三维有限元技术在创伤骨科教学中的应用和优势

刘刚

[摘要] 目的 就三维有限元技术在创伤骨科教学中的应用价值进行研究。方法 随机选取某一班级的50名学生作为研究对象，并选取踝骨骨折这一章节内容作为教学内容，对所有学生进行随机分组，其中25名对照组学生采取传统的X线联合模型组织的授课模式来进行教学，25名观察组的学生在此基础上采用三维有限元技术来进行教学，所有授课过程均由同一名教授来进行，在授课完成之后对两组学生们进行理论考试与实践考试，并且就两组学生的考试成绩进行对比分析。结果 该次研究中观察组学生们的理论考试成绩以及实践操作成绩要显著高于对照组学生（P<0.05）。结论 在进行创伤骨科教学过程中借助于三维有限元技术的应用，能够取得良好的教学效果，并促进学生们的理论知识掌握程度得到进一步的提升，值得应用跟推广。

[关键词] 三维有限元技术;创伤骨科;教学

[中图分类号] R68 [文献标识码] A [文章编号] 1672-5654（2018）08（b）-0141-02

近年来我国的数字骨科学得到了一定程度的发展，并具备有良好的临床应用价值以及发展前景。通过三维有限元技术这一数字骨科学技术的应用，其还具备有简单优越的性能[1]。在具体的骨科创伤教学过程中借助于三维有限元技术，还能够将复杂骨折的损伤机制以及治疗过程形象的展示给学生们，从而给予创新临床教学模式提供一些新颖有效的教学手段与教学思路。在该次研究中主要就50名医学院的骨科学生作为研究对象，并且就三维有限元技术在骨科创伤教学中的应用价值进行了研究，报道如下。

1  资料与方法

1.1  对象与方法

随机抽取某一教授所带的班级中的50名学生作为研究对象，并将踝骨骨折作为教学内容。进行学生们的随机分组，其中25名对照组学生采取常规的教学模式，主要包含有X线片以及模型组织教学等教学方式，25名观察组学生们则采取三维有限元技术来进行教学，主要教学模式是进行踝骨骨折模型的重建，并通过三维有限元技术来对治疗流程进行模拟，从而将原本复杂的知识直观地展示给学生们。在该次研究中的所有教学内容均是由同一个教授来进行，并在授课完成之后对两组学生们进行理论考试以及实践考试，就两组学生的考试结果进行对比分析。

1.2  统计方法

主要应用SPSS 21.0统计学软件来对50名学生们的理论考试以及实践考试结果进行对比分析，P<0.05差异有统计学意义。

2  结果

在观察组学生们的理论成绩为（89.6±5.7）分，对照组学生们的理论成绩则为（74.9±6.1）分。观察组学生的学习成绩要显著高于对照组学生（P<0.05）。观察组学生们的实践操作成绩也要显著优于对照组学生差异有统计学意义（P<0.05），具体见表1。

3  讨论

3.1  在创伤骨科教学过程中三维有限元技术的应用优势

自上世纪70年代以来，有限元法就已经在脊柱生物学研究中得到了广泛的应用，并取得了良好的應用效果[2]。近年来随着我国计算机技术以及相关软件技术的不断发展，使得有限元法也得到了迅速的发展，在骨科生物力学领域中也得到了广泛的应用。借助于有限元法的应用，其能够帮助人们对人体骨骼力学性能进行有效的了解，所构建的模型跟正常标本之间的差别也变得越来越小，并且获得了显著的研究成果。而在现阶段的创伤骨科教学过程之中也开始广泛应用到三维有限元技术来进行相应的教学工作，还取得了良好的应用效果[3]。

在通过三维有限元技术来进行创伤骨科的教学时，学生们在学习过程中能够应用有限元技术来对创伤骨折的机制以及详细的治疗过程进行有效的了解，这也就使得原来抽象艰涩的理论知识得以直观的展示给学生们，从而使得学生们的学习效率得到进一步的提升。此外在应用三维有限元技术来进行教学时，其还具备有形象生动的特点，并能够使得创伤骨科的教学质量得到进一步的提升。通过该技术的应用，可以将一些复杂骨科的理论知识具体形象地展示给学生们，其展示过程丰富有趣，还可以帮助学生们对该方面的理论知识进行理解以及分析。从外三维有限元技术还能够对骨折复位流程进行动态的模拟，并能够让学生们对于骨折分型以及内固定技术等复杂的知识进行迅速的理解以及记忆，并促使学生们的学习效果得到大幅度的提升。该新型的教学方式跟模式在以往板书以及挂图为主的教学模式中很少用到，其在创伤骨科中的使用频率比较少。

此外三维有限元技术还存在有比较强的互动性，该教学模式中也能够让学生们让学生们更好地参与到教学过程中，并且能够充分彰显出学生们在教学过程中的主体地位。在该教学模式之中学生们可以通过可操作的计算机界面来模拟所需要学习的创伤骨折形成机制，特别能够模拟骨折端在各组肌肉牵拉后的移位方向，学生们通过对骨折内固定稳定性进行测量并且与教师们进行互动的模式，来获得良好的学习效果[4]。此外在进行骨科外伤教学过程之中借助于三维有限元技术的合理应用，还能够让学生们能够身临其境地感受到骨科手术流程，这对于学生们严谨工作态度的培养也有着一定的积极意义。

此外在应用三维有限元技术来进行创伤骨科等相关知识的教学时，学生们还能够亲身感受到手术操作的流程，在这一过程中也能够促进学生们对整个实践流程有一个更为深切的认知，对于学生良好外科手术理念的建立以及培养也具备有一定的积极意义，并能够为其毕业后的临床工作奠定良好的基础。

3.2  在创伤骨科教学过程中应用三维有限元技术所需注意事项

较之于传统的创伤骨科教学模式，三维有限元技术其还具备有教学模式直观以及教学效率高等应用优势，并能够在具体的教学过程中充分发挥出学生们的主体地位，从而获得良好的教学效果以及教学质量。在创伤骨科教学过程中通过三维有限元技术的合理应用，其还能够对现有的教学模式起到一定的优化效果，在现有的骨科教学过程之中也开始发挥出越来越重要的作用，并成为了培养临床合格意识以及提升教学质量的一项重要手段。此外在进行创伤骨科教学过程之中还需要在现代教育思想以及教育理论的指导基础上，来进行相应教学环节的有序开展，并需要在课堂教学过程之中充分彰显出学生们的主体地位。此外在具体教学过程之中，还要求教师们能够将传统教学手段以及现代技术手段两者的教学优势进行有效的融合，只有这样才能够将三维有限元技术的教学优势进行最大限度的发挥，借此来取得良好的教学效果。

但是在应用三维有限元进行实际教学的过程之中，其还需要一定的计算机操作水平以及软件操作能力作为基础，这也给教师以及学生们的计算机水平提出了比较高的要求，因此现阶段仅仅在研究生层次上得到了广泛的应用。此外在应用三维有限元技术进行教学过程中还存在有一定的缺陷性，因此任何的数字化模型都只是对真实的情况进行模拟，但是现有的数字技术尚无法对标本的信息进行全面的概括，对于部门流程还存在有一定的简化以及假的情况，这也就导致了结果的准确性无法得到有效的保障。为了取得一个良好的教学模式，也就要求教师们在应用三维有限元技术来进行案例的计算过程之中能够跟大体的标本力学实验进行对照与分析，与临时资料对比的过程中还能够起到互相促进的作用。因此说在进行教学过程中，还需要告知学生们该技术的特点，来让学生们对三维有限元技术的结果进行有效的辩证。总之三维有限元技术的重要教学手段，是数字骨科的一种重要形式，但是现阶段创伤骨科教学过程中应用也多是处于探索阶段，也就需要老师和学生能够对具体的教学流程进行不断的完善，从而获得良好的教学效果。

在该次研究之中，主要选取了50名学生作为研究对象，将所有学生随机分为了两组，然后就两组学生的理论考试结果跟实践操作结果进行对比分析，结果表明观察组学生的理论考核成绩以及实践考核成绩均要显著高于对照组学生（P<0.05）。综上所述，在创伤骨科教學过程中之中借助于三维有限元技术的应用，能够充分发挥出学生们的学习主体地位，并能够促使创伤骨科的教学效果以及教学质量得到进一步的提升。但是在该教学手段的应用过程中还存在有一定的缺陷，因此要求相关教学人员结合实际教学情况来对该教学模式进行必要的优化与完善，以来获得一个良好的教学效果。

[参考文献]

[1]  姜侃，孙荣鑫.三维有限元技术在创伤骨科教学中的应用和优势[J].中国民康医学，2013，55（18）：100，113.

[2]  纪海峰，邵娟.教学用轻型机械手的设计运动仿真及有限元分析[J].现代制造技术与装备，2015，27（2）：79-81.

[3]  张美超，焦培峰.骨科三维有限元力学仿真的建模[J].中华创伤骨科杂志，2013（41）：10-12.

[4]  刘长剑，罗宗键.有限元及显微有限元分析在骨科应用的新进展[J].大连医科大学学报，2014，22（2）：182-185.

[5]  崔建伟.三维动画和虚拟现实技术在多媒体课件制作中的应用[J].辽宁师专学报：自然科学版，2009（4）.

[6]  尹良军，秦晋，程昀，陈富.现阶段骨科多媒体教学的思考[J]. 中国医药导报，2009（31）.

（收稿日期：2018-05-10）