3D打印技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用研究

鄒阿鵬 李傳波 安豐敏

骨科學(xué)為一門外科學(xué)重要的基礎(chǔ)性學(xué)科。該學(xué)科主要診治人體骨骼肌肉系統(tǒng)疾病。在對(duì)患者開展骨科疾病診療過程中，所涉及到的解剖結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，即使是相同的疾病，治療起來方法也多種多樣。基于此，臨床針對(duì)于從事骨科醫(yī)護(hù)工作的人員要求較高，其必須具備良好的三維空間識(shí)別能力以及解剖學(xué)知識(shí)。但不容忽視的是，現(xiàn)如今于骨科臨床教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)之中，多采用傳統(tǒng)教學(xué)法。這種教學(xué)方式所提供的骨骼模型結(jié)構(gòu)單一，無法適應(yīng)相關(guān)骨科疾病損傷后治療機(jī)制。另外，其在手術(shù)的直觀操作方面也存在著很大問題[1]。當(dāng)前隨著我國(guó)科技的不斷進(jìn)展，3D 打印技術(shù)也被全面運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科臨床教學(xué)工作之中，且取得了滿意的效果。這種方法能夠全面綜合骨科患者病情以及自身特點(diǎn)，進(jìn)而為臨床治療方案確定提供了有力保證。經(jīng)過對(duì)受試者實(shí)體模型觀察，同時(shí)開展手術(shù)摸底治療方案，可在極大程度上提升醫(yī)學(xué)生的動(dòng)手能力水平，就此提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)知識(shí)積極性，提升其學(xué)習(xí)效率。為了全面探討3D 打印技術(shù)在運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科臨床教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值，結(jié)合實(shí)際情況，本試驗(yàn)擇取2019 年6 月—2020年6 月濱州醫(yī)學(xué)院煙臺(tái)附屬醫(yī)院所接受的運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科實(shí)習(xí)本科生60 名為研究對(duì)象，對(duì)上述命題進(jìn)行分析，現(xiàn)做出如下匯報(bào)：

1 資料及方法

1.1 一般資料

本試驗(yàn)擇取2019 年6 月—2020 年6 月濱州醫(yī)學(xué)院煙臺(tái)附屬醫(yī)院所接受的運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科實(shí)習(xí)本科生60 名為研究對(duì)象，所有學(xué)生身體健康，且自愿簽署實(shí)習(xí)協(xié)議，同意參與調(diào)查?，F(xiàn)按照所接受的臨床帶教方法不同，將其分為對(duì)照組30 名學(xué)生以及觀察組30 名學(xué)生。對(duì)照組內(nèi)男生21 名，女生9 名，年齡22.56～24.35 歲，平均（23.13±0.26）歲；觀察組內(nèi)，男生22 名，女生8 名，年齡22.71～24.46 歲，平均（23.52±0.35）歲。經(jīng)過對(duì)比，兩組學(xué)生年齡、性別等資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），可對(duì)比。

1.2 教學(xué)方法

所有學(xué)生均由相同帶教教師開展相同的教學(xué)內(nèi)容。對(duì)照組學(xué)生沿用傳統(tǒng)帶教方案，具體方法為：將運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科常見病——膝關(guān)節(jié)脛骨平臺(tái)骨折合并前交叉韌帶損傷為案例，有效收集患者疾病影像學(xué)資料開展教學(xué)，詳細(xì)方案為：

（1）帶教者結(jié)合真實(shí)案例，提前3 d 通知實(shí)習(xí)生針對(duì)于和疾病有關(guān)的知識(shí)開展預(yù)習(xí)。（2）引導(dǎo)實(shí)習(xí)生正確收集患者病史、體格檢查資料、X 線片資料、MRI 以及CT 資料等等[2]。（3）結(jié)合患者當(dāng)前臨床表現(xiàn)以及影像學(xué)資料，讓學(xué)生做出早期診斷。（4）帶教者負(fù)責(zé)總結(jié)病例，整理好關(guān)于疾病的治療流程。在此同時(shí)結(jié)合最新醫(yī)學(xué)研究進(jìn)展，為實(shí)習(xí)生講解前沿化診治疾病理念。（5）實(shí)習(xí)生討論提問，帶教者第一時(shí)間為實(shí)習(xí)生答疑。（6）將學(xué)習(xí)時(shí)間固定為90 min，每周固定周二、周五下午16 ∶00—17 ∶30 學(xué)習(xí)。每周查房2 次，總計(jì)12 h。

以此為基礎(chǔ)，觀察組學(xué)生應(yīng)用3D 打印模型方案學(xué)習(xí)。具體方法為：有效收集患者的影像資料，結(jié)合CT掃描所得出的數(shù)據(jù)，通過3D 打印技術(shù)制作出高仿真模型。以傳統(tǒng)教學(xué)方法為基準(zhǔn)，在學(xué)生進(jìn)行對(duì)照組方案步驟（4）之前，通過3D 打印模型直觀地展示出患者具體受損位置、周圍軟組織傷情以及受損程度。在此同時(shí)，經(jīng)過3D 模型全面制定患者的手術(shù)計(jì)劃。例如復(fù)位骨折的先后順序、擇取合適內(nèi)固定材料、選擇出規(guī)格相適應(yīng)及型號(hào)、演練手術(shù)操作步驟等等，剩余步驟與對(duì)照組實(shí)習(xí)生相同。

1.3 觀察指標(biāo)

（1）分析兩組學(xué)生綜合能力問卷評(píng)分對(duì)比情況。具體問卷項(xiàng)目包含學(xué)習(xí)興趣、自學(xué)能力水平、理解能力水平、教學(xué)滿意度。每項(xiàng)滿分為10 分，分?jǐn)?shù)越高表明學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣越濃厚、自學(xué)水平越強(qiáng)、理解能力越高、對(duì)于教學(xué)越滿意。（2）分析兩組學(xué)生考試成績(jī)對(duì)比情況。具體包含理論知識(shí)以及操作技能兩大模塊，每個(gè)模塊滿分均為100 分，分?jǐn)?shù)越高表明學(xué)生成績(jī)?cè)胶谩?/p>

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 20.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。計(jì)數(shù)資料用（n，%）表示，采用χ2檢驗(yàn)；計(jì)量資料用（）表示，采用t檢驗(yàn)，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組學(xué)生綜合能力問卷評(píng)分對(duì)比

和對(duì)照組相比，觀察組學(xué)生滿意度、理解能力水平、自學(xué)能力水平以及學(xué)習(xí)興趣得分明顯更高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），詳見表1。

表1 兩組學(xué)生綜合能力問卷評(píng)分對(duì)比（分，）

表1 兩組學(xué)生綜合能力問卷評(píng)分對(duì)比（分，）

2.2 兩組學(xué)生考試成績(jī)對(duì)比

和對(duì)照組相比，觀察組學(xué)生的理論知識(shí)以及操作技能考試成績(jī)得分明顯更高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），詳見表2。

表2 兩組學(xué)生考試成績(jī)對(duì)比（分，）

表2 兩組學(xué)生考試成績(jī)對(duì)比（分，）

3 討論

相關(guān)研究表明：在現(xiàn)如今的骨科臨床實(shí)習(xí)帶教工作之中所沿用的教學(xué)方式不同，會(huì)直接影響到醫(yī)學(xué)生掌握理論知識(shí)的程度以及實(shí)踐操作能力[3]。骨科為一類病種多、綜合性極強(qiáng)的學(xué)科分支，其涉及到的解剖部位眾多，且人體骨骼結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜[4]。缺乏良好的解剖學(xué)知識(shí)培訓(xùn)是目前全世界范圍內(nèi)醫(yī)學(xué)生所共同面臨的難題，國(guó)內(nèi)的醫(yī)學(xué)院校目前已從幾年前8～10 名學(xué)生解剖一具尸體的模式變成了15～20 名學(xué)生解剖一具，一些偏僻的院校甚至無尸可剖。這使得醫(yī)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)解剖的掌握程度大為下降，這些學(xué)生在進(jìn)一步面對(duì)骨科學(xué)課程時(shí)，往往會(huì)在實(shí)際解剖結(jié)構(gòu)的重建時(shí)遇到障礙。醫(yī)學(xué)生的臨床實(shí)習(xí)階段為一個(gè)由感性認(rèn)識(shí)升華到理性認(rèn)識(shí)的重要環(huán)節(jié)，且為培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生直接動(dòng)手能力的重點(diǎn)階段。既往所沿用的PPT 教學(xué)模式所展現(xiàn)的大多為二維圖像，并且以帶教者為核心，醫(yī)學(xué)生們處于被動(dòng)接受知識(shí)的地位[5]。其學(xué)習(xí)新知識(shí)的積極性和主動(dòng)性往往不高。加上人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，其中包含了韌帶、肌腱、肌肉、骨骼、軟骨關(guān)節(jié)等等組織，結(jié)構(gòu)比較抽象。醫(yī)學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間普遍缺少立體直觀空間想象能力，很難將在校所學(xué)到的理論知識(shí)和臨床實(shí)踐完美結(jié)合，進(jìn)而對(duì)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)產(chǎn)生恐懼心理，引發(fā)其學(xué)習(xí)興致不高。由此能夠看出，選擇一類有效的教學(xué)方式對(duì)實(shí)習(xí)生開展帶教工作意義重大[6]。

3D 打印技術(shù)是一種采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來構(gòu)造物體的新技術(shù)，誕生于20 世紀(jì)90 年代左右，是基于材料累加概念和層疊制造方法的模型制作技術(shù)，被廣泛應(yīng)用社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中以CT 等斷層數(shù)字模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)控制下，運(yùn)用黏合材料，通過逐層打印和精確堆積制造出數(shù)字化實(shí)體模型，其能制造出高度仿真的骨骼病理模型，讓學(xué)生能直觀地了解骨骼系統(tǒng)損傷及病變形態(tài)。相關(guān)研究表明：應(yīng)用3D 打印模型對(duì)醫(yī)學(xué)生開展運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科實(shí)習(xí)帶教工作，能夠取得滿意效果。這種教學(xué)方法集合了運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)解剖結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的手術(shù)治療以及診斷為一體，能夠?qū)崿F(xiàn)生動(dòng)、形象且直觀地提升臨床教學(xué)效果[7]。本組研究結(jié)果表明：和對(duì)照組相比，觀察組學(xué)生的綜合能力自我評(píng)價(jià)問卷得分明顯更高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。隨著這種技術(shù)的迅速發(fā)展以及普遍應(yīng)用，可以為醫(yī)學(xué)教學(xué)模具提供全新來源。

在院內(nèi)開展運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科臨床教學(xué)工作中，充分運(yùn)用3D 打印骨關(guān)節(jié)受損模型有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）該法能夠直觀且形象地幫助醫(yī)學(xué)生了解人體骨骼、肌肉、韌帶的解剖結(jié)構(gòu)。另外也可實(shí)現(xiàn)直接觸摸患者受損位置、仔細(xì)查看受損程度[8]。就此分析疾病損傷機(jī)制，其在真正意義上做到了肢體損傷模型和理論相互結(jié)合，可幫助醫(yī)學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)做出正確的損傷分型，進(jìn)而制定出周全而詳細(xì)的手術(shù)計(jì)劃。由于實(shí)習(xí)生剛剛進(jìn)入到臨床實(shí)習(xí)階段，其對(duì)于解剖的理論知識(shí)比較欠缺。如果單純接受PPT 教學(xué)結(jié)合臨床影像資料開展骨骼和關(guān)節(jié)損傷分型而制定手術(shù)計(jì)劃非常困難[9]。即便是工作年限高的醫(yī)生，往往也很難憑借上述資料做到完全正確的分型診斷。所以說，借助3D打印模型的方式能夠在根本上實(shí)現(xiàn)教學(xué)個(gè)性化病例資料分析、收集，方便了實(shí)習(xí)生全面掌握臨床教學(xué)有關(guān)內(nèi)容[10]。

（2）應(yīng)用3D 打印骨與關(guān)節(jié)損傷模型開展教學(xué)，可在極大程度上增加醫(yī)學(xué)生手術(shù)模型操作機(jī)會(huì)[11]。此法能夠讓醫(yī)學(xué)生結(jié)合具體3D 打印模型確定出正確的手術(shù)入路、手術(shù)方案，為患者選擇正確的內(nèi)植物、完善手術(shù)操作步驟[12]。能夠讓醫(yī)學(xué)生在真正意義上做到實(shí)際結(jié)合理論，有效掌握此項(xiàng)手術(shù)的基礎(chǔ)要點(diǎn)，全面培養(yǎng)其實(shí)踐操作能力水平。在此同時(shí)，應(yīng)用此法也可提升學(xué)生們學(xué)習(xí)新知識(shí)的興趣，有效激發(fā)其學(xué)習(xí)知識(shí)的主觀能動(dòng)性，也可提升臨床帶教質(zhì)量[13-14]。此外值得說明的是，3D 打印模型可以構(gòu)建模型庫，能夠令醫(yī)學(xué)生積極掌握教學(xué)大綱所要求的所有實(shí)習(xí)病種以及相關(guān)內(nèi)容，同時(shí)也讓學(xué)生們擁有更多的機(jī)會(huì)接觸到骨科典型疾病種類以及罕見病種[15]。

本組研究結(jié)果表明：相較于對(duì)照組，觀察組學(xué)生手術(shù)操作能力和成績(jī)以及理論知識(shí)考核成績(jī)明顯更高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。由此能夠看出，將3D 打印技術(shù)全面運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)骨科實(shí)習(xí)帶教工作之中，可以在極大程度上提升學(xué)生對(duì)于實(shí)習(xí)帶教工作滿意度。另外也可提升學(xué)生的成績(jī)，幫助實(shí)習(xí)生創(chuàng)建立體化思維，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣。因而該法值得進(jìn)一步推廣及應(yīng)用。

4 小結(jié)

總而言之，在對(duì)醫(yī)學(xué)生開展骨科臨床教學(xué)過程中，充分運(yùn)用3D 打印技術(shù)能取得滿意的教學(xué)成效，這種方式有著常規(guī)教學(xué)手段難以實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，其也為日后本科生、研究生骨科學(xué)教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。但不容忽視的是，要想取得滿意的教學(xué)成效，依舊要求學(xué)生具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。在此同時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)階段成熟化輔助方式對(duì)學(xué)生開展教學(xué)，將3D 打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到極致。

從宏觀的角度來看，當(dāng)前3D 打印技術(shù)于骨科教學(xué)中依舊處于初級(jí)階段，因此需要不斷地完善相關(guān)技術(shù)。但由于受到材料的限制，當(dāng)前現(xiàn)用的3D 模型無法顯示出軟組織附著情況，還不能全面實(shí)現(xiàn)人體骨骼肌周圍肌肉以及神經(jīng)血管的分布情況。此外模擬性操作和實(shí)際體內(nèi)操作過程相比而言，可能無法達(dá)到理想化狀態(tài)，導(dǎo)致患者手術(shù)時(shí)間的延長(zhǎng)。盡管如今有諸如技術(shù)等多方面的限制，但我們有理由相信，隨著我國(guó)科技的迅速發(fā)展，3D 打印技術(shù)必將在醫(yī)學(xué)教學(xué)領(lǐng)域與實(shí)際醫(yī)療領(lǐng)域取得更為廣闊的應(yīng)用。