3D打印模型在心臟外科臨床實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用

周偉 楊敏 桂瑩晶 錢紅波 張大發(fā)

[摘要] 目的 評(píng)估3D打印模型在心臟外科臨床實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用效果。方法 選取2017年1—7月在心臟外科輪轉(zhuǎn)的60名臨床醫(yī)學(xué)本科實(shí)習(xí)生為教學(xué)對(duì)象，隨機(jī)分為教學(xué)實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組。對(duì)照組30名采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，結(jié)合CT三維重建圖片及心臟彩超講解典型心臟外科病例的基本病因及疾病分型和病理生理過(guò)程，教學(xué)實(shí)驗(yàn)組30名在上述傳統(tǒng)教學(xué)方法的基礎(chǔ)上增加了3D打印心臟模型用于實(shí)踐教學(xué)。科室輪轉(zhuǎn)結(jié)束后對(duì)兩組學(xué)生進(jìn)行考核，試卷分3個(gè)部分：解剖學(xué)標(biāo)志、疾病分類和治療方式，并進(jìn)行教學(xué)滿意度問(wèn)卷調(diào)查。采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行兩組間t檢驗(yàn)分析。結(jié)果 解剖學(xué)標(biāo)志，疾病分類和治療方式3個(gè)部分，教學(xué)實(shí)驗(yàn)組得分都高于對(duì)照組，但組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），教學(xué)實(shí)驗(yàn)組總分高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.368，P<0.05）。教學(xué)實(shí)驗(yàn)組評(píng)價(jià)得分高于對(duì)照組，結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.325，P<0.05）。結(jié)論 在心臟外科本科臨床實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用3D打印心臟模型是可行的。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)模式;心臟外科;3D打印;臨床實(shí)習(xí)

[中圖分類號(hào)] R-4 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1672-5654（2018）12（c）-0136-02

心臟外科是外科臨床教學(xué)的重要組成部分，然而由于心臟大血管解剖及血流動(dòng)力學(xué)機(jī)制較為復(fù)雜，學(xué)生普遍認(rèn)為相關(guān)教學(xué)內(nèi)容晦澀難懂或一知半解。即使是外科學(xué)研究生或低年資心臟外科醫(yī)師也很難完全理解心臟畸形的病理生理過(guò)程及手術(shù)相關(guān)解剖特點(diǎn)。近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)部分學(xué)者將3D打印模型應(yīng)用于臨床教學(xué)中，克服了傳統(tǒng)輔助檢查無(wú)法提供直觀三維病理解剖的缺點(diǎn)，取得了令人滿意的臨床教學(xué)效果[1-3]。筆者從2015年開始學(xué)習(xí)制作3D打印模型，并且將其用于心臟外科本科臨床實(shí)習(xí)教學(xué)中，取得了明顯的教學(xué)效果。報(bào)道如下。

1 ?對(duì)象與方法

1.1 ?研究對(duì)象

選取2017年1—7月在弋磯山醫(yī)院心臟外科輪轉(zhuǎn)的60名臨床醫(yī)學(xué)本科實(shí)習(xí)生為教學(xué)對(duì)象。

1.2 ?3D打印模型制作

根據(jù)典型心臟大血管病例，從該院PACS系統(tǒng)（picture archiving and communication systems）中調(diào)取該患者的CT斷層掃描DICOM格式數(shù)據(jù)，進(jìn)行三維立體模型重建并生成STL（stereolithography）格式文件，使用CAD（computer-aided design）對(duì)獲取的STL文件進(jìn)行校正和糾錯(cuò)。將處理完善后的STL文件輸入3D打印機(jī)中，打印1：1等比例心臟模型。

1.3 ?研究方法

采用隨機(jī)雙盲抽簽法，從60名學(xué)生中抽取30名作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)組，其余30名學(xué)生作為對(duì)照組，將教學(xué)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比研究。

1.4 ?對(duì)照組的教學(xué)實(shí)施

講解典型心臟外科病例的基本病因、解剖學(xué)標(biāo)志、疾病分類和病理生理過(guò)程及治療方式，結(jié)合CT三維重建圖片及心臟彩超，教學(xué)醫(yī)生繪制示意圖詳細(xì)講解剖特點(diǎn)，教學(xué)生識(shí)別重要的解剖標(biāo)志。

1.5 ?教學(xué)實(shí)驗(yàn)組的教學(xué)實(shí)施

基于上述傳統(tǒng)臨床教學(xué)方法，使用準(zhǔn)備好的典型病例，提供相應(yīng)的3D打印心臟疾病模型，授課教師根據(jù)模型來(lái)講解上述授課知識(shí)點(diǎn)，在模型上講解相關(guān)解剖標(biāo)志的識(shí)別，通過(guò)典型病例來(lái)分析疾病分類及治療方式。

1.6 ?教學(xué)效果評(píng)價(jià)

在實(shí)習(xí)生結(jié)束心臟外科室實(shí)習(xí)的最后一天進(jìn)行相關(guān)理論考核，內(nèi)容主要為典型病例的解剖學(xué)標(biāo)志、疾病分類及治療方式。在出科后第1天發(fā)放教學(xué)滿意度問(wèn)卷調(diào)查表給兩組實(shí)習(xí)生，讓學(xué)生予以評(píng)價(jià)打分。問(wèn)卷調(diào)查表滿分為10分，分值越高體現(xiàn)學(xué)生對(duì)教學(xué)效果滿意度越高，主要內(nèi)容包括教學(xué)形式的靈活性、理解難易度、師生互動(dòng)性等方面，并附有詳細(xì)的評(píng)分細(xì)則，以紙質(zhì)版形式發(fā)放，由教學(xué)秘書回收保存。

1.7 ?統(tǒng)計(jì)方法

數(shù)據(jù)結(jié)果采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件分析處理。平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示對(duì)照組和教學(xué)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生考試成績(jī)及滿意度調(diào)查結(jié)果，組間比較使用t檢驗(yàn)（雙側(cè)檢驗(yàn)），P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 ?結(jié)果

2.1 ?兩組學(xué)生考試成績(jī)結(jié)果及組間比較

在考試所包括的3個(gè)部分，即解剖學(xué)標(biāo)志，疾病分類和治療方式，教學(xué)實(shí)驗(yàn)組得分高于對(duì)照組，但組間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），教學(xué)實(shí)驗(yàn)組總分高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表1。

2.2 ?教學(xué)滿意度評(píng)價(jià)

教學(xué)實(shí)驗(yàn)組教學(xué)滿意度評(píng)分均值為（8.7±1.2）分，對(duì)照組評(píng)分結(jié)果為（7.2±0.8）分，教學(xué)實(shí)驗(yàn)組評(píng)價(jià)得分高于對(duì)照組，結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=2.325，P=0.015）。

3 ?討論

傳統(tǒng)心臟大血管外科傳統(tǒng)臨床實(shí)踐教學(xué)主要采用心臟彩超、胸部CT及病例文字描述等教學(xué)方法，內(nèi)容比較單一，學(xué)生興趣不高。對(duì)于本科實(shí)習(xí)生來(lái)說(shuō)，心臟及其瓣膜和周邊相連的大血管的解剖是主要難點(diǎn)所在，同樣是診療各種心臟畸形的基本功。雖然學(xué)生在校學(xué)習(xí)過(guò)系統(tǒng)解剖學(xué)和局部解剖學(xué)，有一定的解剖學(xué)基礎(chǔ)，但缺少對(duì)立體空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和想象，特別是比鄰關(guān)系。普通的教學(xué)模型無(wú)法完全顯露一些重要的解剖標(biāo)志，比如冠狀動(dòng)脈竇，而且難以模擬心臟畸形，所以學(xué)生不能很好地學(xué)習(xí)各種疾病條件下的病變模型，進(jìn)而對(duì)其病理生理過(guò)程一知半解。教學(xué)方法的革新顯得尤為重要。隨著超聲技術(shù)的不斷發(fā)展，醫(yī)生對(duì)于結(jié)構(gòu)性心臟病的認(rèn)識(shí)也不斷提高，思維也得到很好的鍛煉。但超聲產(chǎn)生的只是2D圖像，心臟是三維立體結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)畸形的理解需要很大程度上依靠超聲科醫(yī)生的空間想象能力，低年資的醫(yī)生往往無(wú)法完全領(lǐng)悟，需要堅(jiān)實(shí)的心臟解剖學(xué)基礎(chǔ)及多年的臨床工作鍛煉。對(duì)于同樣一位患者，不同的超聲科醫(yī)生可能得出不同的心臟畸形診斷，臨床手術(shù)指征的把握及手術(shù)方案的制定都受到嚴(yán)重制約，繼而在教學(xué)活動(dòng)中也無(wú)法實(shí)現(xiàn)同質(zhì)化標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)目的。

3D打印技術(shù)是通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)物模型的三維立體重建，使用塑料或金屬粉末進(jìn)行粘合材料的數(shù)字化逐層積累，在立體結(jié)構(gòu)上精確進(jìn)行還原重塑。隨著科學(xué)的發(fā)展，3D打印成本也在不斷降低，使得醫(yī)務(wù)工作者可以利用三維立體模型來(lái)進(jìn)行解剖、模擬手術(shù)的過(guò)程及進(jìn)行相關(guān)的臨床教學(xué)[4-5]。部分國(guó)外專家開始將其運(yùn)用于心臟疾病的診療，比如風(fēng)濕性心臟病瓣膜置換和成形[3，6]、各種復(fù)雜先天性心臟病及心臟腫瘤[3，7]。楊延坤等人[8]開始嘗試將3D打印技術(shù)運(yùn)用于國(guó)內(nèi)心臟大血管疾病的診斷及治療中，取得了良好的治療效果。國(guó)內(nèi)學(xué)者將3D打印帶入臨床教學(xué)當(dāng)中，取得了較好的教學(xué)成果[1-2]，該研究團(tuán)隊(duì)開始逐步探索3D打印模型用于心臟外科臨床教學(xué)，而且研究中使用標(biāo)準(zhǔn)化典型病例，使得不同的學(xué)生可以學(xué)習(xí)相同的典型病例，達(dá)到同質(zhì)化教學(xué)的目的。研究表明使用新的教學(xué)方法后學(xué)生的成績(jī)得到了明顯提高，教學(xué)滿意度調(diào)查提示廣大學(xué)生更加喜歡3D模型教學(xué)，容易使學(xué)生理解關(guān)鍵解剖結(jié)構(gòu)及病理生理過(guò)程。

由于3D打印心臟模型制作過(guò)程需要熟練運(yùn)用相關(guān)圖像處理軟件，而且需要具備一定的計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此對(duì)臨床教學(xué)研究者有一定的門檻要求，不利于教學(xué)方法的全面施行。盡管目前打印費(fèi)用較前明顯下降，但考慮到教學(xué)成本，目前仍多用于常見(jiàn)病的臨床教學(xué)。

綜上所述，在心臟外科本科臨床實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用3D打印心臟模型是可行的，值得借鑒推廣，但各個(gè)臨床科室應(yīng)該制定本學(xué)科的常見(jiàn)病種的教學(xué)病例供學(xué)生學(xué)習(xí)。

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（收稿日期：2018-09-26）