3D打印技術(shù)在復(fù)雜股骨粗隆間骨折的臨床PBL教學(xué)中的應(yīng)用

劉昌藝 張逢樂 楊輝 羅家良 羅雨鷺

3D打印技術(shù)在復(fù)雜股骨粗隆間骨折的臨床PBL教學(xué)中的應(yīng)用

劉昌藝 張逢樂 楊輝 羅家良 羅雨鷺

目的探討3D打印技術(shù)在復(fù)雜股骨粗隆間骨折的臨床PBL教學(xué)中的應(yīng)用效果，以提高骨科臨床教學(xué)的整體質(zhì)量。方法納入骨科臨床專業(yè)學(xué)生共28名，隨機(jī)數(shù)字法將學(xué)生分為傳統(tǒng)教學(xué)法和新教學(xué)法（3D打印技術(shù)、PBL教學(xué)法）進(jìn)行臨床教學(xué)。通過實體講解，而后再參觀手術(shù)過程，比較兩組教學(xué)方法的效果，包括學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、綜合能力自我評估數(shù)據(jù)。結(jié)果與傳統(tǒng)教學(xué)法組比較，新教學(xué)法組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績與綜合能力自我評估分?jǐn)?shù)顯著提高，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。結(jié)論采用3D打印技術(shù)、PBL教學(xué)法的新教學(xué)法在復(fù)雜股骨粗隆間骨折的臨床教學(xué)中具有良好的教學(xué)效果。

3D打印技術(shù) 復(fù)雜股骨粗隆間骨折 PBL教學(xué) 骨科教學(xué)

骨科教學(xué)中，大多數(shù)臨床教學(xué)還采用傳統(tǒng)方法，對尚未接觸臨床的醫(yī)學(xué)生而言，僅可提供一個大概的印象；對于對骨科專業(yè)的學(xué)生來說，傳統(tǒng)的教學(xué)效果并不理想，與臨床應(yīng)用差距較大。對于骨科醫(yī)生來說臨床知識和臨床實踐同樣重要，因此如何改進(jìn)教學(xué)方法，提高臨床實踐的教學(xué)效率，是骨科臨床指導(dǎo)時需認(rèn)真思考的問題。

隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，3D技術(shù)在骨科臨床和教學(xué)中不斷使用，極大地提高了臨床與教學(xué)的質(zhì)量。PBL教學(xué)方法是以典型教學(xué)為基礎(chǔ)，通過小組合作的方法，結(jié)合實際問題，解釋問題背后的科學(xué)知識，提高終身學(xué)習(xí)能力，增進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

本研究以復(fù)雜股骨粗隆間骨折為教學(xué)模型，對比傳統(tǒng)教學(xué)方法與新型教學(xué)方法 （3D打印技術(shù)、PBL教學(xué)法）的教學(xué)效果差異。

1 材料與方法

1.1 對象

納入骨科2015級臨床專業(yè)學(xué)生共28名，隨機(jī)數(shù)字法將學(xué)生分為傳統(tǒng)教學(xué)法和新教學(xué)法組（3D打印技術(shù)、PBL教學(xué)法）進(jìn)行臨床教學(xué)，每組14例，傳統(tǒng)教學(xué)法組入學(xué)成績（84.2±10.57）分，新教學(xué)法組（83.23±9.51）分，兩組入組考核成績、一般資料比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），具有可比性。

1.2 教學(xué)設(shè)備

傳統(tǒng)教學(xué)法采用PPT與影像學(xué)教學(xué)片進(jìn)行教學(xué)，新教學(xué)法配備有HIS系統(tǒng)的3D打印機(jī)1臺。

1.3 教學(xué)方法

傳統(tǒng)教學(xué)法組：授課的骨科教師結(jié)合教材對相關(guān)理論知識進(jìn)行PPT幻燈片講解，在授課之后觀影教學(xué)片，并對學(xué)生的問題進(jìn)行解答。傳統(tǒng)教學(xué)法是以知識為中心進(jìn)行講授的一種教學(xué)方法，其教學(xué)重點在灌輸理論知識。該方法每次授課時能夠系統(tǒng)地講解基本理論知識，信息量大、進(jìn)展速度快。傳統(tǒng)教學(xué)法由一名專業(yè)課老師帶領(lǐng)幾十甚至一百多名學(xué)生，采取大班教學(xué)，進(jìn)行理論學(xué)習(xí)。

新教學(xué)法組：采用3D打印技術(shù)、PBL教學(xué)法進(jìn)行臨床教學(xué)。①在臨床醫(yī)院影像科對復(fù)雜股骨粗隆間骨折進(jìn)行CT薄層掃描，掃描范圍包括骨折部位，在CT工作站導(dǎo)出數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行三維重建。②3D打印技術(shù)制作實體模型進(jìn)行實例教學(xué)?；诓牧席B層和材料累加的概念，在計算機(jī)制作下，根據(jù)CT數(shù)據(jù)進(jìn)行材料的制造，并將設(shè)計出的模型轉(zhuǎn)化為物理模型，或者直接制造，可以最大限度還原復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，從而將復(fù)雜股骨粗隆間骨折的空間結(jié)構(gòu)還原并以1∶1的比例，制造出高度仿真模型（圖1）。③采取小班教學(xué)，一次授課人數(shù)控制在10人左右，根據(jù)實際的教學(xué)病例進(jìn)行臨床結(jié)合理論教學(xué)，在教學(xué)前讓學(xué)生對病例進(jìn)行熟悉，提前預(yù)習(xí)，從簡單到復(fù)雜，針對該病例病史資料、影像學(xué)資料等進(jìn)行討論，并根據(jù)打印出來的3D骨折模型，進(jìn)行全方位觀察，讓學(xué)生進(jìn)行診斷和治療性學(xué)習(xí)，提高學(xué)生對手術(shù)方案的認(rèn)知。④確定治療方案。通過對3D打印模型的學(xué)習(xí)，了解復(fù)雜股骨粗隆間骨折的形態(tài)和位置，了解病例的基本情況，明確骨折的類型，并進(jìn)行測量，制定手術(shù)入路、方法，尤其是對內(nèi)固定材料和方案的制定，如采取何種內(nèi)固定材料、何種手術(shù)操作方法、以何種角度進(jìn)行操作等。⑤應(yīng)用PBL教學(xué)方法，以“提出問題-建立假設(shè)-收集資料-論證假設(shè)-總結(jié)”的五段式教學(xué)模式，同時采取“以教師為引導(dǎo)，以學(xué)生為中心”的方法，把教學(xué)內(nèi)容設(shè)置于有意義的問題情境中，由問題引導(dǎo)學(xué)習(xí)，并發(fā)現(xiàn)問題，然后共同實踐創(chuàng)新，以小組協(xié)作解決問題。教師提前將準(zhǔn)備的病例說明和

課前問題發(fā)放給學(xué)生，使學(xué)生進(jìn)行資料查閱收集，自行制定學(xué)習(xí)計劃；學(xué)生進(jìn)入模擬病房，首先向模擬病人進(jìn)行問診完成病史采集；然后結(jié)合問診，進(jìn)行體格檢查，形成初步診斷；接下來安排輔助檢查；觀摩整個手術(shù)操作的過程，最終完成治療方案，完成整個臨床診斷思路的訓(xùn)練。在模擬診療結(jié)束后將診治思路、出現(xiàn)的問題進(jìn)行小組內(nèi)討論，輔導(dǎo)老師在整個過程中進(jìn)行引導(dǎo)啟發(fā)和評分。

1.4 觀察指標(biāo)

圖1 3D骨折模型Fig.1 3D fracture model

授課后對兩組學(xué)生進(jìn)行考核，內(nèi)容包括臨床實踐技能、專業(yè)理論兩個部分。專業(yè)理論考試包括典型復(fù)雜股骨粗隆間骨折的定義、發(fā)病、分型、診斷、治療等。臨床操作以實際操作為主，包括患者入院詢問病史、查體、手術(shù)、牽引、縫合、拆釘、病例書寫等實際的技能操作。并在授課結(jié)束后對學(xué)生進(jìn)行自我教學(xué)效果評估，包括學(xué)習(xí)能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力、學(xué)習(xí)興趣、交流表達(dá)能力、理解能力、臨床實踐技術(shù)能力、學(xué)習(xí)自覺性、知識掌握能力及課程參與度，每項10分，共100分。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

以 SPSS20.0 統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)以（x±s）表示，組間比較采用t檢驗，P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 專業(yè)理論考試及臨床實踐技能操作分?jǐn)?shù)比較

新教學(xué)法學(xué)生的學(xué)習(xí)成績顯著提高，與傳統(tǒng)教學(xué)法比較，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）（表 1）。

表1 專業(yè)理論考試及臨床實踐技能操作考試分?jǐn)?shù)比較Table 1 The comparison of the scores of professional theory and clinical practice skills

2.2 綜合能力自我評價比較

與傳統(tǒng)教學(xué)法組比較，新的教學(xué)方法組學(xué)生的綜合能力自我評價分?jǐn)?shù)顯著高于傳統(tǒng)教學(xué)法組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）（表 2）。3 討論

表2 綜合能力自我評價比較分析Table 2 The comparison of comprehensive ability selfassessment data

復(fù)雜股骨粗隆間骨折老年人常見，手術(shù)復(fù)雜，易引起畸形愈合、關(guān)節(jié)僵直等，死亡率較高。目前，多采用手術(shù)治療，且方法較多。傳統(tǒng)教學(xué)法與臨床實踐脫節(jié)，無法達(dá)到理論結(jié)合實踐的良好效果。近年來，3D打印在骨科臨床中不斷推廣應(yīng)用，我們將該技術(shù)引入骨科臨床教學(xué)中，模擬實體骨折情況，結(jié)合具體病例，對患者的影像學(xué)資料進(jìn)行更為深入的了解，讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)的同時，掌握讀片、病情判斷，對影像學(xué)資料進(jìn)行分型診斷，理論與臨床實踐相結(jié)合，提高了對復(fù)雜股骨粗隆間骨折的診斷和治療的認(rèn)識。在此基礎(chǔ)上，對學(xué)生進(jìn)行手術(shù)方法的講解，操作性更強(qiáng)，讓學(xué)生對模具的具體解剖學(xué)定位，內(nèi)固定的置入，手術(shù)的切口、角度等有更深入的認(rèn)識。通過復(fù)雜股骨粗隆間骨折的實踐教學(xué)，并與PBL教學(xué)法相結(jié)合，提高了學(xué)生的實際動手能力和系統(tǒng)知識構(gòu)建能力。該方法有利于學(xué)生對知識全面系統(tǒng)了解，對實際病例全面模擬操作，進(jìn)而提高實際動手能力，使得學(xué)生對股骨粗隆間骨折的認(rèn)識得到進(jìn)一步的提高，實現(xiàn)知識和專業(yè)技能一一對應(yīng)的目的。

新教學(xué)法能使改變學(xué)生對專業(yè)理論課程及實踐認(rèn)識的偏差，使學(xué)生由表層性動機(jī)向深層性動機(jī)發(fā)展。同時，該方法能夠改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，由記憶型學(xué)習(xí)變?yōu)槔斫庑?、理論與實踐融合型，提高了學(xué)習(xí)效率。不僅如此，新教學(xué)法把結(jié)果性評價和過程性評價有機(jī)結(jié)合起來，將實際操作能力、系統(tǒng)理論知識獲取、教師評價和自我評價統(tǒng)一結(jié)合。本結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)教學(xué)法比較，新教學(xué)方法組學(xué)生的學(xué)習(xí)成績與綜合能力自我評估分?jǐn)?shù)顯著提高。

綜上所述，3D打印技術(shù)結(jié)合PBL教學(xué)法使學(xué)生主動學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的綜合學(xué)習(xí)能力、臨床動手能力，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。因此，隨著醫(yī)學(xué)教育改革的發(fā)展，3D打印技術(shù)結(jié)合PBL教學(xué)法將改變傳統(tǒng)的教育模式，具有良好的應(yīng)用前景。

[1] 羅強(qiáng).3-D打印技術(shù)在矯形外科的應(yīng)用[J].中國修復(fù)重建外科雜志,2014,28(3):268-271.

[2] 鮑立杰,張志平,吳培斌,等.3D打印技術(shù)在骨科的研究及應(yīng)用進(jìn)展[J].中國矯形外科雜志,2015,23(4):325-327.

[3] Bizzotto N,Sandri A,Regis D,et al.Three-dimensional printing of bone fractures:A new tangible realistic way for preoperative planning and education[J].Surg Innov,2015,22(5):548-551.

[4] Eltorai AE,Nguyen E,Daniels AH.Three-dimensional printing in orthopedic surgery[J].Orthopedics,2015,38(11),684-687.

[5] 張明娟,張超英,段宗明,等.新媒體的特點及其在醫(yī)學(xué)教育中應(yīng)用[J].中國醫(yī)藥導(dǎo)報,2015,12(14):164-168.

[6] 王紅,韓秉艷,王云玲,等.PACS系統(tǒng)在影像醫(yī)學(xué)問題式教學(xué)模式中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇,2014(18):53-54.

[7] 程文俊,勘武生,鄭瓊,等.3D打印鈦合金骨小梁金屬杯全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)的短期療效[J].中華骨科雜志,2014(8):816-823.

[8] 馬立敏,張余,周燁,等.3D打印技術(shù)在股骨遠(yuǎn)端骨腫瘤的應(yīng)用[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2013,8(8):70-72.

[9] Zopf DA,Hollister SJ,Nelson ME,et al.Bioresorbable airway splint created with a three-dimensional printer[J].N Engl J Med,2013,368(21):2043-2045.

[10] 楊潔,劉瑞儒,霍惠芳.3D打印在教育中的創(chuàng)新應(yīng)用[J].中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2014,28(1):10-13.

[11] Lee V,Singh G,Trasatti JP,et al.Design and fabrication of human skin by three-dimensional bioprinting[J].Tissue Eng Part C Methods,2014,20(6):473-484.

[12] 金丹,付蘇,劉軍,等.數(shù)字骨科技術(shù)在八年制醫(yī)學(xué)生創(chuàng)傷骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用[J].中華醫(yī)學(xué)教育探索雜志,2014,13(7):748-751.

[13] N Listed.Science and society.Experts warn against bans on 3D printing[J].Science,2013,342(6157):439.

[14] Dhir V,Itoi T,Fockens P,et al.Novel ex vivo model for hands-on teaching of and training in EUS guided biliary drainage:creation of “Mumbai EUS” stereolithography/3D printing bileduct prototype(with videos)[J].Gastrointest Endosc,2015,81(2):440-446.

[15] 成思源,周小東,楊雪榮,等.基于3D打印技術(shù)的實驗教學(xué)[J].實驗室研究與探索,2015,34(8):158-161.

[16] 龐驕陽,趙巖,肖宇龍,等.3D打印技術(shù)在脊柱外科的應(yīng)用[J].中國組織工程研究,2016,20(4):577-582.

[17] 管華清,徐明,楊同其,等.3D打印技術(shù)在骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用[J].教育教學(xué)論壇,2015,30(14):178-179.

[18] 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,2015,23(4):701-704.

Application of 3D Printing Technique in PBL Teaching of Complicated Femoral Intertrochanteric Fractures

LIU Changyi1,ZHANG Fengle1,YANG Hui1,LUO Jialiang1,LUO Yulu2．1 Traditional Chinese Medicine Hospital of Liwan District,Guangzhou 510160,China;2 Zhongshan Medical College of Zhongshan University,Guangzhou 510080,China.

ObjectiveTo explore the effect of 3D printing technique in clinical PBL teaching of complex intertrochanteric fractures in order to improve the overall quality of orthopedic teaching.MethodsA total of 28 students were included in the orthopedic clinical program.The random number method was used and the students were divided into 2 groups:traditional teaching method group and new teaching method group(3D printing technique,PBL teaching method).The teaching method was explained by the entity,and then the proced

ure was followed.The effects of the two groups of teaching methods were compared,including the student's academic performance,comprehensive ability self-assessment data.ResultsCompared with the traditional teaching method group,the scores of the new teaching method group were higher,and the difference was statistically significant(P＜0.05).ConclusionThe new teaching method of PBL teaching method with 3D printing technique has good teaching effect in clinical teaching of complex femoral intertrochanteric fractures.

3D printing technique;Complex femoral intertrochanteric fractures; PBL teaching; Orthopedic teaching

G232.1

A

1673－0364（2017）06－0360－03

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.06.017

廣州市荔灣區(qū)2016年科技計劃項目（2016080055）。

510160 廣東省廣州市 廣州市荔灣區(qū)中醫(yī)醫(yī)院（劉昌藝，張逢樂，楊輝，羅家良）；510080 廣東省廣州市 中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院（羅雨鷺）。

2017年9月19日；

2017年11月3日）