三維重建打印技術(shù)在脊柱畸形疾病教學中的應(yīng)用

陸琳松，吳晶，王浩

1.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院脊柱二科,新疆烏魯木齊 830001；2.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院科研教育中心,新疆烏魯木齊830001

脊柱畸形是骨科及脊柱外科非常復雜的一種疾患，有諸多分型方式，比較常用的分型有特發(fā)性，先天性，神經(jīng)肌肉型，間質(zhì)性，創(chuàng)傷性等，一旦發(fā)展到一定程度只能通過手術(shù)才能解決，此類手術(shù)難度大、風險高[1-3]，一直是臨床學生學習最難的醫(yī)學區(qū)域。傳統(tǒng)的教學方式以課本上的圖例為主，十分抽象，而畸形的脊柱解剖結(jié)構(gòu)有諸多變異，且為三維立體的結(jié)構(gòu)畸形，學生如果想要徹底了解和學習脊柱畸形，必須需要擁有強大的空間想象能力和局部解剖知識。目前臨床上也有很多技術(shù)能幫助學生了解脊柱畸形，比如CT 的三維重建技術(shù)，能帶來近距離的感官變化，但是缺乏更為直觀的感受，3D 打印技術(shù)能打印出更為真切的模型，并且還原患者脊柱畸形的完整架構(gòu)[4]，學生參加脊柱畸形手術(shù)前，對患者3D 模型進行深刻學習，可以幫助學生對脊柱畸形有更清晰的認識，為臨床教學提供新的方法，更好地提高教學質(zhì)量。選取2021 年4—10 月該院本科五年級實習生38 名為研究對象，將3D 打印技術(shù)應(yīng)用于脊柱畸形臨床教學中，并與傳統(tǒng)教學方法進行比較，初步探究其教學效果，現(xiàn)報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取該院的38 名本科五年級實習生，根據(jù)隨機數(shù)表法，隨機分成觀察組和對照組，每組19 名。觀察組男10名，女9 名；年齡21～25 歲，平均（22.86±0.55）歲。對照組男11 名，女8 名；年齡21～25 歲，平均（23.16±0.61）歲。兩組研究對象一般資料比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），具有可比性。兩組臨床實習輪轉(zhuǎn)進度基本相同。

納入標準：已通過基礎(chǔ)及臨床階段各項考核進入臨床實習階段；相關(guān)專業(yè)課程平均成績≥80 分；在骨科實習時間≥3 個月。

排除標準：累積缺勤大約2 周的學生；不愿參加該次研究的學生；身體特殊原因會影響最后評分者。

1.2 方法

兩組學生的理論課程均由同一名骨科教授進行統(tǒng)一授課，兩組學生所處的教學空間與環(huán)境均相同。選取一名獲得專業(yè)骨科學主治醫(yī)師（碩士學位）對兩組學員進行臨床實習及帶教的工作。兩組實習生共同使用同一份典型脊柱畸形患者的資料。觀察組完成常規(guī)臨床教學的基礎(chǔ)后，對于脊柱畸形使用CT 平掃+三維重建后，利用Mimics 15.0 軟件建立3D 模型，3D 打印機用聚乳酸材料打印出1:1 的3D 全脊柱畸形模型。學員通過打印出的脊柱畸形模型來進一步理解畸形具體部位和相關(guān)分型，模擬手術(shù)方式；讓學員對脊柱畸形能有深刻的理解與認識。

對照組則采用傳統(tǒng)的教學方式，在試教室講述疾病的原理，帶領(lǐng)學員查體，并查看X 線片、CT 以及相關(guān)輔助檢查，術(shù)前常規(guī)討論等。

1.3 觀察指標

實習結(jié)束后，以出科考核的形式來對學員進行綜合測評考試。出科考核分別分為筆試、臨床技能考核兩個部分?？己藘?nèi)容按照全國高等院校規(guī)劃五年制教材《外科學》（第九版）考試大綱的要求制定，所有學生分別將由兩位骨科學副主任醫(yī)師進行考核。理論考試內(nèi)容包括考試大綱規(guī)定的脊柱畸形疾病的定義、診療方法、常見分型及病例分析等，滿分100 分；并且以脊柱畸形的理解程度和術(shù)前術(shù)后脊柱畸形分型一致性判斷作為實踐考核標準，均給予10 分作為滿分。臨床技能既是來考核學生體格檢查、換藥或拆線、簡單清創(chuàng)縫合的基本功也是術(shù)前對脊柱畸形的理解程度、術(shù)前的手術(shù)設(shè)計等方面的能力提升，滿分100 分。

1.4 統(tǒng)計方法

采用SPSS 16.0 統(tǒng)計學軟件進行數(shù)據(jù)處理，符合正態(tài)分布的計量資料以（）表示，組間差異比較采用t 檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

觀察組脊柱畸形的理解程度(8.51±0.49)分，高于對照組（P＜0.05）；觀察組術(shù)前術(shù)后脊柱畸形分型一致性判斷（8.45±0.51）分，高于對照組（P＜0.05）；觀察組的操作能力成績（88.51±4.35）分，高于對照組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；兩組理論考試成績比較，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05)。見表1。

表1 兩組學生出科考試比較[（），分]

表1 兩組學生出科考試比較[（），分]

3 討論

在臨床教學過程中，骨科教學是非常重要的組成部分，在骨科教學中脊柱畸形是難點也是重點；由于脊柱局部解剖構(gòu)造異常復雜，毗鄰有重要的脊髓和神經(jīng)，局部構(gòu)造抽象，學生不易理解；并且脊柱畸形原因復雜，需要基因?qū)W、局部解剖學、生物力學等學科知識，學生掌握困難，并且需要一定的三維空間結(jié)構(gòu)想象力才能很好地理解[5]。而且脊柱畸形的原因很多，有老年退行性改變引起的脊柱畸形、脊柱結(jié)核后凸畸形、脊柱腫瘤并發(fā)畸形、強直性脊柱炎后天畸形、先天性脊柱發(fā)育異常、神經(jīng)肌肉型等；每種不同原因的脊柱畸形，又存在不同的臨床分型，分型的意義在于更好地理解此病及相應(yīng)的治療[6]。

3D 打印實現(xiàn)虛擬的數(shù)字技術(shù)與現(xiàn)實模型完美結(jié)合，已經(jīng)在骨科臨床得到廣泛學習與應(yīng)用，也逐步改變著醫(yī)療模式[7-9]。該科已經(jīng)對諸多脊柱畸形患者，通過運用3D 打印技術(shù)復制畸形原樣，術(shù)前細致分型、詳細溝通患者及家屬、術(shù)前定制設(shè)計方案、模擬手術(shù)過程及相關(guān)操作、術(shù)中置釘導板方便置釘、術(shù)后預期結(jié)果等做了大量工作，此次運用3D 打印用于臨床脊柱畸形教學工作，研究其對教學質(zhì)量的影響。對于脊柱畸形來講傳統(tǒng)教學方式相對抽象，運用3D 打印技術(shù)打印的實體模型則能夠體外再現(xiàn)脊柱的三維形態(tài)及特定的斷層結(jié)構(gòu)，與X 射線片、CT、MRI 等傳統(tǒng)醫(yī)學影像學資料相比，可以提供更加詳細、直觀、立體、現(xiàn)實的三維圖像信息，可以將原本難以理解但具有復雜解剖特點的脊柱畸形疾病[10-11]，形象直觀立體地呈現(xiàn)于學生面前，使學生對脊柱的立體結(jié)構(gòu)、病理、疾病分型及治療方法的理解更加容易[12]。

該研究發(fā)現(xiàn)在脊柱脊畸形的臨床教學中運用3D打印模型進行教學，學生能近距離的觀察畸形本身，研究畸形構(gòu)造，建立手術(shù)方案，預測術(shù)后效果，手術(shù)參與感明顯增強，激發(fā)了學生的積極性，學習效率得到很大提升，在病例討論環(huán)節(jié)，團隊的合作意識得到加強，與教師的主動互動明顯增加。通過3D 模型配合教學，學生直觀地了解各種畸形構(gòu)造，理論知識能更好的運用于實踐操作，臨床思維能力得到極大拓展，對脊柱側(cè)彎知識明顯提升興趣，更好地掌握診斷及治療原則，通過統(tǒng)計學分析發(fā)現(xiàn)觀察組教學的學生脊柱畸形理解程度高于對照組，分型術(shù)前術(shù)后一致性和操作能力均優(yōu)于對照組（P＜0.05）。

綜上所述，脊柱畸形臨床教學中配合3D 打印技術(shù)，增加學生興趣，帶動理論知識深入學習，實踐能動性加強，豐富課堂互動，能增進教學效果。