結(jié)合3D打印模型的示教模式在骨盆骨折教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值

李建濤 崔翔 李志銳

【摘 要】目的 探究3D打印模型的示教方法在創(chuàng)傷骨科骨盆骨折教學(xué)中的應(yīng)用。方法 選取2021年2月-2022年1月解放軍總醫(yī)院骨科的100名規(guī)培生作為研究對象，采用隨機(jī)數(shù)字表法分為教學(xué)組和常規(guī)組，各50名。教學(xué)組結(jié)合3D打印模型進(jìn)行教學(xué)，常規(guī)組為傳統(tǒng)教學(xué)模式。比較兩組考核成績和提問情況。結(jié)果教學(xué)組提問問題數(shù)量多于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；教學(xué)組專業(yè)理論知識(shí)得分高于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。結(jié)論 3D打印模型能個(gè)性化展示患者骨折的空間形態(tài)，方便醫(yī)生在查房和教學(xué)中互動(dòng)交流，更促進(jìn)年輕醫(yī)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展，在醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)而有效的影響。

【關(guān)鍵詞】骨盆骨折；3D打印；臨床教學(xué)

中圖分類號(hào)：R683文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-4949（2023）05-0158-05

Application Value of Teaching Mode Combined with 3D Printing Model in the Teaching of Pelvic Fracture

LI Jian-tao1，2， CUI Xiang1，2， LI Zhi-rui2，3

（1.Department of Orthopedic Medicine， the Fourth Medical Center of PLA General Hospital， Beijing 100048， China； 2.National Clinical Research Center for Orthopedics， Sports Medicine and Rehabilitation， Beijing 100048， China； 3.Department of Orthopedics， Hainan Hospital of PLA General Hospital， Sanya 572013， Hainan， China）

【Abstract】Objective To explore the application of 3D printing model in the teaching of pelvic fracture in traumatic orthopedics. Methods From February 2021 to January 2022， 100 standardized trainees in the Department of Orthopaedics， PLA General Hospital were selected as the research objects. They were divided into teaching group and conventional group by random number table method， 50 in each group. The teaching group combines 3D printing models for teaching， while the conventional group adopts traditional teaching mode. The examination results and questions of the two groups were compared. Results The number of questions in the teaching group was more than that in the conventional group， and the difference was statistically significant （P<0.05）. The professional theoretical knowledge score of the teaching group was higher than that of the conventional group， and the difference was statistically significant （P<0.05）. Conclusion The 3D printing model can display the spatial form of patients fractures， facilitate the interaction of doctors in ward rounds and teaching， promote the learning and development of young doctors， and have a profound and effective impact in the medical field.

【Key words】Pelvic fracture； 3D printing； Clinical education

近年來，計(jì)算機(jī)成像功能不斷得到優(yōu)化，使人體組織結(jié)構(gòu)的三維立體成像重建成為可能[1-3]，醫(yī)學(xué)工程學(xué)軟件成為現(xiàn)代醫(yī)療的新型輔助技術(shù)和手段[4-6]。骨盆在人體的位置較深，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形態(tài)不規(guī)則。骨科青年醫(yī)生對于骨盆特征的認(rèn)識(shí)需要經(jīng)歷一個(gè)漫長的過程；而實(shí)現(xiàn)骨盆骨折的規(guī)律認(rèn)識(shí)，更需要經(jīng)歷數(shù)年的學(xué)習(xí)過程。造成上述問題的主要原因在于對骨盆骨折的教學(xué)基于書本圖片或者影像資料的二維媒介，學(xué)員需要自行構(gòu)建“圖片-模型-病例”的認(rèn)知路徑，關(guān)鍵信息的腦補(bǔ)多基于抽象理解，過程漫長，這無形中增加了學(xué)習(xí)難度。

3D打印技術(shù)已廣泛應(yīng)用于骨科青年醫(yī)生手術(shù)訓(xùn)練過程中。骨科的學(xué)習(xí)過程涉及很強(qiáng)的操作性。日益精細(xì)復(fù)雜的手術(shù)流程使得培養(yǎng)一名合格的骨科醫(yī)生需要花費(fèi)很長的時(shí)間。在患者身上訓(xùn)練不但可能對他們造成傷害，而且鍛煉機(jī)會(huì)有限。針對以上問題，在數(shù)字骨科技術(shù)的支持下，青年醫(yī)生可以收集感興趣骨折患者CT資料的Dicom數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)字醫(yī)學(xué)軟件重建出患者骨折三維模型，通過3D打印技術(shù)制作出骨折的實(shí)物模型[7]。使用者可在3D打印出的骨折模型上進(jìn)行反復(fù)的復(fù)位和固定技巧的訓(xùn)練，這樣不僅培養(yǎng)青年醫(yī)生的動(dòng)手能力，還可以加深他們對于骨折分型的理解能力，這無疑有利于年輕醫(yī)生的快速成長[8]。當(dāng)在模型上模擬進(jìn)行骨折復(fù)位以及固定時(shí)，年輕醫(yī)生可根據(jù)自身體會(huì)總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)，并在實(shí)際手術(shù)過程中得到糾正和驗(yàn)證，此種問題導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式既提高了學(xué)習(xí)效率，更提升了臨床業(yè)務(wù)水平和手術(shù)效率。

目前臨床中的3D打印技術(shù)以PACS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，提取患者影像Dicom數(shù)據(jù)，利用數(shù)字工程軟件實(shí)現(xiàn)骨骼三維重建，利用3D打印設(shè)備制造出實(shí)體模型。模型精細(xì)程度高，還原度逼真，能夠真實(shí)反映實(shí)際的疾病形態(tài)。通過3D打印技術(shù)制作出骨折的實(shí)物模型[9]，使用者可在3D打印出的骨折模型上進(jìn)行復(fù)位和技術(shù)訓(xùn)練，可以加深對骨折分型的理解能力，這有不僅利于年輕醫(yī)生的快速成長，更可提升臨床業(yè)務(wù)水平和手術(shù)效率[10]。因此，為分析3D打印技術(shù)在骨盆骨折教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值，本研究選取100名規(guī)培生進(jìn)行兩種教學(xué)方法的對比研究，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021年2月-2022年1月于解放軍總醫(yī)院骨科的100名規(guī)培生作為研究對象。通過隨機(jī)數(shù)字表法分為常規(guī)組和教學(xué)組，每組50名。其中教學(xué)組年齡20～32歲，平均年齡（26.10±3.40）歲；男31名，女19名；學(xué)歷：本科13名，碩士21名，博士16名；專業(yè)：骨科專業(yè)26名，非骨科專業(yè)24名。常規(guī)組年齡20～31歲，平均年齡（25.20±3.10）歲；男27名，女性23名；學(xué)歷：本科16名，碩士26名，博士8名；專業(yè)：骨科專業(yè)21名，非骨科專業(yè)29名。兩組年齡、性別、學(xué)歷、專業(yè)比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P>0.05），研究可比。本研究僅針對骨科創(chuàng)傷手術(shù)領(lǐng)域較為復(fù)雜的骨盆骨折進(jìn)行教學(xué)方法差異對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的探討。

1.2 方法 教學(xué)組：將骨盆骨折患者的3D打印模型應(yīng)用于教學(xué)過程中，以打印出的骨折模型為對象，結(jié)合影像學(xué)資料，講解骨折定義、骨折受傷機(jī)制、骨折分型、臨床診斷、影像學(xué)表現(xiàn)、術(shù)前處理、術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)方案探討、術(shù)后處理措施等內(nèi)容。常規(guī)組：該組采用傳統(tǒng)講解示教的方式，對分入此組的學(xué)生采用書本+影像資料+病例資料教學(xué)，內(nèi)容涉及骨折定義、骨折受傷機(jī)制、骨折分型、臨床診斷、影像學(xué)表現(xiàn)、術(shù)前處理、術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)方案探討、術(shù)后處理措施等內(nèi)容。

1.3 觀察指標(biāo)

1.3.1每個(gè)人提問問題數(shù)量 記錄教學(xué)時(shí)每個(gè)人提問問題數(shù)量。以講授專業(yè)內(nèi)容時(shí)，學(xué)生和授課者互動(dòng)式所提問題為準(zhǔn)。學(xué)生自問自答或?qū)W生間互相提問，不作為問題數(shù)量記錄。

1 .3.2專業(yè)理論考試成績 出科前對不同組的學(xué)生進(jìn)行考評。考核內(nèi)容為專業(yè)理論考試，主要內(nèi)容以填空和問答題的形式設(shè)置，滿分100分。內(nèi)容包括典型骨折的定義（5分）、分型（20分）、結(jié)合分型的損傷機(jī)制探討（20分）、手術(shù)時(shí)的手術(shù)入路（10分）、關(guān)鍵操作步驟（10分）、復(fù)位技巧（10分）、固定方式（5分）、術(shù)中C臂透視體位（5分）以及探討其機(jī)制（10分）、術(shù)后注意事項(xiàng)（5分）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 使用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)量資料以（x-±s）表示，組間比較行t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以[n（%）]表示，組間比較行χ2檢驗(yàn)；以P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

教學(xué)組提問問題數(shù)量為多于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；教學(xué)組專業(yè)理論知識(shí)得分高于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見表1。

3 討論

在傳統(tǒng)的骨科查房中，針對病例的探討過程通常需要結(jié)合患者的影像學(xué)資料。醫(yī)生提取二維的X線平片、CT及MRI圖像的重要信息來獲取對于疾病診斷和處理的認(rèn)知[11-13]。憑借自身空間想象力在大腦中還原骨折真實(shí)情況，形成三維結(jié)構(gòu)印象，再結(jié)合實(shí)際手術(shù)經(jīng)驗(yàn)仔細(xì)規(guī)劃手術(shù)步驟，其過程異常艱難。由于平面圖像難以重現(xiàn)骨折原貌，常導(dǎo)致醫(yī)師對骨折的診斷、分型與真實(shí)情況存在差異，使得日常臨床查房過程中，上級醫(yī)生和下級醫(yī)生之間面對同樣事務(wù)存在認(rèn)知偏差[14]。當(dāng)青年醫(yī)生參與節(jié)奏快速的查房過程和理論講解時(shí)，因經(jīng)驗(yàn)不足和基礎(chǔ)薄弱導(dǎo)致思維模式滯后，使得傳統(tǒng)的骨科查房和教學(xué)變成了走馬觀花式的旁聽，對于知識(shí)的有效更新和理解提升過程大打折扣。

在創(chuàng)傷骨科領(lǐng)域，骨盆骨折是較為復(fù)雜的一類病種。骨盆骨折不同于骨科傳統(tǒng)的長骨骨折，由于骨盆立體解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜、致傷暴力較大，使得骨折形態(tài)多變、骨塊移位多樣[15]，上述因素對醫(yī)生的三維空間思維能力提出了過高的要求，學(xué)生理解其骨折分型、骨折機(jī)制、伴隨損傷等重要知識(shí)點(diǎn)相對困難。針對上述問題，筆者團(tuán)隊(duì)嘗試?yán)?D打印技術(shù)真實(shí)展現(xiàn)骨盆骨折的三維形態(tài)，并應(yīng)用到臨床教學(xué)、科研查房、手術(shù)規(guī)劃等過程中，使上述諸多困難得到有效解決。3D打印技術(shù)可以將骨骼及周圍復(fù)雜的神經(jīng)血管等解剖結(jié)構(gòu)真實(shí)地組裝在一起，以實(shí)物形式展現(xiàn)在醫(yī)生面前[16-18]。醫(yī)生通過觀察和揣摩實(shí)體模型做出精確的骨折分型、設(shè)計(jì)手術(shù)方案、規(guī)劃手術(shù)步驟。

本研究結(jié)果顯示，教學(xué)組提問數(shù)量多于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；教學(xué)組專業(yè)理論知識(shí)得分高于常規(guī)組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），說明結(jié)合3D打印技術(shù)的臨床帶教和手術(shù)規(guī)劃可以提高規(guī)培生對于骨盆骨折的理解能力，提升臨床分析能力，強(qiáng)化他們的思維模式，誘發(fā)深度思考，在發(fā)掘問題的過程中使理論知識(shí)深化加強(qiáng)。此外，本研究評價(jià)性的專業(yè)理論考核方式能良好地反應(yīng)學(xué)生對于骨盆骨折的綜合掌握能力，從受傷機(jī)制、診斷分型、術(shù)中操作、復(fù)位評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等全方位考察學(xué)生針對此類骨折各方面的掌握程度。這種避免客觀選擇題的評價(jià)方式可以更有效地考察學(xué)生的理解深度，實(shí)現(xiàn)有效考核，客觀評價(jià)教學(xué)方法優(yōu)劣。

以往未結(jié)合3D打印模型進(jìn)行授課時(shí)，多結(jié)合X線平片或者CT影像資料等二維數(shù)據(jù)，耗費(fèi)大量時(shí)間來講解骨盆的形態(tài)、斷層影像學(xué)資料所展示的結(jié)構(gòu)特征、以及周圍的重要組織結(jié)構(gòu)等諸多問題，但最終多數(shù)學(xué)員對于骨盆整體解剖結(jié)構(gòu)和受傷機(jī)制仍然理解困難。而將3D打印模型引入傳統(tǒng)授課的模式[19，20]，可以使學(xué)生更為深刻地理解骨盆骨折的理論基礎(chǔ)，結(jié)合患者術(shù)前二維的影像資料使學(xué)生深入理解斷層解剖圖像的結(jié)構(gòu)特征，提高其閱片能力。學(xué)生在掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，提高了對骨折治療的興趣，取得了良好的教學(xué)效果。利用3D打印技術(shù)，按骨骼1∶1的比例打印出骨骼模型，可以充分認(rèn)識(shí)骨折部位的三維空間結(jié)構(gòu)，明確骨折的分型，了解骨折斷端的關(guān)系，使臨床帶教更加生動(dòng)、形象、立體，學(xué)生利用病例的3D打印模型，能更直觀的觀察到骨骼的位置和形態(tài)，明確骨折的類型，3D打印模型能解決學(xué)生在教學(xué)中對受傷機(jī)制、骨折分型不容易理解所導(dǎo)致的學(xué)習(xí)積極性不高問題[21-23]。

新時(shí)代對于醫(yī)學(xué)人才的培養(yǎng)，高等院校需要充分改變傳統(tǒng)“填鴨式”教學(xué)模式，將以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，使得師生能夠更好地參與教學(xué)活動(dòng)之中，學(xué)生在與教師進(jìn)行溝通、交流中完成教學(xué)任務(wù)。3D打印教學(xué)能夠?qū)虒W(xué)內(nèi)容不斷創(chuàng)新，最終保障對學(xué)生教學(xué)效果的提升。同時(shí)將3D打印技術(shù)應(yīng)用于骨科帶教中，既能夠保障傳統(tǒng)教學(xué)方法得到改進(jìn)，彌補(bǔ)了既往教育的不足之處，也可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。但3D打印技術(shù)也存在一定不足，3D打印技術(shù)在臨床之中的應(yīng)用并不廣泛，存在一定技術(shù)缺陷，需要經(jīng)過后續(xù)研究將其應(yīng)用效果不斷完善。

本研究將3D打印技術(shù)引入創(chuàng)傷骨科骨盆骨折的臨床教學(xué)中，量化式評估教學(xué)結(jié)果差異，結(jié)果提示，結(jié)合3D打印模型的教學(xué)方法可有效提升學(xué)生對于骨盆骨折的理解力和記憶力，更深入地理解手術(shù)原則和步驟，對于提升學(xué)生的臨床能力、縮短學(xué)習(xí)曲線具有重要意義。

但是本研究仍存在部分不足：①本研究樣本量偏??；②研究觀察周期較短；③評價(jià)指標(biāo)尚需完善。未來需要開展大樣本量的研究進(jìn)一步論證改研究成果的可靠性。

個(gè)性化、精確化、微創(chuàng)化、遠(yuǎn)程化是未來骨科學(xué)發(fā)展的方向，數(shù)字骨科技術(shù)是達(dá)到此目標(biāo)的重要手段[24-27]。結(jié)合數(shù)字骨科技術(shù)而發(fā)展的3D打印技術(shù)在骨科的日常查房和教學(xué)中已得到了應(yīng)用并取得良好效果，這無論對患者的治療還是對醫(yī)生的成長，都產(chǎn)生深遠(yuǎn)而有效的影響[28，29]。相信隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，將會(huì)有更多的新技術(shù)被廣泛應(yīng)用于骨科教學(xué)和查房中，必將對骨科事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響和重大變革。

綜上所述，3D打印模型能個(gè)性化展示患者骨折的空間形態(tài)，與傳統(tǒng)的二維影像資料相比更加直觀，不僅方便醫(yī)生在查房和教學(xué)中互動(dòng)交流，讓醫(yī)生對疾病損傷部位的解剖結(jié)構(gòu)理解更準(zhǔn)確，且手術(shù)方案選擇更加合理，能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和專業(yè)能力，值得臨床帶教應(yīng)用。

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編輯 柴泛宇