3D打印模型在脊柱側(cè)凸教學(xué)中的輔助作用

周 華，于 淼，劉忠軍

北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科，北京 100191

3D打印模型在脊柱側(cè)凸教學(xué)中的輔助作用

周 華，于 淼，劉忠軍

北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科，北京 100191

目的探討在脊柱側(cè)凸教學(xué)中輔助應(yīng)用3D打印的骨科教學(xué)模型效果。方法選取2015年4月—2016年4月在北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科培訓(xùn)學(xué)習(xí)的住院醫(yī)師62人，分成實(shí)驗(yàn)組和對照組，每組31人。對照組接受常規(guī)教學(xué)手段，實(shí)驗(yàn)組采用常規(guī)教學(xué)手段輔助應(yīng)用3D打印模型教學(xué)，比較兩組評價(jià)脊柱側(cè)凸的正確率，并采用調(diào)查問卷評估教學(xué)效果。結(jié)果兩組脊柱側(cè)凸的評價(jià)正確率比較顯示，實(shí)驗(yàn)組在判斷脊柱側(cè)凸的頂椎及擬行手術(shù)固定融合節(jié)段的準(zhǔn)確率方面要顯著優(yōu)于對照組（P＜0.05）；兩組教學(xué)效果的調(diào)查問卷結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組在學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、與教師的互動（P＜0.01）及團(tuán)隊(duì)合作能力方面（P＜0.05）評分明顯優(yōu)于對照組。結(jié)論應(yīng)用3D教學(xué)模型輔助常規(guī)教學(xué)手段能提高脊柱側(cè)凸的教學(xué)效果。

3D打??；骨科；教學(xué)；醫(yī)學(xué)教育

由于脊柱的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脊柱側(cè)凸累及的脊柱節(jié)段又較多，是脊柱外科教學(xué)中的難點(diǎn)。臨床教學(xué)查房實(shí)踐中，住院醫(yī)師先詢問病史、查體、閱片，等，接著進(jìn)行病例討論。常規(guī)的教學(xué)手段大多應(yīng)用文字、圖片等資料，以板書、多媒體等方式進(jìn)行講解，但對住院醫(yī)師來說，脊柱側(cè)凸的診治，學(xué)習(xí)起來很抽象、困難，很難全面理解和掌握［1］；特別是在確定脊柱側(cè)凸的頂椎、端椎以及需手術(shù)固定的脊椎節(jié)段時(shí)，僅憑文字、影像學(xué)資料，很難掌握脊柱側(cè)凸的治療原則，而且靜態(tài)的圖片資料不易激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)效果不甚理想，這也是脊柱外科臨床帶教教師的難題之一［2］。

如何能在教學(xué)查房實(shí)踐中熟練掌握脊柱側(cè)凸的治療原則，充分調(diào)動住院醫(yī)師的積極性，提高學(xué)習(xí)興趣，是脊柱外科帶教教師一直探索的問題。根據(jù)患者三維重建CT的數(shù)據(jù)構(gòu)建出1∶1的3D打印模型，不僅有助于醫(yī)師與患者交流，也為醫(yī)師提供觸覺與視覺上的體驗(yàn)，對疾病的診斷、術(shù)前手術(shù)方案的設(shè)計(jì)、術(shù)前手術(shù)操作的教學(xué)等方面擁有其他教學(xué)手段不能比擬的優(yōu)勢［2］。將3D打印模型應(yīng)用在脊柱側(cè)凸的臨床教學(xué)中，不僅可以直接測量畸形的角度，還可在術(shù)前指導(dǎo)準(zhǔn)確置釘，設(shè)計(jì)手術(shù)固定的順序及節(jié)段。

近年來，我們在脊柱側(cè)凸的教學(xué)中，除了應(yīng)用常規(guī)的教學(xué)手段（如采用板書或多媒體教學(xué)）呈現(xiàn)患者病史、臨床表現(xiàn)等文字資料及影像學(xué)等圖片資料，輔助應(yīng)用3D打印技術(shù)制作了一些有關(guān)脊柱側(cè)凸的教學(xué)模型，旨在實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，提高教學(xué)效果。

1 研究對象與方法

1.1 研究對象

選取2015年4月—2016年4月北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科培訓(xùn)學(xué)習(xí)的住院醫(yī)師62人作為研究對象，均為男性。分成實(shí)驗(yàn)組和對照組，每組31人。

1.2 研究方法

兩組均接受詢問病史、查體、閱片。在病例討論環(huán)節(jié)，對照組僅接受常規(guī)的教學(xué)手段（如應(yīng)用板書、多媒體教學(xué)法）介紹患者一般資料、病史、癥狀、體征及脊柱側(cè)凸患者的X線、CT及MRI資料；實(shí)驗(yàn)組除接受對照組同樣的教學(xué)手段以外，同時(shí)輔助應(yīng)用3D打印模型教學(xué)介紹脊柱側(cè)凸相關(guān)知識。由同一臨床帶教教師授課，為骨科博士畢業(yè)、工作5年以上的教師，并通過北京大學(xué)第三醫(yī)院的教學(xué)資格考核，有較豐富的臨床和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。

1.3 教學(xué)效果評價(jià)

由另一個(gè)具有豐富臨床和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師（骨科博士畢業(yè)、工作5年以上的教師，并通過北京大學(xué)第三醫(yī)院的教學(xué)資格考核）對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)。評估教師設(shè)計(jì)閉卷考核試卷，針對脊柱側(cè)凸的類型、頂椎、端椎、擬手術(shù)固定融合節(jié)段等指標(biāo)對兩組住院醫(yī)師進(jìn)行考核，比較兩組評估脊柱側(cè)凸的正確率，推斷教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)程度。

另外，閉卷考核后，立即發(fā)放調(diào)查問卷評估教學(xué)效果。調(diào)查問卷采用教學(xué)效果評分量表，包括學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)效率、主動的互動、學(xué)習(xí)注意力、團(tuán)隊(duì)合作能力五個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)脊柱側(cè)凸的教學(xué)效果［2-3］。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：不滿意0分、不太滿意2分、基本滿意3分、較滿意4分、非常滿意5分，共5個(gè)評價(jià)等級。調(diào)查問卷采用不記名方式填寫，填寫后當(dāng)場收回。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件（SPSS公司，美國）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。兩組間脊柱側(cè)凸的評價(jià)正確率采用例數(shù)（%）的形式表示，組間比較采用卡方檢驗(yàn)；兩組教學(xué)效果的調(diào)查問卷評估結(jié)果采用的形式表示，兩組比較采用t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)a值取雙側(cè)0.05。

2 結(jié)果

兩組間脊柱側(cè)凸的評價(jià)正確率比較，實(shí)驗(yàn)組在判斷脊柱側(cè)凸的頂椎以及擬手術(shù)固定融合節(jié)段的準(zhǔn)確率方面要高于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），而脊柱側(cè)凸類型，端椎的判斷，兩組無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（如表1所示）。

表1 脊柱側(cè)凸評價(jià)的正確率比較

兩組教學(xué)效果的調(diào)查問卷評估，實(shí)驗(yàn)組在學(xué)習(xí)興趣（P＜0.01）、學(xué)習(xí)效率（P＜0.01）、與教師的互動（P＜0.01）及團(tuán)隊(duì)合作能力（P＜0.05）方面評分優(yōu)于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而兩組在學(xué)習(xí)注意力的比較差異方面無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（如表2所示）。

表2 兩組教學(xué)效果的調(diào)查問卷評估結(jié)果的比較

3 討論

骨科教學(xué)中有關(guān)脊柱畸形的課程專業(yè)性相對較強(qiáng)，對解剖學(xué)、生物力學(xué)等基礎(chǔ)理論知識要求高［4］。接受常規(guī)教學(xué)手段的住院醫(yī)師，往往一次課后很難對脊柱側(cè)凸有一個(gè)清晰的認(rèn)識，對于哪個(gè)椎體受力更多，哪個(gè)是頂椎，哪個(gè)是端椎，哪些是擬手術(shù)的節(jié)段更無從談起熟練的掌握。常規(guī)的教學(xué)手段，學(xué)生往往被動接受知識，對脊柱側(cè)凸缺乏直觀的認(rèn)識。要較好地掌握脊柱側(cè)凸相關(guān)內(nèi)容須具備一定的空間思維能力，否則短時(shí)間內(nèi)很難充分理解和實(shí)現(xiàn)脊柱側(cè)凸的教學(xué)目標(biāo)，也達(dá)不到教學(xué)效果［5］。因此，住院醫(yī)師在學(xué)習(xí)脊柱側(cè)凸畸形的診治原則時(shí)常常感到十分困難。該研究在脊柱側(cè)凸的臨床教學(xué)中運(yùn)用3D打印模型進(jìn)行教學(xué)，與采用常規(guī)的教學(xué)手段（如板書、多媒體教學(xué)方法）進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)3D打印教學(xué)模型能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)效率更高，在病例討論環(huán)節(jié)，團(tuán)隊(duì)的合作得到加強(qiáng)，與教師的主動互動明顯增加。原因可能是，即使輔以圖片、聲音、視頻等資料，也只能通過視覺提高一些學(xué)習(xí)的興趣，無法真正激起學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情，且容易產(chǎn)生厭倦感［2］。而輔助應(yīng)用3D打印教學(xué)模型，直觀的立體感使視覺的沖擊感增強(qiáng)，激發(fā)了學(xué)生的積極性，主動參與學(xué)習(xí)，學(xué)起來也饒有興致。

該研究還發(fā)現(xiàn)，授課時(shí)利用3D打印教學(xué)模型向授課對象講解脊柱側(cè)凸的分型、頂椎、端椎等晦澀難懂的概念時(shí)，這些住院醫(yī)師理解起來更加容易。以往沒有3D打印教學(xué)模型時(shí)，我們需要耗費(fèi)大量的時(shí)間來解釋這些抽象的定義，即使結(jié)合影像學(xué)資料反復(fù)講解，一旦遇到不同患者時(shí)，學(xué)生還是很難正確回答。該研究的閉卷考核也發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象。輔助運(yùn)用3D打印教學(xué)模型的實(shí)驗(yàn)組，在判斷脊柱側(cè)凸的頂椎以及擬手術(shù)固定融合節(jié)段的準(zhǔn)確率方面要顯著高于對照組。該研究結(jié)果顯示，通過輔助應(yīng)用3D打印教學(xué)模型，可真實(shí)呈現(xiàn)臨床病例特點(diǎn)，復(fù)雜的病情通過直觀的模型再現(xiàn)，進(jìn)一步深化了理論知識，提高了臨床思維能力，學(xué)生也能較容易地掌握脊柱側(cè)凸的診斷和治療原則。而脊柱側(cè)凸類型的判斷，兩組比較差異不大，可能與側(cè)凸類型的判斷主要關(guān)注點(diǎn)在影像學(xué)上脊柱側(cè)凸的整體觀，比較容易掌握。有研究表明，使用3D模型有助于復(fù)雜手術(shù)方案的確定，使手術(shù)更加直觀化、實(shí)物化、具體化［6］。一旦掌握上述知識，學(xué)生對治療的興趣和好奇心大增，再理解脊柱側(cè)凸的治療原則時(shí)就相對容易，這一觀點(diǎn)從實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在回答脊柱側(cè)凸手術(shù)固定融合節(jié)段的準(zhǔn)確率顯著高于對照組的結(jié)果中得到進(jìn)一步證實(shí)。該研究表明，利用3D打印模型輔助教學(xué)演示，具有較強(qiáng)的直觀性和生動性，能增進(jìn)教學(xué)效果。所以，在住院醫(yī)師的教學(xué)中應(yīng)用3D打印教學(xué)模型是一種行之有效的輔助方法，值得推廣應(yīng)用。

3D打印教學(xué)模型雖然在一定程度上彌補(bǔ)了住院醫(yī)師對骨科疾病的感性認(rèn)識，但3D打印教學(xué)模型也存在一些不足［7］。首先，3D打印教學(xué)模型在臨床教學(xué)上的應(yīng)用尚剛開始，需要不斷地完善和改進(jìn)［4］；其次，3D打印教學(xué)模型缺乏軟組織附著，無法完全真實(shí)的再現(xiàn)肌肉、血管和神經(jīng)的走形和分布［3］；再次，3D打印教學(xué)模型模擬手術(shù)操作與實(shí)際人體內(nèi)的操作還存在一定的差別［4］。

［1］李曙明，李萌，楊益民，等.3D打印及計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用探討—以復(fù)雜脊柱畸形治療為例［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015，29（2）：191-194

［2］孔金海，鐘南哲，王君成，等.3D打印模型在臨床八年制情境教學(xué)中的應(yīng)用［J］.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)教育，2015（10）：924-926

［3］楊長偉，何大為，陳自強(qiáng)，等.基于三維打印技術(shù)的骨科教學(xué)模型設(shè)計(jì)及教學(xué)實(shí)施體會［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2015，29（5）：550-552

［4］杜恒，周曉玲，尹思，等.3D打印技術(shù)在骨科臨床PBL教學(xué)中的應(yīng)用［J］.西北醫(yī)學(xué)教育，2015（4）：701-704

［5］周悅，黃華興，王巍，等.3D打印技術(shù)在外科臨床教學(xué)中的應(yīng)用［J］.南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)：社會科學(xué)版，2015（6）：504-506

［6］王棟，趙波，李鋒濤，等.上頸椎3 D打印模型在骨科規(guī)范化培訓(xùn)教育中的應(yīng)用［J］.中國繼續(xù)醫(yī)學(xué)教育，2015（19）：23-24

［7］李忠海，唐家廣，王華東，等.3D打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用初探［J］.中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2016，30（2）：198-200

Auxiliary role of 3D printing technology app lied in the teaching of scoliosis

Zhou Hua，Yu Miao，Liu Zhongjun
Peking University Third Hospital，Beijing100191，China

ObjectiveTo explore the auxiliary effect of3D printing technology in the teaching of scoliosis.MethodsWe selected 62 residents who received the standardized training of orthopedics in our hospital from April 2015 to April 2016 and divided them evenly into experimental group and control group.The conventional multimedia-assisted teaching was used in the control group while the conventionalmultimedia-assisted 3D printing model teaching was used in the experimental group.We compared the two groups in accuracy rate of scoliosis evaluation.A survey was conducted to evaluate the teaching outcomes.ResultsComparison of the accuracy rate of scoliosis assessment shows that the experimental group significantly outperformed the control group in terms of the accuracy rate of evaluation of the top vertebrae in scoliosis and the fixed fusion segments（P＜0.05）.The collected questionnaires show that the experimental group significantly outscored the control group in learning interest，learning efficiency，teacher-student interaction（P＜0.01），and teamwork ability（P＜0.05）.ConclusionThe auxiliary application of 3D printing technology can improve the effectiveness of scoliosis teaching.

3D printing；orthopedics；teaching；medical education

G434

A

1004-5287（2017）01-0067-03

2016-10-10

周華（1977-），男，武漢人，主治醫(yī)師，博士，主要研究方向：脊柱外科。

劉忠軍（1958-），男，北京人，教授，學(xué)士，主要研究方向：脊柱外科。電話：010-82267368；E-mail：liuzj＠m(xù)edmail.com.cn

【DOI】：10.13566／j.cnki.cmet.cn61-1317／g4.201701020