应用3D打印技术及PACS系统设计骨科复杂疾病临床教学模式之体会

李锋涛，程　剑，张　廷，贺西京

西安交通大学第二附属医院：1骨二科；2手术麻醉科，西安　710004



·数字医学·

应用3D打印技术及PACS系统设计骨科复杂疾病临床教学模式之体会

李锋涛1，程剑2，张廷1，贺西京1

西安交通大学第二附属医院：1骨二科；2手术麻醉科，西安710004

【摘要】：目的探讨3D打印技术及图像存档与传输系统（picture archiving communicating system，PACS）在骨科复杂疾病临床教学模式中的应用，进一步提高骨科临床教学质量。方法选取西安交通大学第二附属医院2015级硕士研究生46名，随机分为实验组和对照组，实验组采用PACS系统、3D打印模型进行临床教学，对照组采用传统教学方式，分析两组学生学习成绩及主观评估分数有无统计学差异。结果与对照组相比，实验组学生学习成绩及主观评估分数高于对照组（P＜0.01）。结论3D打印技术及PACS系统相结合的教学模式应用于骨科临床教学，取得了良好的教学效果。

【关键词】：PACS；临床教学；骨科；3D打印

【DOI】：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201604023

3D打印技术是以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可黏合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术［1］。随着3D打印技术的发展，可以更加方便、快捷、价格低廉地通过3D打印机打印出多种个性化的模型。其在教育领域中的应用越来越受到关注，许多学者已经开始对3D打印的教育应用进行探索［2-3］。

在骨科临床教学过程中，对于解剖结构复杂的骨科疾病，如脊柱侧凸、脊柱骨折、四肢关节骨折、畸形、肿瘤，等，教师常常很难讲解，加之应用传统的影像学及模式图等教学方式，很难使学生理解和掌握相关疾病的解剖结构、发病机理、治疗方法，等，出现了讲者“难受”、听者也“难受”的尴尬局面，严重影响了学生学习兴趣及积极性。近年来，为了解决以上临床教学中所遇到的问题，我们将3D打印技术与临床图像存档与传输系统（picture archiving communicating system，PACS）相结合，选取所需疾病影像学资料（薄层CT、MRI扫描），将图片信息经过专业软件处理传输给3D打印机打印出实体模型，采用实体模型与具体疾病相结合模式进行教学，取得了良好效果，现介绍如下：

1　材料与方法

1.1教学方法

1.1.1实验组于上课前1天准备所要讲述相关疾病的资料，借助PACS系统下载相关疾病影像学资料，提交科室管理人员，经过专业软件处理后打印成3D模型（图1a，b，c）。上课时结合PACS系统提供的疾病影像学资料以及3D实体模型，介绍此种疾病的定义、基本分型、影像学表现、生理病理学等相关知识、临床表现、诊治方法、最新研究动态，等，在讲述复杂的解剖学知识时，学生可以随时观察3D实体模型，更好地理解所学知识，提高了学习兴趣及效率。

图1　a肩胛骨肿瘤3D打印模型 b寰枢椎脱位3D打印模型 c脊柱侧凸3D打印模型

1.1.2对照组教师根据传统的教学方法对学生进行理论知识的讲解，带学生观看影像教学片，以提问的方式加深学生的记忆。

1.2观察指标

实习结束后，对两组学生的教学效果进行考评。内容分为客观考试及主观评价两部分。客观考试分数满分为100分，包括典型疾病的定义、发病机制、分型、诊断及治疗等理论知识的掌握以及典型病例分析。主观评价部分通过问卷调查形式自我评价教学效果，内容包括：学习兴趣、理解能力、掌握程度及满意程度，每项满分为10分。

1.3统计学方法

所得数据均采用SPSS 13.0统计软件进行统计学分析，计量资料采用（x±s）表示，将两组学生客观考试成绩以及主观评价分数进行两样本t检验，以P ＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1研究对象及分组

课题组于2015年1月—2015年12月，选取在西安交通大学第二附属医院骨科临床实习的硕士研究生46名，其中男生20人（43.48%），女生26人（56.52%），随机分为实验组及对照组，每组各23名，男女比例相同（男生：33.33%，女生：66.67%）。各组研究生均为同一级学生，在年龄、平时学习成绩方面均无显著性差异。

2.2两组学生客观考试分数比较

采用3D打印结合PACS系统教学方法的实验组学生在专业知识考试中成绩（94.56±5.87）均高于采用传统教学方法的对照组学生（85.66±6.31），差异有统计学意义（t=4.953，P＜0.001）。

2.3主观评价比较

采用3D打印结合PACS系统教学方法的实验组学生在主观评价方面（包括学习兴趣、理解能力、掌握程度及满意程度）得分也同样高于采用传统教学方法的对照组学生，差异有统计学意义（P＜0.01），如表1所示。

表1　两组学生主观评价分数比较（n=23）

3　讨论

骨外科是一门病种繁多，与解剖学、影像学及生物力学关系密切的学科。其中一些比较复杂的骨肿瘤、脊柱畸形、四肢脊柱骨折等疾病，其病理状态下的解剖结构与正常解剖结构区别巨大，对于初学者及年轻骨科医师来说，理解十分困难。加之传统教学方法以教师为中心，只注重向学生灌输知识，严重影响了学生学习兴趣及积极性。如何更好地将骨科复杂疾病的病因、发病机制、分型、诊断及治疗过程形象地、直观地呈现给学生，使其产生学习兴趣，调动其学习积极性，更好地培养其发现问题、解决问题能力，提高其临床思维能力，更加深刻地理解临床诊疗过程具有重要的意义。

PACS系统是对医学图像信息进行数字化采集、存储、管理、传输和重现的系统［4］，是一个涉及影像医学、数字图像技术、计算机与通讯和图形图像后处理等技术的实践性很强的高新技术系统。PACS系统的建立和使用，使教学人员可以非常便利地调用数字化的影像资料，并可选用高品质的数字图像应用于多媒体教学幻灯片中，高效率地制作多媒体课件，极大地方便了图像管理及教学［5］。

在骨科教学过程中，由于在PACS系统中直接获取的复杂疾病的影像学资料为二维影像，直接给学生讲述二维状态下的影像学片子，内容过于抽象，学生不易理解。如果将二维影像经过处理，制作成实体三维模型，学生可360°直观地观察疾病的立体空间结构，提高其学习兴趣及学习效率，达到事半功倍的效果。3D打印的发展为解决以上问题提供了可能。3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术，目前已经广泛应用于医学领域，其在个体化治疗［6］、术前评估及手术方案制定［7］、术中导向［8］等方面的应用均有报道。马立敏等［9］应用3D打印技术应用于骨肿瘤手术方面，明显缩短了手术时间，降低了手术风险。在教学过程中，同样可以通过PACS系统选取所需典型疾病影像学资料，经过专业软件处理，通过3D打印技术将其制成实体模型，帮助学生更好地理解疾病的分型、分类及治疗。在教育领域，许多学者已经应用3D打印技术进行教学工作，取得了良好的效果［10］。该课题将3D打印技术与PACS系统有机结合起来开展骨科复杂疾病的临床教学研究，结果证明，与传统教学模式比较，新的教学模式显著提高了学生客观考试分数及主观评价分数（P＜0.01）。

总而言之，通过3D打印技术与PACS系统有机结合起来开展骨科复杂疾病的临床教学模式，有效解决了传统教学模式中以教师为中心的灌输知识的弊端。新的方法以学生为中心，采用平面影像学与立体模型结合，将原有的复杂问题简单形象化，提高学生学习积极性及学习兴趣，提高了教学效率，是一种较好的教学模式。

参考文献

［1］方月娥，肖雄亮.3D打印技术对高职教育的影响研究［J］.新课程学习，2014（7）：14

［2］周悦，黄华兴，王巍，等.3D打印技术在外科临床教学中的应用［J］.南京医科大学学报，2015（6）：504-506

［3］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

［4］王红，韩秉艳，王云玲，等.PACS系统在影像医学问题式教学模式中的应用［J］.教育教学论坛，2014（18）：53-54

［5］杨小庆，杨明，刘斌，等.PACS在构建医学影像学教学图片资源库与电子图片试题库中的应用［J］.西北医学教育，2008，16（1）：169-171

［6］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）：62-70

［7］张科，张强，张贵春，等.3D打印在转子间外翻截骨术治疗青年股骨颈骨不连中的临床应用［J］.医学与哲学，2015，36（10b）：52-54

［8］刘瑞，董乐乐，左强，等.3D打印定位导向模板在脊柱外科中的应用进展［J］.中国数字医学，2015（7）：33-35

［9］马立敏，张余，周烨，等.3D打印技术在股骨远端骨肿瘤的应用［J］.中国数字医学，20 13，8（8）：70-72

［10］张长伟，何大为，陈自强，等.基于三维打印技术的骨科教学模型设计及教学实施体会［J］.中国医学教育技术，2015，29（5）：550-552

【中图分类号】：G434

【文献标志码】：A

【文章编号】：1004-5287（2016）04-0450-03

基金项目：西安交通大学本科教学改革专题研究项目（1502Q-12）

收稿日期：2016-03-07

作者简介：李锋涛（1980-），男，陕西兴平人，主治医师，博士，主要研究方向：脊柱关节外科及教学。

通信作者：贺西京（1958-），男，河南济源人，教授，博士研究生导师，主要研究方向：脊柱关节外科及教学。电话：029-87679584；E-mail：xijing_h@vip.tom.com

Application of 3D printing technology and
PACS in designing the mode of clinical orthopedics teaching

Li Fengtao1，Cheng Jian2，Zhang Ting1，He Xijing1

1Department Two of Orthopedics；2Department of Operation and Anesthesia，the Second Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710004，China

【Abstract】：ObjectiveTo investigate the application of 3D printing technology and Picture Archiving Communicating System（PACS）as a clinical teaching mode of complicated diseases so as to further improve the quality of clinical orthopedics teaching.MethodsWe randomly divided 46 Grade 2015 master's degree candidates of clinical medicine in our hospital into experimental group and control group.The experimental group received the new teaching method and the control group the traditional one.Last we compared the academic performance and subjective self-assessment scores of the groups. ResultsThe experimental group outperformed the control group in academic performance and subjective self-assessment score（P＜0.01）.ConclusionThe teaching mode incorporating 3D printing technology with PACS has been applied in clinical orthopedics teaching and achieved satisfactory teaching effects.

【Key words】：PACS；clinical teaching；orthopedics；3D printing