案例教学法结合3D打印技术在骨外科临床教学中的应用

黄 帅 黄 彦 范子文 廖壮文 赵 玉 陈斌伟 陈灿伟 刘圣曜

3D打印(Three-Dimensional Printing)技术，是一种通过逐层打印的方式来构造物体的技术，是快速成型技术的一种。近年来，3D打印技术有了突飞猛进的发展，凭借电子计算机断层扫描(Computed Tomography)、磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging)等影像学技术的进一步发展，3D打印快速成型技术在医学教学中应用越来越广[1-3]。3D打印的优势之一，是可以个体化，从而为不同个案创造个体化的方案。案例教学法作为比较成功的教学模式在医学等领域中取得了显著的成效，应用于骨科等临床及教学领域中，取得了较好的教学效果[4-5]。但是，骨外科教学内容多，涉及全身骨骼，且分型复杂。更重要的是，骨折局部周围血管、神经、软组织、肌肉是一个整体，不能割裂来看待。因此，骨外科专业的教学对骨折局部解剖知识有较高要求，包括易损伤神经、血管等。教学的困难还包括临床常见的二维影响资料与人体内立体的解剖结构之间存在空间转换困难，继而导致对骨折的受伤机制与骨折移位、分型的理解困难。同时，骨科教学内容较多而本科见习时间有限，因而，怎样通过一些好的教学辅助办法提高案例教学效果，是骨科教学所面临的一个重要挑战。本文通过分析对比2016—2017年在广州医科大学附属第二医院骨外科临床见习的广州医科大学临床医学本科学生的见习期间资料，以探讨案例教学法结合3D打印技术在骨外科实习教学中的教学效果。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择2016—2017年在我院骨外科临床见习的广州医科大学临床医学本科生60人。随机抽取30人按照案例教学结合3D打印模型进行教学(观察组)，30人按照普通案例教学法进行教学(对照组)。两组一般统计学资料无明显差异(P>0.05)。带教老师由我科具有带教资格的主治医师承担，通过精选临床案例，适当加工后集体备课进行骨科临床教学。

1.2 研究方法

案例教学是一种开放，互动的教学方法。通过各种信息、知识、经验和观点的碰撞，实现了启示理论和思想的目的[6-10]。案例教学法，长期应用于我院本科生见习教学，取得了不错的效果[11]。本文拟将3D打印技术应用到我科案例教学中，在观察组中开展，而对照组仍然采用普通案例教学法进行教学，通过对比观察案例教学结合3D打印的带教效果。

教学内容按照我校教学大纲要求设定以下内容：①结合案例教学见习骨科常见的骨折及其移位特点，并掌握骨折局部解剖结构的特点； ②对照组在对临床案例的影像学资料阅片基础上，结合病史、体征及手术演示进行案例教学；③观察组通过将临床案例影像学资料转化为3D器官模型，结合病史、体征及手术演示进行案例教学。教学后通过对学生的见习考试及调查问卷进行教学评估。见习考试总分设定为100分，包括5个单项，各20分：①病史采集；②骨折的特征及分型；③影像学资料阅片；④常见骨折手术适应征；⑤骨折手术方案的选择。调查问卷总分设定为100分，包括5个单项，各20分：①学习兴趣；②骨折的体征及鉴别；③骨折局部解剖特点；④骨折不同移位类型鉴别；⑤手术过程的理解与掌握。

1.3 统计学处理

2 结果

2.1 见习考试成绩

观察组与对照组相比，在骨折的特征及分型、影像学资料阅片、常见骨折手术适应征、骨折手术方案的选择4个方面得分较高，而在病史采集得分上无明显统计学差异，见表1。

表1 见习考试成绩 分)

注：与对照组相比，1)P<0.05

2.2 调查问卷结果

观察组与对照组相比，在学习兴趣、骨折局部解剖特点、手术过程的理解与掌握3个单项的提高较多，而在骨折的特征及鉴别、骨折不同移位类型鉴别2个单项无明显统计学差异，见表2。

表2 调查问卷统计表 (n=30)

注：与对照组相比，1)P<0.05

3 讨论

近年来，3D打印技术获得了快速发展，其通过逐层打印的方式来构造物体，具有广阔的应用前景。迄今为止,人们已经用 3D 打印技术打印出了很多东西。同时，该技术在临床医学领域应用也有广泛的前景，特别是在骨科[12-18]、口腔颌面外科[19-21]以及血管外科[22-23]等。以往的影像学资料(X线、CT等)，都提供不了立体、整体的影像学评估，因此，对患者的临床资料进行三维加工，并从中找出个体化的疾病相关信息存在一定的困难，这也给患者个体化治疗方案带来了一定障碍，同时，也不利于临床教学的开展。因此，对于接受骨折手术的患者术前进行影像学资料三维加工，充分了解骨折局部解剖信息十分必要。3D打印技术的出现，为该困难的解决提供了很好的技术基础。

3D打印技术的优势是可以将二维的影像学资料以三维的实体模型展现出来，各种解剖结构可以精确再现，具备精确化、个体化的优势，对患者的治疗和临床教学都有较大的应用前景。目前，3D打印技术已经应用于临床教学，取得了不错了效果[24-26]。

3D打印在外科临床应用中取得了不错效果[1,27-29]，这也提示我们3D打印在骨科临床教学中可能也能助于提高临床教学效果。研究发现，3D打印模型有助于减少诊断过程中不同学习者之间的变异度[30]，即能取得更好的教学效果。同时，3D打印的优势还在于，能够通过模型直观地显示解剖结构，有利于术前规划、术前评估、手术设计，尤其对年轻的医学生加强对疾病诊断、治疗的过程理解，具有较好的教学效果[31]。由此可见，3D打印更直观、减少了人为因素可能导致的误差，更重要的是，3D打印是个体化的方案，避免了解剖变异对患者疾病治疗的影响。

长期以来，案例教学法应用于我院本科生见习教学，取得了不错的教学效果。案例教学法在骨外科教学中应用较多，能够有效激发学生对骨外科学的学习兴趣，有助于提高学生自主学习能力，同时也能加强对医学的各种实际操作，最终提高骨外科临床教学效果和满意度[32-33]。案例不是一堆事例、数据的简单罗列，单纯的理论讲解很多时候不能引起学生的兴趣，导致学习变得枯燥、乏味。鉴于此，我院在3D打印等新技术应用于临床时，也关注于新技术在临床教学中的应用。为了进一步提升我院骨外科见习教学中的教学效果， 我院通过案例教学结合3D打印器官模型的方法进行教学，借此作为提升教学质量的突破口。充分发挥案例教学中对学生临床思维的培养，使骨科案例教学更形象、更生动、更立体。使学生更好地融入课堂，更好地参与讨论，独立思考，从而激发学生的学习热情。案例教学结合3D打印教学主要由以下几个方面构成：①选择典型临床骨折患者；②学生参与到案例患者的病史和体征采集过程，使学生对案例有更深入的了解；③将理论学习与案例结合学习，使学生对理论有更加深入的理解；④完善案例患者术前X线、CT等影像学资料，将CT数据转化成了 3D 打印的数据，制作出患者真实的骨折3D 模型，通过3D 模型了解骨折端组织的解剖学信息；⑤针对案例开展小组内讨论，鼓励学生独立思考，再制定手术方案，结合 3D 教学模型讲解手术过程及相关解剖知识。

本研究结果表明，观察组在骨折的特征及分型、影像学资料阅片、常见骨折手术适应征、骨折手术方案的选择4个单项得分较高，而在病史采集得分上无明显统计学差异。调查问卷结果也表明，我院多数本科见习接受3D打印技术结合案例教学模式，观察组在学习兴趣、骨折局部解剖特点、手术过程的理解与掌握等3个单项上得到了显著的提高，有效地调动了学生主观能动性。

3D 打印模型案例教学模式在骨科中的教学优点在于：一是充分调动了学生的学习积极性，通过3D打印模型，使理论学习更简单、更高效，理解更容易；二是让学生对不同外力下骨折移位方向及其周边血管神经走行可以直观地观察，使解剖知识与骨科知识更好地融合、贯通；三是3D打印技术的优势是可以将二维的影像学资料以三维的实体模型展现出来，各种解剖结构可以精确再现，具备精确化、个体化的优势。通过观察3D打印模型结合阅读X线片和CT片，使学生对X线片和CT片理解更容易，更立体，减少了阅片的学习周期，减少了二维与三维之间的转换困难；四是3D打印模型与手术演示相结合， 可使手术更形象、更生动、更立体。在3D打印模型进行手术设计，既能提高手术的安全性，也有利于学生参与到手术设计中来，明白手术切口选择原因及也明白内固定选择的理由。直观的案例资料，能更好地让学生参与到案例的讨论中来，避免了以往学生由于对患者骨折的理论知识与临床结合困难，导致讨论中无法理解带教老师的所讲，从而无法积极参与讨论。X线、CT等影像学资料的阅读在复杂骨折中阅读困难，所需专业知识较高，学生往往很难短时间内对这些影像学资料进行一个信息抽提，这也是学生见习过程中对病例讨论无法积极展开的一个重要原因。

3D打印克服了以上多种教学中的困难，使学生能够短时间内对案例有一个较好的理解，也有助于理论知识与临床的结合。有研究表明，利用3D打印技术教学，学生对这种教学方式给出的评价是“愉悦、有帮助、有效、自信”[34]。

3D打印技术改变了以往二维影像学资料在教学中的局限性，即缺乏直观可见的教学辅助工具、案例代入感不强导致骨科案例教学枯燥的教学模式，减少了学生对骨科理论知识学习的难度，增加了影像学阅读的能力，使学习工程中更加直观和立体，减少学习障碍，使课堂讨论更加积极，有利于正确引导学生加强骨外科专业知识的学习，从而在提高主观能动性的同时，获得更好的教学效果。