3D打印模型在脊柱侧凸教学中的辅助作用

周 华，于 淼，刘忠军

北京大学第三医院骨科，北京 100191

3D打印模型在脊柱侧凸教学中的辅助作用

周 华，于 淼，刘忠军

北京大学第三医院骨科，北京 100191

目的探讨在脊柱侧凸教学中辅助应用3D打印的骨科教学模型效果。方法选取2015年4月—2016年4月在北京大学第三医院骨科培训学习的住院医师62人，分成实验组和对照组，每组31人。对照组接受常规教学手段，实验组采用常规教学手段辅助应用3D打印模型教学，比较两组评价脊柱侧凸的正确率，并采用调查问卷评估教学效果。结果两组脊柱侧凸的评价正确率比较显示，实验组在判断脊柱侧凸的顶椎及拟行手术固定融合节段的准确率方面要显著优于对照组（P＜0.05）；两组教学效果的调查问卷结果显示实验组在学习兴趣、学习效率、与教师的互动（P＜0.01）及团队合作能力方面（P＜0.05）评分明显优于对照组。结论应用3D教学模型辅助常规教学手段能提高脊柱侧凸的教学效果。

3D打印；骨科；教学；医学教育

由于脊柱的解剖结构复杂，脊柱侧凸累及的脊柱节段又较多，是脊柱外科教学中的难点。临床教学查房实践中，住院医师先询问病史、查体、阅片，等，接着进行病例讨论。常规的教学手段大多应用文字、图片等资料，以板书、多媒体等方式进行讲解，但对住院医师来说，脊柱侧凸的诊治，学习起来很抽象、困难，很难全面理解和掌握［1］；特别是在确定脊柱侧凸的顶椎、端椎以及需手术固定的脊椎节段时，仅凭文字、影像学资料，很难掌握脊柱侧凸的治疗原则，而且静态的图片资料不易激发他们的学习兴趣，导致教学效果不甚理想，这也是脊柱外科临床带教教师的难题之一［2］。

如何能在教学查房实践中熟练掌握脊柱侧凸的治疗原则，充分调动住院医师的积极性，提高学习兴趣，是脊柱外科带教教师一直探索的问题。根据患者三维重建CT的数据构建出1∶1的3D打印模型，不仅有助于医师与患者交流，也为医师提供触觉与视觉上的体验，对疾病的诊断、术前手术方案的设计、术前手术操作的教学等方面拥有其他教学手段不能比拟的优势［2］。将3D打印模型应用在脊柱侧凸的临床教学中，不仅可以直接测量畸形的角度，还可在术前指导准确置钉，设计手术固定的顺序及节段。

近年来，我们在脊柱侧凸的教学中，除了应用常规的教学手段（如采用板书或多媒体教学）呈现患者病史、临床表现等文字资料及影像学等图片资料，辅助应用3D打印技术制作了一些有关脊柱侧凸的教学模型，旨在实现教学目标，提高教学效果。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

选取2015年4月—2016年4月北京大学第三医院骨科培训学习的住院医师62人作为研究对象，均为男性。分成实验组和对照组，每组31人。

1.2 研究方法

两组均接受询问病史、查体、阅片。在病例讨论环节，对照组仅接受常规的教学手段（如应用板书、多媒体教学法）介绍患者一般资料、病史、症状、体征及脊柱侧凸患者的X线、CT及MRI资料；实验组除接受对照组同样的教学手段以外，同时辅助应用3D打印模型教学介绍脊柱侧凸相关知识。由同一临床带教教师授课，为骨科博士毕业、工作5年以上的教师，并通过北京大学第三医院的教学资格考核，有较丰富的临床和教学经验。

1.3 教学效果评价

由另一个具有丰富临床和教学经验的教师（骨科博士毕业、工作5年以上的教师，并通过北京大学第三医院的教学资格考核）对教学效果进行评价。评估教师设计闭卷考核试卷，针对脊柱侧凸的类型、顶椎、端椎、拟手术固定融合节段等指标对两组住院医师进行考核，比较两组评估脊柱侧凸的正确率，推断教学目标实现程度。

另外，闭卷考核后，立即发放调查问卷评估教学效果。调查问卷采用教学效果评分量表，包括学习兴趣、学习效率、主动的互动、学习注意力、团队合作能力五个方面进行评价脊柱侧凸的教学效果［2-3］。评价标准为：不满意0分、不太满意2分、基本满意3分、较满意4分、非常满意5分，共5个评价等级。调查问卷采用不记名方式填写，填写后当场收回。

1.4 统计学方法

采用SPSS 17.0统计软件（SPSS公司，美国）进行统计学分析。两组间脊柱侧凸的评价正确率采用例数（%）的形式表示，组间比较采用卡方检验；两组教学效果的调查问卷评估结果采用的形式表示，两组比较采用t检验，检验水准a值取双侧0.05。

2 结果

两组间脊柱侧凸的评价正确率比较，实验组在判断脊柱侧凸的顶椎以及拟手术固定融合节段的准确率方面要高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），而脊柱侧凸类型，端椎的判断，两组无统计学差异（如表1所示）。

表1 脊柱侧凸评价的正确率比较

两组教学效果的调查问卷评估，实验组在学习兴趣（P＜0.01）、学习效率（P＜0.01）、与教师的互动（P＜0.01）及团队合作能力（P＜0.05）方面评分优于对照组，差异有统计学意义；而两组在学习注意力的比较差异方面无统计学意义（如表2所示）。

表2 两组教学效果的调查问卷评估结果的比较

3 讨论

骨科教学中有关脊柱畸形的课程专业性相对较强，对解剖学、生物力学等基础理论知识要求高［4］。接受常规教学手段的住院医师，往往一次课后很难对脊柱侧凸有一个清晰的认识，对于哪个椎体受力更多，哪个是顶椎，哪个是端椎，哪些是拟手术的节段更无从谈起熟练的掌握。常规的教学手段，学生往往被动接受知识，对脊柱侧凸缺乏直观的认识。要较好地掌握脊柱侧凸相关内容须具备一定的空间思维能力，否则短时间内很难充分理解和实现脊柱侧凸的教学目标，也达不到教学效果［5］。因此，住院医师在学习脊柱侧凸畸形的诊治原则时常常感到十分困难。该研究在脊柱侧凸的临床教学中运用3D打印模型进行教学，与采用常规的教学手段（如板书、多媒体教学方法）进行对比，发现3D打印教学模型能激发学生的学习兴趣，学习效率更高，在病例讨论环节，团队的合作得到加强，与教师的主动互动明显增加。原因可能是，即使辅以图片、声音、视频等资料，也只能通过视觉提高一些学习的兴趣，无法真正激起学生主动学习的热情，且容易产生厌倦感［2］。而辅助应用3D打印教学模型，直观的立体感使视觉的冲击感增强，激发了学生的积极性，主动参与学习，学起来也饶有兴致。

该研究还发现，授课时利用3D打印教学模型向授课对象讲解脊柱侧凸的分型、顶椎、端椎等晦涩难懂的概念时，这些住院医师理解起来更加容易。以往没有3D打印教学模型时，我们需要耗费大量的时间来解释这些抽象的定义，即使结合影像学资料反复讲解，一旦遇到不同患者时，学生还是很难正确回答。该研究的闭卷考核也发现了这一现象。辅助运用3D打印教学模型的实验组，在判断脊柱侧凸的顶椎以及拟手术固定融合节段的准确率方面要显著高于对照组。该研究结果显示，通过辅助应用3D打印教学模型，可真实呈现临床病例特点，复杂的病情通过直观的模型再现，进一步深化了理论知识，提高了临床思维能力，学生也能较容易地掌握脊柱侧凸的诊断和治疗原则。而脊柱侧凸类型的判断，两组比较差异不大，可能与侧凸类型的判断主要关注点在影像学上脊柱侧凸的整体观，比较容易掌握。有研究表明，使用3D模型有助于复杂手术方案的确定，使手术更加直观化、实物化、具体化［6］。一旦掌握上述知识，学生对治疗的兴趣和好奇心大增，再理解脊柱侧凸的治疗原则时就相对容易，这一观点从实验组学生在回答脊柱侧凸手术固定融合节段的准确率显著高于对照组的结果中得到进一步证实。该研究表明，利用3D打印模型辅助教学演示，具有较强的直观性和生动性，能增进教学效果。所以，在住院医师的教学中应用3D打印教学模型是一种行之有效的辅助方法，值得推广应用。

3D打印教学模型虽然在一定程度上弥补了住院医师对骨科疾病的感性认识，但3D打印教学模型也存在一些不足［7］。首先，3D打印教学模型在临床教学上的应用尚刚开始，需要不断地完善和改进［4］；其次，3D打印教学模型缺乏软组织附着，无法完全真实的再现肌肉、血管和神经的走形和分布［3］；再次，3D打印教学模型模拟手术操作与实际人体内的操作还存在一定的差别［4］。

［1］李曙明，李萌，杨益民，等.3D打印及计算机辅助技术在骨科临床教学中的应用探讨—以复杂脊柱畸形治疗为例［J］.中国医学教育技术，2015，29（2）：191-194

［2］孔金海，钟南哲，王君成，等.3D打印模型在临床八年制情境教学中的应用［J］.基础医学教育，2015（10）：924-926

［3］杨长伟，何大为，陈自强，等.基于三维打印技术的骨科教学模型设计及教学实施体会［J］.中国医学教育技术，2015，29（5）：550-552

［4］杜恒，周晓玲，尹思，等.3D打印技术在骨科临床PBL教学中的应用［J］.西北医学教育，2015（4）：701-704

［5］周悦，黄华兴，王巍，等.3D打印技术在外科临床教学中的应用［J］.南京医科大学学报：社会科学版，2015（6）：504-506

［6］王栋，赵波，李锋涛，等.上颈椎3 D打印模型在骨科规范化培训教育中的应用［J］.中国继续医学教育，2015（19）：23-24

［7］李忠海，唐家广，王华东，等.3D打印技术在骨科临床教学中的应用初探［J］.中国医学教育技术，2016，30（2）：198-200

Auxiliary role of 3D printing technology app lied in the teaching of scoliosis

Zhou Hua，Yu Miao，Liu Zhongjun
Peking University Third Hospital，Beijing100191，China

ObjectiveTo explore the auxiliary effect of3D printing technology in the teaching of scoliosis.MethodsWe selected 62 residents who received the standardized training of orthopedics in our hospital from April 2015 to April 2016 and divided them evenly into experimental group and control group.The conventional multimedia-assisted teaching was used in the control group while the conventionalmultimedia-assisted 3D printing model teaching was used in the experimental group.We compared the two groups in accuracy rate of scoliosis evaluation.A survey was conducted to evaluate the teaching outcomes.ResultsComparison of the accuracy rate of scoliosis assessment shows that the experimental group significantly outperformed the control group in terms of the accuracy rate of evaluation of the top vertebrae in scoliosis and the fixed fusion segments（P＜0.05）.The collected questionnaires show that the experimental group significantly outscored the control group in learning interest，learning efficiency，teacher-student interaction（P＜0.01），and teamwork ability（P＜0.05）.ConclusionThe auxiliary application of 3D printing technology can improve the effectiveness of scoliosis teaching.

3D printing；orthopedics；teaching；medical education

G434

A

1004-5287（2017）01-0067-03

2016-10-10

周华（1977-），男，武汉人，主治医师，博士，主要研究方向：脊柱外科。

刘忠军（1958-），男，北京人，教授，学士，主要研究方向：脊柱外科。电话：010-82267368；E-mail：liuzj＠medmail.com.cn

【DOI】：10.13566／j.cnki.cmet.cn61-1317／g4.201701020