3D打印技术在肝胆外科临床PBL教学中的应用

杨涛 王巍 郭秋颖 白光

普通外科的实习在医学本科生的实习中占有重要部分，而其中肝胆外科又是普外科中的重点和难点。解剖学是外科学的基础，也是医学生学习的难点，而肝胆外科的教学中解剖学的思维模型是最根本的思维模式。PBL 教学模式（problem-based learning，PBL），即“以问题为基础的学习”，与传统的医学教育模式相比，在设计理念、实施方式、评估体系、实际效果等方面均有着根本区别，是以学生为中心的教学方式，越来越多被引入我国高等院校教育，是教育界公认的先进教学模式，在医学生的临床理论学习和实习中被广泛应用。3D 打印是近年来兴起的一种先进打印方式，是以数字模型文件为基础，运用现在常用的一些可粘合材料，比如粉末状金属，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[1]。在肝胆外科临床实践及教学中，本文联合应用PBL 教学法与3D 打印技术，极大提高了医学生在临床实践中的学习兴趣，加深了医学生对专业知识的理解和记忆，在医学生教育中取得了良好的效果。

1 资料和方法

1.1 选取病例和制作模型

本文按照锦州医科大学临床医学本科生教学大纲对临床医学本科生的学习目标，仔细查阅锦州医科大学附属第一医院微创肝胆外科病区的病例资料，在2014 年1 月—2016 年12 月中筛选出了8 例复杂的肝脏病例。通过医院的影像中心，导出患者的增强CT 数据，并将影像照片经过软件处理后3D 打印成相同比例的树脂材料肝脏模型，整理患者的术前血液检查、影像图片、术中资料以及术后恢复，完善整个治疗过程后形成病例汇报，组织实习生在理论复习后分组讨论病例，例如：患者的术前检查、术前诊断、术中注意事项等问题，使用启发的教学方法，引导学生分析病例、诊断病例，从而锻炼学生提出问题、自主思考问题以及独立解决问题的能力，提高其全面素质。

1.2 研究方法

本次研究对象选择锦州医科大学2017—2018 学年第二学期进入锦州医科大学附属第一医院进行临床实习的本科学生60 名。其中女生36 人，男生24 人，依据随机数字法随机将实习生分为两组，对照组和实验组各30 人，分别安排进入临床实习。随机分成的两组学生在均采用相同的理论课教授时间及相同的任课教师，且他们的理论成绩等差异均无统计学意义。对照组仍然采用传统的教学方法，仍采用小班授课，复习理论后通过PPT 放映，学习患者的病例资料及影像学资料，如增强CT、增强MRI 等；实验组则采用被广泛使用的PBL 教学方法，在传统影像学资料展示的同时，我们可以使用软件观看肝脏的三维图像，可以360°观察肝脏的机构，同时还利用肝脏3D 打印模型在课堂上展示，使学生在观看影像三维图像的同时跟实体模型进行对比，进一步加深学生对肝脏结构的认识，然后再结合病例给予学生讲解影像学特点、术中操作的技巧及注意事项。对照组和实验组均采用相同的教学病例，相同的授课时间，由相同的任课教师进行授课，其差异无统计学意义，P＞0.05。

1.3 考核指标

将讲授的教学内容按照锦州医科大学本科生临床教学大纲的要求进行考核。采用理论与实践操作相结合的考核模式，首先通过闭卷考试，对所有学生进行病例资料阅读，然后对肝脏解剖部位及解剖特点、肝脏分段及分段依据、病变位置、可能的性质及治疗方案选择等进行理论考核。其次，由科内副主任医师对实习生临床技能操作进行现场考核，根据其操作熟练程度进行打分，理论和操作分别记分后计算总分，均采用百分制。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0 软件对实验组和对照组的数据进行统计分析，成绩为计量资料，用（±s）表示，所有数据均进行统计学分析，检验方式为t检验，以P＜0.05 认为有统计学意义。

2 结果

对两组学生课堂上所学的理论和技能操作内容考核数据进行统计及比较，实验组和对照组的在理论考核成绩、技能考核成绩、总成绩均优于对照组，且均存在统计学差异，实验组的理论及临床技能操作考核结果均高于对照组。见表1。

3 讨论

肝脏的结构复杂，肝脏内部三系血管网和胆管错综复杂，学习肝脏的解剖对空间结构的想象能力有较高要求，且肝脏内部存在较多的解剖结构变异，想要完成一例的复杂的肝脏手术，术前相关影像学检查对掌握相关肝脏内部解剖结构十分重要[2]，影响着手术的进程与成败。作为一名肝脏外科医生，术前对肝脏的内部结构要有一定的了解，尤其是对于复杂的肝脏手术，通过术前CT、MRI 三维重建以及术中B 超的实时定位，可以充分了解肝脏的内部结构和是否存在变异，因此，肝脏疾病的诊断和治疗与MRI、CT 等影像学关系密切。对于刚刚进入临床实习的本科生来说，常常感到肝脏的解剖结构比较抽象和复杂；即使进入手术室，也只能是观摩手术，手术室对无菌要求严格，无法让临床实习的学生近距离观看手术；再者受手术视野的局限，远程传输也无法清晰了解术中解剖，且传输的设备昂贵，在一般的教学医院很难实现实时传输。

我们在平时的教学中习惯向学生灌输理论知识和临床经验，虽然随着多媒体的发展，我们可以借助PPT 和视频影像来更形象的讲课，以便学生更直观的了解肝脏的内部解剖，但是整个肝脏的动静脉分支、胆管构成以及互相间的联系依然很难用语言来描述和表达[3-5]，尤其是对于缺乏空间思维能力的学生，很难对肝脏解剖结构有一个整体的认识。让学生更好地掌握肝脏的解剖特点，提高本科实习生学习临床知识的积极性，提高其临床思维能力、临床实践能力是各位教师面临的一大难题。

随着科技的进步和发展，视频和图片等教具已进入课堂，教师和学生都已习以为常。现在的课堂如果单纯采用传统的模式，很难提起学生的兴趣，我们需要更多新生事物加入来丰富课堂，3D 打印做为近年来兴起的技术，不管对于学生还是教师都是比较新颖的事物，能激发学生的求知欲，也可以使教师的授课内容更加生动形象。教学不再单纯是讲授，更重要的是要学生在听课的同时理解讲课内容，从而更深刻的记忆和领悟。

随着生物材料的发展，3D 打印技术迅速进入了社会的各个领域，广泛应用在各行各业，同样在医疗行业中也应用广泛，国内各大型医院也逐渐引进了3D 打印技术，且将其应用到临床各个科室中，在普外、骨科、整形等外科手术中都有应用[6-8]。作为省级三甲教学医院，我们在平时都有本科生的带教任务，如何让学生牢记解剖要点和系统掌握解剖知识是我们面临的难题。常规的教学方法是由教师引导学生系统回顾理论知识，熟悉肝脏病变的影像学表现，阅读CT 及MRI 影像的要点及难点，分析具体的临床病例，根据患者的病史、临床表现及影像让学生对具体病例进行讨论，列出诊断依据及鉴别诊断，根据疾病的性质和部位及影像学表现后做出初步诊断。3D 打印技术在PBL 教学方法中的应用，是先让学生系统回顾理论知识，然后学习患者的病史及临床表现后分析其CT、MRI 影像学特点，在影像学上分析其病变的位置以及与周围血管、胆管的关系，有了大致分析后再看患者的三维影像重建和三维模型，详细了解病变位置。通过3D 打印模型，我们可以360°观察患者的肝脏解剖，详细了解患者肝内肿瘤的位置，在术前就可以分析和预判患者的肿瘤与肝内管道的关系，术前可以精确手术方案，家属也更直观的了解病情，更便于医患沟通[9-10]，通过患者术前3D 打印模型，我们可以更加方便和清晰地显示肝门解剖结构变异以及肝动脉来源是否有变化。通过软件的测量，我们不仅可以测量肿瘤的大小和肿瘤与肝管的关系，还可以模拟切除范围和计算术后肝脏剩余体积，更加做到了精准治疗。要求学生全面观察肝门和肝门的解剖结构。让学生在头脑中形成三维概念，加深对肝门解剖与肝门三维空间关系的理解。腹腔结构复杂，腹腔动脉系统和门静脉系统有很多变化。对于初学者来说，单纯记忆教材中的关于动静脉系统的图示往往很难，难以形成系统的记忆，学习效率非常低，教学效果差。相反，有了三维可视化模型的帮助，我们可以在观看二维图示后再观看三维模型，可以观察肝脏内部结构，观察肝动脉的起源及分支，观察肝静脉及门静脉系统是否有变异，从各个角度观察肿瘤的位置及周围管道结构，精确测量肿瘤大小，模拟切除肝脏的范围。从单纯的定性观察到进一步的精准测量，不仅有助于提高学习效果，而且具有重要的临床意义[11-12]。使学生更好地了解肝脏解剖结构，提高学生的空间思维能力，提高临床教学质量。

表1 两组学生考核成绩比较（分，±s）

表1 两组学生考核成绩比较（分，±s）

为发挥三维可视化数字医学优势，我们结合患者的实际情况建立并打印3D 固体模型，通过使用3D 模型在课堂上现场教学，以便让学生可以更清晰和直观的了解肝脏的立体结构，更加深刻的理解肝门部解剖结构及肝内各血管与胆管的走向。我们在授课过程中使用3D 打印模型后，学生首先可以对患者的病理解剖有初步的成像了解，能够对患者的病情做一个初步的分析，再通过阅读影像学资料，结合患者的病史和体征，对疾病进行综合判断。PBL 教学法使学生成为教学的主体[13]，充分拓展了学生的临床诊疗思维。

杜恒等研究发现[14-16]，通过在授课过程中使用3D 打印技术，打印出肝脏实体模型，可以清晰的观看肝脏内部结果及病变位置，可以提高学生的学习兴趣，加强其对肝脏解剖结构的认识，3D 打印技术激发了学生学习的积极性，提高了学习效率。本研究创造性的将3D 打印技术应用于肝胆外科，同时引入目前广泛受到师生推荐的PBL 教学法，通过对实验组和对照组的学习成绩进行统计分析，获得了良好的效果，通过统计分析发现实验组和对照组的在理论考核成绩、技能考核成绩、总成绩均优于对照组，切均存在统计学差异。本次研究的结果表明了3D 打印技术能够调动学生的学习积极性，激发学生对学习知识的渴望，帮助学生理解和掌握相关专业知识。3D打印技术能够将病例的具体病理改变更加直观的呈现给学生，增强其对病变的认识和理解，从而解决了学生无法直接观察患者病变这一难题。教师通过使用3D 打印实体模型向学生讲解解剖、手术入路、手术操作要点等相关知识，使学生在听课的同时能更好的理解和记忆授课内容，对解剖结构有一个立体的认识，提高了学生的学习兴趣，活跃了课堂，加深了知识点的理解，使同学在理论和实践都得到了很大的提升，授课氛围和考核效果良好。综上所述，在肝胆外科的临床教学中将3D 打印技术与PBL 教学法联合使用，可以活跃课堂气氛，丰富授课内容，学生学习更加主动，记忆更加深刻，极大的提高学生学习效率，对今后的授课有很好的指导。