3D 打印技術在人體解剖學實驗教學中的應用探討

周賢熙 宋述財 周麗亭

1.廣州中醫藥大學基礎醫學院實驗教學中心，廣東廣州 510006；2.廣州中醫藥大學基礎醫學院中醫養生與預防醫學系，廣東廣州 510006；3.湛江市第一中醫醫院，廣東湛江 524000

人體解剖學是一門研究人體形態、位置和結構的基礎學科，是醫學教育的基礎。與其他學科相比，人體解剖學的學習需要良好的三維構建能力，熟悉不同結構的立體關系，具有高度臨床相關性。扎實掌握人體解剖學知識將為學生后續的醫學課程學習奠定基礎。

在科學技術快速發展的時代，科技的進步無時無刻不在影響著高等教育領域，推動教學改革。醫學教育開始于農業革命的經驗醫學，發展至工業革命的科學醫學，醫學教育每一時期的發展都帶著科技的烙印。由于醫學教育較長的投入產出周期和公益屬性，科技在教學領域的應用相對滯后，將先進的科學技術融入到醫學教育中，為醫學教育提供技術支持，是滿足新醫科醫學教育體系下人才培養的重要手段。

隨著技術的進步，人體解剖學的教學方式發生較大變化，如翻轉課堂、PBL（problem-based learning method）教學法、混合式教學法、OBE（outcomesbased education）教學法，這些教學方式利用新興的科學技術輔助人體解剖學實驗教學，取得很好的教學效果。3D 打印技術是以數字模型為基礎，通過構建三維數字模型，并制造產品的新興制造技術，是第3 次工業革命的關鍵技術之一。3D 打印技術具有滿足產品復雜性要求、產品生命周期可持續、個性化等優勢，具有極其廣闊的應用前景，醫學教育領域則被認為是3D 打印技術推廣應用的重要領域。然而，3D 打印技術在人體解剖學實驗教學領域的應用研究卻鮮有文獻報道。因此，本文通過探索3D 打印技術在人體解剖學實驗教學的教學路徑，以期為人體解剖學實驗教學的教學改革提供參考。

1 人體解剖學實驗教學的現狀

人體解剖學的教學方式包括課堂教授、大體標本解剖、實物標本辨識及圖譜學習等。以尸體觀察和解剖為基礎的教學模式代表人體解剖學的一個里程碑，且作為主要的教學方式存在數百年。自17 世紀以來，尸體解剖一直是人體解剖學的“黃金標準”。然而，人體標本涉及倫理、法律、保存等眾多潛在風險。①人體標本主要依賴于遺體捐獻。受傳統觀念和宗教信仰的影響及捐獻途徑的限制，遺體捐獻的數量無法滿足教學需求。②尸體的獲取到完成教學標本的制作周期長，成本高，技術要求高，這是限制人體解剖學教學開展的另一重要因素。③隨著教學的開展，教學標本的精細結構往往被損壞卻無法及時得到補充，這進一步加劇教學標本的緊缺。

基于此，醫學院校有意識地減少人體解剖學的教學時長，學生參與到尸體解剖和標本觀察的時間逐漸減少，國外部分醫學院校甚至直接取消人體解剖學實驗教學課程，這不利于醫學教育的發展，影響醫學人才的培養。因此，如何利用包括3D 打印技術在內的新興技術解決現有的教學問題，創新教學模式，提高人才培養質量，成為人體解剖學實驗教學的重要研究方向。

2 3D 打印教具在人體解剖學實驗教學中的優勢

教具是3D 打印技術在人體解剖學實驗教學中最為廣泛的應用，具有精度高、成型速度快、可縮放的特點，其可快速復制標本，并根據教學需要及時進行調整，“按需制造”教具，也能縮短師生暴露于甲醛等有毒氣體的時間，維護師生的身體健康。教具的制作需要強大的數據庫支持，3D 打印技術搭建的人體資源數據庫可將數據庫標本模型制作成教具，線上資源也方便學生訪問，有效擺脫實驗室的桎梏，突破優質資源分配不均的限制，這既解決了標本陳舊和標本不易保存的問題，也能解決優質標本難以獲得的局限，提高學生的標本擁有量，豐富學習體驗，實現課堂教學到課后學習的延伸。

普通教具的制作不僅需要數據庫的支持，而且需要一定的工廠規模和生產線，還面臨交貨周期長、行業市場小等諸多風險，這導致了人體解剖學實驗教學教具種類少，形式單一，且制作粗糙，缺乏個性化的標本。3D 打印技術根據人體資源數據庫，可精準復制組織的三維結構和位置毗鄰關系，且產品質量更好，因此，3D 打印技術能夠提供比普通教具更具個性化、更有競爭力的教學模型。例如，3D打印技術可等比例放大諸如淚器、聽小骨、砧骨、錘骨及腎小球等特殊結構，呈現實際標本觀察不到的微細結構，且可根據教學需要和反饋及時調整，使得解剖學知識變得更為直觀立體，促進學生與教學內容互動，提高學生自主學習能力。3D 打印技術也可通過顏色渲染技術對教具進行視覺性標記，有助于教師吸引學生的注意力，促進“深度學習”。

與傳統的尸體標本和模型相比，3D 打印教具不僅可讓學生全方位、多視角地觀察人體結構的特點，而且材質結實，不易受損，無毒無氣味，更易被學生所接受。3D 打印技術可涵蓋更大范圍的解剖結構，允許教育者不受限制地復制出人體標本，提高學生平均擁有的人體標本數量。通過3D 打印數據庫與生理學、病理學等學科的整合，也能夠使人體結構具有動態性，還原人體的生理活動，彌補現有人體解剖學實驗教學不具有動態性的缺陷。數字化管理和3D 建模改變了學生接觸標本的方式，方便學生從多個角度認識人體結構，有助于學生直觀的學習，減緩標本損壞。此外，由于宗教信仰、文化背景、個人經歷等因素的影響，部分學生在面對人體標本時可能存在不舒服的情感體驗或心理壓力，3D 打印教具能夠有效降低學生在觀察實體標本時的不良反應，提高學習效率。

3 3D打印技術在人體解剖學實驗教學中的不足

科技的發展改變了教育場景和教學模式，這要求教師及時將新興技術融合到教學設計中，而非一成不變地固守傳統的教學模式開展教學活動。3D 打印技術具有復制成型、“按需制造”的優勢，使其在產品需求量較小的形態與結構設計市場中占據優勢，并迅速擴張。雖然人體解剖學作為亟需大量形態與結構設計的醫學課程，但3D 打印技術在其教學中的應用亦存在諸多障礙。①對臨床專業的學生而言，尸體解剖是學習的基礎，解剖過程中尸體的觸感、手感對學生后續的臨床極其關鍵，然而，3D 打印教具無法為臨床學習提供真實的感覺，這也成為限制3D 打印技術在人體解剖學實驗教學應用的主要因素。3D 打印技術無法完全代替尸體解剖。②3D打印材料種類少，加上人體解剖學實驗教學環境特殊，適用的打印材料種類更少，這成為限制3D 打印技術在人體解剖學實驗教學中運用的另一原因。③技術推廣尚未成熟。我國3D 打印行業的發展尚屬起步階段，從業人員存在巨大缺口，技術尚未普及，3D 打印從業人員缺乏專業的醫學知識，無法辨識醫學結構的正確與否，這進一步限制了3D 打印技術在人體解剖學實驗教學中的應用。④3D 打印技術在解剖學教育領域的應用尚屬起步階段，教學人員認識不足，認可度低，在教學過程中占比低，三維結構模型的素材庫不足，數據庫的建設緩慢。⑤鑒于人體解剖結構的復雜性和獨特性，過度依賴數據可能會對研究和處理人體的微小差異產生錯誤的理解。3D打印教具不具備與標本完全相同的物理特性，在觸感、顏色和紋理上存在較大差異，無法完全復刻真實標本。以軟組織為例，軟組織指人體的皮膚、皮下組織、肌肉、肌腱、韌帶、神經、血管等結構，觸感較為松軟，顏色各異，而3D 打印教具觸感較為堅硬，顏色相對單一，無法真實反映軟組織的實際狀態，在展現軟組織上存在一定不足。⑥尸體標本不僅幫助醫學生學習醫學知識，而且促進團隊合作和自我反省，3D 打印技術是否具備相似的教育功能需要進一步研究。

4 展望

由于人體解剖學知識多且抽象，位置毗鄰關系復雜，對學生的抽象思維和整體思維均有較高的要求。因此，人體解剖學既是學習重點，也是學習難點，人體解剖學學習過程中所帶來的挫敗感已然成為醫學生學習生涯的“攔路虎”。3D 打印技術為人體解剖學實驗教學提供了全新的教學輔助技術，3D打印技術制造的教具和數據庫能夠有效彌補教學資源的不足，改善實驗教學環境，實現課堂教學到課后學習的延伸。3D 打印技術建模的數據庫能夠有效保存優質的教學資源，打破高校之間的教學資源壁壘，促進教育公平。

雖然3D 打印技術在教學領域的應用尚屬前期探索階段，在教育行業的普及存在諸多困難，但隨著3D 打印技術的發展和普及，3D 打印從業人員的技術儲備將滿足教學的需要，而且人體解剖學屬于形態學，學習的重點在于組織結構的形態、位置和毗鄰關系，對教具的觸感、顏色和紋理要求相對較低，隨著3D 打印材料的開發，這些不足也將會得到有效解決。這需要更多的教育者開展3D 打印技術在教育領域的研究，調動教育人員的積極性，充分利用教育者的專業知識素養，推動人體解剖學實驗教學模式和教學方式的改革創新。