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手术机器人导航系统在专业学位研究生神经外科教学中的应用

2024-01-26 32 上传者：管理员

摘要：目的探索手术机器人导航系统在专业学位研究生住院医师规范化培训神经外科阶段教学中的应用效果。方法本研究纳入自2020年10月1日-2023年1月31日在某院神经外科进行外科住院医师规范化培训的学员112名，随机分为实验组和对照组各56名。实验组采用手术机器人导航系统辅助下教学+常规教学模式，对照组采用常规教学模式。考核学员的理论知识及实践操作能力，进行不计名问卷调查。比较两组的考核成绩及教学评价。结果 t检验分析显示实验组学员的理论知识考核成绩(90.68±5.09比85.04±4.98分)及总成绩(90.96±4.61比88.23±4.28分)均高于对照组；，差异有统计学意义(P<0.05)。同时实验组学员的教学满意度、学习参与度、学科知识拓展、科研能力提升等方面的评价均高于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。结论在专业学位研究生神经外科住培教学实践中，手术机器人导航系统辅助与常规教学模式相结合，可显著提升教学效果和学员满意度。

关键词：
住院医师
教学效果
机器人
神经外科
规范化培训
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专业学位研究生住院医师规范化培训是医学生毕业后教育的重要组成部份，对于培养合格临床医师、提高医疗质量极为重要[1]。外科住院医师规范化培训神经外科阶段具有时间短、难度大，专业性较强等特点，亚专业知识更新速度快，虽然学员们通过本科阶段学习已经具备一定的神经外科专业知识积累，但需要在短时间内掌握专科疾病的诊疗规范及手术技能，依然是各住培基地教学的难点与重点[2,3]。传统的教学方式是在教学医院由一名医师带一名或数名学员，通过分管具体病例实施手术、围手术期管理，进行临床观察、学习。但神经外科因其专业特点，手术主要由术者操作、学员旁观，渠道单一而且提升较慢。同时外科学又是一门实践科学，在医患关系紧张的大环境下，临床带教老师也担心手术中的失误，对学员的手术操作有所顾忌，因此给年轻外科医师的培养带来巨大的困难，这也是目前外科教学中亟待解决的问题。机器人作为工程学的重要发展成果正在日趋广泛地应用于医学实践、科研及教学[4]。本研究利用新型信息技术，把神经外科手术机器人导航系统引入到教学中来，与传统带教模式进行对比分析，探索外科住院医师规范化培训神经外科阶段教学新模式。

1、对象与方法

1.1 研究对象

从2020年10月1日-2023年1月31日在某院神经外科进行住院医师规范化培训的学员共112人，其中外科并轨专业硕士学位研究生104人，外科规范化培训住院医师8名。每批次入组学员随机分为实验组(手术机器人导航系统辅助下教学+常规教学组，n=56人)和对照组(常规教学组，n=56人)。带教老师均为神经外科副主任医师或高年资主治医师，具有相同教学资格及相近教学经验，进行定期同质化培训统一备课。

1.2 教学方法

对照组采用传统教学模式：由一名带教老师使用科室常见疾病作为模板进行以案例和授课为基础的教学，结合具体病例的影像学资料进行读片，讲解诊断和手术方式，指导学术通过进一步查阅文献进行重难点和新进展学习。临床技能培训由带教老师在临床实际操作过程中进行示教，结合模具练习和临床实践两种方式进行基本操作及技能的学习。实验组采取手术机器人导航系统辅助下教学联合常规教学的带教模式,技能培训方式以及带教老师与学生配比与对照组相同。在授课前采用教学课件及视频，让学生统一学习熟悉手术机器人导航计划系统，在教学过程中指导学生使用手术机器人导航计划软件结合具体病例进行多模态影像融合和三维重建，讲解相关应用解剖及诊疗方案；指导学生进行术前规划制定手术方案并做出必要的修正；结合术前规划，再次讲解手术解剖及术中注意事项；学生参加手术过程中进行临床示教，术后结合复查所见总结学生对神经外科手术机器人导航技术的评价。

1.3 实验组典型病例

患者男性，68岁，发作性左面部疼痛一年半，以“原发三叉神经痛”收入院。术前3D T2WI-SPACE序列显示左侧三叉神经脑池段被小脑上动脉分支压迫。指导学生进行MRI、MRA及CT的多模态影像融合；对颅底骨质结构、颈内动脉及willis环血管、三叉神经半月节麦氏囊进行三维重建，在矢状位上重建三叉神经半月节麦氏囊显示为类似梨型结构；复习解剖要点，评估手术风险，制订术前规划；在机器人辅助下实施三叉神经半月节球囊压迫术，术中球囊导管在麦氏囊内充盈扩张压迫，充盈造影剂后在侧位X线透视下形成标准的梨型结构；术后结合术中所见复习加深对颅底结构及颅神经解剖理解记忆，体会神经外科机器人辅助手术精准、安全及有效性。图中A在3D-SPACE序列薄层扫描上左侧三叉神经脑池段被小脑上动脉分支压迫，勾划麦氏囊形态；B磁共振影像矢状位上麦氏囊结构显示为类似梨形，可以作为术中球囊形态的对比参考；C薄层CT、MRA与MRI影像融合显示麦氏囊位置及手术规划的三维效果；D机器人辅助下手术；E术中X线透视形成标准的梨型结构；F三叉神经半月节解剖及虚拟球囊压迫位置，见图1。

图1 典型案例图示

1.4 教学效果评价

⑴出科考试：两组通过不同模式教学的学生出科时进行理论知识及实践操作考核。其中理论知识考试为选择、填空、名词解释题60分，问答题两道20分，病例分析题1道20分，满分100分，主要考察神经外科基础知识的掌握水平，权重占出科成绩50%；实践操作考试为腰椎穿刺、气管切开及开关颅手术等临床操作，主要考察操作规范性、熟练程度，满分100分，权重占出科成绩50%。⑵问卷调查：出科考试后由带教老师在现场发放，匿名填写后回收,共发放调查问卷112份，回收率100%。问卷调查学生对教学满意度、学习参与度、学科知识拓展、科研能力提升等方面的评价。

1.5 统计学处理

采用SPSS 20.0软件进行统计学分析，考试成绩以(均数±标准差)形式表示，组间考试成绩比较采用t检验；无记名问卷调查结果以优、良、中、差为等级，统计各项数量，两组间结果进行Fisher精确检验。检验水准α=0.05。

2、结果

2.1 出科考试成绩比较

实验组理论考试成绩为90.68±5.09分，对照组理论考试成绩为85.04±4.98分，差异有统计学意义(P=0.000)；实验组总体出科考试成绩为90.96±4.61分，对照组总体出科考试成绩为88.23±4.28分，差异有统计学意义(P=0.000)；实验组总体出科考试成绩及理论考试成绩优于对照组，差异有统计学意义；两组间实践操作考试成绩差异无统计学意义，见表1。

表1 出科考试成绩比较结果

2.2 问卷调查结果

实验组在教学满意度优良率(54/56)、学习参与度评价优良率(50/56)、学科知识拓展评价优良率(50/56)、科研能力提升评价优良率(43/56)均显著高于对照组，差异有统计学意义(P=0.000)。实验组在教学满意度、学习参与度、学科知识拓展、科研能力提升等方面评价均优于对照组，差异有统计学意义，见表2。

表2 无记名问卷调查结果

3、讨论

住院医师规范化培训是医学生毕业后接受系统性、规范化培训，以提高临床实践能力为目标的培训过程。神经外科在本科生教育的外科教学中所占比重不高，课时安排不多，进行外科住院医师规范化培训的专业学位研究生对神经外科的认识仅限于理论层面，因此尽快让学员了解疾病、熟悉解剖是教学的重点。传统的教学方法已经日益不能满足规范化培训的需要，也较难达到训练临床思维和激发学习兴趣的要求。目前有很多应用多模态影像融合及三维可视化技术在神经外科研究生教学及住院医师培训中的探索，既推动了学科的发展，也革新了培养模式[5]。

因为带有影像后处理功能的神经导航软件价格昂贵，导航设备在神经外科住院医师规范化培训基地数量还较少，很多研究都使用开源软件3Dslicer[2]。在这些研究中，大多数学员都表现出了对多模态影像融合及三维可视化技术的浓厚兴趣。这种新型教学方式不仅有利于尽快熟悉疾病，还可以通过术前模拟加深对手术入路及手术相关解剖的理解，激发学习主动性和学习兴趣，提升对三维立体空间解剖结构的认识；有利于缩短学习周期，提升教学满意度，为临床互动式教学提供了新方法，实现了教学模式的革新及质量的提升[6]。与开源软件相比，目前在功能神经外科亚专业已经实际应用于临床的神经外科手术机器人设备其导航规划软件功能更加强大，机械臂引导下手术定位更加精准。培训过程中能使学生将书本上的平面知识转化为立体知识，进一步认识病变的空间结构和毗邻关系，引导学生的学习由书本向具体病例临床实践转化。对于临床经验欠缺的学员来说，在手术导航系统里实现对疾病的“看得见”，在术前规划中学习怎样“够得着”，在手术中体会真的“到得准”，将极大地提升他们对神经解剖的直观感受，调动学习积极性，从而使学习效率和教学满意度得到明显提高。

以实施的新型机器人辅助下三叉神经半月节球囊压迫手术为例，术前规划在导航软件里进行三维可视化重建，在矢状位三叉神经半月节麦氏囊会显示为类似梨型结构；再复习相关解剖理论知识，比较三叉神经半月节麦氏囊形态，了解颅底卵圆孔、颈内动脉、海绵窦等重要毗邻结构；在手术中侧位X线透视下重现这种梨型结构。这种直观的视觉冲击能让学员对解剖知识产生深刻的记忆，同时也体会到神经外科机器人对临床工作的巨大助力。研究结果也表明，无论是客观的出科考试成绩，还是学生对教学活动满意度的主观评价，这种新型的教学模式都相对于传统的教学模式得到了显著的提升。

同时在入院病史采集中设计了结构化病历，通过疼痛性质、部位、发作及缓解形式、既往治疗史等多方面采集病史资料避免及遗漏，指导学员掌握三叉神经痛临床表现特点，与其他常见头面部疼痛疾病相鉴别；术前术后病程记录中采用巴罗神经病学研究所(Barrow Neurological Institute,BNI)分级规范化评估面部疼痛及麻木程度；学员充分参与术前讨论，理解机器人辅助技术可以通过个体化球囊置入方向及深度、球囊充盈体积、充盈时间等多模态精准治疗提高临床疗效，同时避免了开颅手术，缩短平均住院日，降低手术住院费用，是尤其适合老年人三叉神经痛及复发病例的一种经皮微创治疗方式；在教学过程中通过以上结构化设计提高病案书写质量。

通过手术机器人导航系统辅助的新型教学手段，可以调动住院医师规范化培训神经外科阶段专业学位研究生的学习主动性，加深对神经解剖的直观理解认识；带教老师利用生动详实的临床病例教学素材，结合最新文献，让学生了解最新进展和学术前沿；克服临床教学资源不足的缺点，使学习更具有目的性和针对性，从而使学习效率和教学满意度得到提升。

在应用这种新型教学模式过程中也要注意避免急于求成，再次回到灌输式教学的传统模式，要充分调动学员的主观能动性，在拓展学科新进展的同时也要完成基本教学任务，注重基本功训练，真正做到以学员为主体。

参考文献:

[1]吕胜青,张椿,曹霞,等.外科住院医师规范化培训基地建设初探:以神经外科基地建设为例[J].中华医学教育探索杂志,2019,18(3):311-314.

[2]陈超,王洪祥,张旭,等.3D Slicer软件在神经外科住院医师规范化培训中的应用研究[J].现代医药卫生,2022,38(16):2862-2865.

[3]卜计源,姚辉,张健.CBL教学法结合导航软件在神经外科住院医师规范化培训中的应用[J].医学教育管理,2022,8(4):438-441,446.

[4]乔梁,遇涛,李勇杰,手术机器人在神经外科中的应用现状[J].中华神经外科杂志,2020,36(12):1286-1289.

[5]遇涛,王雪原,周晓霞,等.影像三维可视化在功能神经外科临床教学中的应用[J].继续医学教育,2018,32(5):12-14.

[6]王俊文,徐钰,刘胜文,等.PBL教学法与3D-slicer影像重建技术在长学制医学生神经外科临床实践教学中的应用[J].医学教育管理,2022,8(3):331-334,339.

基金资助:首都医科大学教育教学改革研究课题(2022JYY187);

文章来源:谭可,董乐,李涛等.手术机器人导航系统在专业学位研究生神经外科教学中的应用[J].中国病案,2024,25(01):102-105.