3D 打印技術在復雜骨盆髖臼骨折術前教學中的應用效果

彭祥，雙峰，胡煒，李浩（通信作者），鄭聰，單記春，楊迪，萬得恩，何菲，卜國云

1 聯勤保障部隊第九〇八醫院 （江西 南昌 330002）；2 南昌大學附屬長城醫院 （江西 南昌）；3 天津醫院 （天津 300211）

髖關節是人體最大的承重關節， 髖臼骨折是骨科最復雜的損傷之一[1-2]。骨盆髖臼骨折區域周圍有較多肌肉、血管和神經，髖臼的不規則彎曲增加了手術難度。由于無法在完全直視的情況下進行手術，對醫師的臨床操作提出較高的要求。但臨床教學中使用的骨折模型缺乏病理環境的逼真感，且無仿真手術的可操作性，導致傳統的教學方法不能為住院醫師提供理想的手術步驟演示等。隨著3D打印技術在骨科中的應用越來越成熟，現已被證明在教學中能夠取得不錯的臨床教學效果[3]。3D 打印模型是理解骨盆骨折解剖結構的首選方法，能夠彌補X 線和 CT 圖像的立體缺陷，以及為住院醫師制定必要的預手術計劃提供便利[3-4]。本研究旨在探討3D 打印技術在復雜骨盆髖臼骨折術前教學中的應用效果，現報道如下。

1 對象與方法

1.1 研究對象

將2021 年6 月至2023 年12 月醫院骨科參加住培的30 名住院醫師作為研究對象，均為本科或碩士畢業后直接參加培訓。根據授課方法不同分為試驗組和對照組，每組15 名。試驗組男12 名，女3 名；年齡23～31 歲，平均（25.6±2.8）歲；理論考核成績為（79.1±2.5）分。對照組男13 名，女2 名；年齡23～30 歲，平均（24.7±1.9）歲；理論考核成績為（80.3±2.7）分。兩組一般資料比較，差異均無統計學意義（P＞0.05），具有可比性。本研究經醫院醫學倫理委員會批準（倫理審批號：2020LL007）。

納入標準：對研究內容知情同意且自愿參加；嚴格按照教學計劃完成課程，能認真配合完成考試和教學滿意度調查；排除標準：因特殊原因請假缺課者。學習態度不端正，不能認真配合完成考試和滿意度調查。

1.2 方法

對照組采取傳統教學方式。以骨盆髖臼骨折患者為例，帶教老師以PPT 的形式向學生講解臨床知識，圍繞病例的流行病學、病史采集和查體、影像學資料、骨折的特征和分型、診斷及治療方案和預后等內容進行講述。采用圖片形式展示手術過程，對手術中的重點與難點問題進行詳細講解。根據教學提綱和病例特點，組織學生圍繞病例的疑難問題進行討論。同時，要求學生通過查找相關書籍、文獻或上網查詢資料學習相關內容[5]。

試驗組采用3D 打印技術輔助教學。以骨盆髖臼骨折患者為例，將患者CT（美國GE 公司，型號：Discover CT750 HD）掃描數據以DICOM 格式存儲，并經3D Slicer 軟件重建三維模型，然后運用3D 打印機打印仿真骨骼模型。在傳統教學的基礎上，結合多媒體教學設備展示 CT 三維重建圖像，通過帶教教師對三維圖像的講解，使學生對骨骼結構、骨折機制、骨折分型建立初步認識。通過課堂展示3D打印模型，使學生進一步加深對骨骼形態學的認識。學生可以在模型上模擬手術的操作過程，實現對內固定預彎程度、螺釘位置及數量、骨折復位角度等的動態選擇，從而加深對骨盆髖臼骨折疾病及手術的理解，提高動手能力[6]。

1.3 觀察指標

培訓完畢后，對兩組進行理論知識考試和臨床技能考核。理論知識主要為以案例為基礎的臨床分析試題（單選10 題30 分，不定項選擇5 題30 分，案例分析2 題40 分）。臨床技能包括骨盆髖臼骨折患者的病史采集、專科查體、影像學讀片能力、骨折分型、手術方式的選擇、術中熟練程度（6 項操作技能共60 分，2 項讀片能力共40 分）[7]。理論考核結束后對所有住院醫師進行統一的問卷調查，內容包括學習效率、理論理解能力、手術實踐技能、教學滿意度等，每項0～10 分。共發放調查問卷30 份，有效問卷回收率為100%。

1.4 統計學處理

采用SPSS 20.0 統計軟件進行數據分析，計量資料以±s 表示，采用t檢驗。計數資料以率表示，采用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組考核成績比較

試驗組理論知識考核和臨床技能考核分數高于對照組，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，±s）

表1 兩組考核成績比較（分，±s）

組別人數理論知識 臨床技能試驗組 15 名87.1±2.685.6±2.7對照組 15 名83.1±1.982.8±1.9 t 3.1803.249 P 0.0040.003

2.2 兩組調查問卷評分比較

試驗組在提高學習興趣、理論理解能力、手術技能提升及教學滿意度方面評分高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 兩組調查問卷得分比較（分，±s）

表2 兩組調查問卷得分比較（分，±s）

教學滿意度試驗組15 名 7.93±1.03 8.13±0.99 8.27±1.03 8.53±1.13對照組15 名 6.60±0.83 6.87±0.92 6.40±0.91 6.80±1.08 t 3.9013.637 5.251 4.299 P 0.0010.001＜0.001＜0.001組別人數 提高學習興趣理論理解能力手術技能提升

3 討論

由于老齡化人口和道路交通事故的不斷增加，骨盆髖臼骨折的發病率也逐年上升[8]。髖臼骨折的發生有2 個年齡峰值，其中年輕人多因高速創傷（如車禍）而遭受髖臼骨折，而老年患者多因遭受低沖擊創傷（如跌倒）[9-10]。骨盆髖臼骨折占所有骨折病例的1.5%，然而由于對鄰近器官、神經和血管的二次損傷，死亡率高達7%～30%[11]。髖臼承重區移位性骨折須行手術干預，以實現關節完整性和最佳髖關節功能[12]。對于復雜髖臼骨折患者，骨折處的傳統成像方式（如X 線和CT 掃描）不能清楚顯示骨折處的解剖結構。據報道，在沒有3D 模型的幫助下，經驗豐富的外科醫師使用X 線對髖臼骨折進行分類的準確度為11%，使用CT 成像的準確度為30%[8]。

髖臼骨折實現解剖復位和牢固固定及預防手術、術后并發癥是其治療成功的關鍵[13]。手術過程包括保護坐骨神經和股骨頭的血液供應，保護L5 神經根和股神經，降低異位骨化的風險[14-15]。術前需確定最佳的手術方法、復位技術、植入物的選擇和放置，以獲得良好的手術效果[16]。傳統的教學模式是術前進行理論授課結合教學查房，帶教老師會對骨盆的解剖特點、骨折分型及具體手術步驟以PPT 的形式進行詳細講解，然后帶住院醫師進行教學查房，并指導住院醫師閱讀骨盆X 線、CT、MRI 等影像資料。此種教學方法對住院醫師的空間想象力和三維重建能力要求較高，直觀性和可操作性欠佳，造成住院醫師對知識點的理解不夠深刻。本研究結果顯示，試驗組理論及操作考核成績明顯高于對照組，差異有統計學意義（P＜0.05），說明3D模型提供了完整的可視化，同時還可以觸摸碎片的大小和對其位移方向的物理評估，這些模型可用于植入物的預手術，提高了手術的準確性和安全性。

研究證實，3D 打印模型作為年輕外科醫師的學習工具在住院醫師教育中具有重要作用，可以對髖臼骨折進行正確的識別、描述和分類，對患者正確的分型和治療至關重要[17]。本研究通過導入骨盆髖臼骨折的原始DICOM 數據，對骨盆髖臼骨折進行三維重建，提取骨折部位表面解剖和形態學特征，預先設計骨折復位順序、鋼板的位置和螺釘的擰緊角度。通過三維導航可以構建1∶1的骨盆髖臼模型，模擬整個手術過程，使醫師對手術過程中的關鍵點進行充分理解與評估，并選擇最佳的手術選項和方案。同時方便年輕醫師與患者進行術前溝通，使患者對手術過程有更直觀的了解。研究顯示，當3D模型被用于醫患溝通時，患者的滿意度和理解力均有所提高[18]。本研究發現，通過3D 打印輔助術前規劃教學，住院醫師的理論和實踐考核成績明顯提升。通過對教學后的問卷調查數據分析，試驗組的學習興趣增強，對骨盆髖臼骨折的理論知識和手術技巧的掌握更加快速和扎實，教學滿意度也明顯提高。綜上所述，在骨盆髖臼骨折術前教學中運用3D打印技術，可直觀了解骨折特征，共同探討制定個性化的治療方案，并模擬手術過程，教學成績和效果均有顯著提升。但3D 打印模型不能提供骨折部位周圍軟組織損傷的信息，包括神經和血管[19]，且3D 模型的打印受時間限制。隨著醫療裝備的進步，體驗感更為逼真的骨科教學手段也在不斷創新，利用虛擬仿真技術、增強現實技術以及智能機器人等設備開展輔助教學，正逐步得到應用[20-22]。