3D打印在本科生骨科实习教学中的应用

薛恩兴+陈成旺+张宇

摘要：观察3D打印技术在本科临床教学中的效果，探讨其应用的可行性及有效性。运用3D打印技术，根据影像学资料，数字化的真实再现患者骨盆骨折情况，为本科临床实习教学提供直观的骨科教学模型。3D打印技术制作的三维立体模型有助于本科生短时间内理解骨折的分型并对骨折治疗方案有基本理解。3D打印技术在本科生骨科临床教学中方便快捷，教学效果良好，具有良好的应用前景，对本科生骨科实习教学是一种有效教学方式，值得骨科教师使用并推广。

关键词：3D打印；骨科；实习教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）40-0073-03

一、调查研究

与传统的打印相比，3D打印技术与其在原理上非常相似，但是在材料上有明显的不同，3D打印采用的是实体材料，包括橡胶、塑料、金属等。3D打印是一种基于材料堆积方法的制造技术，最早开始于上世纪80年代中后期。[1-3]3D打印技术是一种以数字模型数据为基础，运用可粘合材料，通过逐层打印方式制造物体模型的技术，组成3D实体模型的方式采用逐层的叠加材料。采用3D打印技术能够缩短现实和虚拟之间的距离，电脑中的影像图片可以通过打印技术转化为现实中的真实物品，让人们能够更加近距离、直接地观察。3D打印技术同样也可以把电脑中我们设计的图片转化为实物，从而有助于人们更加直接地查看设计效果，避免了理论和现实之间的误差。

本科生教育中的骨科学是以骨骼系统疾病的诊治为主要研究对象，是专业化相对较强的学科。由于尸体标本来源有限，在骨科教学中，无法使用实体骨骼标本或模型，且大多数尸体标本为结构正常的解剖模型，由于很多部位解剖结构和损伤机制的复杂性，正常结构标本或模型很难全面揭示其特点，而且对于不同的骨折类型和不同部位的骨折都缺少相对应的表现。缺少直觀立体性从来都是骨科临床实习教学需要解决的一个重要问题。如何才能够找到一种更好地缩短学生理解时间的教学方法，更直观地让本科生可以了解骨折类型，是每个临床带教医师都需要认真思考和急迫解决的问题。

3D打印技术的出现为解决这一问题提供了方便的技术手段。近年来，笔者结合多年临床及教学经验，针对一些局部解剖结构复杂、采用传统教学方式难以使学生充分理解与掌握的骨折类型。同时，根据患者影像学资料，应用3D打印技术设计并完成了一些教学模型，并将其应用于本科教学，能够让临床实习教学效果显著提高[4-6]。本文通过设计和制作骨盆骨折的3D模型，对3D打印的授课效果及教学优势进行全面地介绍，希望能够提高骨科青年教师的教学水平及本科生骨科临床实习教学效果。

（一）研究对象

选择温州医科大学临床医学专业学生60人，均为2013—2014年在本院骨科实习。采用采取传统模式教学和3D打印模型进行教学各为30人。两组学生在既往课程进度、年龄和性别等方面进行统计学检验，无明显差异（P>0.05）。集体备课及3D打印模型教学方法培训的温州医科大学附属第二医院骨科主治医师作为带教教师对两组学生进行临床实习教学。

（二）研究方法

根据骨科实习大纲要求，让全部学生参加7天的临床实习，无一缺席及请假。具体内容如下：（1）以骨盆骨折的诊断、治疗作为主要实习内容；（2）3D组的学生通过骨盆骨折3D模型结合患者的影像学资料、体格检查、具体病史及手术治疗方案进行教学；（3）普通组的学生以教科书结合患者的影像学资料、体格检查、具体病史和手术治疗方案进行教学。

采用客观临床考核与主观的调查问卷两种形式对不同方式的教学效果进行评估。客观临床考核内容有四个方面组成：书写病历、骨盆解剖知识、CT读片、手术方案的选择，每个方面均为25分，总计100分。主观考核同样以四个方面的调查问卷体现，包括学习兴趣、骨盆骨折分型、骨盆解剖、骨盆骨折手术。

（三）统计学方法

分别对两组学生的客观考核成绩和主观调查问卷回馈结果进行t检验和X2检验。P≤0.05为差异有统计学意义。

二、结果

（一）临床考核成绩

客观临床考核成绩提示：3D组在骨盆解剖知识、CT读片、手术方案选择三个方面成绩高于普通组，而在书写病历成绩上无明显差异（表1）。

（二）调查问卷结果

主观调查问卷的回馈结果提示：3D组在学习兴趣、骨盆骨折分型、骨盆解剖三个方面的提高优于普通组，而骨盆骨折手术这个方面无明显差异（表2）。

三、讨论

3D打印是一种快速成型技术，主要是以CT扫描获得的数据或计算机技术辅助设计的数字模型文件为基础，运用各种可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术[7，8]。目前在生物医学领域，3D打印技术已经被广泛应用于个性化组织工程支架材料和假体植入物的制造、细胞或组织打印、器官模型的制造与手术分析策划等方面[9，10]。医学领域应用的3D打印技术主要包括选区激光融化技术（SLM）、熔融沉积制造（FDM）、选择性激光烧结技术（SLA）、三维喷印（3DP）和直接携带细胞的生物打印[9]等。3D打印技术目前在生物医学方面的应用主要集中在骨科[11]、口腔颌面外科[12，13]以及血管外科[14]等。

作为一门综合性强、涉及面广的学科，骨科具有解剖结构多和专业知识广的特性，学生在实习期间难以掌握骨科的要点。因为涉及众多骨骼结构，而骨骼结构大多又是不规则形，骨科临床实习教学一直是临床医学实习教学的难点，骨折对学生的立体想象能力有较高的要求。在日常的临床实习中，学生问诊和查体并且参考课本插图、患者的影像学资料，尽管内容比课本要丰富，立体直观性描述还是明显缺乏，特别无法清楚地解释复杂的骨盆骨折，而3D打印技术的使用能够使得这些问题迎刃而解。

笔者发现在骨科临床实习教学过程中，以往的教学法存在着一定的不足。上级医师带领医学生进行教学查房，在患者床头进行查体、阅片及讲解，或利用PPT等方式进行讲解是现在绝大多数医院的骨科临床实习模式，虽然比书本教学多了患者及其影像学资料这些“教具”，但这种教学方式对掌握医学知识的效率偏低[15，16]。因为专业性和综合性较强所以骨科临床需要医学生具有较好的解剖学基础，枯燥无味的死记硬背一些解剖标志，学习效果肯定是欠佳。为了提高医学教育效果和骨科临床实习教学质量，为了使学生们能够产生身临其境的感觉，笔者将基于影像学资料的3D打印模型引入骨科临床实习教学，让理论知识与临床实际更加接近。结合3D打印模型，学生可以根据已掌握的医学知识判断骨折的起因、症状和体征，从而尝试利用已经掌握的医学知识对骨折进行初步诊断甚至可以提出治疗方案，这种深入的认识过程可以提高学生对骨科疾病的本质理解。endprint

为保证并且提高本科生对骨科知识的理解和骨科实习教学质量，笔者尝试采用一种新的教学模式——3D打印模型。具体教学内容包括：选择患者的体格检查和病史进行骨盆骨折基础理论知识教学；完善骨盆CT，引导学生结合影像学理论知识了解骨盆解剖结构；将患者骨盆解剖转化成了3D打印的数据，制作出患者真实骨盆骨折的3D模型并制订手术方案。

两组的考核成绩表明3D打印模型的医学教育模式对学生理解和掌握骨科临床知识有非常明显的意义而且提高了学生们的学习积极性。

参考文献：

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