臺北榮民總醫院兒童外科
葉奕廷醫師
創新的人工血管教學法
引言
「陳女士您好，我是外科住院醫師我姓葉，今天由我為您進行人工血管植入的手術。現在要為您進行皮膚消毒……」
我永遠難忘我在外科住院醫師第一個月時自己執刀的一台人工血管手術，剛從部隊退伍的我，在總醫師手把手的指導下，戰戰兢兢的完成每一個步驟，病人體型較豐腴，血管較深且細，手術時間花了久一點，但總算順利完成。沒想到一個禮拜後人工血管不通，讓我在那個月同時學到了放置人工血管以及如何排除人工血管不通、重置的技巧，但也辛苦了那位病患。
如今我已是主治醫師，當年指導我的總醫師也已經是醫學中心的科主任，人工血管對我們來說是雕蟲小技，但現在回想起來，若我是赤裸著躺在手術台上的那位病患，知道為我執刀的是第一個月上工的住院醫師，旁邊還有一位聽口氣感覺經驗稍長的醫師下指導棋，若不是基於對醫師這個職業的盲目信任，可能難掩懼怕，甚至奪門而出。
一、簡介
近年來醫學教育轉為結果導向（outcome-based）的能力導向教育（competency-based education），而精熟學習法（mastery learning）是能力導向教育的一種形式。而基於病人安全，傳統的「見習、實作、教學」（see one, do one, teach one）的外科教學也面臨了挑戰，各種基於模擬的教學（simulation-based education）也越來越受重視。儘管如此，國內實際上的外科教學卻鮮少使用模擬器，雖然各大教學醫院以及手術教學中心（如IRCAD）皆有動物實驗手術課程，但住院醫師大部分的時候其實仍是在真實的病人身上練習並逐漸成熟。
此計畫以一常見之小手術：人工血管植入為研究目標，希望研發低價、低擬真度的模型讓第一年住院醫師能先在模擬器上熟悉手術步驟。並藉由精熟學習法的方式來設計課程，期待能讓絕大多數的住院醫師在短時間內熟悉人工血管植入手術的整體流程以及技術細節，除了增進住院醫師基礎技巧的學習效率，更進一步的保障了病人安全。
精熟學習法
精熟學習法（Mastery Learning）主張：教學目標若以有系統的方式來呈現，則絕大部分的學生都可以學會所教導的內容。此學習理論源自十七世紀，但在近五十年其理論才發展成具體的學校教學模式。此有系統的方式為：
- 以學生要達成的教育目標作為界定「精熟」的依據
- 將教學內容系統化的組織成較小的學習單元
- 學生的學習必須「精熟」前一單元才能進行下一單元的學習，每一單元的學習是下一單元學習的基礎
- 在每一單元結束時實施診斷測驗，立即提供學生學習上的回饋
- 依據學生診斷測驗的資料實施學習校正活動，使得學生可以學會整個單元
- 將時間作為個別化教學的變相以促進學生學習的精熟。
精熟學習理論認為所有的學生都具有達到精熟的潛能，而只是所需的時間量不同而已，並以「性向」（aptitude）代表「學習速率」。學生可分為「學得快」和「學得慢」兩類，但如果給每個學生適合其性向的時間，絕大多數的人都可以達到相同的成就，亦即學習程度是學生實際學習時間和學習所需時間比值的一個函數。
基於模擬的精熟學習教學法（simulation-based mastery learning）課程已經廣泛用在醫學教育當中。無論是護理教學（置放鼻胃管）、醫學生教學（為了勝任住院醫師的六項急診醫學核心臨床技能）或者外科住院醫師訓練（腹腔鏡總膽管探查手術）。近年一項統合分析指出，精熟學習法用於醫學教育能大幅增加技能學習的成果、對於病人治療效果有中等的改善，唯需要的時間較長，故尤其適用於有清楚目標且較無學習時間限制的的能力導向教育（competency-based education）。
人工血管植入手術
人工血管植入手術（implantation of a totally implantable venous access port或在臺北榮總院內稱為port-A implantation）是基於外科基本技能：vascular cutdown的一項小手術，通常時間在三十分鐘左右，於局部麻醉下進行。雖然稱為「小手術」，但在臺北榮總是外科住院醫師學習歷程中最先熟練的手術之一，而且手術過程能夠讓住院醫師執行病人溝通、體表解剖（surface anatomy）、局部麻醉、手術刀及電刀的正確使用法、逐層劃開傷口、銳性及鈍性組織剝離（sharp and blunt dissection）、血管控制、血管內導管置入、外科繩結、止血、傷口縫合以及突發狀況處理等等外科最基本的技巧，可說是外科學習歷程中的永字八法。
二、研究方法
本研究計畫是應用精熟學習教學法於基礎外科手術（人工血管植入totally implantable venous access device implantation）教學之成效探討。在外科手術教學上，若改用精熟學習教學法來訓練及評估，除了可以知道每位學員於各個時間點的表現，加上前測後測評估可以看到學員能力線性的變化。本研究希望應用精熟學習教學法：以學員為中心、能力結果為導向的訓練方式，可以作為未來手術教學的模板，逐步推廣於其他手術教學的訓練評估方式，更進一步的增進外科住院醫師學習的效率，也對病人安全有多一層的保護。
本計劃為前瞻性、非盲、單中心之教學方法研究計畫。執行地點是臺北榮民總醫院外科部，對象是第一年外科住院醫師，此研究以創新之人工血管植入手術教學課程替換原本住院醫師訓練營中的講堂授課（didactic lecture）。
人工血管植入之模擬器
為了進行此課程，我們研發了創新的人工血管植入之低成本模擬器。此模擬器具備下列特質：由一般書局可買到之手工藝材料製成、成本在新台幣五十元以內、採模組化設計、可更換零件後重複使用、學員可在模擬器上練習人工血管植入之所有步驟。
此模擬器由三個部分組成：底板（由32開的雕刻板，上方黏著紅色不織布以及填充料以模擬胸大肌以及三角肌，並以一絕緣橡膠管來模擬鎖骨）、中間層（以一長條狀氣球來模擬靜脈，並在其周圍包覆填充棉料來模擬血管旁的組織），以及皮膚（以白色不織布模擬淺層筋膜層、黃色不織布模擬皮下脂肪層，以及汽車天篷布用來模擬皮膚）。
圖一、教學模擬器圖示
人工血管植入手術考核單
為了評估學員的表現，我們邀請了院內十位外科專科醫師組成「人工血管植入精熟學習工作小組」，針對人工血管植入之手術，列出手術前、中、後之考核單（checklist），並且討論訂定第一年住院醫師的最低通過標準。
圖二、人工血管植入手術考核單
精熟學習課程
課程內容包含前測、講堂授課、觀看手術影帶、關鍵步驟練習及個別化的回饋。前測時除了指導者在旁觀察外，也用錄影的方式（利用頭戴式攝影機捕捉學員視線與雙手動作之間的關係）將學員的執行狀況紀錄，以方便指導者回饋，並可在課程結束之後與後測的結果做一客觀之比較。學員在課後可將模擬器攜回家中，於閒暇時間進行刻意練習（deliberate practice），若練習後欲更換零件則可隨時至辦公室當場修復，在練習過程中有任何疑問則可隨時利用通訊軟體與臨床教師聯絡。
成效評估
在第一年住院醫師訓練營結束8週之後，以後測的方式進行學習成效的評估。後測時同樣會以錄影的方式將學員執行狀況記錄下來，同時發給問卷調查，針對精熟學習的訓練及評估模式提出建議及回饋意見，作為次年的改進建議。
三、研究結果
人工血管置入手術模擬器
我們在計畫期間研發出一簡單、平價、方便攜帶、模組化設計、可重複使用之人工血管手術模擬器「VGHTPE TIVAD simulator」，獲中華民國新型專利（M609867）。此教具經本院實驗外科王世仁博士指導協助，改採3D列印形式在院內自行製造，外型更貼近實際解剖構造尺寸、規格更統一而且耐用度提升。此模擬器在平時可以拆解為基礎部件，方便堆疊收納，有課程時則可以在數分鐘內加上氣球及不織布等部件供教學使用，十分便利。
精熟學習教學課程
此創新課程是融合了翻轉教室、分散學習、分散練習、刻意練習及精熟學習的理念。課程流程如下圖：
課前學習
學員在參加課程之後，會先以通訊軟體群組進行課前問卷，推播課前資料（包括講義以及所有操作示範錄影帶）的連結，以及每日簡短（bite-size）教學資料。
實體課程
此為三小時的課程，包含「前測」、「教學」以及「學長姐經驗分享」部分。「前測」以錄影方式進行，讓學員直接操作模擬器進行模擬手術，同時以頭戴式攝影機將操作過程錄影，由教師在課後給予文字回饋。「教學」則是採用投影片進行講授，最後則以實物投影機，由教師實際在模擬器上進行模擬手術。
分散學習及刻意練習
在實體課程結束之後，學員可以帶回人工血管手術模擬器以及一套手術器械（感謝國立陽明交通大學外科學科提供），在接下來的一個月之間，學員在自己方便的時間以頭戴攝影機或者手機錄下自己操作模擬器的過程（同時必須一面口述手上在做的事情，以確保學員是有意識的進行手上的操作），並上傳至雲端硬碟「交作業」。教師在看完影片之後會針對影片中操作的優缺點給予形成性及總結性的評估回饋。由於教學採適性原則，若學員在前測之後認為已達通過標準，則可以直接約時間進行後測，而不用經過繳交作業的階段；反之，若後測時發現未達通過標準，則會建議進行補考。
結果評估
所有的學員皆完成課前資料的閱讀，並參加了實體課程的講授，在實體講授之後，有24位學員按照期程繳交兩次錄影作業並接受後測，其中有12位學員後側未過，其中8位在補測後通過，4位未參加補測。尚有1位則尚未繳交任何作業也未接受後側。
在課程結束後問卷，學員平均對於模擬器的滿意度為8.7/10分，在課程前「獨立完成手術的信心指數」為3.2/10分，在課程後則可以達到7.8/10分，顯示這項課程可以顯著增加對於執行手術的信心程度。在對於課程的意見方面，有些是關於模擬器本身（模擬血管太粗），關於提供的手術器械（撐開器太大），關於課程的時間（希望在住院醫師第一個月或者報到後的頭幾天就來上課），關於課程內容的安排（希望可以在交作業之後有一次面對面講解的時間），關於教學法（希望其他手術也有類似的課程），以及其他（希望了解模擬與實際操作的差異、遇到解剖變異時的處理、增加縫合的經驗、操作C-arm的教學）等等。
結論
本研究顯示，結合一個「低度擬真」「低成本」的手術模擬器以及「翻轉教室」、「精熟學習」及「刻意練習」等教學技巧，可以增加外科住院醫師學員對於簡單手術的熟悉度和信心度。未來將追蹤接受新式課程的學員實際進行手術的表現，並依相同原理設計適用於其他手術的模擬器及課程。
致謝
本研究計畫經費由臺北榮總臨床創新中心計畫（CIC-009）支應。
參考資料：
- McGaghie WC, Barsuk JH, Wayne DB, editors. Comprehensive Healthcare Simulation: Mastery Learning in Health Professions Education [Internet]. Cham: Springer International Publishing; 2020. (Comprehensive Healthcare Simulation). Available from: http://link.springer.com/10.1007/978-3-030-34811-3
- Cason ML, Gilbert GE, Schmoll HH, Dolinar SM, Anderson J, Nickles BM, Pufpaff LA, Henderson R, Lee FW, Schaefer JJ. Cooperative learning using simulation to achieve mastery of nasogastric tube insertion. J Nurs Educ. 2015;54(3 Suppl):S47–51.
- Reed T, Pirotte M, McHugh M, Oh L, Lovett S, Hoyt AE, Quinones D, Adams W, Gruener G, McGaghie WC. Simulation-based mastery learning improves medical student performance and retention of core clinical skills. Simul Healthc. 2016;11(3):173–80.
- Teitelbaum EN, Soper NJ, Santos BF, Rooney DM, Patel P, Nagle AP, Hungness ES. A simulator-based resident curriculum for laparoscopic common bile duct exploration. Surgery. 2014;156:880–93.
- Santos BF, Reif TJ, Soper NJ, Nagle AP, Rooney DM, Hungness ES. Development and evaluation of a laparoscopic common bile duct exploration simulator and procedural rating scale. Surg Endosc. 2012;26:2403–15.
- Cook DA, Brydges R, Zendejas B, Hamstra SJ, Hatala R. Mastery learning for health professionals using technology-enhanced simulation: a systematic review and meta-analysis. Acad Med. 2013;88:1178–86.
- McGaghie WC, Barsuk JH, Wayne DB. Mastery learning with deliberate practice in medical education. Acad Med. 2015;90(11):1575.