3D打印技術(shù)在復(fù)雜關(guān)節(jié)周圍骨折臨床帶教中的應(yīng)用

蒙德鵬 陳宇 林浩東

摘 要：目的 將3D打印教具應(yīng)用于骨創(chuàng)傷科復(fù)雜關(guān)節(jié)周圍骨折的臨床教學(xué)中，探索該方法的教學(xué)效果。方法 隨機(jī)抽取60名在長(zhǎng)征醫(yī)院骨創(chuàng)傷科輪轉(zhuǎn)的上海住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)學(xué)員進(jìn)入研究，隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組30人。挑選典型的股骨髁、脛骨平臺(tái)骨折病例，使用CT斷層掃描，數(shù)字成像及3D打印技術(shù)制成3D樹脂標(biāo)本。對(duì)照組采用單純常規(guī)教學(xué)法，試驗(yàn)組在此基礎(chǔ)上結(jié)合3D打印標(biāo)本進(jìn)行臨床帶教。比較兩組學(xué)員的基本資料和出科考試成績(jī)。結(jié)果 兩組學(xué)員經(jīng)管患者數(shù)量、經(jīng)管關(guān)節(jié)骨折患者數(shù)量和教學(xué)滿意度評(píng)分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。試驗(yàn)組出科理論考核成績(jī)?yōu)椋?2.14±13.25）分，高于對(duì)照組的（64.47±11.12）分，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。結(jié)論 3D打印技術(shù)對(duì)復(fù)雜關(guān)節(jié)周圍骨折教學(xué)效果有輔助促進(jìn)作用，具有良好的教學(xué)應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：三維；打??；教學(xué)；創(chuàng)傷

中圖分類號(hào)：R683 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.23.008

文章編號(hào)：1006-1959（2018）23-0026-03

Abstract：Objective The 3D printing teaching aid was applied to the clinical teaching of complex periarticular fractures in the trauma department of bone trauma， and the teaching effect of the method was explored.Methods 60 standardized training trainees of Shanghai resident physicians in bone trauma rotation in changzheng hospital were randomly selected to enter the study. They were randomly divided into experimental group and control group， 30 in each group. Typical cases of femoral condyle and tibial plateau fractures were selected and 3D resin specimens were prepared by CT tomography， digital imaging and 3D printing. The control group adopted the simple conventional teaching method， and the experimental group conducted clinical teaching combined with 3D printed specimens on this basis. To compare the basic data and test scores of the two groups. Results There was no statistically significant difference between the two groups in the number of patients with menstrual canal， the number of patients with menstrual canal joint fracture and the teaching satisfaction score （P>0.05）. The theoretical assessment score of the test group was （82.14±13.25）， higher than that of the control group （64.47±11.12），the difference was statistically significant （P<0.05）. Conclusion 3D printing technology can assist and promote the teaching effect of complex periarticular fractures and has a good prospect of teaching and application.

Key words：Three-dimensional；Printing；Teaching；Trauma

3D打印概念最開始由Charles Hull在上世紀(jì)80年代提出并發(fā)明了相關(guān)技術(shù)，屬快速成形技術(shù)的一種，是通過(guò)層層沉淀制作物件[1]。隨著技術(shù)的進(jìn)展，目前已實(shí)現(xiàn)3D物件的高精度、低成本、快速制作及在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展[2-4]。除了可用于輔助手術(shù)策略、內(nèi)植物制作及組織工程，3D打印另一個(gè)重要的醫(yī)學(xué)應(yīng)用是進(jìn)行醫(yī)學(xué)教育[5，6]。隨著交通及經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高能量損傷導(dǎo)致的復(fù)雜骨折越來(lái)越常見。骨創(chuàng)傷是骨科的基礎(chǔ)學(xué)科，骨折致傷機(jī)制復(fù)雜，骨折類型多變。復(fù)雜關(guān)節(jié)周圍骨折相關(guān)內(nèi)容的講授一直是骨創(chuàng)科臨床帶教的難點(diǎn)[7]。本研究擬將3D打印教具應(yīng)用于骨創(chuàng)傷科復(fù)雜關(guān)節(jié)周圍骨折的臨床教學(xué)中，探索該方法的教學(xué)效果。

1對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象 隨機(jī)抽取2014年1月～2018年1月60名在長(zhǎng)征醫(yī)院骨創(chuàng)傷科輪轉(zhuǎn)的上海住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)學(xué)員進(jìn)行研究，按輪轉(zhuǎn)先后順序進(jìn)行編號(hào)隨機(jī)分為試驗(yàn)組和對(duì)照組，每組30例。試驗(yàn)組男性18人，女性12人，年齡25～29歲，平均年齡（27.19±2.21）歲；對(duì)照組男性17人，女性13人，年齡25～28歲，平均年齡（26.43±1.57）歲。兩組學(xué)員在年齡、性別上比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），具有可比性。

1.2納入及排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：①長(zhǎng)征醫(yī)院外科規(guī)范化培訓(xùn)基地學(xué)員；②非骨創(chuàng)傷科專業(yè)；③至少經(jīng)管過(guò)一位關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①資料不完整；②有明顯錯(cuò)誤、前后矛盾而導(dǎo)致結(jié)果不可信；③骨創(chuàng)傷本專業(yè)學(xué)員。

1.3方法 由長(zhǎng)期承擔(dān)第二軍醫(yī)大學(xué)本科教學(xué)工作的2位高年資醫(yī)師（含副主任醫(yī)師1名，主治醫(yī)師1名）向兩組學(xué)員進(jìn)行統(tǒng)一授課，兩組學(xué)員所處的教學(xué)環(huán)境相同，授課為小班制，4～6人/次，授課內(nèi)容為20 min的“肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)周圍解剖、AO骨折分類與治療原則”。課堂上結(jié)合幻燈、X線及CT圖象講授肘窩、腘窩、肱骨髁、股骨髁、脛骨平臺(tái)處應(yīng)用解剖、骨折分類與治療等知識(shí)。理論課結(jié)束后，兩組學(xué)員均參加日常查房，及常規(guī)經(jīng)管患者。試驗(yàn)組完成統(tǒng)一的授課后由1位主治醫(yī)師單獨(dú)進(jìn)行3D教具的帶教。挑取典型的復(fù)雜肘關(guān)節(jié)、股骨髁、脛骨平臺(tái)骨折病例，使用64排螺旋CT（Philips，荷蘭）對(duì)患者局部進(jìn)行斷層掃描。將所得數(shù)據(jù)錄入Mimics 17.0軟件（Materialise 公司，比利時(shí)）并進(jìn)行3D數(shù)字化模型建模[8]，所得數(shù)字模型以“STL”格式輸入銀格3D打印機(jī)（SLA-l2，銀格3D打印實(shí)業(yè)公司，中國(guó)），使用Somos 8000 工業(yè)級(jí)光敏樹脂制作等比例模型[9]。學(xué)員們根據(jù)打印出來(lái)的骨折實(shí)物模型，加深對(duì)該部分人體解剖形態(tài)知識(shí)及骨折分類、骨折機(jī)制及內(nèi)固定放置等內(nèi)容的理解和學(xué)習(xí)。

1.4結(jié)果評(píng)價(jià) 骨創(chuàng)傷科輪轉(zhuǎn)期1個(gè)月結(jié)束后，對(duì)兩組學(xué)員進(jìn)行問(wèn)卷測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括專業(yè)考核及一般調(diào)查，專業(yè)考核為一份總分100分的復(fù)雜關(guān)節(jié)周圍骨折理論考卷，題型均為選擇題，主要包括肘窩、腘窩、肱骨髁、股骨髁、脛骨平臺(tái)處局部解剖（35分），關(guān)節(jié)骨折AO分型（25分），關(guān)節(jié)內(nèi)骨折治療原則（40分）。一般調(diào)查內(nèi)容包括調(diào)查對(duì)象的年齡、輪轉(zhuǎn)期間經(jīng)管患者數(shù)量、經(jīng)管關(guān)節(jié)內(nèi)骨折患者數(shù)量、對(duì)教學(xué)的滿意度等。教學(xué)滿意度采用自制量表，根據(jù)問(wèn)卷調(diào)查的一般原則制成，總分為100分，該量表由表頭、一般情況及20余個(gè)彼此有關(guān)系的問(wèn)題組成。

1.5統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 所有的調(diào)查數(shù)據(jù)采用雙錄入法，并經(jīng)核查、校正，直至得到一個(gè)正確的數(shù)據(jù)集。對(duì)數(shù)據(jù)錄入Excel Office 2007，采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，計(jì)數(shù)資料以（%）表示，采用？字2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以（x±s）表示，采用t檢驗(yàn)。P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2結(jié)果

兩組學(xué)員經(jīng)管患者數(shù)量、經(jīng)管關(guān)節(jié)骨折患者數(shù)量和教學(xué)滿意度評(píng)分比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；試驗(yàn)組學(xué)員理論考試分?jǐn)?shù)高于對(duì)照組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表1。

3討論

骨創(chuàng)傷科是骨科學(xué)的基礎(chǔ)，長(zhǎng)期以來(lái)承擔(dān)大量的包括本科生、住院醫(yī)師規(guī)培學(xué)員及主治醫(yī)師專業(yè)化培訓(xùn)學(xué)員在內(nèi)的各級(jí)帶教任務(wù)[10]。人體股骨、脛骨髁部形態(tài)不規(guī)則，腘窩、肘窩處解剖復(fù)雜，重要血管集中[11，12]。關(guān)節(jié)內(nèi)及關(guān)節(jié)周圍骨折多由巨大的外界暴力導(dǎo)致，骨折類型無(wú)統(tǒng)一的模式。粉碎嚴(yán)重的骨折失去正常的形態(tài)和解剖標(biāo)識(shí)，對(duì)該部分內(nèi)容的教學(xué)與識(shí)記是骨創(chuàng)傷科臨床帶教長(zhǎng)期以來(lái)的難點(diǎn)。如何更好的掌握關(guān)節(jié)處的解剖，如何更好的學(xué)習(xí)骨折分類和治療，如何對(duì)學(xué)員進(jìn)行有效的教學(xué)，不斷促使臨床帶教老師改進(jìn)教學(xué)方法。

在過(guò)去，學(xué)生們常通過(guò)尸體解剖、醫(yī)學(xué)圖譜來(lái)學(xué)習(xí)解剖學(xué)知識(shí)。而捐獻(xiàn)尸體來(lái)源受到諸多限制，學(xué)生只能通過(guò)大組學(xué)習(xí)進(jìn)行尸體操作，動(dòng)手操作機(jī)會(huì)很少。解剖圖譜為二維平面圖片，缺乏空間細(xì)節(jié)，限制了學(xué)生們的理性認(rèn)識(shí)。CT三維重建技術(shù)雖然能圖像化的顯示立體的結(jié)構(gòu)，但這種圖像化的輔助資料但無(wú)法給學(xué)術(shù)觸覺(jué)上的反饋，仍不是理想的教學(xué)輔助方法。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種數(shù)字化虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。其中3D打印逐漸應(yīng)用于臨床。已有大量報(bào)道報(bào)道了3D標(biāo)本在教學(xué)領(lǐng)域的有效性及仿真性[13-15]。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)對(duì)比研究了3D打印技術(shù)模型輔助教學(xué)與傳統(tǒng)的解剖圖譜教學(xué)在醫(yī)學(xué)教育中的有效性。一位健康志愿者接受CT三維掃描后其肝臟組織被制成3D打印標(biāo)本。經(jīng)6位專家評(píng)估，3D打印標(biāo)本被認(rèn)為或強(qiáng)烈認(rèn)為具有極強(qiáng)的仿真性。此外，參與測(cè)試的還有一定數(shù)量的醫(yī)學(xué)生，他們被隨機(jī)分入兩組，分別進(jìn)行3D打印標(biāo)本和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)圖譜標(biāo)本的學(xué)習(xí)，在1 h和5 d后分別進(jìn)行評(píng)測(cè)，結(jié)果顯示無(wú)論是1 h還是5 d后，3D打印標(biāo)本輔助教學(xué)組比傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)圖譜教學(xué)組教學(xué)效果均更好。此外，傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)圖譜標(biāo)本組的學(xué)生在5 d時(shí)間點(diǎn)的記憶效果較1 h時(shí)間點(diǎn)的記憶效果下降明顯[13]。一項(xiàng)對(duì)接受3D打印教具培訓(xùn)后的學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果顯示，90%的被訪者較推薦或強(qiáng)烈推薦使用3D打印教具對(duì)腹部病理解剖進(jìn)行輔助教學(xué)。100%的被訪者強(qiáng)烈推薦將該3D打印教具融合入現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)教學(xué)課程中[14]。一項(xiàng)雙盲隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)被用以評(píng)估3D打印輔助教學(xué)的有效性。參與測(cè)試的學(xué)生被隨機(jī)分入3組，分別按下列3種方法進(jìn)行課程學(xué)習(xí)：?jiǎn)为?dú)使用尸體標(biāo)本，單獨(dú)使用3D打印標(biāo)本以及聯(lián)合上述兩種標(biāo)本。結(jié)果表明3D打印標(biāo)本較尸體標(biāo)本效果顯著[15]。

3D打印因諸多優(yōu)勢(shì)在外科教學(xué)領(lǐng)域得到及其廣泛的應(yīng)用[16-18]。但目前尚沒(méi)有一項(xiàng)專門的關(guān)于復(fù)雜關(guān)節(jié)周圍骨折等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行3D打印輔助教學(xué)的研究報(bào)道?；诖耍覀?cè)O(shè)計(jì)了該項(xiàng)研究，對(duì)比傳統(tǒng)方法和傳統(tǒng)結(jié)合3D打印輔助教學(xué)兩種方法的教學(xué)效果，結(jié)果顯示，接受3D打印輔助教學(xué)方法結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)法的學(xué)生，在出科考理論考核分?jǐn)?shù)上更有優(yōu)勢(shì)。

本研究同樣存在以下不足：對(duì)股骨髁、脛骨平臺(tái)等部分進(jìn)行3D打印耗時(shí)在10 h～3 d不等。此外，3D打印技術(shù)增加患者的額外花費(fèi)也是另一個(gè)潛在的應(yīng)用限制。有些血管、神經(jīng)、臟器等軟組織器官的模擬與還原對(duì)打印機(jī)的要求很高，這也限制了3D打印在教學(xué)中的應(yīng)用。

盡管本研究存在上述不足，展望未來(lái)，隨著更精妙的計(jì)算機(jī)軟硬件的發(fā)明和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，3D打印的時(shí)間耗費(fèi)和成本花費(fèi)必將越來(lái)越低。3D打印的應(yīng)用將不限于復(fù)雜骨折，必將在包括復(fù)雜臟器及血管神經(jīng)解剖等教學(xué)及臨床帶教方面得到更廣泛的應(yīng)用。

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收稿日期：2018-5-7；修回日期：2018-5-17

編輯/張建婷