3D 打 印 模 型 在 骨 科 临 床 教 学 中 的 应 用▲

梁 周 何 忠 罗善超 杨德炎

(广西玉林市中西医结合骨科医院正骨一科，玉林市 537000，电子邮箱：5913682@qq.com)

3D打印技术的基本原理是以计算机软件建立的数据模型为基础，利用光固化和纸层叠等技术，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3D 实体模型。3D打印技术是一种新型的快速成型及快速制造技术，被广泛应用于社会各个领域，同时也得到医学领域的广泛青睐，被誉为“第三次工业革命的标志”[1]。骨科是专业化相对较强一个医学专业或学科，骨科医生需要具备扎实的专业理论知识及临床经验，而尚在学校学习的医学生对骨科知识的了解很有限，如何在短时间内培养出一名优秀的骨科医生，是所有临床教师都需要认真思考的问题[2-3]。以往骨科临床教学中大多采用实体骨骼标本或模型，3D打印技术的飞速发展为骨科临床教学提供了难得的发展契机。为了提高骨科临床教学的实际效果，我院将3D打印技术引入骨科临床教学中，显著提高了骨科临床教学效果，现报告如下。

1 对象与方法

1.1 对象 选取2017年5月至2018年7月在我院骨科临床实习的40名医学生为研究对象，均为医科大学本科生，男生26名，女生14名，年龄22～25岁。将其按随机数字表法分为两组，每组20名，观察组男12名，女8名，年龄22～25岁；对照组男14名，女6名，年龄22～25岁。两组学生性别、年龄、学历比较差异均无统计学意义(均P>0.05)，具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 对照组：按传统带教模式教学，即指导学生采集病史、行体格检查、专科检查等，然后阅读患者的X 线片、三维CT以及 MRI等影像学资料，针对患者临床表现、影像学资料进行讨论，做出初步诊断，制订治疗方案。

1.2.2 观察组：在传统带教模式的基础上采用3D实体模型教学。(1)骨科教学病例的设计与选择：根据骨科专业基础理论知识和临床技能课程教学要求，病例教案的设计要充分反映骨科常见病、多发病和骨畸形等特点。关节、脊柱、骨骼及其周围组织的解剖结构比较复杂，学生理解较为困难，我们选择相关疾病作为本次骨科教学病例。(2)3D打印模型的获取：① 数据采集：在我院影像科获取临床常见各部位骨折的正侧位、正斜位X线片，根据不同部位骨折，再行薄层CT扫描三维重建，最后将扫描获得的模型保存，以Dicom格式输出下载至移动硬盘。② 3D打印制作实体模型：仪器有医学影像工作站HP/惠普ENVY15-AE122T、三维模型优化处理系统、医学三维重建软件、MIMICS 17.0软件、3D打印机(森工科技M2030X，由玉林市中西医结合骨科医院3D打印实验室提供)。校验医学数字成像和通信(Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM)数据，将患者骨折部位合格的DICOM数据导入3D打印机的自动化逆向处理软件中，首先提取骨折部位，对骨骼的体像素进行编辑，用3D打印软件将输入的各种CT扫描的断层数据，构建成结构复杂、形态不规则的骨骼的高精度三维模型，将PLA材料进行加热、融化之后，再通过层层构建叠加方式，打印出目标骨骼等大的、高度仿真模型。(3)教学方法：教师结合具体病例，要求学生对相关疾病进行预习，指导学生采集病史，进行体格检查、专科检查等，然后阅读患者的X线片、三维CT以及MRI等影像学资料，针对患者临床表现、影像学资料进行讨论，做出初步诊断。学生有疑问暂时保留，待讨论意见统一后，取出3D骨折模型进行详细讲解，3D骨折模型可以直观骨折部位、损伤严重程度及其周围组织情况，然后通过3D模型制订手术计划，并进行术前虚拟手术演练，以最终确定手术方案，选择最佳的手术入路和植入物，预计手术效果。课后请学生代表对教学案例进行总结，最后老师与学生一起分析患者病情后做出治疗方案。

1.3 观察指标 实习结束时，对两组学生进行教学效果评价，包括基础理论知识考核及手术操作考核。基础理论考核采用笔试，内容包括病历书写、骨折受伤机制、骨折的临床表现、骨折的分型、骨折手术方法的选择等，每项20分，总分100分。手术操作考核为根据骨折模型制订手术方案，模拟手术固定体位、手术入路、手术固定方式及该入路如何避免损伤重要血管神经等，每项25分，总分100分。

1.4 统计学分析 应用 SPSS 11.0统计学软件进行统计学分析。计量资料以(x±s)表示，比较采用t检验；计数资料比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

实习结束时，观察组学生基础理论知识考核总成绩为(92.5±8.0)分，对照组为(81.6±7.6)分，观察组基础理论知识考核得分高于对照组(t=4.421，P<0.001)；观察组学生手术操作考核总成绩为(88.9±11.5)分，对照组为(73.9±13.4)分，观察组学生手术操作考核得分高于对照组(t=1.884，P=0.001)。

3 讨 论

骨科是以肌肉骨骼系统疾病的诊治为主要研究内容的学科，传统的教学模式是老师带领学生查房，讲解病例，查阅相关的影像学资料，使用PPT 讲解等方式进行教学，教学模型大多使用单一的正常结构实体骨骼标本或模型，大部分医学生不能直观认识骨折的三维结构，对于涉及众多不规则骨骼形态的复杂骨折更难以理解。致使大部分医学生以及众多年轻医生对所学的骨折知识等难以消化。骨科临床教师多为从事临床工作的医师，平时工作强度较大，而临床授课往往需要长时间准备教具及病例资料，无形中增加了工作负担，导致骨科临床教学一直是教学的难点，教学效果不甚理想。将3D打印模型应用到骨科临床教学中，可提高学生的临床资料收集能力、病例分析能力、个人学习主动性等，并能培养学生的临床思维能力，激励创新能力，提升课堂专注度，有效提高骨科知识的学习兴趣，激发学习的积极性和主动性[4]。

刚进入临床实习的医学生其解剖学知识相对欠缺，通过3D打印等比例骨折模型，可从任意角度观察模型以了解骨折情况，从而提高医学生疾病诊断的准确率，并且可以加深学生对医学解剖知识的理解。由于学生在手术方法的熟悉程度、空间构象能力、手术经验等方面的欠缺，无法适应临床手术节奏，所以术前使用3D打印模型进行手术设计，学生可以直接触摸、观察具体骨折部位，更好地将理论知识与实体骨折模型相结合，为制订手术方案奠定良好基础[5-6]。同时，学生还可以根据3D打印模型确定手术方案、模拟手术操作、选择最佳手术入路和植入物等。通过反复模拟手术操作以获取手术经验，在实际手术操作时就能得心应手。同时在模拟手术的操作过程中，可以随时向学生详细讲解本次手术的复杂性及关键技术要点，使学生全面了解整个手术过程，从而在实际手术过程中缩短手术时间，减少术中出血量，降低术后并发症发生率，最终令患者受益[7]。

本研究结果显示，在传统带教模式的基础上采用3D实体模型教学的观察组学生的基础理论知识考核、手术操作考核得分均高于对照组(均P<0.05)，表明该教学方法可以有效提高实习生的基础理论知识和手术操作水平。3D打印技术也有其不足之处，如骨骼部分虽具有较好的打印效果，但其周围的血管、神经、肌肉等无法同时打印，导致模拟手术的截骨及内固定物的植入操作与实际操作有一定差别[8]。

综上所述，将3D打印技术应用于骨科临床教学中，能有效提高学生的基础理论知识水平和手术操作水平，提高其学习骨科知识的兴趣，是一种行之有效的临床教学模式，在骨科临床教学中具有良好的应用前景。