3D打印教具结合微视频技术在犬盲肠切除术教学中的应用探讨

李 甲，徐卫东，张 新，刘 佳，袁良喜，周维正，水锨崎，赵志青

（第二军医大学附属长海医院，上海 200433）

3D打印教具结合微视频技术在犬盲肠切除术教学中的应用探讨

李 甲，徐卫东*，张 新，刘 佳，袁良喜，周维正，水锨崎，赵志青

（第二军医大学附属长海医院，上海 200433）

犬盲肠切除术是动物外科的一节操作课，用以模拟人体阑尾切除术。通过对该节课教学中存在的问题进行分析，提出采用3D打印教具结合微视频技术进行教学，以提高动物外科教学效果。

动物外科；3D打印；微视频；犬盲肠切除术

动物外科是引导医学院校本科学员从学习基础理论过渡到临床操作的重要桥梁课程，在本科生教学工作中占有重要的地位。动物外科注重临床操作能力培养，同时对学员的解剖基础知识有一定要求。随着教学理念和教学手段的不断发展，3D打印与微视频广泛应用于教学活动中，但在动物外科领域应用较少。犬盲肠切除术是动物外科操作的重要内容，其教学目的是模拟人体阑尾切除术。现对犬盲肠切除术教学中存在的问题进行分析，对新教学手段的应用提出建议。

1 动物外科犬盲肠切除术教学现状

动物外科是临床医学专业学员在入临床见习前重要的技能操作课，对于培养学员学习热情，提高外科动手能力，具有重要的作用和意义。通过该课程的学习，学员应熟悉外科基本知识，掌握基本外科技能。该课程采用实验犬模拟人体进行手术，包括打结缝合、无菌术、术前准备、静脉切开术、清创术、腹壁切开术、盲肠切除术和小肠部分切除吻合术等内容。

由于授课对象为本科三年级学员，没有相关临床知识，而传统的授课方式为幻灯片+书本理论+手术录像，对于相对复杂的手术，如盲肠切除术，学员在掌握局部解剖关系和手术原理时存在一定的困难。由于犬没有阑尾，采用犬盲肠切除术模拟人体阑尾切除术，但幻灯片内容是人类阑尾的解剖结构，因此，盲肠和阑尾在解剖结构上的差异，是目前该章节教学中存在的问题。我校供学员课后练习盲肠切除术的教具为小纱布包，内置少量棉花，学员用止血钳夹持纱布包口，模拟盲肠残端，在荷包缝合之后，进行残端包埋。纱布包在一定程度上解决了动物外科教具缺乏的问题，使学员能在课下进行基本外科技能训练，但同时也存在过于抽象的问题，导致学员无法掌握局部解剖层次。手术录像在一定程度上解决了教具和真实结构脱节的问题，但实际手术操作因局部出血、解剖遮挡等因素，达不到为初学者清晰呈现局部结构的效果。

笔者在带教中发现几个问题：（1）学员对于犬盲肠局部三维解剖结构没有空间认识，在寻找盲肠方面缺乏信心；（2）由于课下训练时使用的是纱布包，部分学员在理解浆肌层包埋深度和荷包半径大小上存在误区，表现为实际操作时无法对浆肌层缝合的深度做出正确判断，过深过浅的情况均有发生，对于荷包则经常会出现半径过小无法包埋残端的情况。

2 3D打印教具的制作

2.1 3D打印教具在医学领域的发展

随着教学手段和教学理念的发展，3D打印技术日益受到重视。3D打印技术又称快速成型技术，是基于富比尼定理，应用粉末状或液态塑料或金属等可黏合材料，通过逐层打印方式来构造实物的技术[1]。其发明的最初目的是应用于工业增材制造。近年来，转化医学的发展加速了3D打印技术在医学领域的应用，包括骨科[2]、神经外科[3]、心脏外科[4]、血管外科[5]等。

3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有所不同。3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。在生物医学领域，3D打印主要是以C T、M R I扫描获得的数据或计算机技术辅助设计的数字模型文件为基础，运用各种可黏合材料，通过逐层打印方式来构造物体的技术[6]。M c M enamin等[7]在解剖学教学过程中，通过高精度C T扫描进行数据采集，利用软件进行数据分析，用3D打印机复制出人类手掌模型，其血管、神经清晰可见，能够精确、快速地再现标本原型，其必将在解剖学、胚胎学及病理学等课程教学中得到广泛应用。

2.2 犬盲肠局部解剖教具的制作

基于3D打印技术在解剖学中的应用，我们采用3D打印技术制作犬盲肠切除术的教具，探索其在动物外科教学中的应用。对实验犬采用3%戊巴比妥腹腔注射麻醉后，获取其腹部薄层C T和磁共振扫描数据，经过区域剪切与滤波两种方法进行图像的二维预处理后，采用切片插值、图像分割和切片重组等方法进行图像三维预处理，然后采用移动立方体法建立三维模型。三维模型制作成功后，3D打印制作实体模型，基于材料累加概念和叠层制造方法，在计算机控制下，根据物体的CAD模型或C T、M R I等数据，制造出1∶1大小的高度仿真犬盲肠局部解剖模型。

3 微视频技术在医学教学中的应用

采用3D打印技术制作的犬盲肠切除术教具，解决了解剖标本不足的问题，为学员直观展现了犬盲肠局部解剖结构，但由于3D打印教具成本高，且打印出的教具无法承受反复缝合，仅能满足教员在课上讲解和学员观摩。微视频技术是另一种新的教学手段，对丰富现有教学模式，促进教学改革，推动学生灵活地自主学习，奠定了良好基础。微视频课程是以教学视频为主要授课模式，围绕具体知识点进行的教学过程及相关资源的有机整合[8]，是一种将传统课堂教学与互联网相结合的教学模式，其短小精悍，学员可以随时随地通过网络或各种移动设备选择性地进行学习。

杨雅骊等[9]利用微视频技术开发出皮肤性病学微视频资源库，为皮肤性病学微课程建设奠定了坚实基础。王巧玲等[10]在断层解剖实验课上使用微视频技术，将原本枯燥且琐碎的知识形象化、立体化，使教学事半功倍，发挥了现代教学方法以及手段的作用，提高了实验教学效果，培养了学生学习能力。微视频中合理的知识布局有利于放大学习效果，提高教学质量。

4 3D打印结合微视频技术在动物外科教学中应用的优势

可通过采用微视频技术解决3D打印教具成本较高的问题。教员在犬盲肠局部3D打印教具上模拟进行盲肠切除手术，采用微视频技术录制手术过程。由于该教具能够清晰地显示解剖结构和层次，没有血液与软组织的遮挡，因此对于手术的呈现更为直观。尤其对肠壁浆肌层的显示更为直观，学员可通过观摩肠壁断层，对浆肌层包埋深度有更为直观的认识。在后期处理视频时，对关键解剖结构进行注释和讲解，进一步提高教学效果。

另外，通过观看3D打印教具的手术视频，学员课后用纱布包进行模拟练习时，可在头脑中建立犬盲肠局部解剖概念，加深对该手术的理解，使后期在活体犬身上进行手术有了技术保证，减少对活体犬不必要的伤害，提高实验犬术后成活率。

5 展望

3D打印结合微视频技术可以直观显示手术操作要点和局部解剖层次，培养学员外科手术理念，提高学习兴趣。微视频技术的应用，解决了3D打印教具成本高和一次性使用的问题。学员课后的模拟训练仍在纱布包上进行，这对培养手感仍不利。随着3D打印技术的成熟和3D打印教具成本的降低，将这类教学模具直接应用于动物外科操作，已成为动物外科教学发展方向。

[1]Lipson H．New world of 3-D printing offers“completely new ways of thinking”：Q&A with author，engineer，and 3-D printing expert Hod Lipson[J]．IEEE Pulse，2013，4（6）：12-14．

[2]谷守欣，李克．3D打印技术在骨骼病变的应用进展[J]．中国医学计算机成像杂志，2015（21）：387-393．

[3]Wurm G，Tomancok B，Pogady P，et al．Cerebrovascular stereolithographic biomodeling for aneurysm surgery．Technical note[J]．JNeurosurg，2004，100（1）：139-145．

[4]Valverde I，Gomez G，Gonzalez A，et al．Three-dimensional patient-specific cardiac model for surgical planning in Nikaidoh procedure[J]．Cardiol Young，2015，25（4）：698-704．

[5]You JH，Kang SG，Kim B M．A novel measurement technique for the design of fenestrated stent grafts：Comparison with three-dimensional aorta models[J]．Exp Clin Cardiol，2013，18（1）：48-52．

[6]Derby B．Printing and prototyping of tissues and scaffolds[J]．Science，2012（16）：921-926．

[7]McMenamin P G，Quayle M R，McHenry C R，et al．The production of anatomical teaching resources using three-dimensional（3D） printing technology[J]．Anat Sci Educ，2014，7（6）：479-486．

[8]胡铁生．“微课”：区域教育信息资源发展的新趋势[J]．电化教育研究，2011（10）：61-65．

[9]杨雅骊，冷峰，朱元杰，等．微视频在皮肤性病微课程教学中的设计与开发[J]．中国中医药现代远程教育，2015，13（15）：154-155．

[10]王巧玲，张萍，齐金萍，等．微视频教学资源在“断层解剖学”实践课中的应用研究[J]．教育教学论坛，2016（39）：203-204．

（⋆通讯作者：徐卫东）

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1671-1246（2017）19-0048-03