3D打印教具結合微視頻技術在犬盲腸切除術教學中的應用探討

李 甲，徐衛東，張 新，劉 佳，袁良喜，周維正，水锨崎，趙志青

（第二軍醫大學附屬長海醫院，上海 200433）

3D打印教具結合微視頻技術在犬盲腸切除術教學中的應用探討

李 甲，徐衛東*，張 新，劉 佳，袁良喜，周維正，水锨崎，趙志青

（第二軍醫大學附屬長海醫院，上海 200433）

犬盲腸切除術是動物外科的一節操作課，用以模擬人體闌尾切除術。通過對該節課教學中存在的問題進行分析，提出采用3D打印教具結合微視頻技術進行教學，以提高動物外科教學效果。

動物外科；3D打?。晃⒁曨l；犬盲腸切除術

動物外科是引導醫學院校本科學員從學習基礎理論過渡到臨床操作的重要橋梁課程，在本科生教學工作中占有重要的地位。動物外科注重臨床操作能力培養，同時對學員的解剖基礎知識有一定要求。隨著教學理念和教學手段的不斷發展，3D打印與微視頻廣泛應用于教學活動中，但在動物外科領域應用較少。犬盲腸切除術是動物外科操作的重要內容，其教學目的是模擬人體闌尾切除術?，F對犬盲腸切除術教學中存在的問題進行分析，對新教學手段的應用提出建議。

1 動物外科犬盲腸切除術教學現狀

動物外科是臨床醫學專業學員在入臨床見習前重要的技能操作課，對于培養學員學習熱情，提高外科動手能力，具有重要的作用和意義。通過該課程的學習，學員應熟悉外科基本知識，掌握基本外科技能。該課程采用實驗犬模擬人體進行手術，包括打結縫合、無菌術、術前準備、靜脈切開術、清創術、腹壁切開術、盲腸切除術和小腸部分切除吻合術等內容。

由于授課對象為本科三年級學員，沒有相關臨床知識，而傳統的授課方式為幻燈片+書本理論+手術錄像，對于相對復雜的手術，如盲腸切除術，學員在掌握局部解剖關系和手術原理時存在一定的困難。由于犬沒有闌尾，采用犬盲腸切除術模擬人體闌尾切除術，但幻燈片內容是人類闌尾的解剖結構，因此，盲腸和闌尾在解剖結構上的差異，是目前該章節教學中存在的問題。我校供學員課后練習盲腸切除術的教具為小紗布包，內置少量棉花，學員用止血鉗夾持紗布包口，模擬盲腸殘端，在荷包縫合之后，進行殘端包埋。紗布包在一定程度上解決了動物外科教具缺乏的問題，使學員能在課下進行基本外科技能訓練，但同時也存在過于抽象的問題，導致學員無法掌握局部解剖層次。手術錄像在一定程度上解決了教具和真實結構脫節的問題，但實際手術操作因局部出血、解剖遮擋等因素，達不到為初學者清晰呈現局部結構的效果。

筆者在帶教中發現幾個問題：（1）學員對于犬盲腸局部三維解剖結構沒有空間認識，在尋找盲腸方面缺乏信心；（2）由于課下訓練時使用的是紗布包，部分學員在理解漿肌層包埋深度和荷包半徑大小上存在誤區，表現為實際操作時無法對漿肌層縫合的深度做出正確判斷，過深過淺的情況均有發生，對于荷包則經常會出現半徑過小無法包埋殘端的情況。

2 3D打印教具的制作

2.1 3D打印教具在醫學領域的發展

隨著教學手段和教學理念的發展，3D打印技術日益受到重視。3D打印技術又稱快速成型技術，是基于富比尼定理，應用粉末狀或液態塑料或金屬等可黏合材料，通過逐層打印方式來構造實物的技術[1]。其發明的最初目的是應用于工業增材制造。近年來，轉化醫學的發展加速了3D打印技術在醫學領域的應用，包括骨科[2]、神經外科[3]、心臟外科[4]、血管外科[5]等。

3D打印機與普通打印機工作原理基本相同，只是打印材料有所不同。3D打印機內裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，打印機與電腦連接后，通過電腦控制可以把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。在生物醫學領域，3D打印主要是以C T、M R I掃描獲得的數據或計算機技術輔助設計的數字模型文件為基礎，運用各種可黏合材料，通過逐層打印方式來構造物體的技術[6]。M c M enamin等[7]在解剖學教學過程中，通過高精度C T掃描進行數據采集，利用軟件進行數據分析，用3D打印機復制出人類手掌模型，其血管、神經清晰可見，能夠精確、快速地再現標本原型，其必將在解剖學、胚胎學及病理學等課程教學中得到廣泛應用。

2.2 犬盲腸局部解剖教具的制作

基于3D打印技術在解剖學中的應用，我們采用3D打印技術制作犬盲腸切除術的教具，探索其在動物外科教學中的應用。對實驗犬采用3%戊巴比妥腹腔注射麻醉后，獲取其腹部薄層C T和磁共振掃描數據，經過區域剪切與濾波兩種方法進行圖像的二維預處理后，采用切片插值、圖像分割和切片重組等方法進行圖像三維預處理，然后采用移動立方體法建立三維模型。三維模型制作成功后，3D打印制作實體模型，基于材料累加概念和疊層制造方法，在計算機控制下，根據物體的CAD模型或C T、M R I等數據，制造出1∶1大小的高度仿真犬盲腸局部解剖模型。

3 微視頻技術在醫學教學中的應用

采用3D打印技術制作的犬盲腸切除術教具，解決了解剖標本不足的問題，為學員直觀展現了犬盲腸局部解剖結構，但由于3D打印教具成本高，且打印出的教具無法承受反復縫合，僅能滿足教員在課上講解和學員觀摩。微視頻技術是另一種新的教學手段，對豐富現有教學模式，促進教學改革，推動學生靈活地自主學習，奠定了良好基礎。微視頻課程是以教學視頻為主要授課模式，圍繞具體知識點進行的教學過程及相關資源的有機整合[8]，是一種將傳統課堂教學與互聯網相結合的教學模式，其短小精悍，學員可以隨時隨地通過網絡或各種移動設備選擇性地進行學習。

楊雅驪等[9]利用微視頻技術開發出皮膚性病學微視頻資源庫，為皮膚性病學微課程建設奠定了堅實基礎。王巧玲等[10]在斷層解剖實驗課上使用微視頻技術，將原本枯燥且瑣碎的知識形象化、立體化，使教學事半功倍，發揮了現代教學方法以及手段的作用，提高了實驗教學效果，培養了學生學習能力。微視頻中合理的知識布局有利于放大學習效果，提高教學質量。

4 3D打印結合微視頻技術在動物外科教學中應用的優勢

可通過采用微視頻技術解決3D打印教具成本較高的問題。教員在犬盲腸局部3D打印教具上模擬進行盲腸切除手術，采用微視頻技術錄制手術過程。由于該教具能夠清晰地顯示解剖結構和層次，沒有血液與軟組織的遮擋，因此對于手術的呈現更為直觀。尤其對腸壁漿肌層的顯示更為直觀，學員可通過觀摩腸壁斷層，對漿肌層包埋深度有更為直觀的認識。在后期處理視頻時，對關鍵解剖結構進行注釋和講解，進一步提高教學效果。

另外，通過觀看3D打印教具的手術視頻，學員課后用紗布包進行模擬練習時，可在頭腦中建立犬盲腸局部解剖概念，加深對該手術的理解，使后期在活體犬身上進行手術有了技術保證，減少對活體犬不必要的傷害，提高實驗犬術后成活率。

5 展望

3D打印結合微視頻技術可以直觀顯示手術操作要點和局部解剖層次，培養學員外科手術理念，提高學習興趣。微視頻技術的應用，解決了3D打印教具成本高和一次性使用的問題。學員課后的模擬訓練仍在紗布包上進行，這對培養手感仍不利。隨著3D打印技術的成熟和3D打印教具成本的降低，將這類教學模具直接應用于動物外科操作，已成為動物外科教學發展方向。

[1]Lipson H．New world of 3-D printing offers“completely new ways of thinking”：Q&A with author，engineer，and 3-D printing expert Hod Lipson[J]．IEEE Pulse，2013，4（6）：12-14．

[2]谷守欣，李克．3D打印技術在骨骼病變的應用進展[J]．中國醫學計算機成像雜志，2015（21）：387-393．

[3]Wurm G，Tomancok B，Pogady P，et al．Cerebrovascular stereolithographic biomodeling for aneurysm surgery．Technical note[J]．JNeurosurg，2004，100（1）：139-145．

[4]Valverde I，Gomez G，Gonzalez A，et al．Three-dimensional patient-specific cardiac model for surgical planning in Nikaidoh procedure[J]．Cardiol Young，2015，25（4）：698-704．

[5]You JH，Kang SG，Kim B M．A novel measurement technique for the design of fenestrated stent grafts：Comparison with three-dimensional aorta models[J]．Exp Clin Cardiol，2013，18（1）：48-52．

[6]Derby B．Printing and prototyping of tissues and scaffolds[J]．Science，2012（16）：921-926．

[7]McMenamin P G，Quayle M R，McHenry C R，et al．The production of anatomical teaching resources using three-dimensional（3D） printing technology[J]．Anat Sci Educ，2014，7（6）：479-486．

[8]胡鐵生．“微課”：區域教育信息資源發展的新趨勢[J]．電化教育研究，2011（10）：61-65．

[9]楊雅驪，冷峰，朱元杰，等．微視頻在皮膚性病微課程教學中的設計與開發[J]．中國中醫藥現代遠程教育，2015，13（15）：154-155．

[10]王巧玲，張萍，齊金萍，等．微視頻教學資源在“斷層解剖學”實踐課中的應用研究[J]．教育教學論壇，2016（39）：203-204．

（?通訊作者：徐衛東）

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1671-1246（2017）19-0048-03