3D打印結(jié)合CBL在先天性脊柱側(cè)凸教學中的運用

謝煒星 晉大祥

先天性脊柱側(cè)凸畸形是兒童脊柱的常見疾病之一，它是由于椎體先天發(fā)育異常所致的脊柱側(cè)凸，發(fā)病率為0.5‰～1.0‰，占所有脊柱側(cè)彎的10%左右[1-2]。部分重度先天性脊柱畸形患兒，解剖結(jié)構(gòu)與標志嚴重變異。如何讓醫(yī)學生更好地熟悉、掌握先天性脊柱側(cè)凸，是臨床帶教中的難點。近年來，3D 打印技術(shù)逐漸應(yīng)用于骨科臨床，它基于病例影像學資料，通過有限元軟件，快速精確地復(fù)制出局部骨骼的三維結(jié)構(gòu)，利于理解，對疾病的診斷、手術(shù)方案的設(shè)計等方面擁有優(yōu)勢[3]。廣州中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院脊柱骨科在結(jié)合多年臨床教學經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出3D 打印模型結(jié)合CBL 教學法運用于先天性脊柱側(cè)凸畸形臨床教學中，取得較好臨床教學效果，現(xiàn)報道如下：

1 CBL 教學模式的特點和不足

CBL（case-based learning，CBL）教學法最早可追溯至古代的“啟發(fā)式問答法”，它是在案例分析的基礎(chǔ)上學習知識的一種教學模式，它可同時培訓(xùn)學生的解決問題和推理的能力[4]。CBL 教學法以病例為基礎(chǔ)，學生為教學主體，教師起主導(dǎo)作用，將教學大綱的知識點融入到實際的臨床病例中，指導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)疾病的病因病機、發(fā)病機制與治療之間的內(nèi)在聯(lián)系[5-6]。然而，CBL 教學法在先天性脊柱側(cè)凸畸形的臨床教學中卻受到了一定的限制。脊柱畸形的骨性結(jié)構(gòu)變異大，患兒成因復(fù)雜，而常規(guī)影像學資料如X 光、CT、MR 提供的信息較為單一。由于脊柱骨科的課程較少，醫(yī)學生雖然具備一定的解剖學基礎(chǔ)，但對復(fù)雜脊柱疾病的成因和發(fā)病機理仍難以理解。近年來，我們在先天性脊柱側(cè)凸的教學中，應(yīng)用3D 打印技術(shù)制作教學模型，取得了良好的教學效果。

2 CBL 教學法結(jié)合3D 打印模型在先天性脊柱側(cè)凸畸形臨床教學中的運用

2.1 病例選取、提出問題、查閱病歷相關(guān)資料

選擇小兒先天性脊柱典型的教學案例，設(shè)計關(guān)于本病定義、病因、流行病學、臨床表現(xiàn)、診斷、畸形角度測量、手術(shù)方案設(shè)計、固定融合節(jié)段選擇原則等問題，要求醫(yī)學生盡量通過查閱相關(guān)文獻，了解該病的進展，并結(jié)合所查閱的資料，找出相對應(yīng)的問題答案。

2.2 3D 打印模型的制作

獲取先天性脊柱側(cè)凸患兒的CT 資料。運用64 層螺旋CT 機對患兒全脊柱節(jié)段進行連續(xù)掃描，最終得到層厚0.5 mm 的CT 斷層圖像，放大處理后以標準DICOM 格式將其斷面圖像以刻錄光盤形式輸出。運用Mimics 17.0 軟件采用區(qū)域增長和閾值分割技術(shù)將患者ICOM 格式的CT 數(shù)據(jù)生成骨骼三維模型圖像，逆向工程軟件Geomagic Studio 2013 軟件進行網(wǎng)格細分、生成曲面模型。運用SolidWorks 2012 軟件進行曲面修復(fù)，構(gòu)建椎體及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)幾何模型。而后通過3D 打印技術(shù)制造出外形與結(jié)構(gòu)等同于原形的、1:1比例的具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的先天性脊柱側(cè)凸畸形模型，完全準確再現(xiàn)患兒先天性脊柱側(cè)凸類型[7-9]。

通過觀察患兒先天性脊柱側(cè)凸3D 模型的形態(tài)，醫(yī)學生可了解先天性脊柱側(cè)凸畸形的解剖特征，明確側(cè)彎的類型，提出術(shù)前規(guī)劃，并模擬完成螺釘植入、側(cè)彎矯形等操作過程。

2.3 臨床實踐、討論與總結(jié)

在脊柱病房內(nèi)，挑選典型的先天性脊柱側(cè)凸住院患者，由學生進行問診及體查。例如：患者，女，10 歲，因“發(fā)現(xiàn)脊柱側(cè)彎畸形4 年”于2018 年8 月23 日入院。入院后查體：步入病房，正常步態(tài)，脊柱區(qū)皮膚無紅腫及竇道、無色素沉著及異常毛發(fā)，未見明顯咖啡樣色斑，脊柱側(cè)彎呈C 形，胸段生理后凸增大和腰段生理前凸正常，胸腰段向左側(cè)側(cè)凸；雙肩不對稱，右肩高于左肩約3.2 cm，胸廓不對稱，剃刀背畸形。局部壓痛（+）、叩壓痛（+）。上、下肢肌力均為5 級，四肢肌張力正常。上、下肢生理反射存在，未引出病理征。入院后CT 顯示：T11、T12 半椎板畸形，胸腰段側(cè)后凸畸形。結(jié)合病史、查體及影像學所見，診斷為先天性脊柱側(cè)凸。我們運用患兒脊柱三維CT 標準DICOM 格式的資料，導(dǎo)入有限元軟件，并重建出3D 模型并打印（如圖1）。在臨床教學中，教師作為主持人，組織學生對病例涉及的病因、臨床表現(xiàn)、影像學分型、手術(shù)方案、內(nèi)固定置入技巧進行討論，并引導(dǎo)討論，以防止學生偏離討論主題。最后，教師結(jié)合大綱知識點要求，把學生發(fā)散的討論結(jié)果進行綜合歸納，并對討論結(jié)果進行點評、總結(jié)。

圖1 脊柱3D 模型

2.4 3D 打印技術(shù)的不足之處

（1）體位的不同。患兒CT 檢查時的體位和術(shù)中體位不同，導(dǎo)致3D 打印模型反映的脊柱形態(tài)與術(shù)中脊柱形態(tài)不完全一致，這可能產(chǎn)生誤差（2）增加醫(yī)療費用。3D 打印模型增加了醫(yī)療成本，加重了患者家庭負擔。

3 3D 打印模型結(jié)合CBL 教學法在脊柱骨科臨床教學中的運用前景

近年來，3D 打印技術(shù)被廣泛應(yīng)用于骨科臨床，復(fù)雜的病例可從二維影像學圖像資料轉(zhuǎn)化為三維立體的實物。它通過對影像學資料的采集，能精準快速地重建骨骼三維結(jié)構(gòu)，直觀地顯示出復(fù)雜畸形的局部特征結(jié)構(gòu)，有助于疾病的診斷、分型、術(shù)前規(guī)劃，大大提高了脊柱畸形的治療效果[10-12]。

本研究發(fā)現(xiàn)，通過3D 打印技術(shù)而獲得的脊柱畸形模型可直觀顯示復(fù)雜的脊柱結(jié)構(gòu)，使醫(yī)學生易于理解，并可在模型上預(yù)演手術(shù)操作，加深對疾病治療方式的認知，從而形成自己的知識架構(gòu)體系，促進了動手能力和臨床思維的培養(yǎng)，加強了CBL 教學法在臨床帶教中的優(yōu)勢。該方法調(diào)動了學生的積極性，提高學習效率，有助于理解和掌握復(fù)雜而抽象的脊柱骨科知識，更好的將理論知識運用于臨床，顯著提高教學效果。