3D打印模型在骨科PBL临床教学中的应用

刘建伟，王朝晖，赵快平，曾敏川

（郴州市第一人民医院，湖南 郴州 423000）

PBL（Problem-Based Learning）是以问题为基础的教学法，与以往教师教、学生学的教学方法有着明显差异，在PBL教学中教师是引导者，以学生为主体，注重学生自主学习能力培养，激发其学习兴趣，理论联系实际，得到了教师、学生、学校、教育主管部门等的肯定，目前在我国医学高等院校中已被广泛应用且显现出明显优势。

自21世纪以来，科学技术不断发展，极大地促进了各行各业的创新发展，进而推动了社会进步。3D打印技术日新月异，随着3D打印技术的不断更新、完善，3D打印已在医学领域得到广泛应用。在骨科临床中，使用3D打印模型全面、形象地展示复杂的解剖、病理、生理结构，有助于科研、教学、临床医疗技术的发展，满足人民健康的需求。

在骨科PBL临床教学中，将3D打印模型引入其中，可丰富教学方式，提高教学效率，通过PBL教学法和3D打印模型的有机结合，能够直观、形象地让学生理解抽象问题，加深印象，巩固知识，从而取得较好的教学效果。

1 典型病例的选择和设计

根据学校骨科临床教学大纲，选择临床资料完整的、具有代表性、学生学习理解有一定难度的骨科常见病和多发病进行教学，病例的选择和设计有一定要求，要围绕患者的受伤机制、临床表现、诊断、分型治疗方案、手术治疗中围手术期的处理、术中操作、解剖层次、复位和固定方式方法、预后及最新进展等，同时要有一定的针对性和趣味性，能够激发学生学习兴趣，使其主动学习课程内容，遇到问题能主动查阅文献和研究诊治方案，并提出不同见解，为骨科相关课程学习奠定良好的基础。根据专业的特点和实际情况，选择复杂关节周围骨折、骨盆髋臼骨折的病例进行教学。

2 3D打印模型的制作

患者CT检查后，通过PACS（Picture Archiving Communicating System，临床图像存档与传输系统）平台获取患者的CT影像学数据，数据经过处理传输到3D打印机，通过3D打印机打印出1∶1大小的3D打印模型。

3 3D打印模型与骨科PBL临床教学相结合

学生随机分组，每组6人，选出1名组长。教师在上课前提前1周将选择的典型病例临床资料发送给组长，并根据选择的典型病例提出问题：（1）患者受伤的原因、机制是什么？（2）低能量（扭伤、摔伤等）损伤还是高能量（交通事故损伤、高处坠落伤等）损伤？外力作用方向如何？受伤后搬运有没有再次损伤？有没有多发复合伤？（3）患者受伤后生命体征如何，有哪些症状和体征？做了哪些检查？结果如何？（4）患者的诊断是什么？骨折的类型和移位方向？此诊断的分型有哪些？此患者的具体分型是什么？（5）患者还需要进一步做哪些化验检查？这些化验检查有什么意义？为什么？（6）患者治疗方案选择非手术治疗还是手术治疗？非手术治疗的依据是什么？是否需要手术治疗？手术治疗的指征是什么？手术治疗的目的和作用？如何做好围手术期的处理？（7）结合3D打印模型，手术切口如何选择？能否微创治疗？如何避开重要的组织（主要血管、神经、肌腱等）结构？怎样才能充分显露？（8）结合3D打印模型，骨折如何复位？功能复位还是解剖复位？复位后如何维持骨折端稳定？合适的固定方式是哪种？选择内固定还是外固定？选择偏心固定还是中心固定？如何放置？最佳位置如何选择？是不是所有患者都只有一个最佳位置？（9）结合3D打印模型模拟手术，术中会遇到什么困难？如何处理能有效解决问题并保证患者安全？（10）结合3D打印模型，有哪些术后近期和远期并发症？这些并发症如何预防？如果发生如何处理？并发症会带来哪些不良后果？（11）术后康复锻炼的时机？如何有效进行早期和晚期康复锻炼？有没有国际和国内通用的量化评分标准？如何进行康复功能锻炼才能达到最佳恢复效果？（12）骨折愈合后内、外固定是否要取出？可不可以不取出？不取出有没有不良后果？若要取出内、外固定，取出内、外固定的标准和时机？取出内、外固定的注意事项和并发症有哪些？取出内、外固定过程中若内、外固定断裂怎么办？若再次发生骨折怎么处理？（13）3D打印模型有哪些优点？有哪些缺点？目前应用过程中有哪些不足？如何改进才能更好地适应教学和临床需求？（14）在教学过程中有哪些不足之处？有哪些尚需改进？怎么样才能更好地开展教学及提升学生学习能力？

学生以小组为单位进行学习，主动学习课本及骨科专业书籍上的知识，认真思考问题并查找相关文献。在课堂上，组长根据问题组织讨论，每个人根据准备的资料，检索和查找相关文献，主动提出个人意见和见解，同学间及小组间展开讨论，最终得出正确结论，最后教师进行点评，巩固所学知识，以此激发学生学习兴趣，提高其主动学习能力，用所学知识解决临床中遇到的难题。

4 二者结合的教学效果

传统教学法是教师讲课，学生听课学习，二者很少互动，部分内容和知识学生不能完全理解，并且课堂时间有限，教学效果和学习效果没有有效的评判依据，不能很好地体现教学效果，使得教学过程生硬呆板、枯燥乏味，课堂气氛不浓厚，教和学甚至脱节，教师和学生都有不满之处[1]。PBL教学法以学生为主体[2-3]，在学习过程中学生能够主动发现问题，寻找解决问题的办法，通过查找文献资料及小组讨论，主动去解决问题[4]，在这一过程中，学生是学习主体，教师只是引导者，教师在教学过程中答疑解惑，最后进行点评和归纳总结，学生能够全面掌握知识[5]。PBL教学法能够激发学生学习潜能，强化和巩固知识，提升学习和解决问题能力，可为其以后在临床工作中解决问题提供思路和方法。

骨科教学以解剖为基础，传统的解剖以课本为基础，采用图谱和尸体标本相结合的方式授课，复杂的解剖部位和变异理解起来非常抽象，尤其是骨盆和关节周围，结构复杂，骨骼形状不规则，临近关节部位，肌肉肌腱附着复杂，层次多变，周围血管、神经走行复杂，分支有解剖变异和不确定性，又包含多个脏器，功能多样，既要从解剖生理上理解，又要考虑功能损伤后如何修复处理，学生对这些知识理解和掌握较难。而尸体标本又很匮乏，需要特殊环境去储存，并且不能长时间存放，因此，骨科临床教学面临较大困难。3D打印以数据为基础，数据经过处理后直传送至3D打印机，3D打印机通过应用不同的材料逐层“堆积”打印出实体模型，可以按照不同的要求打印出所需的局部或整体3D打印模型[6]，而且在规定的短时间内完全可以打印出1∶1的实体模型，能满足多方面的需求[7]。通过3D打印模型，学生可以直观地观察骨折部位的形态、粉碎程度、移位情况，骨折分型及对邻近脏器是否有损伤及损伤程度，进而设计手术实施方案，如骨折怎么复位，复位后怎么稳定骨折端，内固定材料的预塑形，钢板、螺钉的数量、长度等，结合3D打印模型都可以达到与真正术中一致的效果。可为患者选择最适合的手术方式，特别是对骨折的复位、钢板的最佳放置位置选择上有着独特的优势。

3D打印模型结合PBL教学法使学生更加形象和直观地学习解剖学知识[8]，在骨科PBL临床教学中，可以由单一的骨折推及多部位的骨折，从诊断、治疗到判断预后，由点及面拓展思路，提高学生临床思维能力及临床应变能力[9]。通过设计的问题，教师可以在点评中结合3D打印模型设计有趣的教学方法，应用动画、视频、PPT等教具使学习内容变得通俗易懂，学生愿意学，也激发了教师的教学热情和积极性，在轻松愉悦的学习环境中掌握和消化抽象、难懂的知识点，加深了学生的记忆，达到了巩固强化知识的目的，极大地满足了学生对临床知识的学习需求[10]，提高了学生的学习积极性和主动性，取得了良好的临床教学效果[11-12]。

5 3D打印模型在骨科PBL临床教学中应用的不足

3D打印模型是骨科PBL临床教学中的一种手段，从本质上讲并没有改变PBL教学法。在骨科临床教学中不能只是单纯地进行知识讲授，而是要结合相关病例讲解，但是PBL教学法也缺乏患者的参与，患者有个体差异性，每个患者的基础身体条件、具体病情不同，有些患者害怕手术或拒绝手术，强烈要求进行非手术的保守治疗，有些患者则认为保守治疗没有效果，不同的患者对治疗的需求和期望值不一样，即使相同的治疗方式对不同的患者也有不同的效果，所以在不考虑实际情况的条件下，通过讨论得出的结论也是基于临床知识与3D打印模型结合所达到的理想化状态，与现实的临床诊治还是有一定的差别。即使术前规划与术中治疗完全一致，但实际情况下患者不一定达到最好的治疗效果，理想很丰满，现实很骨感。目前来说3D打印机价格昂贵，所需的3D打印材料成本相对较高，并不是每个患者都能够承受，只能对病情复杂、多发伤、骨折涉及结构多、解剖复杂、有骨科PBL临床教学意义的典型患者实施。3D打印模型与人体真实的组织、器官实际上还是有显著差别的，虽然软组织也可以通过3D打印完全实现，3D打印出的骨骼附着软组织，但周围重要的肌肉、肌腱、血管、神经等目前还不能仿真，不能体现真实的解剖层次和位置关系，无论是从生物力学还是人体内环境的状态来讲都是有区别的。在骨科PBL临床教学中应用3D打印模型可能对学生有一定影响，让学生对真实的人体组织器官产生错觉，体外的模型只能展示和体现某一方面的内容，而人体本身是一个复杂、有机的整体，不能只是单纯地观察某一部位，应既要重视局部又要考虑整体情况。

6 结语

3D打印模型丰富了骨科PBL临床教学手段，创新了骨科PBL临床教学方式，提高了教学效率，弥补了骨科PBL临床教学中的不足，通过PBL教学法和3D打印模型的有机结合，提高了学生的积极性和主动性，能够让学生直观、形象地理解抽象问题，加深理解，巩固和强化知识，提高其临床应变能力，增强其临床思维能力，从而产生良好的教学效果。