3D打印技術在骨科臨床本科教學中的應用*

楊大志 黃 坤 龍域豐 易偉宏

1 廣東醫科大學附屬南山醫院骨科，廣東省深圳市 518052； 2 深圳大學第六附屬醫院骨科

肌肉骨骼系統疾病是骨科的主要診治對象，肌肉骨骼系統伴有復雜的三維解剖結構，現在骨科臨床教學中多應用骨骼模型或者標本，但標本和教學模型多為單一病種或者正常結構模型。由于各種骨科疾病的解剖和損傷機制不同，正常結構標本或者模型很難揭示每個患者的病例特點[1]。如何在骨科臨床本科教學中更好的體現每個臨床病例的特點、術前規劃手術方案、術中手術方式選擇等，是每個臨床指導老師面對的問題。近年來，3D打印技術在臨床醫療、教學中逐步應用，使得臨床教學發生了變化[2]。為了提高骨科臨床本科教學效果，針對解剖結構復雜的疾病采用傳統教學方式，讓學生充分理解與掌握的病例，依據患者影像學資料應用3D打印技術設計并完成了個性化的教學模型，并將其應用于骨科本科教學培訓中，顯著提高了教學效果，現介紹如下。

1 資料和方法

1.1 一般資料 選擇臨床本科四年級實習學生60名，女生32名，男生28名，隨機分為對照組和實驗組(每組30名)。兩組學生的各項基線資料，包括年齡、性別、入校成績及入校后各科成績等，差異無統計學意義(P>0.05)。兩組學生均由同一教師授課，教學病例和授課時間相同。

1.2 方法 對照組采用理論授課+傳統臨床病例討論方式教學，在教學過程中主要通過Powerpoint展示臨床病例的人體外觀、影像學等特點。實驗組采用理論授課+3D打印模型病例討論方式教學，在教學過程中根據臨床病例影像學特點制備3D打印模型，模型可在學生間傳閱及觀察。具體內容如下：教學病例需體現專業的基本理論、基本知識和基本技能，并且病例設計具有一定的互動性、知識性和復雜性，學生通過討論和腦力震蕩逐步學習專業知識，達到預期教學效果。結合廣東醫科大學臨床醫學教學大綱，調取本院骨科病區數據庫資料，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。利用醫院PACS 系統平臺提取患者影像學資料，并將CT等影像資料輸入交互式醫學影像控制系統(Materiaise’s interactive medical image control system,MIMICS)進行三維圖像重建，并且基于材料累加概念和疊層制造方法應用3D 打印機打印成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，并在病歷匯報的過程中組織學生分組討論，例如：患者診斷、治療方案等問題，引導學生自主思考分析問題。

1.3 教學效果評價 兩組學生在教學結束后，通過客觀考試和主觀評價考核評價教學效果?？陀^考試包括理論考試和標準化病人考核(100分)，包括疾病定義、發病機制、疾病分類、診斷、鑒別診斷及治療等理論知識和典型病例分析能力，兩組學生采用相同的考核標準，當場考試及評分。主觀評價部分通過問卷調查教學效果，主要包括學習能力、學習興趣、理解能力、實踐操作能力、教學滿意度，每項10分。

2 結果

2.1 客觀考試成績比較分析 實驗組學生的理論考核成績和標準化病人考核成績均高于對照組，組間對比差異有統計學(P<0.05)。見表1。

注：A影像學重建三維模型；B脊柱畸形術前3D打印模型；C脊柱畸形手術規劃3D打印模型側面觀；D脊柱畸形手術規劃3D打印模型后面觀。

表1 兩組學生考核成績比較

2.2 主觀評價比較分析 實驗組學生在學習能力、學習興趣、理解能力、實踐操作能力、教學滿意度等方面評分優于對照組，組間比較有統計學意義(P<0.01)。見表2。

表2 兩組學生主觀評價比較

3 討論

骨科臨床本科教學中需要學生理解病變部位骨骼三維結構的變化，因此在骨科理論講解、Powerpoint展示、教學查房等教學過程中需要完整展示病變部位骨骼及周圍組織變化，現在一般采用影像學資料主要包括: 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制[4]。3D數字打印技術可以完整展示骨科病變部位骨骼三維結構，將二維的影像學資料和三維的3D打印模型結合起來[5]。在此基礎上講授骨科臨床理論和操作，直觀性和操作性明顯增強[6]。在骨科教學實踐中，在教學過程中加入3D模型可以更好的讓學生理解相關知識，在研究中實驗組學生的理論成績比對照組高12.9%，差異有統計學意義(P<0.05)。

骨科手術教學現常規采用手術視頻教學、臨床帶教操作等方式[7]，但現在本科生觀看手術視頻、手術操作機會較少。3D模型可實現術前手術規劃和虛擬手術操作，發現手術設計中的缺陷，及時修改手術方案，選擇最佳的手術路徑和植入物，可術前將植入物精確塑形[8]。通過3D模型可以讓學生參與模擬手術操作，結合3D模型操作學生可以更加直觀和深刻理解骨科疾病的特點、手術方式選擇、術中注意事項，明顯提高臨床本科生的學習興趣及課堂互動性[9]。因此在教學實踐中發現，學生的學習能力、學習興趣、理解能力、實踐操作能力、教學滿意度等方面均得到提升，對比常規教學組差異有統計學意義(P<0.01)。3D打印技術在骨科教學中的應用，有助于學生理解骨科疾病的定義、分型分類及治療原則，通過3D打印模型手術操作可有助于理解手術過程，在此基礎上再讓學生觀摩真實的手術過程，這是一種理論結合實踐的方法，可提高學生的理論理解能力和主觀能動性。

通過3D打印技術在本科教學中展示骨骼疾病的變化，可提高本科學生對骨科疾病的認知程度，顯著提升骨科臨床本科教學效果，3D打印技術在教學領域中還只是處于起步探索階段，隨著計算機仿真和虛擬現實技術的不斷完善與發展，其在醫學教育領域的應用將會更加全面和廣泛[10]。