冀全博 李俊成 王巖 張國強

髖關節(jié)解剖結構復雜且功能特殊，又有重要的血管、神經毗鄰。全髖關節(jié)置換術 ( total hip arthroplasty，THA ) 是治療終末期髖關節(jié)疾病的重要手段，能有效恢復關節(jié)功能。髖關節(jié)假體安放位置不良常導致術后關節(jié)脫位、活動受限和假體磨損等嚴重并發(fā)癥，影響患者術后康復。關節(jié)外科規(guī)范化培訓要求學生對 THA 具有整體的知識掌握和三維立體概念。然而，通過傳統(tǒng)教學模式來進行 THA 的手術方案教學，特別是在髖臼磨銼位置和深度以及假體準確植入的指導培訓方面具有一定的局限性。近年來，機器人輔助技術被在關節(jié)外科臨床應用上得到了大力發(fā)展。機器人輔助技術可以更加精準實時控制和調整髖臼磨銼的方向和假體的定位，提高了手術的精準性，同時能夠使初學者清晰直觀的領會髖臼的深度和位置以及假體置入的準確性，降低了徒手安放假體的不確定性，提高了學習效率，縮短了學習周期，真正使教學模式向以學生為中心轉變。為適應關節(jié)外科臨床教學模式的發(fā)展和改革，筆者將機器人輔助技術應用于關節(jié)外科教學中，通過對關節(jié)外科機器人輔助技術在臨床教學中的研究與應用，總結機器人輔助技術的教學效果，以有效提高教學效率和教學質量。

資料與方法

一、一般資料

選取 2018 年 12 月至 2020 年 12 月參加我院關節(jié)外科規(guī)范化培訓輪轉學習的 32 名醫(yī)學生作為研究對象，年齡 24～28 歲，其中對照組平均年齡( 25.8±1.3 ) 歲，試驗組平均年齡 ( 25.7±1.5 ) 歲。所有人員采用完全隨機化分組方法，即利用計算機產生隨機數(shù)將研究對象隨機平均分為對照組和試驗組進行研究，兩組醫(yī)學生各 16 名。兩組年齡、性別比及基礎成績方面等基線資料差異無統(tǒng)計學意義(＞ 0.05 ) ( 表1 )。

表1 兩組基線資料的數(shù)據(jù)比較 ( x-±s )Tab.1 Comparison of baseline data between the two groups ( x- ± s )

二、教學方法

1.對照組：采用常規(guī)線下傳統(tǒng)帶教的方式，由教師制作 PPT 教案線下講課的形式，選擇常見股骨頭壞死作為典型教學病例介紹骨科專業(yè)基礎知識要點，包括患者髖臼原始解剖形態(tài)以及 THA 要點和經驗。帶教前將上課學習內容交給學生提前預習。理論授課詳細講授知識點 2 課時，手術室現(xiàn)場教學2 課時。

2.試驗組：( 1 ) 機器人輔助技術圖像處理教學及術前計劃模擬教學。試驗組首先通過術前對患者的骨盆、股骨近端和膝關節(jié)進行 CT 掃描，同時使用 Stryker公司的 THA 3.1 軟件重建骨盆和股骨近端的三維模型 ( 圖1 )。帶教老師向試驗組介紹關節(jié)置換的手術原理并幫助其理解患者髖臼原始解剖形態(tài) ( 圖2 )，同時帶領試驗組同學對髖臼假體的型號、前傾角和外展角進行規(guī)劃；然后與試驗組一起在髖臼冠狀面和橫斷面上檢查計算機模擬結果，幫助試驗組理解髖關節(jié)假體的安放位置等；另一方面，帶教老師通過根據(jù)術前計劃選擇最合適的股骨柄及股骨頭型號來恢復下肢長度 ( 圖3 )，帶領試驗組在軟件上測量股骨頸截骨線到小轉子的距離，以便于在手術期間確定截骨高度，幫助試驗組同學理解股骨截骨的手術操作原理和注意事項；( 2 ) 教學討論：關節(jié)病例展示及討論分析 2 課時，機器人輔助技術教學 2 課時。通過授課討論，并在討論完畢后采用機器人輔助技術圖像處理技術，展示基于 CT 掃描數(shù)據(jù)制作的髖關節(jié)三維圖像，清晰直觀地向實驗組同學闡述股骨頭壞死的解剖、髖關節(jié)的解剖結構、關節(jié)置換的手術操作步驟等，特別是對術中髖臼需要磨銼的位置、深度和角度以及股骨截骨的部位和下肢力線的恢復等進行教學，深入講解 THA 的要點和方案。

圖1 a：機器人輔助技術進行骨盆及下肢三維重建圖像展示；b：患者術前下肢長短測量的二維圖像Fig.1 a: Robot-assisted technology in 3D reconstruction of the pelvis and lower limbs;b: Preoperative measurement of lower limb length by two dimensional images

圖2 a～d：機器人輔助技術從多角度和多方向觀察髖臼形態(tài)，立體直觀展現(xiàn)髖臼的骨儲備、囊性變形和骨贅增生Fig.2 a - d: Robot-assisted technology to observe the shape of acetabulum from multiple angles and directions; Bone reserve, cystic deformation and osteophyte proliferation of the acetabulum were showed

圖3 a：機器人輔助展示髖臼位置的覆蓋情況和髖臼杯安放角度；b：機器人輔助技術實時提示髖關節(jié)置換術后假體的安放情況和下肢長短比較Fig.3 a.Robot-assisted technology to display the acetabular position coverage and acetabular cup placement angle; b.Robot-assisted technology could prompt the placement of prosthesis and the comparison of leg length after hip replacement in real time

三、教學效果評價

1.教學考核：兩組均由帶教資歷深厚，規(guī)范化培訓教學經驗豐富的帶教老師完成教學指導。教學結束后所有學生參加統(tǒng)一命題的理論和操作考試?？紤]到試驗組機器人輔助技術多涉及操作，為客觀評價機器人輔助技術的教學效果，筆者將基礎理論教學內容和操作技能的考核側重于共性部分。其中試驗組和對照組的理論考核內容均包括股骨頭壞死等常見髖關節(jié)疾病的解剖、關節(jié)置換的原理以及髖臼磨銼角度大小范圍等基礎理論教學內容。理論考試內容由未參加教學的另一位教師閱卷。試驗組和對照組的統(tǒng)一操作考試內容包括 THA 的操作要點回答、髖臼假體的安放位置操作、股骨截骨的具體位置識別和注意事項等內容，并統(tǒng)計兩組的理論和操作考試分值。

2.調查問卷：教學結束后，所有學生以匿名方式填寫關于教學方式評估的調查問卷。問卷內容包括 3 個指標，即能否激發(fā)主動學習興趣、提高理論知識及教學模式滿意度 3 個方面。每項指標設標準是和否兩個選項，并統(tǒng)計每個選項的比率。

四、統(tǒng)計學處理

結 果

一、理論和操作教學結果

將收集到的兩組教學數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。結果顯示，在理論知識和操作考試成績方面，試驗組學生的成績優(yōu)于對照組，且差異有統(tǒng)計學意義 (＜0.05 ) ( 表2 )。

二、教學效果調查問卷分析

對所有學生進行調查問卷，共計發(fā)放問卷32 份，回收 32 份，均為有效問卷，回收率 100%。兩組問卷進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。結果顯示，機器人輔助技術實驗組在激發(fā)學習興趣、提高理論知識及教學模式滿意度 3 個方面的教學效果評分優(yōu)于傳統(tǒng)教學的對照組，差異均有統(tǒng)計學意義 (＜ 0.05 ) ( 表3 )。

討 論

在臨床上，關節(jié)外科中髖關節(jié)解剖結構復雜，涉及眾多神經與血管，內容知識復雜，對于學生的理解和記憶難度較大。熟練掌握髖關節(jié)解剖結構對于該領域疾病的臨床診斷及手術治療具有至關重要的作用。傳統(tǒng)骨科教學通常由任課教師作為主導，以文字教學和二維解剖圖譜為主要素材，直觀性不足，常導致學生的學習積極性較低、理論技能知識掌握不夠和教學滿意度不高等問題。機器人輔助技術可以將 CT 數(shù)據(jù)導入計算機工作站進行三維重建，并利用圖像處理軟件進行三維解剖模型構建，有助于加強醫(yī)學生對于解剖結構位置的空間理解，術中操作注冊步驟的實時控制更能深化學生對 THA的整體掌握，提升了關節(jié)外科的教學效果，也推動了臨床教學的改革創(chuàng)新。

THA 能有效改善患者生活質量，減輕患者痛苦。但傳統(tǒng)教學模式學習曲線長，從而導致學習理解難度大、知識掌握不全面等教學問題。機器人輔助技術有利于縮短基礎理論知識與臨床技能操作之間的距離。傳統(tǒng)關節(jié)外科臨床教學模式中，教師針對基本手術技術，只能借助枯燥的文字資料和二維圖片進行講解，并在手術室長期教學講解，才能讓學生深入了解手術過程，并在上級醫(yī)生指導下進行部分輔助手術操作，學生對知識的理解和關節(jié)外科手術的熟悉有很大的局限性。機器人輔助技術的出現(xiàn)為關節(jié)外科臨床教學帶來了新模式。研究表明，采用數(shù)字化技術能夠幫助學生理解各類手術的術前計劃、手術過程和術后預測，更能加深學生對復雜解剖結構的學習和掌握。機器人輔助手術技術通過對髖臼注冊、股骨注冊、髖臼磨銼的方向和假體的定位等的實時手術操作演示，對關節(jié)外科的臨床教學提供了一種可行的新方案，大大縮短了學生手術培訓時間，提高了學生對關節(jié)外科的學習興趣。在本研究中，機器人輔助手術實驗組學生在股骨頭壞死等常見髖關節(jié)疾病的解剖等理論知識掌握方面，以及股骨頭壞死的體征和臨床意義、關節(jié)置換的術前規(guī)劃操作能力以及 THA 的操作要點和注意事項方面數(shù)據(jù)優(yōu)于對照組，究其原因是由于機器人輔助系統(tǒng)能夠清晰直觀的對髖關節(jié)的解剖結構進行展示，并能夠在手術過程中實時提供髖臼的深度、角度和位置以及截骨的位置，增強了初學者的空間位覺和手術視覺能力，充分說明了機器人輔助手術技術具有明顯的教學優(yōu)勢。

傳統(tǒng)教學模式中，教師輸送知識多為單向，在學生對臨床診療思維、動手操作能力等最重要的臨床能力培養(yǎng)方面具有一定的局限性。機器人輔助技術應用到教學實踐，可以增強學生們主動參與的積極性。教師帶領學生進行 THA 前的手術規(guī)劃、術中導航以及術后評估的臨床教學，相對于人工徒手進行髖關節(jié)置換，充分發(fā)揮了學生主動性，著力培養(yǎng)了學生的臨床診療思維能力；同時，由于機器人操作技術在手術操作部分更加注重，為客觀評價機器人輔助技術在教學中的效果，筆者對基礎理論教學內容和操作技能的考核也側重于髖關節(jié)置換的共性部分。但需注意的是，機器人輔助技術進行髖關節(jié)置換的術前規(guī)劃和注冊更為重要，涉及假體的位置安放等，在具體應用時需謹慎操作。從本研究的調查問卷結果來看，機器人輔助技術發(fā)揮了積極作用，能有效激發(fā)同學們的學習興趣，提高理論知識水平以及臨床教學的滿意度。

綜上所述，機器人輔助技術作為一種新的教學輔助模式，在臨床教學過程中為滿足臨床醫(yī)學教學需求提供了一種新的教學手段，能激發(fā)學生主動學習課程的興趣和積極性，增加教學內容的生動性，有效調動師生互動，有助于加強學生臨床思維及技能操作培養(yǎng)，提高學生的臨床實踐能力，在關節(jié)外科臨床教學領域的應用前景廣闊。