3D打印模型在骨科PBL臨床教學中的應用

劉建偉，王朝暉，趙快平，曾敏川

（郴州市第一人民醫(yī)院，湖南 郴州 423000）

PBL（Problem-Based Learning）是以問題為基礎(chǔ)的教學法，與以往教師教、學生學的教學方法有著明顯差異，在PBL教學中教師是引導者，以學生為主體，注重學生自主學習能力培養(yǎng)，激發(fā)其學習興趣，理論聯(lián)系實際，得到了教師、學生、學校、教育主管部門等的肯定，目前在我國醫(yī)學高等院校中已被廣泛應用且顯現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。

自21世紀以來，科學技術(shù)不斷發(fā)展，極大地促進了各行各業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，進而推動了社會進步。3D打印技術(shù)日新月異，隨著3D打印技術(shù)的不斷更新、完善，3D打印已在醫(yī)學領(lǐng)域得到廣泛應用。在骨科臨床中，使用3D打印模型全面、形象地展示復雜的解剖、病理、生理結(jié)構(gòu)，有助于科研、教學、臨床醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，滿足人民健康的需求。

在骨科PBL臨床教學中，將3D打印模型引入其中，可豐富教學方式，提高教學效率，通過PBL教學法和3D打印模型的有機結(jié)合，能夠直觀、形象地讓學生理解抽象問題，加深印象，鞏固知識，從而取得較好的教學效果。

1 典型病例的選擇和設計

根據(jù)學校骨科臨床教學大綱，選擇臨床資料完整的、具有代表性、學生學習理解有一定難度的骨科常見病和多發(fā)病進行教學，病例的選擇和設計有一定要求，要圍繞患者的受傷機制、臨床表現(xiàn)、診斷、分型治療方案、手術(shù)治療中圍手術(shù)期的處理、術(shù)中操作、解剖層次、復位和固定方式方法、預后及最新進展等，同時要有一定的針對性和趣味性，能夠激發(fā)學生學習興趣，使其主動學習課程內(nèi)容，遇到問題能主動查閱文獻和研究診治方案，并提出不同見解，為骨科相關(guān)課程學習奠定良好的基礎(chǔ)。根據(jù)專業(yè)的特點和實際情況，選擇復雜關(guān)節(jié)周圍骨折、骨盆髖臼骨折的病例進行教學。

2 3D打印模型的制作

患者CT檢查后，通過PACS（Picture Archiving Communicating System，臨床圖像存檔與傳輸系統(tǒng)）平臺獲取患者的CT影像學數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理傳輸?shù)?D打印機，通過3D打印機打印出1∶1大小的3D打印模型。

3 3D打印模型與骨科PBL臨床教學相結(jié)合

學生隨機分組，每組6人，選出1名組長。教師在上課前提前1周將選擇的典型病例臨床資料發(fā)送給組長，并根據(jù)選擇的典型病例提出問題：（1）患者受傷的原因、機制是什么？（2）低能量（扭傷、摔傷等）損傷還是高能量（交通事故損傷、高處墜落傷等）損傷？外力作用方向如何？受傷后搬運有沒有再次損傷？有沒有多發(fā)復合傷？（3）患者受傷后生命體征如何，有哪些癥狀和體征？做了哪些檢查？結(jié)果如何？（4）患者的診斷是什么？骨折的類型和移位方向？此診斷的分型有哪些？此患者的具體分型是什么？（5）患者還需要進一步做哪些化驗檢查？這些化驗檢查有什么意義？為什么？（6）患者治療方案選擇非手術(shù)治療還是手術(shù)治療？非手術(shù)治療的依據(jù)是什么？是否需要手術(shù)治療？手術(shù)治療的指征是什么？手術(shù)治療的目的和作用？如何做好圍手術(shù)期的處理？（7）結(jié)合3D打印模型，手術(shù)切口如何選擇？能否微創(chuàng)治療？如何避開重要的組織（主要血管、神經(jīng)、肌腱等）結(jié)構(gòu)？怎樣才能充分顯露？（8）結(jié)合3D打印模型，骨折如何復位？功能復位還是解剖復位？復位后如何維持骨折端穩(wěn)定？合適的固定方式是哪種？選擇內(nèi)固定還是外固定？選擇偏心固定還是中心固定？如何放置？最佳位置如何選擇？是不是所有患者都只有一個最佳位置？（9）結(jié)合3D打印模型模擬手術(shù)，術(shù)中會遇到什么困難？如何處理能有效解決問題并保證患者安全？（10）結(jié)合3D打印模型，有哪些術(shù)后近期和遠期并發(fā)癥？這些并發(fā)癥如何預防？如果發(fā)生如何處理？并發(fā)癥會帶來哪些不良后果？（11）術(shù)后康復鍛煉的時機？如何有效進行早期和晚期康復鍛煉？有沒有國際和國內(nèi)通用的量化評分標準？如何進行康復功能鍛煉才能達到最佳恢復效果？（12）骨折愈合后內(nèi)、外固定是否要取出？可不可以不取出？不取出有沒有不良后果？若要取出內(nèi)、外固定，取出內(nèi)、外固定的標準和時機？取出內(nèi)、外固定的注意事項和并發(fā)癥有哪些？取出內(nèi)、外固定過程中若內(nèi)、外固定斷裂怎么辦？若再次發(fā)生骨折怎么處理？（13）3D打印模型有哪些優(yōu)點？有哪些缺點？目前應用過程中有哪些不足？如何改進才能更好地適應教學和臨床需求？（14）在教學過程中有哪些不足之處？有哪些尚需改進？怎么樣才能更好地開展教學及提升學生學習能力？

學生以小組為單位進行學習，主動學習課本及骨科專業(yè)書籍上的知識，認真思考問題并查找相關(guān)文獻。在課堂上，組長根據(jù)問題組織討論，每個人根據(jù)準備的資料，檢索和查找相關(guān)文獻，主動提出個人意見和見解，同學間及小組間展開討論，最終得出正確結(jié)論，最后教師進行點評，鞏固所學知識，以此激發(fā)學生學習興趣，提高其主動學習能力，用所學知識解決臨床中遇到的難題。

4 二者結(jié)合的教學效果

傳統(tǒng)教學法是教師講課，學生聽課學習，二者很少互動，部分內(nèi)容和知識學生不能完全理解，并且課堂時間有限，教學效果和學習效果沒有有效的評判依據(jù)，不能很好地體現(xiàn)教學效果，使得教學過程生硬呆板、枯燥乏味，課堂氣氛不濃厚，教和學甚至脫節(jié)，教師和學生都有不滿之處[1]。PBL教學法以學生為主體[2-3]，在學習過程中學生能夠主動發(fā)現(xiàn)問題，尋找解決問題的辦法，通過查找文獻資料及小組討論，主動去解決問題[4]，在這一過程中，學生是學習主體，教師只是引導者，教師在教學過程中答疑解惑，最后進行點評和歸納總結(jié)，學生能夠全面掌握知識[5]。PBL教學法能夠激發(fā)學生學習潛能，強化和鞏固知識，提升學習和解決問題能力，可為其以后在臨床工作中解決問題提供思路和方法。

骨科教學以解剖為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的解剖以課本為基礎(chǔ)，采用圖譜和尸體標本相結(jié)合的方式授課，復雜的解剖部位和變異理解起來非常抽象，尤其是骨盆和關(guān)節(jié)周圍，結(jié)構(gòu)復雜，骨骼形狀不規(guī)則，臨近關(guān)節(jié)部位，肌肉肌腱附著復雜，層次多變，周圍血管、神經(jīng)走行復雜，分支有解剖變異和不確定性，又包含多個臟器，功能多樣，既要從解剖生理上理解，又要考慮功能損傷后如何修復處理，學生對這些知識理解和掌握較難。而尸體標本又很匱乏，需要特殊環(huán)境去儲存，并且不能長時間存放，因此，骨科臨床教學面臨較大困難。3D打印以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后直傳送至3D打印機，3D打印機通過應用不同的材料逐層“堆積”打印出實體模型，可以按照不同的要求打印出所需的局部或整體3D打印模型[6]，而且在規(guī)定的短時間內(nèi)完全可以打印出1∶1的實體模型，能滿足多方面的需求[7]。通過3D打印模型，學生可以直觀地觀察骨折部位的形態(tài)、粉碎程度、移位情況，骨折分型及對鄰近臟器是否有損傷及損傷程度，進而設計手術(shù)實施方案，如骨折怎么復位，復位后怎么穩(wěn)定骨折端，內(nèi)固定材料的預塑形，鋼板、螺釘?shù)臄?shù)量、長度等，結(jié)合3D打印模型都可以達到與真正術(shù)中一致的效果?？蔀榛颊哌x擇最適合的手術(shù)方式，特別是對骨折的復位、鋼板的最佳放置位置選擇上有著獨特的優(yōu)勢。

3D打印模型結(jié)合PBL教學法使學生更加形象和直觀地學習解剖學知識[8]，在骨科PBL臨床教學中，可以由單一的骨折推及多部位的骨折，從診斷、治療到判斷預后，由點及面拓展思路，提高學生臨床思維能力及臨床應變能力[9]。通過設計的問題，教師可以在點評中結(jié)合3D打印模型設計有趣的教學方法，應用動畫、視頻、PPT等教具使學習內(nèi)容變得通俗易懂，學生愿意學，也激發(fā)了教師的教學熱情和積極性，在輕松愉悅的學習環(huán)境中掌握和消化抽象、難懂的知識點，加深了學生的記憶，達到了鞏固強化知識的目的，極大地滿足了學生對臨床知識的學習需求[10]，提高了學生的學習積極性和主動性，取得了良好的臨床教學效果[11-12]。

5 3D打印模型在骨科PBL臨床教學中應用的不足

3D打印模型是骨科PBL臨床教學中的一種手段，從本質(zhì)上講并沒有改變PBL教學法。在骨科臨床教學中不能只是單純地進行知識講授，而是要結(jié)合相關(guān)病例講解，但是PBL教學法也缺乏患者的參與，患者有個體差異性，每個患者的基礎(chǔ)身體條件、具體病情不同，有些患者害怕手術(shù)或拒絕手術(shù)，強烈要求進行非手術(shù)的保守治療，有些患者則認為保守治療沒有效果，不同的患者對治療的需求和期望值不一樣，即使相同的治療方式對不同的患者也有不同的效果，所以在不考慮實際情況的條件下，通過討論得出的結(jié)論也是基于臨床知識與3D打印模型結(jié)合所達到的理想化狀態(tài)，與現(xiàn)實的臨床診治還是有一定的差別。即使術(shù)前規(guī)劃與術(shù)中治療完全一致，但實際情況下患者不一定達到最好的治療效果，理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。目前來說3D打印機價格昂貴，所需的3D打印材料成本相對較高，并不是每個患者都能夠承受，只能對病情復雜、多發(fā)傷、骨折涉及結(jié)構(gòu)多、解剖復雜、有骨科PBL臨床教學意義的典型患者實施。3D打印模型與人體真實的組織、器官實際上還是有顯著差別的，雖然軟組織也可以通過3D打印完全實現(xiàn)，3D打印出的骨骼附著軟組織，但周圍重要的肌肉、肌腱、血管、神經(jīng)等目前還不能仿真，不能體現(xiàn)真實的解剖層次和位置關(guān)系，無論是從生物力學還是人體內(nèi)環(huán)境的狀態(tài)來講都是有區(qū)別的。在骨科PBL臨床教學中應用3D打印模型可能對學生有一定影響，讓學生對真實的人體組織器官產(chǎn)生錯覺，體外的模型只能展示和體現(xiàn)某一方面的內(nèi)容，而人體本身是一個復雜、有機的整體，不能只是單純地觀察某一部位，應既要重視局部又要考慮整體情況。

6 結(jié)語

3D打印模型豐富了骨科PBL臨床教學手段，創(chuàng)新了骨科PBL臨床教學方式，提高了教學效率，彌補了骨科PBL臨床教學中的不足，通過PBL教學法和3D打印模型的有機結(jié)合，提高了學生的積極性和主動性，能夠讓學生直觀、形象地理解抽象問題，加深理解，鞏固和強化知識，提高其臨床應變能力，增強其臨床思維能力，從而產(chǎn)生良好的教學效果。