3D打印技术在运动医学骨科临床教学中的应用研究

邹阿鹏 李传波 安丰敏

骨科学为一门外科学重要的基础性学科。该学科主要诊治人体骨骼肌肉系统疾病。在对患者开展骨科疾病诊疗过程中，所涉及到的解剖结构非常复杂，即使是相同的疾病，治疗起来方法也多种多样。基于此，临床针对于从事骨科医护工作的人员要求较高，其必须具备良好的三维空间识别能力以及解剖学知识。但不容忽视的是，现如今于骨科临床教学实践环节之中，多采用传统教学法。这种教学方式所提供的骨骼模型结构单一，无法适应相关骨科疾病损伤后治疗机制。另外，其在手术的直观操作方面也存在着很大问题[1]。当前随着我国科技的不断进展，3D 打印技术也被全面运用于运动医学骨科临床教学工作之中，且取得了满意的效果。这种方法能够全面综合骨科患者病情以及自身特点，进而为临床治疗方案确定提供了有力保证。经过对受试者实体模型观察，同时开展手术摸底治疗方案，可在极大程度上提升医学生的动手能力水平，就此提高学生们的学习知识积极性，提升其学习效率。为了全面探讨3D 打印技术在运动医学骨科临床教学中的应用价值，结合实际情况，本试验择取2019 年6 月—2020年6 月滨州医学院烟台附属医院所接受的运动医学骨科实习本科生60 名为研究对象，对上述命题进行分析，现做出如下汇报：

1 资料及方法

1.1 一般资料

本试验择取2019 年6 月—2020 年6 月滨州医学院烟台附属医院所接受的运动医学骨科实习本科生60 名为研究对象，所有学生身体健康，且自愿签署实习协议，同意参与调查。现按照所接受的临床带教方法不同，将其分为对照组30 名学生以及观察组30 名学生。对照组内男生21 名，女生9 名，年龄22.56～24.35 岁，平均（23.13±0.26）岁；观察组内，男生22 名，女生8 名，年龄22.71～24.46 岁，平均（23.52±0.35）岁。经过对比，两组学生年龄、性别等资料差异无统计学意义（P＞0.05），可对比。

1.2 教学方法

所有学生均由相同带教教师开展相同的教学内容。对照组学生沿用传统带教方案，具体方法为：将运动医学骨科常见病——膝关节胫骨平台骨折合并前交叉韧带损伤为案例，有效收集患者疾病影像学资料开展教学，详细方案为：

（1）带教者结合真实案例，提前3 d 通知实习生针对于和疾病有关的知识开展预习。（2）引导实习生正确收集患者病史、体格检查资料、X 线片资料、MRI 以及CT 资料等等[2]。（3）结合患者当前临床表现以及影像学资料，让学生做出早期诊断。（4）带教者负责总结病例，整理好关于疾病的治疗流程。在此同时结合最新医学研究进展，为实习生讲解前沿化诊治疾病理念。（5）实习生讨论提问，带教者第一时间为实习生答疑。（6）将学习时间固定为90 min，每周固定周二、周五下午16 ∶00—17 ∶30 学习。每周查房2 次，总计12 h。

以此为基础，观察组学生应用3D 打印模型方案学习。具体方法为：有效收集患者的影像资料，结合CT扫描所得出的数据，通过3D 打印技术制作出高仿真模型。以传统教学方法为基准，在学生进行对照组方案步骤（4）之前，通过3D 打印模型直观地展示出患者具体受损位置、周围软组织伤情以及受损程度。在此同时，经过3D 模型全面制定患者的手术计划。例如复位骨折的先后顺序、择取合适内固定材料、选择出规格相适应及型号、演练手术操作步骤等等，剩余步骤与对照组实习生相同。

1.3 观察指标

（1）分析两组学生综合能力问卷评分对比情况。具体问卷项目包含学习兴趣、自学能力水平、理解能力水平、教学满意度。每项满分为10 分，分数越高表明学生的学习兴趣越浓厚、自学水平越强、理解能力越高、对于教学越满意。（2）分析两组学生考试成绩对比情况。具体包含理论知识以及操作技能两大模块，每个模块满分均为100 分，分数越高表明学生成绩越好。

1.4 统计学方法

应用SPSS 20.0 统计学软件对数据进行分析。计数资料用（n，%）表示，采用χ2检验；计量资料用（）表示，采用t检验，P＜0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学生综合能力问卷评分对比

和对照组相比，观察组学生满意度、理解能力水平、自学能力水平以及学习兴趣得分明显更高，差异有统计学意义（P＜0.05），详见表1。

表1 两组学生综合能力问卷评分对比（分，）

表1 两组学生综合能力问卷评分对比（分，）

2.2 两组学生考试成绩对比

和对照组相比，观察组学生的理论知识以及操作技能考试成绩得分明显更高，差异有统计学意义（P＜0.05），详见表2。

表2 两组学生考试成绩对比（分，）

表2 两组学生考试成绩对比（分，）

3 讨论

相关研究表明：在现如今的骨科临床实习带教工作之中所沿用的教学方式不同，会直接影响到医学生掌握理论知识的程度以及实践操作能力[3]。骨科为一类病种多、综合性极强的学科分支，其涉及到的解剖部位众多，且人体骨骼结构非常复杂[4]。缺乏良好的解剖学知识培训是目前全世界范围内医学生所共同面临的难题，国内的医学院校目前已从几年前8～10 名学生解剖一具尸体的模式变成了15～20 名学生解剖一具，一些偏僻的院校甚至无尸可剖。这使得医学生对基础解剖的掌握程度大为下降，这些学生在进一步面对骨科学课程时，往往会在实际解剖结构的重建时遇到障碍。医学生的临床实习阶段为一个由感性认识升华到理性认识的重要环节，且为培养医学生直接动手能力的重点阶段。既往所沿用的PPT 教学模式所展现的大多为二维图像，并且以带教者为核心，医学生们处于被动接受知识的地位[5]。其学习新知识的积极性和主动性往往不高。加上人体运动系统比较复杂，其中包含了韧带、肌腱、肌肉、骨骼、软骨关节等等组织，结构比较抽象。医学生在校学习期间普遍缺少立体直观空间想象能力，很难将在校所学到的理论知识和临床实践完美结合，进而对实习环节产生恐惧心理，引发其学习兴致不高。由此能够看出，选择一类有效的教学方式对实习生开展带教工作意义重大[6]。

3D 打印技术是一种采用数字技术材料打印机来构造物体的新技术，诞生于20 世纪90 年代左右，是基于材料累加概念和层叠制造方法的模型制作技术，被广泛应用社会各个领域，医学领域中以CT 等断层数字模型数据为基础，在计算机控制下，运用黏合材料，通过逐层打印和精确堆积制造出数字化实体模型，其能制造出高度仿真的骨骼病理模型，让学生能直观地了解骨骼系统损伤及病变形态。相关研究表明：应用3D 打印模型对医学生开展运动医学骨科实习带教工作，能够取得满意效果。这种教学方法集合了运动医学解剖结构、运动医学的手术治疗以及诊断为一体，能够实现生动、形象且直观地提升临床教学效果[7]。本组研究结果表明：和对照组相比，观察组学生的综合能力自我评价问卷得分明显更高，差异有统计学意义（P＜0.05）。随着这种技术的迅速发展以及普遍应用，可以为医学教学模具提供全新来源。

在院内开展运动医学骨科临床教学工作中，充分运用3D 打印骨关节受损模型有下列优点：

（1）该法能够直观且形象地帮助医学生了解人体骨骼、肌肉、韧带的解剖结构。另外也可实现直接触摸患者受损位置、仔细查看受损程度[8]。就此分析疾病损伤机制，其在真正意义上做到了肢体损伤模型和理论相互结合，可帮助医学生在短时间内做出正确的损伤分型，进而制定出周全而详细的手术计划。由于实习生刚刚进入到临床实习阶段，其对于解剖的理论知识比较欠缺。如果单纯接受PPT 教学结合临床影像资料开展骨骼和关节损伤分型而制定手术计划非常困难[9]。即便是工作年限高的医生，往往也很难凭借上述资料做到完全正确的分型诊断。所以说，借助3D打印模型的方式能够在根本上实现教学个性化病例资料分析、收集，方便了实习生全面掌握临床教学有关内容[10]。

（2）应用3D 打印骨与关节损伤模型开展教学，可在极大程度上增加医学生手术模型操作机会[11]。此法能够让医学生结合具体3D 打印模型确定出正确的手术入路、手术方案，为患者选择正确的内植物、完善手术操作步骤[12]。能够让医学生在真正意义上做到实际结合理论，有效掌握此项手术的基础要点，全面培养其实践操作能力水平。在此同时，应用此法也可提升学生们学习新知识的兴趣，有效激发其学习知识的主观能动性，也可提升临床带教质量[13-14]。此外值得说明的是，3D 打印模型可以构建模型库，能够令医学生积极掌握教学大纲所要求的所有实习病种以及相关内容，同时也让学生们拥有更多的机会接触到骨科典型疾病种类以及罕见病种[15]。

本组研究结果表明：相较于对照组，观察组学生手术操作能力和成绩以及理论知识考核成绩明显更高，差异有统计学意义（P＜0.05）。由此能够看出，将3D 打印技术全面运用于运动医学骨科实习带教工作之中，可以在极大程度上提升学生对于实习带教工作满意度。另外也可提升学生的成绩，帮助实习生创建立体化思维，增强学习兴趣。因而该法值得进一步推广及应用。

4 小结

总而言之，在对医学生开展骨科临床教学过程中，充分运用3D 打印技术能取得满意的教学成效，这种方式有着常规教学手段难以实现的优势，其也为日后本科生、研究生骨科学教学的发展趋势。但不容忽视的是，要想取得满意的教学成效，依旧要求学生具备扎实的理论基础。在此同时，教师应当结合现阶段成熟化辅助方式对学生开展教学，将3D 打印技术的优势发挥到极致。

从宏观的角度来看，当前3D 打印技术于骨科教学中依旧处于初级阶段，因此需要不断地完善相关技术。但由于受到材料的限制，当前现用的3D 模型无法显示出软组织附着情况，还不能全面实现人体骨骼肌周围肌肉以及神经血管的分布情况。此外模拟性操作和实际体内操作过程相比而言，可能无法达到理想化状态，导致患者手术时间的延长。尽管如今有诸如技术等多方面的限制，但我们有理由相信，随着我国科技的迅速发展，3D 打印技术必将在医学教学领域与实际医疗领域取得更为广阔的应用。