3D打印在復雜肱骨近端骨折教學中的應用①

貝朝涌，陳俊毅，王 燁，彭艷紅，王 寧，伍志海

(桂林醫學院附屬醫院四肢創傷手外科，廣西 桂林 541001)

3D打印最初被稱為“快速原型制作”。所使用的方法是增材制造或分層制造，其中材料各層以預定的方式沉積在彼此的頂部，并熔融形成最終產品。3D打印將3種關鍵類型的快速原型技術應用于生物醫學：熔融沉積，激光和打印[1-3]。3D打印技術的出現使數字化設計和仿真能夠從虛擬階段走向現實階段，3D數字圖像已轉變成3D實物對象。近年來，3D打印模型的應用已在醫學領域中逐漸發展[4-6]。肱骨近端骨折是上肢的常見骨折，尤其是neer 3或4的部分具有明顯移位的骨折[7-8]，隨著外科技術的發展和新植入物的出現，此兩類肱骨近端骨折需要手術治療。本文以復雜肱骨近端骨折為例，探討3D打印技術在骨科規范化培訓中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 觀察對象

35位骨科規范化培訓醫師隨機分為對照組A和觀察組B兩組，A組17名，B組18名。兩組性別、年齡、學歷與資歷等均衡可比。

1.2 3D打印模型制備

獲取復雜肱骨近端骨折neer 3型或4型病例CT影像學數據，使用醫療3D處理軟件(Mimics 18.0)建模，然后采用3D打印機打印出1∶1的復雜肱骨近端骨折模型。

1.3 教學方法

傳統教學法采用臨床帶教結合PPT與影像學教學片進行教學。新教學法配備1∶1的復雜肱骨近端骨折3D打印模型，結合PPT與影像學教學片進行互動式教學。

A組采用傳統方法教學：①制定臨床教學計劃，課前要求學生對肱骨近端骨折的相關知識進行預習；②以復雜肱骨近端骨折為例進行教學，內容包括解剖、neer分型、影像學、治療方法等，針對相關內容安排學生討論，回答相關問題，作出診斷和治療方案；③副主任級別以上醫師結合PPT講解肱骨近端骨折的特征、影像學特點和治療方法。B組采用3D 打印模型結合傳統外科教學：傳統教學基礎上，結合3D模型講解肱骨近端骨折影像學特征，利用模型講解骨折分型和治療的操作細節，以及利用3D打印模型進行手術預演。

1.4 觀察指標

①考核成績：授課后對兩組學生進行考核，理論部分包括CT二維圖像、疾病的診斷、分類和治療等知識；技能部分主要包括手術方式的選擇與運用技巧。②學生的教學效果評估：包括學習能力、理解能力、學習興趣、課程參與度及滿意度，每項10分。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 考核成績

與傳統外科教學方法比較，3D打印教學明顯提高骨科規范化培訓醫師的理論和技能考核成績，差異有統計學意義(P<0.05)，見表1。

表1 兩組考核成績比較分)

2.2 學生自我評價

與傳統教學法比較，3D打印教學組的學習能力、理解能力、學習興趣、課程參與度等自我評價得分明顯提高(P<0.05)，見表2。

表2 兩組自我評價得分比較分)

3 討論

骨科學是一門涉及面廣、綜合性強的學科，骨科臨床教學一直是醫學教學的難點。隨著臨床教學方法的發展和創新，多種教學方法都應用于臨床教學，傳統的骨科學教學主要是教師以課本為基礎，結合插圖、影像學資料，如X線、CT、MRI等，以及實體骨骼標本和模型來講解，但資源有限，教學模型結構單一，面對復雜、多變的解剖結構、部位及損傷的病例，很難滿足教學的需求[9-10]。

3D打印技術是一種跨多學科技術，包括計算機技術、數字控制技術和材料技術等。3D打印主要有3個方面：首先，利用計算機設計建模軟件，然后利用建模軟件制作、構建3D模型；將3D模型逐層切成薄片；最后，逐層打印模型的薄片成模[11]。3D打印的創新、發展迅速，且在多學科中廣泛使用，骨科的應用目前主要在術前計劃、術中指導、手術模擬導航。3D打印骨折模型可以提高外科醫師術前診斷和優化手術計劃，提高團隊協作能力，減少和預防發生醫源性并發癥[12-13]。近年來，3D打印模型在術前模擬起著越來越重要的作用，外科醫師可以根據骨折模型術前預先復位，選擇合適尺寸和類型的植入物模擬手術。另外，可將3D打印模型進行消毒，置于手術臺，按照繪制的仿真軌跡進行即時手術[14-15]。這為外科醫師制定個體手術計劃提供了重要、真實和可靠的依據，從而顯著提高手術的安全性和有效性。隨著數字骨科的發展，3D打印應用于臨床教學也越來越廣泛[11，16]。

具有復雜空間結構的肱骨近端骨折對于骨科規范化培訓年輕醫師而言，僅憑二維X射線照片難以全面分析和確定骨折的個體特點，此外，僅根據CT骨折二維或三維圖片，也很難全面確定肱骨近端粉碎性骨折的嚴重性。由于骨科規范化培訓醫師目前掌握的醫學知識水平限制，以及未能夠充分認識到骨折的復雜性和手術風險，這將導致他們常常誤診或漏診，甚至對骨折并發癥認識不足。3D打印模型教學的應用與實施，參加培訓醫師的專業理論知識、CT閱片、治療方法的選擇和實踐操作的得分均高于傳統教學組；參加培訓醫師的學習能力、理解能力、學習興趣、課程參與度及滿意度的自我評價均高于傳統教學組。

如何在更短的時間內培養出優秀的骨科醫師，是每個教學醫院的臨床指導教師都需要認真思考的問題。骨科規范化培訓醫師對影像學、解剖學及骨外科相關知識都有較高的要求，但存在培訓時間有限、動手操作機會較少等問題[16-17]。對于復雜肱骨近端骨折，除了需要掌握肱骨近端的解剖特點外，也需要了解肩關節手術相關并發癥。本文研究發現，與傳統教學模式比較，3D打印模型教學有如下優勢：①骨科規范化培訓醫師可以參與從理論到3D實物構建的全過程；②通過3D打印模型講解重點的解剖結構、骨折類型和治療方法，有助于提高骨科規范化培訓醫師的相關理論知識；③依據3D打印模型進行手術模擬操作，有助于提高骨科規范化培訓醫師的實踐操作能力和水平。

綜上所述，3D打印教學是良好的教學方式，能夠讓骨科規范化培訓醫師得到全面、系統相關知識，利用3D技術高仿真、高還原人體器官的特性，結合三維信息技術構建解剖模型，促進相關解剖學的理論和實踐教學[18-19]。3D打印教學使骨科規范化培訓醫師深刻體會手術方式及內固定原理，極大地提高了他們的學習興趣及課堂互動能力，從而更好地完成教學目標[20]。