摘 要：目的 探讨下颌骨重建虚拟手术在口腔颌面外科临床教学中的教学效果。方法 将口腔颌面外科病房住院医师规范化培训学员30人，根据随机数字法分为试验组和对照组，对照组采用“传统的理论授课+手术带教”教学模式，试验组采用“传统的理论授课+虚拟手术授课+手术带教”教学模式。统计并比较两组学生的理论考试成绩、实践考核成绩和对课程的满意度。结果 两组学员的理论考试成绩的差异无统计学意义(P=0.122)。试验组的实践考核成绩显著高于对照组(35.13±2.96 vs. 30.33±2.87,P<0.01)。试验组的考核成绩总分显著高于对照组(75.27±3.00 vs. 68.87±4.39分，P<0.01)。试验组满意度评分显著高于对照组(22.4±1.45 vs. 15.67±0.87,P<0.01)。结论 应用下颌骨重建虚拟手术的3D模拟系统辅助教学能够提高学员对临床知识难点的掌握，增强学员的临床实践能力。这种新的临床教学模式受到学员们的良好评价，值得在教学活动中进一步推广应用。
关键词：口腔颌面外科 下颌骨重建 虚拟手术 教学模式
Application of digital virtual surgery in clinical teaching of oral and maxillofacial surgery
Bao Tingwei Lü Jiong He Jianfeng
Department of Stomatology, the First Affiliated Hospital of Medicine School,Zhejiang University;
Abstract：Objective To explore the teaching effect of virtual surgery for mandibular recon-struction in clinical teaching of oral and maxillofacial surgery. Methods A total of 30 residents in oral and maxillofacial surgery ward were randomly divided into the experimental group and the control group by random number method. The control group was taught by the mode of "tradi-tional theoretical teaching+clinical surgery teaching", and the experimental group was taught by the mode of "theoretical teaching+virtual operation teaching+clinical surgery teaching". The theoretical examination scores, the practical test results, and the satisfaction scores on the course were statistically analyzed and compared between two groups. Results There was no significant difference in theoretical scores between the two groups(P=0.122). The practical test score of the experimental group was significantly higher than that of the control group(35.13±2.96 vs. 30.33±2.87,P<0.01). The total score of the experimental group was significantly higher than that of the control group(75.27±3.00 vs. 68.87±4.39, P<0.01). The satisfaction score of the experimental group was higher than that of the control group(22.4±1.45 vs. 15.67±0.87, P<0.01). Conclusion The application of 3 D simulation system in mandibular reconstruction can not only improve students' mastery of clinical difficulties, but also enhance their clinical practical ability. This new clinical teaching mode is well appreciated by students, and is worth further promoting and applying in teaching activities.
Keyword：
Oral and maxillofacial surgery; Mandibular reconstruction; Virtual surgery; Teaching mode;
下颌骨作为口腔颌面部重要的骨性解剖结构，起着支撑面部外形和美观、主导咀嚼和语言功能的作用[1]。掌握和理解下颌骨缺损病变的治疗一直是口腔颌面外科临床医疗和教学中的重点。自体骨移植术是治疗下颌骨缺损的常用术式[2],也是一种重要的教学术式。颌面部骨移植手术视野小、解剖结构复杂[3],具有一定的临床教学难度。因此，亟需一种能让学生立体、多维地学习手术的方法，从而提高学生对于相关知识的掌握程度。
目前，基于数字技术的3D虚拟手术设计在临床工作中逐渐普及[4-7],其通过扫描数据建立骨结构的三维数字模型，能够从多维角度详细展示手术细节。我们尝试将虚拟手术技术引入口腔颌面外科课程教学中，在课堂上用虚拟手术软件对游离腓骨瓣重建下颌骨手术进行模拟辅助教学，取得良好的教学效果，现介绍如下。
1 研究对象和方法
1.1 研究对象
选取2019年6月—2020年6月浙江大学医学院附属第一医院口腔科的住院医师规范化培训学员共计30名为研究对象。学员随机分为对照组(n=15)和试验组(n=15)。口腔颌面外科的临床学习时间为3个月。两组学员均全部完成相关教学和考核。
1.2 教学方法
对照组:采用口腔颌面外科学教材(人民卫生出版社)、解剖/手术图谱、CT图像、手术视频教学。通过PPT的形式，对下颌骨切除及腓骨瓣移植手术流程等进行讲解；然后带领学员对患者进行病史采集及查体，同时阅读相关影像学资料，如CT或X片；最后带领学员观摩手术，对之前讲解内容进行巩固。
试验组:首先由带教教师在课前利用Mimics软件将CT数据构建成数字化三维下颌骨和腓骨模型；在课堂中，通过PPT进行理论授课的同时，向学生展示虚拟手术设计，利用3-matics软件在三维模型上演示手术切割和骨块拼接以模拟下颌骨切除、腓骨瓣移植等手术流程(如图1所示),让学员从各个方向观看骨性结构变化并讲解血供分布，结合CT二维图像讨论如何制定合理植骨计划以恢复下颌骨的外形高点和对称性；最后带领学员观摩手术(如图2所示),加深对课程内容的理解。
1.3 教学效果评估
课程结束一周后，分别对两组学生进行考核。考核成绩分为两部分：理论考核成绩和实践操作考核成绩。另外，分别对两组学生进行有关授课方式满意度的问卷调查。
①理论考核:
由教师根据教学涉及的下颌骨缺损重建手术相关基础解剖知识、治疗原则、流程内容和手术要点进行命题，学生作答。所有学生完成理论知识的考核，满分50分，分别计算两组学生平均成绩。
②实践操作考核:
每位学员在三维打印下颌骨模型上模拟手术(如图3所示),根据学员完成情况进行评分。下颌骨重建模拟手术的考核内容分为五项：完成下颌骨缺损区腓骨瓣植入、血管蒂设置、钛板塑形、骨段钛钉钉道制备的所有操作模拟和陈述、手术耗时。满分为50分，每项内容记0～10分。
③考核总成绩:
即理论考核与实践操作考核成绩总和，满分记100分。
④问卷调查:
考试结束后当场给两组学生发放不记名调查问卷表，了解学生对各自教学方法的评价。内容包括教学方法是否生动有趣、相关知识是否易于掌握、是否提高学习效率、教学方法满意程度、对阅读CT的提高等共计5项。问卷满分为25分，每项内容按照非常不满意(1分)、不满意(2分)、一般(3分)、满意(4分)和非常满意(5分)计分。
1.4 统计分析方法
采用SPSS 21.0软件进行数据处理与分析。所有计量资料采用(x¯±s)表示，组间比较采用t检验。两组学员基本资料的组间比较采用χ2检验，以P<0.05为差异具有统计学意义。
2 结果
2.1 研究对象的一般资料
对照组平均年龄(24.4±0.88)岁，男女生比例为2.75〯1;试验组平均年龄(24.8±1.22)岁，男女生比例为1.5〯1。两组学生在年龄、性别及既往学历等方面的差异无统计学意义(P>0.05)。如表1所示。
表1 两组学员基本资料
2.2 理论考核成绩
试验组学员的理论考核平均成绩为(40.13±2.42)分，对照组为(38.53±2.87)分，两者差异无统计学意义(P=0.122)。
2.3 实践操作考核成绩
实践模拟考核成绩如表2所示，试验组平均成绩为(35.13±2.96)分，对照组为(30.33±2.87)分，差异具有统计学意义(P<0.01)。通过进一步分析发现，试验组比对照组在血管蒂模拟放置(6.93±1.29 vs. 4.60±1.5,P<0.01)、钉道制备(7.27±1.06 vs. 6.27±0.85,P<0.01)和手术耗时(6.93±1.12 vs. 5.40±1.67,P<0.01)三个方面的分值明显提高。在腓骨瓣植入(P=0.713)和钛板塑形(P=0.868)两个临床操作环节中，两组得分无明显差异。
2.4 考核总成绩
试验组学员的考核成绩总分为(75.27±3.00)分，对照组为(68.87±4.39)分。试验组高于对照组，差异具有统计学意义(P<0.01)。
2.5 问卷调查结果
共发放调查问卷30份，收回30份，回收率100%,调查结果如表3所示。试验组学员满意度评分(22.4±1.45)高于对照组(15.67±0.87),差异具有统计学意义(P<0.01)。试验组比对照组在教学趣味度(4.53±0.5 vs. 2.6±0.49,P<0.01)、相关知识是否易于掌握(4.4±0.61 vs. 2.73±0.44,P<0.01)、教学方法满意程度(4.2±0.65 vs. 3.47±0.5,P<0.01)、对阅读CT的提高(4.8±0.4 vs. 2.8±0.54,P<0.01)等方面均有显著提高。在是否提高学习效率的问题上，试验组比对照组有更高的分值，但差异无统计学意义(P=0.115)。
表2 两组学员实践操作考核成绩比较
表3 教学满意度问卷调查结果
3 讨论
口腔颌面外科学与耳鼻咽喉外科学、肿瘤外科学、显微外科学等息息相关，其手术教学面临着学科交叉复杂、专业教学难度大、学生兴趣点不高等难题[8]。过去最常用的两种手术教学手段是学员直接参与手术的床边教学和多媒体课件教学，但传统的教学方法对于复杂手术的教学效果并不理想。前者因空间有限、无菌管理需求、学员专业要求高等导致参与学员数量有限，而后者多停留在二维层面上的教学，缺乏互动性[9-10]。因此，利用新的教学模式、教学工具来提高口腔颌面外科的手术临床教学效果迫在眉睫。
研究表明，数字化模型良好的拟真性可以在口腔教学中以三维方式展示解剖结构，学生可以自由地全方位观看手术进程并学习术中相关知识点[11]。与传统教学相比，数字化教学在真实性、互动性、信息丰富程度等方面具有显著的优势，并且能够提高学生的学习积极性，有望取得更好的教学效果。该研究选择以腓骨移植重建下颌骨缺损手术为教学目标探讨数字化教学的效果有以下四点考虑：第一，该手术是目前口腔颌面外科的常见手术之一，具有重要的临床意义；第二，该手术是国内外口腔颌面外科领域最成熟、最热门的数字化技术辅助术式之一，其数字化教学的可行性较高；第三，该手术难度大、过程复杂，是该学科教学难点之一，在研究两种授课模式中容易产生教学效果的差异性；第四，两组学员在该次授课前对此类手术并没有前期的接触，所以学员个体间的基础相近，考核成绩具有较强的可比性。
与腓骨瓣柱状肢体长骨不同的是，下颌骨形状呈类马蹄形的弧形结构特点，这增加了手术中移植骨瓣的塑形和测量难度[12]。该手术教学的第一个关键点是掌握移植骨瓣切割、塑型和植入点选取的原则；第二个关键点是骨瓣供血血管的走行和放置设计。移植骨植入缺损区后是否成活依赖于动静脉供血的通畅，既要考虑骨瓣血管与颌面部血管吻合的便利和顺畅，又要避免血管走行布局中出现管腔折叠、压迫等现象。无论是骨瓣的拼接还是血管的走行并非平面的，仅利用二维图像，医学生难以清晰地理解其在三维空间中的关系，学习及掌握效率低。手术教学方面，传统方式是跟着带教教师上台手术，边手术边进行授课教学，主要是针对所遇到的解剖结构进行讲解。但是，由于手术不具有重复性、术中时间有限、下颌骨缺损形态种类多样导致术中情况多变。医学生如果术前没有充分的知识储备，难以对教师在手术台上的讲解留下深刻印象。
颅颌面数字化虚拟手术首先是通过软件将颌骨、腓骨及相应血管的薄层CT影像数据重建为3D数字模型，再用计算机模拟手术中的截骨、拼接、植入等操作步骤，从而达到在体外模拟下颌骨缺损重建实际操作的过程[13-14]。虚拟手术可对各具体操作步骤进行重复、暂停、标准化的测量，可进行旋转、放大、缩小等操作，可从各个角度展示手术细节。同时，我们在课堂积极鼓励学员参与对部分手术步骤的设计和讨论，例如：根据学员提出截骨的角度长度和骨瓣的分段模拟截骨手术，展示相对应的手术效果并分析探讨其优劣。这既能提高学员的学习兴趣和参与度，又加深了对临床操作的理解并积累经验。多数学员表示这些特点正是试验组在问卷调查中获得高分的主要原因。
在临床教学过程中，最终的教学效果要通过对病例的实践操作来验证。然而，对于下颌骨重建这种高难度的手术，学员无法仅通过短期内学习掌握，实践考核无法在真实手术中进行。该研究中，我们创新性地尝试在3D打印模型上考核学生对手术部分重要步骤的理解和决策。经过数字化训练的学员，其实践操作临床决策和理论成绩明显高于对照组学员。这凸显出数字化教学与传统的临床手术观摩相结合能够提高课堂吸收率，并取得比传统教学方法更好的教学效果。
目前，可用于颅颌面外科手术数字化模拟的商用软件较多，诸如Magics、Mimics、Dolphine等[14]。这些软件3D处理功能强大，能够完成从三维建模到手术模拟的一系列过程。数字化教学的普及有望通过在线共享、网络直播、线上讨论等多种手段建立线上教学模式。这一特点自新冠肺炎疫情暴发以来显得尤为重要。尽管国内疫情得到了有效控制，然而纵览全球，疫情仍在进一步蔓延，我们的临床教学工作面临了极大的挑战[15]。模拟手术教学基于多媒体、计算机软件及人工智能等方法，使学习者在虚拟环境中与模拟物体进行交互活动。这种教学模式有望成为“线上+线下”混合式教学模式的一部分，是新冠肺炎疫情等特殊形势下医学临床教学的有效方法。随着网络教育与技术革新，不断优化的学习体验让线上教学不输线下，相信这样的探索将为今后，特别是面对突发重大公共卫生事件时的在线教学提供重要的研究依据，可以进一步完善推广。
该研究还存在着一些局限之处。首先，这种授课模式要求教师既拥有较强的临床手术经验，又具有扎实的计算机专业技术；但这一情况难以达到普适性。更为可行的方案是通过临床带教教师与计算机专业人员合作教学完善授课。其次，数字化授课和实践考核需要耗费较多的时间和经济成本。授课过程中涉及对数字模型的操作较传统教学模式更加费时，而实践考核所用的3D模型会产生较大的经济负担。
综上所述，该研究成功将下颌骨重建手术的3D模拟系统应用于临床教学中。相较于传统教学模式，虚拟手术教学可以显著提高学员对临床知识难点的掌握，增强学员的临床实践能力。这种新的临床教学模式受到学员们的良好评价，值得在教学活动中进一步推广应用。
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