3D打印技術(shù)在骨科臨床本科教學(xué)中的應(yīng)用*

楊大志 黃 坤 龍域豐 易偉宏

1 廣東醫(yī)科大學(xué)附屬南山醫(yī)院骨科，廣東省深圳市 518052； 2 深圳大學(xué)第六附屬醫(yī)院骨科

肌肉骨骼系統(tǒng)疾病是骨科的主要診治對(duì)象，肌肉骨骼系統(tǒng)伴有復(fù)雜的三維解剖結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在骨科臨床教學(xué)中多應(yīng)用骨骼模型或者標(biāo)本，但標(biāo)本和教學(xué)模型多為單一病種或者正常結(jié)構(gòu)模型。由于各種骨科疾病的解剖和損傷機(jī)制不同，正常結(jié)構(gòu)標(biāo)本或者模型很難揭示每個(gè)患者的病例特點(diǎn)[1]。如何在骨科臨床本科教學(xué)中更好的體現(xiàn)每個(gè)臨床病例的特點(diǎn)、術(shù)前規(guī)劃手術(shù)方案、術(shù)中手術(shù)方式選擇等，是每個(gè)臨床指導(dǎo)老師面對(duì)的問題。近年來，3D打印技術(shù)在臨床醫(yī)療、教學(xué)中逐步應(yīng)用，使得臨床教學(xué)發(fā)生了變化[2]。為了提高骨科臨床本科教學(xué)效果，針對(duì)解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的疾病采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，讓學(xué)生充分理解與掌握的病例，依據(jù)患者影像學(xué)資料應(yīng)用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)并完成了個(gè)性化的教學(xué)模型，并將其應(yīng)用于骨科本科教學(xué)培訓(xùn)中，顯著提高了教學(xué)效果，現(xiàn)介紹如下。

1 資料和方法

1.1 一般資料 選擇臨床本科四年級(jí)實(shí)習(xí)學(xué)生60名，女生32名，男生28名，隨機(jī)分為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組(每組30名)。兩組學(xué)生的各項(xiàng)基線資料，包括年齡、性別、入校成績(jī)及入校后各科成績(jī)等，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。兩組學(xué)生均由同一教師授課，教學(xué)病例和授課時(shí)間相同。

1.2 方法 對(duì)照組采用理論授課+傳統(tǒng)臨床病例討論方式教學(xué)，在教學(xué)過程中主要通過Powerpoint展示臨床病例的人體外觀、影像學(xué)等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)組采用理論授課+3D打印模型病例討論方式教學(xué)，在教學(xué)過程中根據(jù)臨床病例影像學(xué)特點(diǎn)制備3D打印模型，模型可在學(xué)生間傳閱及觀察。具體內(nèi)容如下：教學(xué)病例需體現(xiàn)專業(yè)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，并且病例設(shè)計(jì)具有一定的互動(dòng)性、知識(shí)性和復(fù)雜性，學(xué)生通過討論和腦力震蕩逐步學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。結(jié)合廣東醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)教學(xué)大綱，調(diào)取本院骨科病區(qū)數(shù)據(jù)庫資料，選取2014 年1 月—2017 年12 月典型的骨盆骨折及脊柱畸形病例各5例。利用醫(yī)院PACS 系統(tǒng)平臺(tái)提取患者影像學(xué)資料，并將CT等影像資料輸入交互式醫(yī)學(xué)影像控制系統(tǒng)(Materiaise’s interactive medical image control system,MIMICS)進(jìn)行三維圖像重建，并且基于材料累加概念和疊層制造方法應(yīng)用3D 打印機(jī)打印成1∶1 大小骨盆和脊柱畸形模型(見圖1)，提取患者的病歷資料制作病歷匯報(bào)，并在病歷匯報(bào)的過程中組織學(xué)生分組討論，例如：患者診斷、治療方案等問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考分析問題。

1.3 教學(xué)效果評(píng)價(jià) 兩組學(xué)生在教學(xué)結(jié)束后，通過客觀考試和主觀評(píng)價(jià)考核評(píng)價(jià)教學(xué)效果?？陀^考試包括理論考試和標(biāo)準(zhǔn)化病人考核(100分)，包括疾病定義、發(fā)病機(jī)制、疾病分類、診斷、鑒別診斷及治療等理論知識(shí)和典型病例分析能力，兩組學(xué)生采用相同的考核標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)場(chǎng)考試及評(píng)分。主觀評(píng)價(jià)部分通過問卷調(diào)查教學(xué)效果，主要包括學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)興趣、理解能力、實(shí)踐操作能力、教學(xué)滿意度，每項(xiàng)10分。

2 結(jié)果

2.1 客觀考試成績(jī)比較分析 實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的理論考核成績(jī)和標(biāo)準(zhǔn)化病人考核成績(jī)均高于對(duì)照組，組間對(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)(P<0.05)。見表1。

注：A影像學(xué)重建三維模型；B脊柱畸形術(shù)前3D打印模型；C脊柱畸形手術(shù)規(guī)劃3D打印模型側(cè)面觀；D脊柱畸形手術(shù)規(guī)劃3D打印模型后面觀。

表1 兩組學(xué)生考核成績(jī)比較

2.2 主觀評(píng)價(jià)比較分析 實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)興趣、理解能力、實(shí)踐操作能力、教學(xué)滿意度等方面評(píng)分優(yōu)于對(duì)照組，組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。見表2。

表2 兩組學(xué)生主觀評(píng)價(jià)比較

3 討論

骨科臨床本科教學(xué)中需要學(xué)生理解病變部位骨骼三維結(jié)構(gòu)的變化，因此在骨科理論講解、Powerpoint展示、教學(xué)查房等教學(xué)過程中需要完整展示病變部位骨骼及周圍組織變化，現(xiàn)在一般采用影像學(xué)資料主要包括: X線、CT及MRI等[3]，但都無法直觀展示骨科疾病的解剖和損傷機(jī)制[4]。3D數(shù)字打印技術(shù)可以完整展示骨科病變部位骨骼三維結(jié)構(gòu)，將二維的影像學(xué)資料和三維的3D打印模型結(jié)合起來[5]。在此基礎(chǔ)上講授骨科臨床理論和操作，直觀性和操作性明顯增強(qiáng)[6]。在骨科教學(xué)實(shí)踐中，在教學(xué)過程中加入3D模型可以更好的讓學(xué)生理解相關(guān)知識(shí)，在研究中實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的理論成績(jī)比對(duì)照組高12.9%，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。

骨科手術(shù)教學(xué)現(xiàn)常規(guī)采用手術(shù)視頻教學(xué)、臨床帶教操作等方式[7]，但現(xiàn)在本科生觀看手術(shù)視頻、手術(shù)操作機(jī)會(huì)較少。3D模型可實(shí)現(xiàn)術(shù)前手術(shù)規(guī)劃和虛擬手術(shù)操作，發(fā)現(xiàn)手術(shù)設(shè)計(jì)中的缺陷，及時(shí)修改手術(shù)方案，選擇最佳的手術(shù)路徑和植入物，可術(shù)前將植入物精確塑形[8]。通過3D模型可以讓學(xué)生參與模擬手術(shù)操作，結(jié)合3D模型操作學(xué)生可以更加直觀和深刻理解骨科疾病的特點(diǎn)、手術(shù)方式選擇、術(shù)中注意事項(xiàng)，明顯提高臨床本科生的學(xué)習(xí)興趣及課堂互動(dòng)性[9]。因此在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)興趣、理解能力、實(shí)踐操作能力、教學(xué)滿意度等方面均得到提升，對(duì)比常規(guī)教學(xué)組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。3D打印技術(shù)在骨科教學(xué)中的應(yīng)用，有助于學(xué)生理解骨科疾病的定義、分型分類及治療原則，通過3D打印模型手術(shù)操作可有助于理解手術(shù)過程，在此基礎(chǔ)上再讓學(xué)生觀摩真實(shí)的手術(shù)過程，這是一種理論結(jié)合實(shí)踐的方法，可提高學(xué)生的理論理解能力和主觀能動(dòng)性。

通過3D打印技術(shù)在本科教學(xué)中展示骨骼疾病的變化，可提高本科學(xué)生對(duì)骨科疾病的認(rèn)知程度，顯著提升骨科臨床本科教學(xué)效果，3D打印技術(shù)在教學(xué)領(lǐng)域中還只是處于起步探索階段，隨著計(jì)算機(jī)仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，其在醫(yī)學(xué)教育領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更加全面和廣泛[10]。