Visible body三維解剖軟件結(jié)合3D打印技術(shù)在骨外科教學(xué)中的實(shí)踐效果分析

孫寶平 王正宇 王國偉 梁婷婷

山東大學(xué)附屬山東省立第三醫(yī)院關(guān)節(jié)外科，山東濟(jì)南 250031

創(chuàng)傷外科是骨外科的基礎(chǔ)學(xué)科，隨著交通工具的快速發(fā)展，高能量交通事故導(dǎo)致的粉碎性骨折越來越常見，此類骨折致傷機(jī)制復(fù)雜、形態(tài)多樣、碎裂嚴(yán)重，是臨床教學(xué)的難點(diǎn)。傳統(tǒng)教學(xué)方式提供的文字描述、圖片、影像學(xué)資料只能給學(xué)生平面視覺感受，缺乏組織結(jié)構(gòu)的仿真性與立體性，造成學(xué)生對(duì)骨折分型、骨折嚴(yán)重程度，骨折手術(shù)復(fù)位過程、手術(shù)入路等無法全面掌握。3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的快速成型技術(shù)[1-2]，可以將黏合的粉末狀金屬或塑料以分層打印的形式打印成三維實(shí)體模型。3D打印技術(shù)可以把復(fù)雜骨折的三維模型數(shù)據(jù)打印成1∶1的實(shí)物模型，能夠讓學(xué)生直觀、立體地詳細(xì)觀察骨折形態(tài)、碎裂程度，也可以在打印的實(shí)物模型上模擬骨折的復(fù)位、鋼板固定的手術(shù)過程，加深學(xué)生的理解。三維人體解剖軟件是將人體從簡(jiǎn)單的二維平面圖像變?yōu)槿S立體圖像，將人體骨骼、肌肉、神經(jīng)、血管、器官等直觀、立體地展現(xiàn)出來，三維解剖軟件能夠讓學(xué)生從各個(gè)角度直觀地觀察正常骨骼周圍的肌肉、血管和神經(jīng)，降低學(xué)生空間想象負(fù)擔(dān)，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，本研究將3D打印模型與 Visible body三維解剖軟件結(jié)合應(yīng)用于骨外科的臨床教學(xué)中，探究其教學(xué)效果，本研究開始前已通過學(xué)校教學(xué)倫理委員會(huì)審批，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2021年6月至2022年6月在山東大學(xué)附屬山東省立第三醫(yī)院（本院）參加臨床實(shí)習(xí)的56名學(xué)生，其中男27名、女29名，年齡22～26歲，平均（23.57±0.87）歲，采用隨機(jī)數(shù)表法將學(xué)生分為傳統(tǒng)教學(xué)組和實(shí)驗(yàn)教學(xué)組，每組各28名。實(shí)驗(yàn)教學(xué)組男13名，女15名，平均年齡（23.46±0.79）歲；傳統(tǒng)教學(xué)組男14名，女14名，平均年齡（23.67±0.94）歲。兩組年齡、性別方面比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞ 0.05），具有可比性。

1.2 方法

由同一位高年資教師（具備3年以上骨外科臨床帶教經(jīng)驗(yàn)的主任醫(yī)師）進(jìn)行授課。脛骨平臺(tái)與股骨髁間骨折臨床較為常見，其解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、分型較多，學(xué)生對(duì)于這兩種骨折的分型、骨折受力機(jī)制及手術(shù)治療方案理解相對(duì)困難，因此本研究臨床教學(xué)選擇脛骨平臺(tái)骨折和股骨髁間骨折作為教學(xué)內(nèi)容，在骨折的臨床表現(xiàn)、診斷、骨折機(jī)制、分型、治療（包括手術(shù)時(shí)手術(shù)入路）、康復(fù)等方面進(jìn)行教學(xué)。3D打印數(shù)據(jù)來源于本院CT掃描數(shù)據(jù)，將CT掃描數(shù)據(jù)通過軟件轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)三維模型數(shù)據(jù)，然后使用3D打印機(jī)打印出三維實(shí)體模型。實(shí)驗(yàn)教學(xué)組在除了常規(guī)的基礎(chǔ)理論授課外，在課程講解的過程中展示3D打印模型實(shí)體，并結(jié)合2019版Visible body三維人體解剖軟件（Windows版），講解骨骼解剖結(jié)構(gòu)、骨折受力機(jī)制、骨折分型、手術(shù)入路、手術(shù)注意事項(xiàng)以及骨折周圍肌肉、神經(jīng)、血管等，講解完成后與學(xué)生一起在模型上進(jìn)行骨折的復(fù)位、固定的手術(shù)過程。傳統(tǒng)教學(xué)組以PPT形式講解基礎(chǔ)理論、骨折的分型和治療方案等內(nèi)容，講授內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)教學(xué)組相同。

1.3 觀察指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

課堂教學(xué)結(jié)束后，兩組均采用理論知識(shí)考試和教學(xué)效果調(diào)查的方式對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行評(píng)估。課程結(jié)束后，對(duì)兩組學(xué)生進(jìn)行考試，評(píng)估學(xué)生對(duì)此次授課內(nèi)容的掌握程度，理論考試內(nèi)容包括解剖、病因、骨折分類、臨床表現(xiàn)、診斷、治療等，兩組均采用閉卷考試，試題內(nèi)容相同，考試時(shí)間相同，理論考試試題總分為100分。理論考試結(jié)束后讓學(xué)生填寫匿名教學(xué)效果調(diào)查問卷。問卷內(nèi)容包括學(xué)習(xí)興趣、骨折分型理解、手術(shù)入路理解、骨折周圍解剖理解、教學(xué)氛圍滿意度、教學(xué)模式滿意度6項(xiàng)內(nèi)容。每一項(xiàng)0～10級(jí)評(píng)分，0分表示不滿意或無法理解，5分表示滿意或理解，10分為非常滿意或理解透徹，評(píng)分越高表示教學(xué)效果越好。經(jīng)檢驗(yàn)，調(diào)查問卷的效度系數(shù)為0.716，信度系數(shù)（Cronbach’s α）為0.802，信效度符合要求。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。兩組計(jì)量資料符合正態(tài)分布，以均數(shù) ± 標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料以例數(shù)表示，采用χ2檢驗(yàn)，P＜ 0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組理論考試成績(jī)比較

實(shí)驗(yàn)教學(xué)組學(xué)生的理論考試成績(jī)?yōu)椋?6.69±2.68）分，傳統(tǒng)教學(xué)組成績(jī)?yōu)椋?9.93±4.24）分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)組成績(jī)明顯高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=7.117，P=0.000）。

2.2 兩組教學(xué)效果調(diào)查評(píng)分比較

在教學(xué)效果調(diào)查評(píng)分方面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)組在學(xué)習(xí)興趣、骨折分型理解、手術(shù)入路理解、骨折周圍解剖理解、教學(xué)氛圍滿意度、教學(xué)模式滿意度方面評(píng)分均高于傳統(tǒng)教學(xué)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜ 0.05），見表1。

表1 兩組教學(xué)效果調(diào)查評(píng)分比較（分，x ± s）

3 討論

骨外科學(xué)的專業(yè)性較強(qiáng)，理論知識(shí)瑣碎，技術(shù)操作復(fù)雜，手術(shù)涉及大量的神經(jīng)、肌肉、血管等結(jié)構(gòu)，所以想要學(xué)好骨外科必須熟練掌握解剖知識(shí)，要有良好的三維想象能力和立體重構(gòu)能力。隨著機(jī)動(dòng)車輛逐年增加，高能量的交通事故率不斷上升，造成患者嚴(yán)重的多發(fā)骨折，這類患者的骨折受傷機(jī)制復(fù)雜，創(chuàng)傷大，骨折形態(tài)多樣、粉碎嚴(yán)重，是《外科學(xué)》教學(xué)難點(diǎn)之一[3]。髖臼骨折、脛骨平臺(tái)骨折、股骨髁骨折等復(fù)雜骨折，由于失去正常骨骼的形態(tài)和解剖標(biāo)識(shí)，僅應(yīng)用語言、圖片和文字說明的方式教學(xué)，致使教學(xué)內(nèi)容枯燥無味、抽象難懂，尤其對(duì)解剖知識(shí)薄弱、三維想象能力較差學(xué)生來說，無法通過語言、文字、二維圖片在大腦中轉(zhuǎn)化為三維立體圖像，加重了知識(shí)點(diǎn)理解負(fù)擔(dān)，增加了學(xué)生厭學(xué)情緒。如何立體、生動(dòng)地展示骨折形態(tài)及相關(guān)解剖結(jié)構(gòu)成為骨外科教學(xué)面臨的難點(diǎn)

人體三維解剖軟件將人體解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)重建成全數(shù)字化人體結(jié)構(gòu)的三維模型，將人體結(jié)構(gòu)數(shù)字化和三維可視化，可以對(duì)解剖三維圖像進(jìn)行放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、平移，對(duì)組織、器官進(jìn)行拆分和重組[4]，也可以模擬手術(shù)解剖，逐層顯示肌肉、神經(jīng)、血管和骨骼，還可以演示肌肉收縮動(dòng)作。學(xué)生可從多方位、多角度觀察正常骨骼形態(tài)與解剖標(biāo)志，骨骼與周圍肌肉、神經(jīng)、血管的位置關(guān)系[5]，減輕學(xué)生的三維空間想象負(fù)擔(dān)，加深知識(shí)點(diǎn)記憶效果。授課時(shí)，教師可以通過電腦版三維解剖軟件展示骨折可能損傷的血管、神經(jīng)結(jié)構(gòu)，講解手術(shù)入路時(shí)，可以使用軟件按照手術(shù)從外到內(nèi)的順序，逐層講解，闡明各種手術(shù)入路的優(yōu)缺點(diǎn)，降低了教師的授課難度。學(xué)生也可以使用同款手機(jī)軟件在課上同步學(xué)習(xí)或課后復(fù)習(xí)，消除了學(xué)生學(xué)習(xí)解剖時(shí)的時(shí)間和空間上的限制[6]，學(xué)生自己動(dòng)手操作軟件，能夠加深學(xué)生理解，增加學(xué)習(xí)興趣與主動(dòng)性[7-8]。

人體三維解剖學(xué)軟件只能提供正常解剖結(jié)構(gòu)的骨骼三維圖像，不能提供骨折后的三維圖像，而3D打印技術(shù)可以通過3D打印機(jī)立體打印特定骨折的骨骼模型，可以將髖臼骨折、脛骨平臺(tái)骨折等復(fù)雜骨折的形狀、類型、嚴(yán)重程度準(zhǔn)確復(fù)制[9-11]，突破影像學(xué)限制，直觀、立體地呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生可以從任意角度觀察、觸摸其解剖結(jié)構(gòu)，增加學(xué)生實(shí)體感和立體感，對(duì)照X線片和CT片，學(xué)生可以更好地理解影像學(xué)資料上的信息，提高讀片能力。對(duì)于帶教老師來說，通過打印模型能更好地講解骨折的受力機(jī)制[12]、骨折形態(tài)、骨折分型，最后還可以在模型上與學(xué)生一起進(jìn)行骨折的復(fù)位、固定等手術(shù)過程，提高學(xué)生動(dòng)手能力，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶與理解，同時(shí)也提高了課堂互動(dòng)程度和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)效果。3D打印技術(shù)已在骨外科教學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)研究表明其能夠提高學(xué)生的理論成績(jī)和學(xué)習(xí)興趣，取得良好的教學(xué)效果[13-15]。

綜上所述，人體三維解剖學(xué)軟件可以展示正常組織的三維結(jié)構(gòu)，但無法提供骨折后的三維解剖，3D打印技術(shù)能復(fù)制出骨折后的骨折形態(tài)，但無法顯示骨折周圍的肌肉、血管、神經(jīng)等組織。三維解剖軟件結(jié)合3D打印模型的新型教學(xué)方式充分發(fā)揮了3D打印技術(shù)和三維解剖軟件的優(yōu)點(diǎn)，可以讓教師更好地從各個(gè)角度向?qū)W生展示解剖結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，更容易闡述骨折機(jī)制、分型和骨折周圍的血管、神經(jīng)等內(nèi)容，提高學(xué)生對(duì)骨科理論知識(shí)的掌握程度和課堂滿意度，增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了骨外科的教學(xué)效果，是一種值得推廣的教學(xué)方法。