3D打印及其辅助技术在中医骨伤临床教学中的应用研究

2016-08-03周红海汪丽伟史炎鑫罗荣宇杨思源董盼锋广西中医药大学广西南宁5000郑州市骨科医院河南郑州450000广西中医药大学附属瑞康医院广西南宁500

广西中医药大学学报 2016年2期

田　　林，田　　聪，周红海，汪丽伟，史炎鑫，罗荣宇，杨思源，董盼锋（.广西中医药大学，广西南宁　5000；.郑州市骨科医院，河南郑州　450000；.广西中医药大学附属瑞康医院，广西南宁　500）

教学研究

田林1，田聪1，周红海1，汪丽伟1，史炎鑫2，罗荣宇1，杨思源1，董盼锋3
（1.广西中医药大学，广西南宁530001；2.郑州市骨科医院，河南郑州450000；3.广西中医药大学附属瑞康医院，广西南宁530011）

［目的］将3D打印及其辅助技术应用于中医骨伤临床教学中，初步探究其应用效果。［方法］选取临床实习的56名中医骨伤科学专业本科生，随机分为试验组和对照组。收集经中西医方法治疗的典型骨科病例，结合临床及影像学资料，试验组28名学生采用3D打印及其辅助技术进行临床教学，对照组28名学生则采用传统教学方法进行临床教学。［结果］试验组学生的实习效果自评得分、出科考核（理论知识、操作技能、病历分析与书写）成绩均高于对照组，除专业兴趣得分外差异均有统计学意义（P＜0.05）。［结论］3D打印及其辅助技术是一种有效的中医骨伤临床教学方法，特别有助于中医正骨手法的教学，具有良好的临床教学应用前景。

3D打印；中医骨伤；临床教学

3D打印（three dimension printing）技术是一种建立于材料累加和叠层制造概念基础之上的快速成型技术方法。3D打印以数字化模型资料为基础，运用粉末状塑料或金属等高分子粘合材料，通过逐层堆叠累积的方式打印三维实体［1-2］。在医学领域里，利用CT或MRI获取的原始数据建立三维数字模型，再借助计算机辅助制造（computer aided design，CAD）软件进行设计和修改，最终将数据输入到3D打印机完成建模。随着数字骨科的建设发展和3D打印技术的成熟完善，3D打印及其相关技术已经广泛应用于复杂骨折、骨肿瘤、骨科畸形及损伤、畸形矫正和假体制作等方面［2-4］。

在临床教学中，扎实的解剖知识和良好的空间想象能力是学好中医骨伤科学知识的关键，特别是在中医正骨手法操作中显得更为重要。在临床诊治过程中，如何再现患者的受伤机制、对比骨折前后体征变化、明确手法复位操作要点、探究手术治疗方案等一系列问题，均需要医者具有良好的三维立体模型概念支持。为此，我们将3D打印及其辅助技术应用于中医骨伤学科临床教学中，并与传统教学方法比较，探究其对临床教学的影响。

1　　对象与方法

1.1研究对象选取2015年9月～2016年1月在广西中医药大学附属瑞康医院骨四肢二区实习的中医骨伤科学专业本科生共56名作为研究对象。纳入标准：①五年制本科中医骨伤科学专业大五学生；②学业课程成绩平均分为65分以上；专业课测试成绩为70～80分（按百分制计算）；③第一次进入骨科临床科室实习，实习期为2个月。采用随机数表法随机分为试验组和对照组，每组各28人。试验组男16例，女12例，年龄22～26（23.85±0.97）岁；对照组男15例，女13例，年龄23～25（23.75±0.70）岁。两组学生的性别、年龄无明显统计学差异（P＞0.05），具有可比性。

1.2研究方法两组实习期间，为尽量减少不相关因素干预，选取一位获得本专业硕士学位的主治医师，在不同时间段对两组学员进行临床带教。两组学生的理论课程由同一名副主任医师进行集中授课，并保证两组学员共用教学环境（如教材、授课设备、教学大纲、学时等）。将收集到的经中西医方法治疗的典型骨科临床病例资料，共享给两组实习者［5］。试验组结合基本病例及影像学资料（X线、CT平扫+三维重建、MRI），利用Mimics10.1软件建立3D模型，并选取部分模型请合作单位进行3D打印。利用3D打印模型及其辅助软件模拟创伤时力学传导机制，由损伤机制推测症状体征；通过对骨折移位或关节错位的情况进行3D构图，明确中医正骨手法复位方式，熟悉操作要领，同时对夹板固定等最佳固定方式进行先期判断；对需要手术干预的患者，通过模拟手术固定方式、动态调整内固定位置等探究手术治疗方案。在以上基础上对疾病的定义、典型分型、辅助检查特征、临床症状、生理病理学等详细讲授，并对诊断及鉴别诊断、治疗方法、最新科研动态等进行综述。对照组则采用以口述和操作演示为主的传统带教方式进行临床教学。

1.3效果评价与分析

1.3.1评价方法实习结束后，以自我评价和出科考核两种形式对实习生进行综合测评。①自我评价：通过自我评分进行实习效果评估，内容包括专业兴趣、学习能力、理解能力、语言能力和操作技能。每项内容满分均为10分，学生按照自己的实习表现自我评分。②出科考核：分为理论考试、临床技能考核及病历书写三部分。三项均采用百分制，考核标准均按照全国高等中医药院校规划教材《中医骨伤科学》（第九版）考试大纲的要求制定，由两位具有副高级职称的临床老师分别对所有学生进行考核，最终成绩取两位老师评分的平均值。理论考试内容包括本专业典型疾病（如桡骨远端骨折、股骨颈骨折）的定义、分型、病因病机、诊断治疗及病例分析等。临床技能主要考核学生在病史采集、体格检查、换药或拆线、清创缝合、常见正骨手法演示、外固定操作等方面的能力。病历书写主要评价学生的入院记录、首次病程记录及出院记录的书写情况［6-7］。

1.3.2统计学分析采用SPSS 20.0软件进行数据处理，计量数据采用±s表示，组间比较采用两独立样本t检验，P＜0.05视为差异有统计学意义。

2　结果

试验组学生的实习效果自评得分、出科考核（理论知识、操作技能、病历分析与书写）成绩均高于对照组（如表1和表2所示），除专业兴趣得分以外差异均有统计学意义（P＜0.05），可认为试验组学生的综合实习效果优于对照组。两组实习生在专业兴趣方面未有明显统计学差异（P=0.16），这可能是调研对象的专业认知教育程度、样本数量、个体差异等多因素影响的结果。

表1　　两组学生自评得分情况（n=28）（分，±s）

项目　　试验组　　对照组　t　P专业兴趣　8.25±0.52　8.00±0.78　1.42　0.16学习能力　8.21±0.63　7.75±0.80　2.41　0.02理解能力　8.25±0.70　7.43±0.63　4.60　0.00语言能力　8.18±0.61　7.32±0.67　5.00　0.00操作技能　8.25±0.59　7.54±0.51　4.87　0.00

表2　　两组学生出科考核成绩　　（分，±s）

注：与对照组比较，P＜0.01

组别n试验组 28对照组 28理论知识　　操作技能　　病历分析与书写90.89±1.97①　90.96±1.62①　91.39±1.29①87.68±2.39　87.61±1.45　88.71±1.15

3　讨论

中医骨伤学作为是一门研究人体骨组织的损伤和运动系统疾病的预防、诊断、治疗和康复的学科，其提出的“筋骨并重”“因人制宜”“整体论治”等理念一直是骨科临床的指导原则。患者的骨骼结构因人而异，受伤情况各有不同，3D打印技术具备的整体制作、个性化模型设计两大优势分别和中医骨伤的“整体论治”“因人、因时制宜”理念高度契合。作为中医骨伤最优势的内容之一，手法正骨、理筋等治疗方法经大量临床病例证实具有良好疗效和独特优势［8］，但却缺乏必要的三维有限元数据支撑。近年3D打印技术在骨科领域得到广泛应用，特别是在复杂骨折、关节置换等方面具有独特优势［9］，但在中医骨伤临床、教学及科研方面应用较少。

3D打印主要通过逆向工程原理（Principles Engineering，RE）和快速成型技术（rapid prototyping，RP）实现。在本研究中，首先提取患者64排螺旋CT平扫（最薄层可达0.64mm）数据资料，利用Mimics10.1软件制作成CAD文档，建立三维数字模型，然后导入3D打印机，制造出骨骼1∶1空间立体模型［10］。与传统铸造方法制作的模型相比，3D打印模型可以整体复制患者的骨骼情况。通过在不同治疗阶段中的多次建模，能够动态观察骨骼生长康复变化。而传统铸造方法只能复制当前模板的静态情况，亦无法实现复杂粉碎性骨折的整体化复制。与真实骨骼标本对比，3D打印模型容易获取，经数字化处理可实现对病例的大量储存。实习生接触到的多是正常人体骨骼标本，很少有机会触及病变骨骼模型，通过3D打印模型，有助于实习生加深对骨科疾病的理解。在中医骨伤手法治疗中，实习生可以通过Mimics10.1软件建立的空间虚拟模型，数字化再现患者的骨折或畸形［11］，模拟手法干预下骨骼组织的力学变化，并可根据力学模拟情况进一步调整手法复位方式和操作要领，有利于对实习者的手法操作情况进行反馈，促进其手法的进步与成熟，如腰椎后关节紊乱综合征等手法复位具有优势的病例的治疗。对在手法复位和简单外固定后需要手术治疗的复杂骨折，3D打印技术可供实习生讨论手术方案、模拟手术过程、学习手术操作，缩短手术学习周期。临床病例可长期大量保存、反复利用，避免了手术室现场教学的病例少、人员限制等缺陷［11-13］。3D打印及其辅助技术作为一种有效的中医骨伤临床教学方法，特别是在中医正骨手法的教学方面，3D打印技术具有的力学模拟和虚拟模型构造两大优势，可对中医骨伤手法治疗中的力度调整、施治方式进行指导，因而实习者学科考核取得了优异成绩，显示具有良好的临床教学推广和应用前景。3D打印技术的应用将为中医骨伤临床教学的发展提供新的动力，必将成为中医骨伤数字化教学研究的新方向。

将3D打印及其辅助技术应用到中医骨伤临床教学中，既改变了以往枯燥低效的教学方法，又极大地调动了实习生的学习积极性和创造性，能够使学习者主动发现解剖学、生物力学知识与临床工作的联系，更好掌握中医骨伤临床知识，提高中医正骨手法等操作的技能。但仍然存在CT等原始数据资料获取困难、技术难度要求较高等不足。在逆向工程技术方面，未来若能设计出一种无需数据转换和模型修正、操作简单的多功能3D打印辅助软件，能够使手法正骨、手术干预等治疗效果通过虚拟化模型的动态变化在显示屏实时直观显现，改变现在软件操作难度大、需要后期整理修正等不足。在快速成型技术方面，随着材料科学和组织工程学的发展，在3D打印领域引入干细胞、可再生生物材料等打印设备和建模技术与传统骨伤治疗技术相结合，将极大促进3D打印技术在中医骨伤科学数字化建设、国内外推广、人才培养等各领域的发展。

［1］Dhir V，Itoi T，Fockens P，et al.Novel ex vivo model for hands-on teaching of and training in EUS-guided biliary drainage：creation of“Mumbai EUS”stereolitho-graphy/3D printing bile duct prototype（with videos）［J］.Gastrointest Endosc，2015，81（2）：440-446.

［2］张云峰，杨栋.3D打印骨科模型临床应用的初步探索［J］.中国临床研究，2014，27（10）：1260-1261.

［3］郭鹏年，董乐乐，左强，等.3D打印技术在创伤骨科中的临床应用［J］.中国数字医学，2015，10（6）：45-46.

［4］刘欣伟，于海龙，韩天宇，等.3D打印技术在胫骨畸形矫形手术中的应用［J］.解放军医药杂志，2015，27（11）：26-27.

［5］孔金海，钟南哲，王君成，等.3D打印模型在临床八年制情景教学中的应用［J］.基础医学教育，2015，17（10）：924-926.

［6］李锋涛，王栋，程剑，等.3D打印结合PACS系统在骨科PBL临床教学模式中的应用［J］.中国医学教育技术，2015，29（3）：287-290.

［7］李曙明，李萌，杨益民，等.3D打印及计算机辅助技术在骨科临床教学中的应用探讨——以复杂脊柱畸形治疗为例［J］.中国医学教育技术，2015，29（2）：191-193.

［8］叶枫，陈福林.“揉筋骨同治、尤重治筋”法治疗膝骨关节炎40例临床观察［J］.北京中医药，2013，32（8）：595-597.

［9］仰东萍，蔡宏.中国首个3D打印人体植入物获CFDA注册批准［J］.北京大学学报：医学版，2015，47（5）：845.

［10］胡堃，李路海，余均武，等.3D打印技术在骨科个性化治疗中的应用［J］.高分子通报，2015（9）：61-70.

［11］韩国嵩，马广文，黄斐，等.3D打印技术在骨科中的研究进展［J］.安徽医药，2015，19（12）：2259-2260.

［12］吴章林.3D打印结合数字化设计在髋臼骨折中的应用研究［D］.广州：南方医科大学，2015.

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