3D打印联合虚拟现实技术在耳鼻咽喉头颈外科临床教学中的应用

1、    3d打印联合虚拟现实技术在耳鼻咽喉头颈外科临床教学中的应用    石照辉梁昆韩晓东李一圣曾宪海摘           要  目的：探讨3d打印联合虚拟现实技术（virtual reality，vr技术）在耳鼻咽喉头颈外科临床教学中的应用和效果分析。方法：将临床医学专业本科实习学生和专科培训医师共34人分为实验组和对照组，每组各17人，本科生和专科培训医师等比例分配。使用3d打印联合vr技术教学实验组学员，对照组使用传统教学法。教学效果的评价方法：标准化osce考核和问卷调查评价，两组学生

2、等比例选取10人分别进行vr技术模拟完成耳科基本手术训练，通过学习曲线比较组间学员学习情况，采用spss 20.0对组间数据进行成组t检验，问卷调查采用卡方检验，以p<0.05作为有显著差异标准。结果：实验组标准化临床osce考核成绩高于对照组，差异有统计学意义。实验组学生普遍认为3d打印结合vr技术教学法创新性高，可以激发学习兴趣和提升效率，提高动手能力和临床技能，且并没有增加学习负担（p0.05）。结论：在耳鼻咽喉头颈外科临床教学中采用3d打印联合vr技术教学法，能够更好地帮助学员理解局部解剖，提高学习兴趣和学习效率，并进一步提高其临床技能，值得推广。关    键

3、   词  3d打印技术;虚拟现实技术;虚拟手术训练系统;耳鼻咽喉头颈外科中图分类号  g712                   文献标志码  a                 文章编号  2096-0603（2021）39-0160-02耳鼻咽喉由于位置特殊，解剖结构精细，影像学重建困难，在临床教学中学生理解和接受非常困难，一直是临床教学中的难点。虽然尸体解剖训练是最直

4、观、有效的学习方法，但是由于客观原因的限制，尸体头的标本越来越难以获得，可重复性差，成本高，这使这一教学方法很难在实际中普及应用。而3d打印是一种全新的材料制作技术，利用图像数据精确地创建复杂的个性化模型，vr模拟培训越来越多地用于培训课程，本研究评价3d打印技术和虚拟现实技术在耳鼻咽喉头颈外科临床教学中应用的效果，以判断其实用价值，为进一步提高和改善教学效果提供依据和参考方法。一、研究对象和方法（一）研究对象选取20182020年深圳市龙岗区耳鼻咽喉医院和西京医院学习的临床医学专业本科实习学生和参加专科培訓医生34名为研究对象，34名学员中实习医师20名，专科培训医师14名，按照临床教学计划

5、，采用随机数余数分组法，将34名学员等比例随机分为两组，每组17人。第一组为实验组，其中实习生10人，专科培训医师7人，采用3d打印联合vr教学法;第二组为对照组，实习生10人，专科培训医师7人，采用传统临床实践教学法。所有学生均能熟练掌握计算机技术等技能，两组性别、年龄、前期学习成绩差异无统计学意义（p>0.05）。为避免和减少由于两组学生间学习信息交流而出现的偏倚，3d打印模型和vr设备均在上课前发放，下课后收回。已经完成本课程学习的学生，根据协议约束，禁止对其他学生透露相关学习内容和方法。（二）研究方法1.实验组教学首先提取健康人头颈部ct的dicom数据，然后使用mimics软件

6、分析处理数据，以voxel方式建立头颈部3d模型。课前教师提前将制作好的3d模型分发给学员，要求实验组学生在讲授耳鼻咽喉头颈外科知识的同时结合3d模型学习，然后再通过vr设备熟练掌握解剖知识，最后利用医学模拟人进行临床技能训练和考核。2.对照组教学对照组按照传统教学方法由教师在课堂上讲授知识，传统教具示教耳鼻咽喉头颈外科基本解剖知识，利用医学模拟人进行临床技能训练和考核。3.教学效果评价客观评价方面，采用客观结构化临床考试（objectivestructured clinical examination，osce）对两组实习学生的临床学习成绩进行评价。内容包括问诊标准化患者（一般项目）评分，共

7、13分，在医学模拟人上考核耳鼻喉科重要的临床技能操作，比如鼻出血前鼻孔填塞法等，共27分，一般项目和临床操作成绩合并为技能考核分数，共40分;基础理论知识（各科解剖知识，鼻出血的病因和治疗原则，急性喉炎、喉梗阻、气管异物、食道异物、变应性鼻炎和慢性中耳炎的相关知识）共60分。主观评价方面，向两组学生发放问卷调查对耳鼻咽喉头颈外科带教的满意度进行评价，从教学创新性、临床实习氛围、激发学习兴趣、提高学习效率、临床技能提高、师生互动性、增加学习负担、临床动手能力八个方面进行评估，以期从学生的角度了解3d打印联合vr技术教学法的优势与不足。为避免和减少偏倚，每组学生均完成所有临床科室实习轮转后统一进行

8、问卷调查，要求与其他科室临床实习进行比较，两组间本科室临床实习方法不进行比较。4.统计方法利用spss 20.0统计软件对数据进行分析。两组学生考核成绩为计量资料以均值±标准差表示，采用两样本均数成组设计t检验，检验水准=0.05;问卷调查满意度调查采用卡方检验，检验水准=0.05。二、结果（一）两组学生osce考核成绩通过对两组学生osce成绩进行统计学分析发现，实验组理论成绩（49.23±2.58）分、技能考核（35.29±2.17）分和osce总分（84.52±2.34）分，均明显高于对照组的（44.67±4.57）分、（30.10

9、77;3.12）分和（74.77±3.79）分。经统计学分析后发现，p<0.05，认为两组学生成绩有差异，实验组学生的成绩优于对照组。（表1）（二）问卷调查通过对两组学生的问卷调查结果分析发现，实验组学生普遍认为3d打印结合vr技术教学法新颖，更有吸引力，可以更好地理解局部解剖，激发学习兴趣和提升效率，提高动手能力和临床操作技能，且并没有增加学习负担（p0.05）。（表2）三、讨论耳鼻咽喉头颈外科是一门学习难度较大的临床学科，因其解剖结构复杂、位置深在，与颅底、眼眶及颌面部密切相关，要求学生在学习时须注意解剖与功能、局部与整体、生理病理变化与临床表现之间的有机联系。3d打印技术

10、最早出现于1986年，并在过去的二十余年中作为辅助制造（additive manufacturing，am）和快速成型（rapid prototyping，rp）技术得到了很大的发展。3d打印是通过逐层添加液体、金属、塑料、陶瓷和聚合物等材料来创建实体三维结构的过程。3d打印技术可以精准地创建结构复杂和个性化的实体，这使该项技术非常适合用于构建耳鼻咽喉头颈外科教学与临床训练中的模型。如何将以往由文字和图片所描述的复杂器官解剖更加形象直观地呈现，3d打印和vr技术相结合很好地解决了这一问题。在本研究中，实验组学生不但获得了更好的考核成绩，而且学习兴趣更加浓厚，学习效率更加高效。研究表明，接受vr

11、模拟训练的学员对各种手术的自信心均有提高。vr模拟手术可以反复多次进行，通过学员的自我纠错。近年来，由于计算机和工业制造技术的不断提高，vr模拟的实用性也不断提高。3d打印联合vr技术这一创新性的临床教学方法，不仅可以激发学生的学习兴趣，还可以提高学习效率，取得更好的教学效果。vr模拟通过术前手术设计和模拟手术练习，不仅可以提高外科医生的信心，还可以通过预先探索不同手术方式减少手术时间。3d打印和vr技术目前虽然还不能替代传统临床教学方法和尸体解剖训练，但是随着3d打印仿真度的提高和vr清晰度的提高及软件系统的丰富，这一技术组合在未来将具有非常广阔的应用前景。参考文献：1韩德民.耳鼻咽喉头颈外科学发展现状与展望j.临床耳鼻咽喉头颈外科杂志，2017，31（18）：1381-1383.2赖石林，廖旭，张辉，等.3d打印技术在有机合成化学中的应用j.有机化學，2019，39（7）：1858-18