計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與快速成形技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)法在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：目的" 研究計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)及快速成型（RP）技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)法在骨科教學(xué)工作中應(yīng)用效果。方法" 選擇2022～2023學(xué)年在南京醫(yī)科大學(xué)附屬泰州市人民醫(yī)院骨科實(shí)習(xí)的80名臨床醫(yī)學(xué)生，隨機(jī)分為觀察組（40名）與對(duì)照組（40名），觀察組采取CAD-RP 技術(shù)聯(lián)合PBL 的教學(xué)方法，對(duì)照組則選擇傳統(tǒng)的 PBL教學(xué)法。在常規(guī)課程學(xué)習(xí)結(jié)束后開(kāi)展出科考核和教學(xué)的滿(mǎn)意度調(diào)查。結(jié)果" 觀察組出科專(zhuān)業(yè)理論考試得分（83.42±4.84）分、技能考試得分（78.68±6.28）分，均明顯高于對(duì)照組的理論考試成績(jī)（78.62±5.12）分與技能（72.42±7.46）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=4.31、4.06，Plt;0.05）。滿(mǎn)意度調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果顯示，觀察組認(rèn)為本組教師所采用的教學(xué)方法在提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)自我學(xué)習(xí)能力、促進(jìn)臨床思維能力提升和提高知識(shí)應(yīng)用水平等方面優(yōu)于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05）。結(jié)論" "CAD-RP 技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)法可以提高實(shí)習(xí)生的理論成績(jī)和臨床實(shí)踐操作水平，同時(shí)對(duì)臨床教學(xué)的滿(mǎn)意度提升也有所幫助。

關(guān)鍵詞： 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；快速成型；骨科；臨床教學(xué)；PBL

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4，R4 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1671-0142（2024）06-0089-04

骨外科屬于實(shí)踐操作要求高的學(xué)科，一方面其理論知識(shí)大多較為抽象且理解困難，另一方面涉及的人體骨骼組織多，空間立體感較強(qiáng)，在我們臨床教學(xué)工作中具有一定難度[1]。傳統(tǒng)的臨床教學(xué)模式是以教師為主體，課堂中大多采用PPT 授課。學(xué)生們以聽(tīng)課為主，缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，并且對(duì)于問(wèn)題的分析能力欠缺，對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握也不牢固。以問(wèn)題為導(dǎo)向的PBL教學(xué)模式把學(xué)生作為教學(xué)活動(dòng)的主體，圍繞具體的病例鼓勵(lì)學(xué)生展開(kāi)討論學(xué)習(xí)，老師在其中更多地起到指導(dǎo)作用 [2]。這種教學(xué)模式側(cè)重加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，將臨床實(shí)際需求與課本內(nèi)容相結(jié)合，可以激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，提高臨床水平。但PBL教學(xué)法也存在不足，學(xué)生需要花費(fèi)大量的時(shí)間查閱文獻(xiàn)，自主學(xué)習(xí)課堂討論的內(nèi)容。而且，骨外科還是一門(mén)專(zhuān)業(yè)性很強(qiáng)的學(xué)科，臨床教學(xué)中如果沒(méi)有足夠的三維立體案例展示容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)抽象的概念缺乏深入理解，對(duì)于知識(shí)的掌握欠佳。

隨著人工智能及3D打印技術(shù)的進(jìn)步， CAD技術(shù)及RP 技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)為 CAD-RP 技術(shù)）越來(lái)越為人們所關(guān)注。通過(guò)CAD-RP 技術(shù)，醫(yī)學(xué)的解剖圖像可以做到體外再現(xiàn)，并且進(jìn)行“可視化”的模擬操作，帶動(dòng)了臨床教學(xué)工作快速發(fā)展。為更加生動(dòng)、形象地講解骨科知識(shí)，提高骨科教學(xué)質(zhì)量，本次骨科教學(xué)研究中采取CAD-RP 技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)方法，并對(duì)教學(xué)的效果進(jìn)行評(píng)估，希望能夠豐富骨科的臨床教學(xué)手段。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 選取 2022～2023 年度在南京醫(yī)科大學(xué)附屬泰州市人民醫(yī)院骨科實(shí)習(xí)的80名臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，其中46人為男生，34 人為女生；年齡范圍是20～24歲，平均（22.4±0.8）歲。按隨機(jī)數(shù)字表法分為觀察組（采用CAD-RP技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)法）與對(duì)照組（采用傳統(tǒng)的講授式PBL教學(xué)法），每組各 40人。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）完成骨科規(guī)定的教學(xué)時(shí)間；（2）保證參加所有授課及培訓(xùn)；（3）愿意參加此次研究，并完成問(wèn)卷調(diào)查。 排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）因故未能全程參與骨科學(xué)習(xí)或中途退出者；（2）因各種原因缺課，不能參加實(shí)訓(xùn)操作者；（3）拒絕參加研究者。

1.2 研究方法

1.2.1 教學(xué)內(nèi)容 參照南京醫(yī)科大學(xué)實(shí)習(xí)大綱中的要求制定好教學(xué)方案，選取骨科典型疾病，例如：膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎、股骨頭缺血性壞死、先天性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良等。選擇3～4個(gè)典型病例作為教學(xué)案例，其中內(nèi)容應(yīng)包括疾病發(fā)病因素、癥狀體征、檢驗(yàn)檢查、診斷治療及手術(shù)方案等。

1.2.2 教學(xué)方法 （1）對(duì)照組：老師提前準(zhǔn)備病例布置教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生自行查找文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)該疾病的相關(guān)知識(shí)，并前往患者床邊進(jìn)行病史問(wèn)詢(xún)、專(zhuān)科查體與影像資料的閱片。學(xué)生們組織開(kāi)展小組討論，對(duì)疾病進(jìn)行分析診斷，并做出診療計(jì)劃。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，老師可以啟發(fā)學(xué)生們?nèi)ゲ檎蚁嚓P(guān)書(shū)籍、文獻(xiàn)，指正診療過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤，解答同學(xué)們存在的疑惑，但不干預(yù)學(xué)生們的交流探討。（2）觀察組：教學(xué)過(guò)程與對(duì)照組基本一致，不同之處在于老師指導(dǎo)、解答后，會(huì)通過(guò)CAD技術(shù)演示骨骼系統(tǒng)的三維形態(tài)學(xué)特征，并借助制作好的3D打印模型，結(jié)合患者影像資料進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生可對(duì)模型進(jìn)行多角度的觀察并進(jìn)行相關(guān)操作（如圖1）。老師可在模型上演示常規(guī)手術(shù)操作，并講解過(guò)程，讓學(xué)生直觀感受模擬手術(shù)中的細(xì)節(jié)及重點(diǎn)。兩組學(xué)員均是接受本科室同一組高年資老師授課。

1.3 考核方法 在完成臨床學(xué)習(xí)后，會(huì)進(jìn)行一次出科考試。該考試主要由兩個(gè)部分組成：骨科學(xué)理論知識(shí)測(cè)試和臨床技能操作評(píng)估，每個(gè)部分滿(mǎn)分為100分。理論部分涵蓋骨科常見(jiàn)疾病的病理機(jī)制、診斷流程及治療策略等內(nèi)容。而臨床技能評(píng)估則側(cè)重于考察學(xué)生的病史采集、體格檢查以及基本手術(shù)技巧等方面的能力?？荚囍螅€將通過(guò)匿名問(wèn)卷的方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行教學(xué)滿(mǎn)意度調(diào)查，該調(diào)查旨在從提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)自我學(xué)習(xí)能力、促進(jìn)臨床思維能力提升和提高知識(shí)應(yīng)用水平這四個(gè)方面評(píng)估教學(xué)效果，每個(gè)維度各25分，總計(jì)100分。滿(mǎn)意度評(píng)估結(jié)果分為：滿(mǎn)意（80～100分）、一般（60～79分）和不滿(mǎn)意（低于60分）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用SPSS 26.0軟件對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。連續(xù)變量以（X±S）的形式表示，并利用成組t檢驗(yàn)進(jìn)行兩組間的比較；分類(lèi)變量則以百分比的形式表示，并采用卡方（ X2 ）檢驗(yàn)來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。Plt;0.05 時(shí)表明存在統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著差異。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 觀察組和對(duì)照組在年齡和性別上的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Pgt;0.05），因此具有可比性；此外，在實(shí)習(xí)開(kāi)始前，兩組學(xué)生的模擬考試成績(jī)也不存在顯著差異（Pgt;0.05）。詳情見(jiàn)表1。

2.2 出科考核成績(jī) 觀察組的兩項(xiàng)出科考核成績(jī)均高于對(duì)照組，差異明顯，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt; 0.05），見(jiàn)表 2。

2.3 教學(xué)滿(mǎn)意度評(píng)價(jià) 觀察組的教學(xué)滿(mǎn)意度明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Plt;0.05），見(jiàn)表3。

3 討論

骨外科是一個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)于臨床經(jīng)驗(yàn)不足的實(shí)習(xí)生來(lái)說(shuō)，僅僅通過(guò)書(shū)本知識(shí)和短時(shí)間的臨床教學(xué)很難掌握學(xué)習(xí)的要點(diǎn)。在過(guò)去的臨床實(shí)習(xí)帶教中我們以教師講解、學(xué)生聽(tīng)課為主，灌輸式教育較多，學(xué)生們發(fā)揮主觀能動(dòng)性機(jī)會(huì)不多，課堂效率不高。另外，實(shí)習(xí)同學(xué)缺乏臨床經(jīng)驗(yàn)，在處理真實(shí)臨床病例時(shí)很難根據(jù)實(shí)際病情展開(kāi)分析，也不能熟練實(shí)施有效臨床操作，查閱文獻(xiàn)資料也缺乏方向性。PBL教學(xué)法倡導(dǎo)以問(wèn)題為切入口，能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生們自主解決問(wèn)題的積極性，提升發(fā)現(xiàn)問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力，是目前比較受歡迎的教學(xué)方式之一。盡管PBL教學(xué)模式在過(guò)去對(duì)骨科臨床教育起到了一定作用，但隨著教學(xué)需求的變化，這種模式逐漸顯示出其局限性，已不足以全面解決當(dāng)前的問(wèn)題。骨科疾病涉及復(fù)雜的骨骼肌肉系統(tǒng)，其形態(tài)具有三維動(dòng)態(tài)特性，這要求學(xué)生必須具備較強(qiáng)的空間想象能力。如果學(xué)生無(wú)法在三維空間中理解和把握這些變化，那么他們對(duì)這類(lèi)疾病的認(rèn)識(shí)可能僅限于表面層次，難以深入理解其發(fā)病機(jī)理及其發(fā)展過(guò)程，進(jìn)而導(dǎo)致全面掌握這些疾病變得極為困難[3]。鑒于此，我們將PBL教學(xué)模式與CAD-RP技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)模擬教學(xué)中，有效激發(fā)了學(xué)生的主動(dòng)參與意識(shí)，并取得了顯著的教學(xué)成果。

CAD及人工智能技術(shù)的興起，使得信息科學(xué)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用迅速普及。通過(guò)CAD系統(tǒng)，醫(yī)學(xué)的解剖圖像可以做到體外再現(xiàn)，并且進(jìn)行“可視化”的模擬操作，節(jié)約了大量醫(yī)學(xué)教育資源，提高了臨床教學(xué)的效率，成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)教育發(fā)展的重要方向[4]。相比于常規(guī)的教學(xué)方法來(lái)說(shuō)，CAD-RP技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)法更具優(yōu)點(diǎn)。一方面，學(xué)員可以將研究對(duì)象的 CT 掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件進(jìn)行建模，重建出骨骼的三維模型進(jìn)行形態(tài)學(xué)測(cè)量，并且還能夠?qū)⑹中g(shù)方案在CAD系統(tǒng)中的模型上進(jìn)行模擬操作。另一方面，通過(guò)打印出骨骼組織的3D模型，可以將平面的影像資料立體化，具有非常強(qiáng)的可視性，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提升學(xué)習(xí)效率，為骨科專(zhuān)科能力的培養(yǎng)提供了更好的教學(xué)資源[5] 。這種教學(xué)方法進(jìn)一步解決了初學(xué)者通常面臨的解剖知識(shí)理解不足、手術(shù)實(shí)踐機(jī)會(huì)少等一系列問(wèn)題，增強(qiáng)了學(xué)生的直觀理解和動(dòng)手能力。學(xué)生使用3D打印骨骼模型模擬對(duì)患者進(jìn)行外科手術(shù)，也能夠在客觀上緩解高校人體標(biāo)本來(lái)源短缺的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，極大地節(jié)省了寶貴的教學(xué)資源。本研究中，將CAD-RP 技術(shù)結(jié)合PBL的教學(xué)模式應(yīng)用于骨科臨床教學(xué)，改變了以往僅僅依靠普通影像學(xué)資料的局限性，能夠給學(xué)生展現(xiàn)研究對(duì)象的三維形態(tài)學(xué)特征，并完成測(cè)量、模擬手術(shù)操作等任務(wù)。實(shí)習(xí)同學(xué)可以運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，在患者床邊收集病史，進(jìn)行體檢，增強(qiáng)溝通能力和疾病判斷能力。然后，結(jié)合CAD-RP技術(shù)，再現(xiàn)骨組織的三維形態(tài)，并對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行反饋、總結(jié)和討論。研究結(jié)果證實(shí)，該教學(xué)方法能顯著提高骨科實(shí)習(xí)生的滿(mǎn)意度，提高相關(guān)理論和技能操作考試成績(jī)，取得良好的教學(xué)效果。

CAD-RP 技術(shù)代表了比較前沿的科技水準(zhǔn)，但其在臨床教學(xué)中的應(yīng)用起步較晚，仍有不足之處：（1） 3D打印技術(shù)成本高，同時(shí)3D打印技術(shù)的安全性和監(jiān)管是另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題，因?yàn)楹苌儆醒芯吭u(píng)估這種技術(shù)和物理產(chǎn)品的潛在風(fēng)險(xiǎn)。（2）CAD-RP 技術(shù)構(gòu)建的骨骼立體模型雖然便于觀察學(xué)習(xí)，但是無(wú)法反映出真實(shí)人體組織的血管、神經(jīng)等結(jié)構(gòu)層次，對(duì)于臨床手術(shù)中經(jīng)常碰到的軟組織解剖結(jié)構(gòu)問(wèn)題無(wú)法體現(xiàn)，需要合理引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用該技術(shù)。（3） 3D打印實(shí)物模型的時(shí)間取決于打印模型的結(jié)構(gòu)大小及構(gòu)造組成。這可能會(huì)影響其在臨床實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中的及時(shí)性，延長(zhǎng)學(xué)生在骨科學(xué)習(xí)的周期，降低了培養(yǎng)效率[6]。

根據(jù)本研究成果，CAD-RP 技術(shù)聯(lián)合PBL教學(xué)方法在骨科的臨床教學(xué)中能夠發(fā)揮積極作用。此教學(xué)法有助于提高學(xué)生參與臨床教學(xué)的積極性，拓寬學(xué)習(xí)視野，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，取得了不錯(cuò)的效果。盡管目前CAD-RP 技術(shù)算不上最新，PBL教學(xué)模式也不算完美，但兩者結(jié)合的教學(xué)模式在骨科臨床教學(xué)領(lǐng)域仍將具有一席之地。作為臨床教育者，我們需要在掌握傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)新的臨床技術(shù)，適應(yīng)新形勢(shì)下臨床教學(xué)的要求。

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（責(zé)任編輯 楊荔晴）

Application of Computer Aided Design and Rapid Prototyping Combined with PBL Teaching Method in

Orthopedic Clinical Teaching

MEI Xiao-liang， FAN Lin， CHEN Yan， HUANG Ai-bing

（The Affiliated Taizhou People's Hospital of Nanjing Medical University， Taizhou Jiangsu 225300， China）

Abstract： Objective To explore the application effect and feasibility of CAD technology and RP technology combined with PBL teaching method in orthopedic clinical teaching. Methods A total of 80 clinical medicine students practicing in the Department of Orthopedics， Affiliated Taizhou People's Hospital of Nanjing Medical University in the academic year 2022～2023 were randomly divided into the observation group （40） and the control group （40）. The observation group adoptedthe combination of CAD-RP technology and PBL teaching method， while the control group adopted the traditional PBL teaching method. After the completion of the course， regular entrance examination and teaching satisfaction survey will be carried out." Results The observation group's theoretical exam scores （83.42±4.84） and skill exam scores （78.68±6.28） were significantly higher than the control group’s theoretical exam scores （78.62±5.12） and skill scores （72.42±7.46）， with statistical significance （t=4.31、4.06， Plt;0.05）. The satisfaction survey questionnaire results show that the observation group believes that the teaching methods adopted by the teachers in this group are more satisfactory than the control group in enhancing learning interest，enhancing self-learning ability，enhancing clinical thinking，and enhancing knowledge application ability，with statistical significance（Plt;0.05）.Conclusion The combination of CAD-RP technology and PBL teaching method can significantly improve the theoretical and practical abilities of interns， while also increasingtheir satisfaction with the clinical teacher’s teaching work.

Key words： computer aided design; rapid prototyping; Orthopedics; clinical teaching; PBL