3D打印结合PACS系统在骨科PBL临床教学模式中的应用

李锋涛，王 栋，程 剑，刘 园，贺西京

西安交通大学医学部第二附属医院：1 骨二科；2 手术麻醉科， 西安 710004

3D打印结合PACS系统在骨科PBL临床教学模式中的应用

李锋涛1，王 栋1，程 剑2，刘 园2，贺西京1

西安交通大学医学部第二附属医院：1骨二科；2手术麻醉科， 西安 710004

目的 探讨3D打印结合PACS系统在骨科PBL临床教学模式中的应用，进一步提高骨科临床教学质量。方法 选取2010级临床专业学生60名，随机分为新教学法组和传统教学法组，新教学法组采用PACS系统、3D打印及PBL教学方法进行临床教学，传统教学法组采用传统教学方式，分析两组学生学习成绩及综合能力自我评估分数有无统计学差异。结果 与传统教学法组相比，新教学法组学生学习成绩及综合能力自我评估分数明显高于传统教学法组(P<0.05)。结论 3D打印技术、PACS系统以及PBL教学法应用于骨科临床教学，取得了良好的教学效果。

PBL；临床教学；骨科；3D打印

骨科疾病病种繁多，与影像学关系密切，许多疾病的发病机制、分型、分类以及治疗与解剖学密切相关，对于解剖学知识要求较高。这对于刚进入临床实习的医学生来说，在学习上有较大困难。加之传统教学方式一直采用“填鸭式”的教学模式，以教师为中心，将知识强行灌输给学生，严重限制了学生分析问题、解决问题的能力，降低了学生学习兴趣及积极性。PBL教学法[1-2](problem-based learning)是一种以学生为主体的典型教学方法，通过让学生以小组合作的形式共同解决复杂的、实际的或真实性的问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，以促进他们解决问题、自主学习和终身学习能力的发展。

近年来,随着3D打印技术的发展，更加方便、快捷、价格低廉的通过3D打印机打印出多种疾病的病理模型成为可能。在骨科临床教学过程中，通过PACS系统(picture archiving communicating system)选取所需典型疾病影像学资料(薄层CT、MRI扫描)，将图片信息经过专业软件处理传输给3D打印机打印出实体模型，结合PBL教学模式，鼓励学生查阅文献，进行讨论分析和总结，更好地掌握相关疾病的发病机制、分型分类、诊疗过程，纠正原有教学模式的弊端，提高学生学习兴趣，培养其发现问题、解决问题能力。

1 材料与方法

1.1 研究对象及分组

选取西安交通大学医学部2010级临床医学专业学生60名，其中男生22人，女生38人，随机分为新教学法组和传统教学法组，每组各30名，男女比例相同。

1.2 教学设备

新教学法组配备安装有HIS系统、PACS系统的电脑5台，3D打印机一台。传统教学法组配备传统影像教学片及幻灯片。

1.3 教学方法

两组学生接受基本接近的教学环境(如使用教材、授课教师、试题难易程度、学时,等)，严格按照教学大纲内容进行，难易适中，教学内容完整。

1.3.1 新教学法组 新教学法组上课1 周前向学生下发授课内容，设置相关问题，让学生借助PACS 系统查询相关疾病患者病例资料及利用电子图书馆查询相关文献资料。在上课前获取该疾病的影像学数据，提交科室管理人员，经过专业软件处理后打印成3D模型(如图1所示)。上课时各小组对提出的问题进行讨论，得出结论，并派代表进行阐述。之后借助PACS系统读片以及3D实体模型，介绍此种疾病的定义、基本分型、影像学表现、生理病理学等相关知识、临床表现、诊治方法、最新研究动态等并总结。

图1 a 经PACS系统调取术 b 经PACS系统调取术前 前患者膝关节X线片 患者膝关节CT断层扫描

1.3.2 传统教学法组 教师根据传统的教学方法对学生进行理论知识的讲解，带学生观看影像教学片，以提问的方式加深学生的记忆。

1.4 观察指标

实习结束后，对两组学生进行考评。内容分为专业理论考试及临床实践技能操作考评两部分。专业理论考试分数满分为100分，包括典型疾病的定义、发病机制、分型、诊断及治疗等理论知识以及典型病例分析。临床实践技能操作分数满分同样为100分，包括询问病史、查体、病例书写、换药、拆线、缝合、打石膏、牵引等操作技能。另外，通过调查问卷形式自我评价教学效果，内容包括：自学能力、学习兴趣、发现问题解决问题能力、理解能力、交流和表达能力、临床实践操作技能等，每项满分为10分。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 两组学生专业理论考试及临床实践技能操作考试分数比较

采用3D打印、PACS系统结合PBL自主学习教学方法组学生在专业知识的理论笔试成绩(93.13±6.51)和临床实践技能操作考试成绩(91.92±6.64)均高于采用传统教学方法学生的成绩(专业知识：87.36±7.20；临床实践：86.79±8.69),差异有统计学意义(P<0.05)(如表1所示)。

表1 两组学生专业理论考试及临床实践技能操作考试分数比较

2.2 综合能力自我评价

采用3D打印、PACS系统结合PBL自主学习教学方法组学生在综合能力自我评价方面自我评价得分也同样高于采用传统教学方法的学生,差异有统计学意义(P<0.05)(如表2所示)。

表2 两组学生综合能力自我评价分数比较

3 讨论

骨外科是一门病种多、与生物力学、影像学、解剖学关系密切的学科。对于刚接触临床的医学生来说，骨科学习较为困难，加之临床实习时间短(一般为3周、与理论课间隔时间长)、操作少、思维能力及与患者沟通能力欠缺。传统教学方法以教师为中心,只注重向学生灌输知识,导致很多实习生进入骨科实习感到收获甚微。如何更好地将骨科典型疾病的病因、发病机制、分型、诊断及治疗过程形象、直观地呈现给学生，提高其学习兴趣，调动其学习积极性，在有限的实习时间内更好地培养其发现问题、解决问题能力，提高其临床思维能力，更加深刻地理解临床诊疗过程具有重要的意义。

PACS系统是对医学图像信息进行数字化采集、存储、管理、传输和重现的系统[3]，其与HIS系统相结合，可以十分便利地在各个科室之间共享患者的病例资料、检验结果、影像学资料及病理资料,等。将其用于骨科临床教学，可远程、随时、完整、动态地获取所需教学资料，极大地方便了临床教学的开展。

利用PACS可以方便地获取患者的影像学资料，但大多数影像资料为二维影像，对于刚接触临床的医学生来说，将二维影像抽象理解成三维影像，然后对疾病进行分型、分类学习存在较大困难。如果将二维影像直接制作成实体三维模型，使学生更加直观地理解疾病病理状态，对学生学习有很大帮助。近年来，3D打印的发展为解决以上问题提供了条件。3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术已在医学领域有所应用，程文俊等[4]利用3D打印钛合金骨小梁金属臼杯全髋关节置换术取得了较好疗效；马立敏等[5]应用3D打印技术应用于骨肿瘤手术方面，明显缩短了手术时间，降低了手术风险。在教学过程中，同样可以通过PACS选取所需典型疾病影像学资料，经过专业软件处理，通过3D打印技术将其制成实体模型，帮助学生更好地理解疾病的分型、分类及治疗。随着3D打印技术的发展，许多学者开始对于其在教育领域应用进行探索[6-7]。

PBL教学法是一种以学生为主体的典型教学方法，强调把学习置于复杂的有意义的问题情境中，通过让学习者以小组合作的形式共同解决复杂的、实际的或真实性的问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，以促进他们解决问题、自主学习和终身学习能力的发展。

将3D打印技术、PACS系统以及PBL教学法三者有机结合起来开展临床教学未见文献报道。作者根据教学大纲要求，通过课前设置所学疾病相关问题，让学生以小组为单位带着问题去查阅相关书籍及文献，利用PACS系统随时提供所学疾病患者临床资料及影像学资料，并将有关影像学资料经过处理后3D打印成实体模型，使学生更加形象直观地了解疾病病理状态，去分析疾病的病因、发病机制、分型分类、诊断及治疗等，最后进行讨论及总结。提高了学生学习兴趣，培养了学生自主学习能力、发现问题解决问题能力，开发学生的创造性思维能力[3]。该研究结果证明，与传统教学模式比较，将3D打印技术、PACS系统以及PBL教学法三者有机结合进行临床教学，能明显提高学生专业理论考试及临床实践技能操作考试成绩以及综合自我评价分数(P<0.05)。总之，3D打印技术、PACS系统以及PBL教学法应用于临床教学，将骨科抽象的二维图像变成三维实体模型，更加形象直观地呈现给学生，提高学习兴趣；同时把更多的时间让给学生，提高学生自主学习能力及学习效率。

[1]李文春，李静，王配军，等.医学课程PBL教学评价体系的构建与应用[J].中华医学教育探索杂志,2011，10(2)：138-140

[2]Neville A J.Problem-based learning and medical education for- ty years On．A review of its efects on knowledge and clinical performance[J].Med Princ Pract,2009,18(1):1-9

[3]王红,韩秉艳,王云玲,等.PACS系统在影像医学问题式教学模式中的应用[J].教育教学论坛,2014,(18):53-54

[4]程文俊，勘武生，郑琼，等.3D打印钛合金骨小梁金属杯全髋关节置换术的短期疗效[J].中华骨科杂志，2014,(8):816-823

[5]马立敏，张余，周烨，等.3D打印技术在股骨远端骨肿瘤的应用[J].中国数字医学，2013，8(8)：70-72

[6]王萍.3D打印及其教育应用初探[J].中国远程教育，2013，(8):83-85

[7]杨洁，刘瑞儒，霍惠芳.3D打印在教育中的创新应用[J].中国医学教育技术，2014，28(1)：10-13

Application of the PACS and 3D printing technologycombined with PBL in orthopedic clinical teaching

LiFengtao1,WangDong1,ChengJian2,LiuYuan2,HeXijing1

1DepartmentOneofOrthopedics;2DepartmentofOperationandAnesthesia,theSecondAffiliatedHospitalofXi'anJiaotongUniversityHealthScienceCenter,Xi'an710004,China

Objective To investigate the application of the PACS and 3D printing technology combined with problem-based learning (PBL) teaching method so as to further improve the quality of orthopedic clinical teaching.Methods We randomly divided 60 students from Class 2010 of clinical medicine into new teaching method group and traditional teaching method group. New teaching method group

the new teaching method and traditional teaching method group did the old one. Then we compared the academic performance and self-assessment of mixed ability in the groups.Results Students in new teaching method group obviously outperformed those in traditional teaching method group in test scores and self-assessment of mixed ability (P<0.05).Conclusion The PACS and 3D printing technology combined with PBL teaching method can obviously improve the quality of orthopedic clinical teaching and achieve satisfactory teaching effects.

problem-based learning (PBL); clinical teaching; orthopedics; 3D printing

2015-01-29

李锋涛(1980-)，男，陕西兴平人，博士，主治医师,主要研究方向:脊柱关节外科及教学。

贺西京(1958-)，男，河南济源人，教授，博士研究生导师，主要研究方向：脊柱关节外科及教学。 电话：029-87679584；E-mail：xijing_h@vip.tom.com

G642.0；G434

A

1004-5287(2015)03-0288-03

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201503014