3D打印及其輔助技術(shù)在中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)中的應(yīng)用研究

田　　林，田　　聰，周紅海，汪麗偉，史炎鑫，羅榮宇，楊思源，董盼鋒（.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧　5000；.鄭州市骨科醫(yī)院，河南 鄭州　450000；.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院，廣西 南寧　500）

教學(xué)研究

3D打印及其輔助技術(shù)在中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)中的應(yīng)用研究

田林1，田聰1，周紅海1，汪麗偉1，史炎鑫2，羅榮宇1，楊思源1，董盼鋒3
（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧530001；2.鄭州市骨科醫(yī)院，河南 鄭州450000；3.廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院，廣西 南寧530011）

［目的］將3D打印及其輔助技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)中，初步探究其應(yīng)用效果。［方法］選取臨床實(shí)習(xí)的56名中醫(yī)骨傷科學(xué)專業(yè)本科生，隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對(duì)照組。收集經(jīng)中西醫(yī)方法治療的典型骨科病例，結(jié)合臨床及影像學(xué)資料，試驗(yàn)組28名學(xué)生采用3D打印及其輔助技術(shù)進(jìn)行臨床教學(xué)，對(duì)照組28名學(xué)生則采用傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行臨床教學(xué)。［結(jié)果］試驗(yàn)組學(xué)生的實(shí)習(xí)效果自評(píng)得分、出科考核（理論知識(shí)、操作技能、病歷分析與書寫）成績均高于對(duì)照組，除專業(yè)興趣得分外差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。［結(jié)論］3D打印及其輔助技術(shù)是一種有效的中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)方法，特別有助于中醫(yī)正骨手法的教學(xué)，具有良好的臨床教學(xué)應(yīng)用前景。

3D打?。恢嗅t(yī)骨傷；臨床教學(xué)

3D打?。╰hree dimension printing）技術(shù)是一種建立于材料累加和疊層制造概念基礎(chǔ)之上的快速成型技術(shù)方法。3D打印以數(shù)字化模型資料為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀塑料或金屬等高分子粘合材料，通過逐層堆疊累積的方式打印三維實(shí)體［1-2］。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域里，利用CT或MRI獲取的原始數(shù)據(jù)建立三維數(shù)字模型，再借助計(jì)算機(jī)輔助制造（computer aided design，CAD）軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改，最終將數(shù)據(jù)輸入到3D打印機(jī)完成建模。隨著數(shù)字骨科的建設(shè)發(fā)展和3D打印技術(shù)的成熟完善，3D打印及其相關(guān)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于復(fù)雜骨折、骨腫瘤、骨科畸形及損傷、畸形矯正和假體制作等方面［2-4］。

在臨床教學(xué)中，扎實(shí)的解剖知識(shí)和良好的空間想象能力是學(xué)好中醫(yī)骨傷科學(xué)知識(shí)的關(guān)鍵，特別是在中醫(yī)正骨手法操作中顯得更為重要。在臨床診治過程中，如何再現(xiàn)患者的受傷機(jī)制、對(duì)比骨折前后體征變化、明確手法復(fù)位操作要點(diǎn)、探究手術(shù)治療方案等一系列問題，均需要醫(yī)者具有良好的三維立體模型概念支持。為此，我們將3D打印及其輔助技術(shù)應(yīng)用于中醫(yī)骨傷學(xué)科臨床教學(xué)中，并與傳統(tǒng)教學(xué)方法比較，探究其對(duì)臨床教學(xué)的影響。

1　　對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象選取2015年9月～2016年1月在廣西中醫(yī)藥大學(xué)附屬瑞康醫(yī)院骨四肢二區(qū)實(shí)習(xí)的中醫(yī)骨傷科學(xué)專業(yè)本科生共56名作為研究對(duì)象。納入標(biāo)準(zhǔn)：①五年制本科中醫(yī)骨傷科學(xué)專業(yè)大五學(xué)生；②學(xué)業(yè)課程成績平均分為65分以上；專業(yè)課測試成績?yōu)?0～80分（按百分制計(jì)算）；③第一次進(jìn)入骨科臨床科室實(shí)習(xí)，實(shí)習(xí)期為2個(gè)月。采用隨機(jī)數(shù)表法隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組各28人。試驗(yàn)組男16例，女12例，年齡22～26（23.85±0.97）歲；對(duì)照組男15例，女13例，年齡23～25（23.75±0.70）歲。兩組學(xué)生的性別、年齡無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05），具有可比性。

1.2研究方法兩組實(shí)習(xí)期間，為盡量減少不相關(guān)因素干預(yù)，選取一位獲得本專業(yè)碩士學(xué)位的主治醫(yī)師，在不同時(shí)間段對(duì)兩組學(xué)員進(jìn)行臨床帶教。兩組學(xué)生的理論課程由同一名副主任醫(yī)師進(jìn)行集中授課，并保證兩組學(xué)員共用教學(xué)環(huán)境（如教材、授課設(shè)備、教學(xué)大綱、學(xué)時(shí)等）。將收集到的經(jīng)中西醫(yī)方法治療的典型骨科臨床病例資料，共享給兩組實(shí)習(xí)者［5］。試驗(yàn)組結(jié)合基本病例及影像學(xué)資料（X線、CT平掃+三維重建、MRI），利用Mimics10.1軟件建立3D模型，并選取部分模型請(qǐng)合作單位進(jìn)行3D打印。利用3D打印模型及其輔助軟件模擬創(chuàng)傷時(shí)力學(xué)傳導(dǎo)機(jī)制，由損傷機(jī)制推測癥狀體征；通過對(duì)骨折移位或關(guān)節(jié)錯(cuò)位的情況進(jìn)行3D構(gòu)圖，明確中醫(yī)正骨手法復(fù)位方式，熟悉操作要領(lǐng)，同時(shí)對(duì)夾板固定等最佳固定方式進(jìn)行先期判斷；對(duì)需要手術(shù)干預(yù)的患者，通過模擬手術(shù)固定方式、動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)固定位置等探究手術(shù)治療方案。在以上基礎(chǔ)上對(duì)疾病的定義、典型分型、輔助檢查特征、臨床癥狀、生理病理學(xué)等詳細(xì)講授，并對(duì)診斷及鑒別診斷、治療方法、最新科研動(dòng)態(tài)等進(jìn)行綜述。對(duì)照組則采用以口述和操作演示為主的傳統(tǒng)帶教方式進(jìn)行臨床教學(xué)。

1.3效果評(píng)價(jià)與分析

1.3.1評(píng)價(jià)方法實(shí)習(xí)結(jié)束后，以自我評(píng)價(jià)和出科考核兩種形式對(duì)實(shí)習(xí)生進(jìn)行綜合測評(píng)。①自我評(píng)價(jià)：通過自我評(píng)分進(jìn)行實(shí)習(xí)效果評(píng)估，內(nèi)容包括專業(yè)興趣、學(xué)習(xí)能力、理解能力、語言能力和操作技能。每項(xiàng)內(nèi)容滿分均為10分，學(xué)生按照自己的實(shí)習(xí)表現(xiàn)自我評(píng)分。②出科考核：分為理論考試、臨床技能考核及病歷書寫三部分。三項(xiàng)均采用百分制，考核標(biāo)準(zhǔn)均按照全國高等中醫(yī)藥院校規(guī)劃教材《中醫(yī)骨傷科學(xué)》（第九版）考試大綱的要求制定，由兩位具有副高級(jí)職稱的臨床老師分別對(duì)所有學(xué)生進(jìn)行考核，最終成績?nèi)晌焕蠋熢u(píng)分的平均值。理論考試內(nèi)容包括本專業(yè)典型疾?。ㄈ鐦锕沁h(yuǎn)端骨折、股骨頸骨折）的定義、分型、病因病機(jī)、診斷治療及病例分析等。臨床技能主要考核學(xué)生在病史采集、體格檢查、換藥或拆線、清創(chuàng)縫合、常見正骨手法演示、外固定操作等方面的能力。病歷書寫主要評(píng)價(jià)學(xué)生的入院記錄、首次病程記錄及出院記錄的書寫情況［6-7］。

1.3.2統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量數(shù)據(jù)采用±s表示，組間比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05視為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

試驗(yàn)組學(xué)生的實(shí)習(xí)效果自評(píng)得分、出科考核（理論知識(shí)、操作技能、病歷分析與書寫）成績均高于對(duì)照組（如表1和表2所示），除專業(yè)興趣得分以外差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），可認(rèn)為試驗(yàn)組學(xué)生的綜合實(shí)習(xí)效果優(yōu)于對(duì)照組。兩組實(shí)習(xí)生在專業(yè)興趣方面未有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P=0.16），這可能是調(diào)研對(duì)象的專業(yè)認(rèn)知教育程度、樣本數(shù)量、個(gè)體差異等多因素影響的結(jié)果。

表1　　兩組學(xué)生自評(píng)得分情況（n=28）（分，±s）

表1　　兩組學(xué)生自評(píng)得分情況（n=28）（分，±s）

項(xiàng)目　　試驗(yàn)組　　對(duì)照組　t　P專業(yè)興趣　8.25±0.52　8.00±0.78　1.42　0.16學(xué)習(xí)能力　8.21±0.63　7.75±0.80　2.41　0.02理解能力　8.25±0.70　7.43±0.63　4.60　0.00語言能力　8.18±0.61　7.32±0.67　5.00　0.00操作技能　8.25±0.59　7.54±0.51　4.87　0.00

表2　　兩組學(xué)生出科考核成績　?。ǚ郑纒）

表2　　兩組學(xué)生出科考核成績　?。ǚ郑纒）

注：與對(duì)照組比較，P＜0.01

組別n試驗(yàn)組 28對(duì)照組 28理論知識(shí)　　操作技能　　病歷分析與書寫90.89±1.97①　90.96±1.62①　91.39±1.29①87.68±2.39　87.61±1.45　88.71±1.15

3　討論

中醫(yī)骨傷學(xué)作為是一門研究人體骨組織的損傷和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)的學(xué)科，其提出的“筋骨并重”“因人制宜”“整體論治”等理念一直是骨科臨床的指導(dǎo)原則?；颊叩墓趋澜Y(jié)構(gòu)因人而異，受傷情況各有不同，3D打印技術(shù)具備的整體制作、個(gè)性化模型設(shè)計(jì)兩大優(yōu)勢分別和中醫(yī)骨傷的“整體論治”“因人、因時(shí)制宜”理念高度契合。作為中醫(yī)骨傷最優(yōu)勢的內(nèi)容之一，手法正骨、理筋等治療方法經(jīng)大量臨床病例證實(shí)具有良好療效和獨(dú)特優(yōu)勢［8］，但卻缺乏必要的三維有限元數(shù)據(jù)支撐。近年3D打印技術(shù)在骨科領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是在復(fù)雜骨折、關(guān)節(jié)置換等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢［9］，但在中醫(yī)骨傷臨床、教學(xué)及科研方面應(yīng)用較少。

3D打印主要通過逆向工程原理（Principles Engineering，RE）和快速成型技術(shù)（rapid prototyping，RP）實(shí)現(xiàn)。在本研究中，首先提取患者64排螺旋CT平掃（最薄層可達(dá)0.64mm）數(shù)據(jù)資料，利用Mimics10.1軟件制作成CAD文檔，建立三維數(shù)字模型，然后導(dǎo)入3D打印機(jī)，制造出骨骼1∶1空間立體模型［10］。與傳統(tǒng)鑄造方法制作的模型相比，3D打印模型可以整體復(fù)制患者的骨骼情況。通過在不同治療階段中的多次建模，能夠動(dòng)態(tài)觀察骨骼生長康復(fù)變化。而傳統(tǒng)鑄造方法只能復(fù)制當(dāng)前模板的靜態(tài)情況，亦無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜粉碎性骨折的整體化復(fù)制。與真實(shí)骨骼標(biāo)本對(duì)比，3D打印模型容易獲取，經(jīng)數(shù)字化處理可實(shí)現(xiàn)對(duì)病例的大量儲(chǔ)存。實(shí)習(xí)生接觸到的多是正常人體骨骼標(biāo)本，很少有機(jī)會(huì)觸及病變骨骼模型，通過3D打印模型，有助于實(shí)習(xí)生加深對(duì)骨科疾病的理解。在中醫(yī)骨傷手法治療中，實(shí)習(xí)生可以通過Mimics10.1軟件建立的空間虛擬模型，數(shù)字化再現(xiàn)患者的骨折或畸形［11］，模擬手法干預(yù)下骨骼組織的力學(xué)變化，并可根據(jù)力學(xué)模擬情況進(jìn)一步調(diào)整手法復(fù)位方式和操作要領(lǐng)，有利于對(duì)實(shí)習(xí)者的手法操作情況進(jìn)行反饋，促進(jìn)其手法的進(jìn)步與成熟，如腰椎后關(guān)節(jié)紊亂綜合征等手法復(fù)位具有優(yōu)勢的病例的治療。對(duì)在手法復(fù)位和簡單外固定后需要手術(shù)治療的復(fù)雜骨折，3D打印技術(shù)可供實(shí)習(xí)生討論手術(shù)方案、模擬手術(shù)過程、學(xué)習(xí)手術(shù)操作，縮短手術(shù)學(xué)習(xí)周期。臨床病例可長期大量保存、反復(fù)利用，避免了手術(shù)室現(xiàn)場教學(xué)的病例少、人員限制等缺陷［11-13］。3D打印及其輔助技術(shù)作為一種有效的中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)方法，特別是在中醫(yī)正骨手法的教學(xué)方面，3D打印技術(shù)具有的力學(xué)模擬和虛擬模型構(gòu)造兩大優(yōu)勢，可對(duì)中醫(yī)骨傷手法治療中的力度調(diào)整、施治方式進(jìn)行指導(dǎo)，因而實(shí)習(xí)者學(xué)科考核取得了優(yōu)異成績，顯示具有良好的臨床教學(xué)推廣和應(yīng)用前景。3D打印技術(shù)的應(yīng)用將為中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)的發(fā)展提供新的動(dòng)力，必將成為中醫(yī)骨傷數(shù)字化教學(xué)研究的新方向。

將3D打印及其輔助技術(shù)應(yīng)用到中醫(yī)骨傷臨床教學(xué)中，既改變了以往枯燥低效的教學(xué)方法，又極大地調(diào)動(dòng)了實(shí)習(xí)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)造性，能夠使學(xué)習(xí)者主動(dòng)發(fā)現(xiàn)解剖學(xué)、生物力學(xué)知識(shí)與臨床工作的聯(lián)系，更好掌握中醫(yī)骨傷臨床知識(shí)，提高中醫(yī)正骨手法等操作的技能。但仍然存在CT等原始數(shù)據(jù)資料獲取困難、技術(shù)難度要求較高等不足。在逆向工程技術(shù)方面，未來若能設(shè)計(jì)出一種無需數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和模型修正、操作簡單的多功能3D打印輔助軟件，能夠使手法正骨、手術(shù)干預(yù)等治療效果通過虛擬化模型的動(dòng)態(tài)變化在顯示屏實(shí)時(shí)直觀顯現(xiàn)，改變現(xiàn)在軟件操作難度大、需要后期整理修正等不足。在快速成型技術(shù)方面，隨著材料科學(xué)和組織工程學(xué)的發(fā)展，在3D打印領(lǐng)域引入干細(xì)胞、可再生生物材料等打印設(shè)備和建模技術(shù)與傳統(tǒng)骨傷治療技術(shù)相結(jié)合，將極大促進(jìn)3D打印技術(shù)在中醫(yī)骨傷科學(xué)數(shù)字化建設(shè)、國內(nèi)外推廣、人才培養(yǎng)等各領(lǐng)域的發(fā)展。

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（編輯湯敏華）

R274；G642.0

A

2095-4441（2016）02-0120-03

2016-05-10

廣西自然科學(xué)基金（編號(hào)：2013GXNSFAA019142）

田林（1989-），男，河南周口人，在讀碩士研究生，研究方向：骨關(guān)節(jié)炎的基礎(chǔ)與臨床研究

周紅海，教授，主任醫(yī)師，E-mail：727958064@qq.com