3D打印骨盆髋臼骨折模型在临床实习情景教学中的应用探讨

孔维军，叶 盛，刘 磊，杜 迁，敖 俊，廖文波

（遵义医科大学附属医院骨科，贵州 遵义 563000）

随着现代建筑业、交通运输业的快速发展，创伤事故愈发多见，骨盆髋臼骨折成为骨科急诊多发病与常见病[1]。骨盆是人体重要的支撑结构，也是高能量损伤的常见部位[2]。对于骨盆结构的清晰认识是临床实习轮转学习的重点内容。由于骨盆解剖结构复杂，盆腔内容纳有许多重要的器官并毗邻重要血管、神经，其相关手术风险高、手术难度大[3]。常规应用的影像资料对组织结构的缺乏仿真度与直观性，不能在空间上进行准确定位，制约了实习医师对骨盆髋臼骨折的学习和理解。

3D打印技术以数字模型文件为基础，相关软件构建三维模型，通过塑料或粉末金属材料进行逐层打印的方式构造物体的技术[4]。早期在骨科的应用主要在于辅助骨折复位、内固定选择等[5]。现代骨科已将3D打印技术广泛应用于复杂骨折、肿瘤、畸形与损伤、肢体畸形与假体制作等方面[5,6]。

长期以来，骨盆髋臼骨折手术一直被视为创伤大、并发症多的高难度手术。由于解剖结构复杂，以及手术显露的困难性，使得作为助手的实习医生很难对该类手术产生较为直观的感性认识，从而“知难而退”，不愿学习本章知识，导致教学效果差，这一直成为外科临床实习带教的难题之一[6]。如何充分调动实习医生在有限的骨科实习阶段的学习积极性，提高临床实习效果，是外科临床教学需要积极解决的问题[7]。为此，我们将3D打印的骨盆髋臼骨折模型用于临床实习的情景教学，以探讨其对临床实习效果的影响。

1 材料与方法

1.1 骨盆骨折三维模型的构建

患者取仰卧位行全骨盆薄层扫描，按要求设定球管电压120 kv，电流200 mA，扫描层厚0.625 mm，扫描原始图像以dicom格式保存。将dicom数据导入Mimics14.11中进行三维编辑重建，利用3D打印机通过读取文件的截面信息进行逐层打印堆积而构建实物（如图1），通过实物模型从三维界面上全方位观察骨折的移位情况。

1.2 研究对象

以遵义医科大学第一附属医院骨科62名实习医生为研究对象，男42名，女20名，随机分成3D骨盆髋臼模型教学组（31名）和常规教学组（31名）。3D骨盆髋臼模型教学组在临床实习教学中采用打印模型进行教学讲解，常规教学组则采用影像学资料及解剖图谱进行讲解。

图1 右侧骨盆髋臼粉碎性骨折3D打印模型

1.3 研究方法

授课教师根据临床骨盆解剖内容制定教学计划。常规教学组应用PPT教学，对骨盆解剖结构进行展示；同时结合患者的骨盆CT影像资料进行骨盆的解剖学习，让实习医师对骨盆骨折相邻部位的重要结构及手术复位方法进行分析讨论。在此过程中，老师只起引导作用，不参与讨论分析。3D模型教学组在前述教学的基础上，直接观察已经重建打印的3D骨盆髋臼骨折模型，从不同方位和层面了解骨折形态。课程结束前进行理论和操作测试，要求所有参与的实习医师对骨盆的解剖结构及骨折部位毗邻的重要血管、神经进行判断和定位。总分为100分。其中，理论测试50分，实践测试50分。课程结束后给参加研究的实习同学发放问卷调查表，对教学效果进行评价，调查教学方法的满意度及教学内容的掌握度。两项内容评分满分设置为10分。测评结束后，常规教学组同学在老师引导下应用打印模型再深入学习。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0软件进行统计学数据分析，计量资料采±s表示，组间比较采用t检验，以P≤0.05为差异具有统计学意义。

2 结 果

2.1 3D模型教学组与常规教学组间的考试成绩差异

3D 模型教学组的理论成绩与操作成绩分别为（44±2.4）和（46±1.9），高于常规教学组41±1.9和42±1.7，差异有统计学意义（P＜0.05）。表明采用3D模型情景教学提高了实习医师对骨盆结构的理解，提高了临床教学效果（如表1所示）。

表13D模型教学组与常规教学组考试成绩比较（ ±s，n=31）

表13D模型教学组与常规教学组考试成绩比较（ ±s，n=31）

（* 与3D模型教学组比较，P＜0.05）

组别 n 理论成绩 实践成绩3D模型教学组 31 （44±2.4） （46 ± 1.9）常规教学组 31 （41±1.9）* （42±1.7）*

2.2 3D模型教学组与常规教学组对教学效果的评价

3D模型教学组对教学内容掌握度评分和教学方法满意度评分分别为（9.5±0.3）和（9.8±0.2），高于常规教学组（9.0±0.2）和（9.3±0.3），P＜0.05。表明通过采用3D骨盆模型教学提高了临床实习医师对骨盆骨折教学内容的掌握程度，同时亦提高了实习医师对新型情景教学方法的满意度（如表2所示）。

表23D模型教学组与常规教学组问卷调查结果分析（±s，n=31）

表23D模型教学组与常规教学组问卷调查结果分析（±s，n=31）

（* 与3D模型教学组比较，P＜0.05）

组别 n 教学内容掌握度 教学方法满意度3D模型教学组 31 （9.5±0.3） （9.8±0.2）常规教学组 31 （9.0±0.2）* （9.3±0.3）*

3 讨 论

从力学上看骨盆是整个人体的基座。它的半封闭状态为盆腔脏器、消化道，泌尿生殖系统和血管、神经等重要器官提供保护[1,3]。骨盆髋臼骨折系高能量损伤，损伤机制复杂，范围广泛，波及结构较多，手术复位要求高，难度大，手术创伤大，术后并发症多[8]。常规的术前讨论对手术切口入路的选择，术中骨折块的复位与固定等内容难以理解；使得教学难度增加；学生普遍反映学习效果差[8]。学习之后仅停留在理论的讲解，没有直接的感性认识，难以激发起学习兴趣[8,9]。为此，我科积极进行教学模式的探讨，将3D打印骨盆髋臼骨折模型应用于临床实习的情景教学中，取得了理想的教学效果。

随着3 D 打印技术在骨折、骨肿瘤等方面的探索利用[10]，通过提取骨盆骨折的CT数字资料，经过相关软件处理后进行骨盆髋臼骨折模型打印，实物构造直观复原骨折情况，可以直观、形象地了解骨折的移位情况，在模型上模拟复位及固定，提高学生的学习兴趣与教学效果[11]。兴趣决定效率。医学教育的主要目的之一是优化教学模式，促进并提升临床分析问题、解决问题的能力，培养其科学的临床思维。我科自2016年引入3D打印技术后，对部分复杂骨盆髋臼骨折病例在术前进行骨折模型的3D打印，便于术前与患者及家属沟通，且便于制定手术方案。同时，我们也尝试将3D打印模型引入到临床实习教学模式中，探讨此方法是否能有效提高临床教学效果。在我们初期的CBL模式教学过程中，对骨盆骨折病例进行常规的影像学资料分析后，因需要较强的三维空间想象能力，学生对骨折的具体移位机制仍然不清楚[7]，对进一步的骨折分析、手术入路选择、固定范围的讲解也是一知半解，严重阻碍了学生的学习积极性[12]。通过早期的PPT讲解，再结合骨盆骨折的3D模型，学生有一种恍然大悟的感觉，及时纠正了三维空间想象中的错误地方，同时饶有兴趣的分析骨折类型、模拟骨折复位；极大的满足了学生的求知欲，提高了学习兴趣与学习效果[13]。通过利用3D打印模型，可以使带教老师更直观地进行教学，可以轻松自然的在模型上为学生进行解剖、分型、复位、固定等相关知识的讲解，使得教学变得轻松、简单、有效[11,12]。

传统的教学模式以规划教程为纲要，概念注入，老师作分析引导，学生强迫是记忆。3D打印骨折模型应用于医学临床教育，改变了传统的教学方式，“另辟蹊径”的促进学生成为教学主体，转变成自主性学习、研究性学习、交互式学习的教学方式[13,14]。通过3D打印模型呈现临床真实病例，从抽象思维及复杂的病情表现中，使得学生面对模型犹如“身临其境”，从狭小的“点”的认识上升到广大的“面”上的认识，逐步实现临床经验“量”的积累到“质”的突破，从而获取书本上难以学到的临床思维与诊疗技能[15,16]。利用3D打印人体结构模型进行临床情景教学是一种行之有效的方法，是一页活的教科书，值得推广应用。

通过3D打印骨盆骨折模型教学法让我们体会到，教学模式不是一成不变的，而是应该根据教学内容和教学对象的特点，结合新新科技成果，与时俱进，力求在合理、科学的基础上积极探索更好的教学方法。