（3.82±0.40）、（3.59±0.43）、（3.17±0.40）、2.87±0.44）min； 磨除蛋壳时壳膜破裂的概率分别为 91.7%（11/12）、75.0%（9/12）、58.3%（7/12）、58.3%（7/12）和 33.3%（4/12）；去除游离蛋壳时壳膜破裂的概率分别为 100.0%（12/12）、66.7%（8/12）、58.3%（7/12）、41.7%（5/12）和 50.0%（6/12）；吸除蛋清时蛋黄膜破裂的概率分别为 58.3%（7/12）、50.0%（6/12）、16.7%（2/12）、33.3%（4/12）和 8.3%（1/12）；操作训练评价总分分别为 （2.17±0.72）、（2.75±1.22）、（3.50±1.17）、（3.83±1.03）、（4.75±0.87）分。 可见，随着学员们训练次数的增加，内镜下操作的速度和质量均逐渐提升（图 2）。

 
图2 本组12名学员的操作训练结果
2.2 本组学员首次和末次操作训练结果的比较
相较于首次练习，学员们末次练习时磨除蛋壳的耗费时间（P<0.001）、磨除蛋壳时壳膜破裂的概率（P=0.009）、去除游离蛋壳时壳膜破裂的概率（P=0.014）、吸除蛋清时蛋黄膜破裂的概率（P=0.027）以及操作训练评价总分（P<0.001）均有明显改善（表1）。
2.3 主观评价
通过上述训练，所有学员（12/12）均表示能够从经鼻内镜手术训练中获益；且所有学员（12/12）均表示乐意于使用3D打印模型进行训练。
3 讨论
当前，经鼻内镜手术的适应症已涵盖了鼻部和鞍区的多种病变，具有手术视野良好、疗效确切等优点[14-16]。对于试图开展经鼻内镜手术的医生而言，进行经鼻内镜下操作训练将有助于更快地掌握内镜手术技巧[17]。
近年来，3D打印技术因能够精确地重建出复杂的解剖结构，已经被广泛应用于医学教育和手术训练等多个方面[7-11]。许多研究表明，3D打印模型可以作为手术训练的良好代替道具[18-20]，避免了借助实际手术和尸体解剖来进行经鼻内镜手术技巧训练时所存在的操作机会不足、尸体标本获取困难和医学伦理等问题。
表1 本组学员首次和末次操作训练结果的比较（n）

 
*经Fisher确切概率法进行比较
本研究将3D打印模型用于经鼻内镜手术训练，所采用的3D打印模型参照正常人体的解剖学数据构建，与人体呈1∶1大小，包含骨骼支架、面部、鼻甲、鼻道和特制鞍底等结构，具有与正常人体近似的鼻道，模型的鼻内镜操作空间与实际手术中相近。学员以固定于特制鞍底上的鸡蛋作为练习对象，由于鸡蛋具有蛋壳、壳膜、蛋清和蛋黄多层结构，可以很好地模拟鞍底、鞍底硬膜和鞍区病变[12-13]。通过让12名没有经鼻内镜操作经验的耳鼻咽喉头颈外科及神经外科的研究生和低年资住院医生作为学员，进行5次重复训练，结果表明：借助该模型，学员可以反复训练内镜下“磨”、“刮”、“咬”和“吸”等操作；随着操作训练次数的增加，学员们的内镜下操作速度和质量均逐渐提升；相较于首次练习，学员们末次练习时的磨除蛋壳耗费时间、磨除蛋壳时壳膜破裂概、去除游离蛋壳时壳膜破裂的概率、吸除蛋清时蛋黄膜破裂的概率以及操作训练评价总分均有明显改善。同时，所有学员均表示能够从经鼻内镜手术训练中获益，并且均表示乐意于使用3D打印模型进行训练。可见3D打印模型是经鼻内镜手术训练的良好教具。尤其是对于没有内镜操作经验的年轻医师而言，使用该3D打印模型有助于让训练者更快地熟悉鼻内镜视野，熟悉经鼻内镜下的器械使用和双手配合，并进行经鼻内镜下基本操作练习。
本研究所采用的3D打印模型还有进一步改善的空间。为了可重复利用，该模型不宜在经鼻内镜下练习切除和电凝鼻甲的操作，未来也许可以选择合适的材料，制作能够方便更换的鼻甲，供学员练习切除和电凝鼻甲使用。
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收稿日期：2018-07-17
本文编辑：许俊琴