3D打印骨盆髖臼骨折模型在臨床實習(xí)情景教學(xué)中的應(yīng)用探討

孔維軍，葉 盛，劉 磊，杜 遷，敖 俊，廖文波

（遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院骨科，貴州 遵義 563000）

隨著現(xiàn)代建筑業(yè)、交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，創(chuàng)傷事故愈發(fā)多見，骨盆髖臼骨折成為骨科急診多發(fā)病與常見病[1]。骨盆是人體重要的支撐結(jié)構(gòu)，也是高能量損傷的常見部位[2]。對于骨盆結(jié)構(gòu)的清晰認(rèn)識是臨床實習(xí)輪轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)的重點內(nèi)容。由于骨盆解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，盆腔內(nèi)容納有許多重要的器官并毗鄰重要血管、神經(jīng)，其相關(guān)手術(shù)風(fēng)險高、手術(shù)難度大[3]。常規(guī)應(yīng)用的影像資料對組織結(jié)構(gòu)的缺乏仿真度與直觀性，不能在空間上進行準(zhǔn)確定位，制約了實習(xí)醫(yī)師對骨盆髖臼骨折的學(xué)習(xí)和理解。

3D打印技術(shù)以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，相關(guān)軟件構(gòu)建三維模型，通過塑料或粉末金屬材料進行逐層打印的方式構(gòu)造物體的技術(shù)[4]。早期在骨科的應(yīng)用主要在于輔助骨折復(fù)位、內(nèi)固定選擇等[5]?，F(xiàn)代骨科已將3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用于復(fù)雜骨折、腫瘤、畸形與損傷、肢體畸形與假體制作等方面[5,6]。

長期以來，骨盆髖臼骨折手術(shù)一直被視為創(chuàng)傷大、并發(fā)癥多的高難度手術(shù)。由于解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及手術(shù)顯露的困難性，使得作為助手的實習(xí)醫(yī)生很難對該類手術(shù)產(chǎn)生較為直觀的感性認(rèn)識，從而“知難而退”，不愿學(xué)習(xí)本章知識，導(dǎo)致教學(xué)效果差，這一直成為外科臨床實習(xí)帶教的難題之一[6]。如何充分調(diào)動實習(xí)醫(yī)生在有限的骨科實習(xí)階段的學(xué)習(xí)積極性，提高臨床實習(xí)效果，是外科臨床教學(xué)需要積極解決的問題[7]。為此，我們將3D打印的骨盆髖臼骨折模型用于臨床實習(xí)的情景教學(xué)，以探討其對臨床實習(xí)效果的影響。

1 材料與方法

1.1 骨盆骨折三維模型的構(gòu)建

患者取仰臥位行全骨盆薄層掃描，按要求設(shè)定球管電壓120 kv，電流200 mA，掃描層厚0.625 mm，掃描原始圖像以dicom格式保存。將dicom數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics14.11中進行三維編輯重建，利用3D打印機通過讀取文件的截面信息進行逐層打印堆積而構(gòu)建實物（如圖1），通過實物模型從三維界面上全方位觀察骨折的移位情況。

1.2 研究對象

以遵義醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院骨科62名實習(xí)醫(yī)生為研究對象，男42名，女20名，隨機分成3D骨盆髖臼模型教學(xué)組（31名）和常規(guī)教學(xué)組（31名）。3D骨盆髖臼模型教學(xué)組在臨床實習(xí)教學(xué)中采用打印模型進行教學(xué)講解，常規(guī)教學(xué)組則采用影像學(xué)資料及解剖圖譜進行講解。

圖1 右側(cè)骨盆髖臼粉碎性骨折3D打印模型

1.3 研究方法

授課教師根據(jù)臨床骨盆解剖內(nèi)容制定教學(xué)計劃。常規(guī)教學(xué)組應(yīng)用PPT教學(xué)，對骨盆解剖結(jié)構(gòu)進行展示；同時結(jié)合患者的骨盆CT影像資料進行骨盆的解剖學(xué)習(xí)，讓實習(xí)醫(yī)師對骨盆骨折相鄰部位的重要結(jié)構(gòu)及手術(shù)復(fù)位方法進行分析討論。在此過程中，老師只起引導(dǎo)作用，不參與討論分析。3D模型教學(xué)組在前述教學(xué)的基礎(chǔ)上，直接觀察已經(jīng)重建打印的3D骨盆髖臼骨折模型，從不同方位和層面了解骨折形態(tài)。課程結(jié)束前進行理論和操作測試，要求所有參與的實習(xí)醫(yī)師對骨盆的解剖結(jié)構(gòu)及骨折部位毗鄰的重要血管、神經(jīng)進行判斷和定位。總分為100分。其中，理論測試50分，實踐測試50分。課程結(jié)束后給參加研究的實習(xí)同學(xué)發(fā)放問卷調(diào)查表，對教學(xué)效果進行評價，調(diào)查教學(xué)方法的滿意度及教學(xué)內(nèi)容的掌握度。兩項內(nèi)容評分滿分設(shè)置為10分。測評結(jié)束后，常規(guī)教學(xué)組同學(xué)在老師引導(dǎo)下應(yīng)用打印模型再深入學(xué)習(xí)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)分析，計量資料采±s表示，組間比較采用t檢驗，以P≤0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 3D模型教學(xué)組與常規(guī)教學(xué)組間的考試成績差異

3D 模型教學(xué)組的理論成績與操作成績分別為（44±2.4）和（46±1.9），高于常規(guī)教學(xué)組41±1.9和42±1.7，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）。表明采用3D模型情景教學(xué)提高了實習(xí)醫(yī)師對骨盆結(jié)構(gòu)的理解，提高了臨床教學(xué)效果（如表1所示）。

表13D模型教學(xué)組與常規(guī)教學(xué)組考試成績比較（ ±s，n=31）

表13D模型教學(xué)組與常規(guī)教學(xué)組考試成績比較（ ±s，n=31）

（* 與3D模型教學(xué)組比較，P＜0.05）

組別 n 理論成績 實踐成績3D模型教學(xué)組 31 （44±2.4） （46 ± 1.9）常規(guī)教學(xué)組 31 （41±1.9）* （42±1.7）*

2.2 3D模型教學(xué)組與常規(guī)教學(xué)組對教學(xué)效果的評價

3D模型教學(xué)組對教學(xué)內(nèi)容掌握度評分和教學(xué)方法滿意度評分分別為（9.5±0.3）和（9.8±0.2），高于常規(guī)教學(xué)組（9.0±0.2）和（9.3±0.3），P＜0.05。表明通過采用3D骨盆模型教學(xué)提高了臨床實習(xí)醫(yī)師對骨盆骨折教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，同時亦提高了實習(xí)醫(yī)師對新型情景教學(xué)方法的滿意度（如表2所示）。

表23D模型教學(xué)組與常規(guī)教學(xué)組問卷調(diào)查結(jié)果分析（±s，n=31）

表23D模型教學(xué)組與常規(guī)教學(xué)組問卷調(diào)查結(jié)果分析（±s，n=31）

（* 與3D模型教學(xué)組比較，P＜0.05）

組別 n 教學(xué)內(nèi)容掌握度 教學(xué)方法滿意度3D模型教學(xué)組 31 （9.5±0.3） （9.8±0.2）常規(guī)教學(xué)組 31 （9.0±0.2）* （9.3±0.3）*

3 討 論

從力學(xué)上看骨盆是整個人體的基座。它的半封閉狀態(tài)為盆腔臟器、消化道，泌尿生殖系統(tǒng)和血管、神經(jīng)等重要器官提供保護[1,3]。骨盆髖臼骨折系高能量損傷，損傷機制復(fù)雜，范圍廣泛，波及結(jié)構(gòu)較多，手術(shù)復(fù)位要求高，難度大，手術(shù)創(chuàng)傷大，術(shù)后并發(fā)癥多[8]。常規(guī)的術(shù)前討論對手術(shù)切口入路的選擇，術(shù)中骨折塊的復(fù)位與固定等內(nèi)容難以理解；使得教學(xué)難度增加；學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)效果差[8]。學(xué)習(xí)之后僅停留在理論的講解，沒有直接的感性認(rèn)識，難以激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣[8,9]。為此，我科積極進行教學(xué)模式的探討，將3D打印骨盆髖臼骨折模型應(yīng)用于臨床實習(xí)的情景教學(xué)中，取得了理想的教學(xué)效果。

隨著3 D 打印技術(shù)在骨折、骨腫瘤等方面的探索利用[10]，通過提取骨盆骨折的CT數(shù)字資料，經(jīng)過相關(guān)軟件處理后進行骨盆髖臼骨折模型打印，實物構(gòu)造直觀復(fù)原骨折情況，可以直觀、形象地了解骨折的移位情況，在模型上模擬復(fù)位及固定，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與教學(xué)效果[11]。興趣決定效率。醫(yī)學(xué)教育的主要目的之一是優(yōu)化教學(xué)模式，促進并提升臨床分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)其科學(xué)的臨床思維。我科自2016年引入3D打印技術(shù)后，對部分復(fù)雜骨盆髖臼骨折病例在術(shù)前進行骨折模型的3D打印，便于術(shù)前與患者及家屬溝通，且便于制定手術(shù)方案。同時，我們也嘗試將3D打印模型引入到臨床實習(xí)教學(xué)模式中，探討此方法是否能有效提高臨床教學(xué)效果。在我們初期的CBL模式教學(xué)過程中，對骨盆骨折病例進行常規(guī)的影像學(xué)資料分析后，因需要較強的三維空間想象能力，學(xué)生對骨折的具體移位機制仍然不清楚[7]，對進一步的骨折分析、手術(shù)入路選擇、固定范圍的講解也是一知半解，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[12]。通過早期的PPT講解，再結(jié)合骨盆骨折的3D模型，學(xué)生有一種恍然大悟的感覺，及時糾正了三維空間想象中的錯誤地方，同時饒有興趣的分析骨折類型、模擬骨折復(fù)位；極大的滿足了學(xué)生的求知欲，提高了學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效果[13]。通過利用3D打印模型，可以使帶教老師更直觀地進行教學(xué)，可以輕松自然的在模型上為學(xué)生進行解剖、分型、復(fù)位、固定等相關(guān)知識的講解，使得教學(xué)變得輕松、簡單、有效[11,12]。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式以規(guī)劃教程為綱要，概念注入，老師作分析引導(dǎo)，學(xué)生強迫是記憶。3D打印骨折模型應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床教育，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方式，“另辟蹊徑”的促進學(xué)生成為教學(xué)主體，轉(zhuǎn)變成自主性學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式[13,14]。通過3D打印模型呈現(xiàn)臨床真實病例，從抽象思維及復(fù)雜的病情表現(xiàn)中，使得學(xué)生面對模型猶如“身臨其境”，從狹小的“點”的認(rèn)識上升到廣大的“面”上的認(rèn)識，逐步實現(xiàn)臨床經(jīng)驗“量”的積累到“質(zhì)”的突破，從而獲取書本上難以學(xué)到的臨床思維與診療技能[15,16]。利用3D打印人體結(jié)構(gòu)模型進行臨床情景教學(xué)是一種行之有效的方法，是一頁活的教科書，值得推廣應(yīng)用。

通過3D打印骨盆骨折模型教學(xué)法讓我們體會到，教學(xué)模式不是一成不變的，而是應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)對象的特點，結(jié)合新新科技成果，與時俱進，力求在合理、科學(xué)的基礎(chǔ)上積極探索更好的教學(xué)方法。