3D打印在骨科留学生教学中的应用

姬文晨，蒋婉婷，李志强，张小卫，邱裕生，马 兴

1 西安交通大学第一附属医院骨科， 西安 710061；2 西安市第四医院生殖科， 西安 710004



3D打印在骨科留学生教学中的应用

姬文晨1，蒋婉婷2，李志强1，张小卫1，邱裕生1，马 兴1

1西安交通大学第一附属医院骨科， 西安 710061；2西安市第四医院生殖科， 西安 710004

随着我国教育水平的不断提高，来华留学生的数量也在迅速增多，其中就包括大量医学专业的留学生。留学生的受教背景及思维方式不同于我国学生，传统的教学方法难以收到良好的教学效果。3D 打印可以精准复制骨科疾病的实物模型，有利于开展针对留学生的形态教学及互动教学，提升其对具体骨科疾病的认识、理解和分析；在此基础上，还将有助于医学留学生清晰、准确地把握骨科教学及临床实践的要点和难点，进而提高教学质量和缩短学习曲线，亦为越来越多的医学专业留学生成为优秀的骨科医师奠定了基础。

3D打印；留学生；骨科教学

【DOI】：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201606017

随着社会经济的发展和教育水平的提升，来华留学生的数量也在逐年增多，其中就包括大量医学专业的学生[1]。西安交通大学医学部是全国最早招收来华留学生的学校之一，目前已累计招收来自 60 多个国家的数千名留学生。教育部最新出台的《留学中国计划》初步确定到2020年将接收来华留学生的规模扩大到50万人[2]。留学生的数量越来越多，相应的问题也越来越多。骨科作为外科学中的重要部分，受到很多留学生的青睐。但是，骨科疾病种类繁多，许多疾病的发病机制、分类及治疗与解剖学密切相关，对解剖学及空间思维能力的要求较高[3]。对于进入骨科专业学习及临床实践的留学生来说，存在部分内容学习较为困难或学习效果不佳等问题。如何解决这些问题，需要带教教师进一步思考及探讨。

1 骨科留学生教学存在的问题

1.1 留学生自身存在的问题

西安交通大学留学生主要集中在印度、尼泊尔、巴林等国家，他们的英语带有很重的地方口音，与标准的英式英语和美式英语存在很大差异。尤其医学专业名词发音不准确，致使与带教教师讨论临床问题时存在一定的困难。同时大多数留学生中文水平也有限，无法与中国患者进行沟通，在病史采集、体格检查、病例书写等方面也存在一些问题，使其无法顺利进行日常临床工作，难以完成实习任务[4]。其次，部分留学生在临床见习过程中只对手术操作感兴趣，对书本内容理解不够，缺乏理论和实践结合的学习意识，使得实习效果大打折扣[5]。还有，一些带教教师忙于临床或科研，忽略了对学生的监管，致使留学生普遍纪律涣散，时间观念淡漠，迟到早退现象时有发生，课堂随意进出，严重影响了教学效果[6]。以上这些情况都是留学生教学中不可忽视的问题。

1.2 传统骨科教学方式在留学生教学方面存在的问题

传统骨科临床教学采用带领学生查房、阅片或黑板板书、PPT等方式进行讲解。虽然相对于大课教学来说，多了患者和影像学这一教学“道具”，但授课内容仍然比较枯燥和抽象，对学生的吸引力较差。对于尚未选择专业的留学生来说，仅是对其有个大概了解，但对于确定进入骨科专业的硕士留学生来说，则要求其在短暂的临床实习期间，应尽快了解和熟悉骨科专业知识，以便回国后能很快适应临床工作[7]。骨科疾病种类繁多，每个疾病涉及很多分型，不同的分型有着不同的治疗方案。培养一名合格的骨科医师需要理论与临床实践相结合，进行较长时间的培养，怎么样找到一种更好的教学方案来缩短培养时间和学习曲线，以便在保证教学质量的同时，培养出更多优秀的骨科医师，从而使立志于从事骨科事业的留学生回国后可以更加从容的工作，是每位从事留学生教学的教师必须面对的问题。留学生思维活跃，善于交流，对于新鲜事物充满了好奇，希望有新颖的方式去交流临床知识。如何用生动的教学方式吸引他们的关注、调动其学习热情，对于提升最终的教学效果非常关键。

2 3D打印在骨科留学生教学中的应用

3D打印技术出现在20世纪80年代，近年来得到了迅速发展和广泛应用。尤其是在生物医学领域，越来越多的临床医师及科研工作者，将其运用于所在领域[8]。3D打印的主要原理是基于材料累加概念和层叠制造方法，在计算机的控制下，根据物体的影像学数据(例如CT)，通过材料的精确堆积制造一种基于离散、堆积成型原理的数字化实体模型[9]。临床上我们通过PACS系统(picture archiving communicating system)选取患者影像学资料。最常用的是薄层CT扫描及MRI扫描，其扫描范围包括病变部位及相邻部位，在影像科采用刻录光盘的方式导出数据进行三维重建，经过专业软件处理后传输给3D打印机打印出实体模型(如图1所示)。不同的制备目标及原材料所运用的技术也是不同的，一般来说分为光固化成型、选择性激光烧结、熔融沉积成型等[10]。

图1 实体模型的3D打印制作流程图

随着骨科诊治技术不断向个体化、精细化发展，3D打印的应用也越来越多。骨科已将3D打印应用于骨创伤及骨关节畸形矫治的多个方面，郑锋等亦将3D打印应用于胫骨近端骨折术中，取得了良好的效果，证明了这项技术对于临床手术的指导意义[11-12]。在教学工作中3D打印也在发挥着自身的优势。张晨等将3D打印与PBL结合用于医学教学中，该团队亦从医工结合领域的特点出发提出了具有鲜明特色的“4P”教学方法，明显提高了教学效果。此外，越来越多的骨科手术教学及训练中运用了3D打印，发现其可以显著缩短年轻医师的学习曲线[13-14]。那么，如何提高医学留学生的骨科教学质量，是否可以将3D打印引入留学生的具体教学实践当中？这项技术的具体可行性及可持续性，等，都是需要进一步探究的。为此，近年来该教学团队在已有工作基础上探索实施了如下举措：

2.1 数字骨科平台的建立

影像学在骨科教学中发挥着重要的作用。无论是日常教学还是针对某一具体病例的术前预定手术方案、术中详细介绍手术过程以及术后评估，等，影像学都占有显著地位。骨科常用的影像学手段包括X线、CT平面、CT三维重建及MRI等[15]。但是，X线片作为骨骼疾病最经典的影像学方式，常仅从正位、侧位、斜位及个别特殊位置(例如：髌骨轴位，等)去了解疾病，并不能全面评估病情；并且有些无移位的骨折，早期骨折线在X线上不能显示，需要后期影像随访才可能出现，这就有可能导致疾病不能早期诊断及治疗。三维重建CT虽然通过计算机处理，呈现出一个立体图形，但也是在一个平面上的立体图形。对于广大医学生而言，学习过程当中的一大难点就在于面对这些分散图形，如何从分散碎片化的错综信息中梳理集合出清晰、全面的正确认识。3D打印作为一种新的成型技术，能将传统的影像数字信号快速转化为实体模型。例如：将复杂骨折、复杂膝关节、脊柱畸形的病变打印出来，得到实体模具，可以让学生360°的观察模具。这样不仅能更加直观地了解清楚具体骨科疾患，还非常有利于其形态及空间能力的培养；此外，对医学生深刻理解手术方案制定及优化、术前准备及模拟操作等都大有裨益(如图2所示)[16]。

图2 3D打印实体模型在手术方案制定中的作用

2.2 3D打印模型可以进行术前教学演示

骨科学是一门对动手能力要求很高的学科。对于留学生来说，他们接触临床时间短，对疾病的病因、分类、治疗方案不熟悉，需要在术前对学生进行详细讲述。单纯的影像学过于枯燥，起不到很好的教学效果。3D打印的模型可以等比例复制病变部位，为学生全面阐述手术方案，并结合模型进行讨论，制定更加个体化的手术计划。留学生思维活跃，善于交流、善于提问，通过对3D模型的观摩及术前讨论，可以激发其探索问题的潜力，从而对所进行手术全面了解。另外，让留学生在3D打印模型上试行手术，以预演术中可能出现的情况，并比较不同手术的优缺点，这在一定程度上提高了留学生的动手能力，激发了其学习热情[17]。

2.3 3D打印模型可以辅助精细化术中教学

术前准备固然重要，但是手术观摩及术中操作才是骨科临床教学的另一核心。3D打印模型不仅可以进行术前教学演示，而且对于术中教学也有重要意义。例如：用环氧乙烷将3D 打印模型消毒后，带到手术台上，在手术过程中实时与模型对比观察，从而可以帮助术者更好地分离组织、精细化手术[18]。留学生可以亲身感受到3D打印为骨科手术带来的便利，更加体会到3D打印模型对术前制定方案的重要性，对术中手术方案的指导性。

2.4 3D打印模型可以辅助术后教学总结与复习

面对手术，留学生往往充满期待和问题，术后通过3D打印模型，教师可以在模型上再次进行操作演示，从而使得学生对手术有一个更加直观和全面的认识，达到温故而知新，学生对于手术过程中的疑问可以充分交流，也可在模具上对于手术操作的问题进行逐一解答[19]。术后患者复查影像学评估手术效果，可以与术前3D打印模型进行对比，从而使得留学生对于手术效果有着更加清晰、直观的理解。另外，3D打印可以根据患者的个人需求，制定个性化支具，使学生更加深刻理解术后康复对于骨科疾病治疗的重要意义[20]。

3 3D打印在骨科留学生教学应用的效果

该教学团队现已将3D打印广泛运用于留学生的骨科专业教学，此外还在全校率先建立了具有骨科专业教学特色的3D教学库(简称3D bank)。近年来，上述教学实践已初步取得了良好的教学效果，并受到越来越多的留学生好评。他们普遍认为：①3D打印作为骨科教学的重要工具，给医学留学生提供了完整立体的视觉效果和更加客观、具体的教学感受，明显提升了留学生的主动学习兴趣和动手能力。②术前结合影像资料及3D打印，可以让他们对疾病和将要进行的手术有更清晰的认识，让其在每例示教及每台手术前充分阅读相关资料，与带教教师的互动亦明显加强；同时还带动了对解剖学、影像学等知识的进一步学习。③每位留学生都逐步树立起当代微创及精准医学的良好理念。利用3D打印模型，结合常规影像学资料，在精确手术操作及讲解过程中，让留学生参与其中，深入体会3D打印模型为现代骨科带来的便利。④温故而知新。每一次具体教学即将结束时，基于3D打印模型进行的教学总结及评估，让留学生充分分享学习收获及所受的启发或新问题。

总之，将3D打印应用于骨科教学中，对于留学生更好地理解和掌握骨科疾病的特点、领悟精准外科操作要点、增进教与学相长等都起到了重要的作用；亦给留学生带来了全新的立体视觉感受和模拟体验，从而显著提升了骨科专业学习热情及教学效果。该教学探索已激发了越来越多的留学生立志成为骨科专业的优秀医师。

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Application of 3D printing in orthopedics teaching for international students

Ji Wenchen1, Jiang Wanting2, Li Zhiqiang1, Zhang Xiaowei1, Qiu Yusheng1, Ma Xing1

1DepartmentofOrthopedics,theFirstAffiliatedHospitalofXi'anJiaotongUniversity,Xi'an710061;2DepartmentofReproduction,theFourthHospitalofXi'an,Xi'an710004,China

With the constant improvement of our country's education level, the number of international students, including international medical students, is gradually increasing in China. International students' education background and way of thinking are different from those of Chinese students, so it is difficult for the traditional teaching method to achieve a good teaching result. 3D printing can accurately reproduce orthopedic physical prototypes; therefore, it is conducive to morphology teaching and interactive teaching targeting international students. It is also helpful for improving their understanding and analysis of specific orthopedic diseases. On this basis, international medical students can clearly and accurately grasp the key points and difficulties of orthopedic teaching and clinical practice. 3D printing, therefore, plays an important role in improving the teaching quality and shortening the learning curve, and laying solid foundation for an increasing number of international medical students to become excellent orthopedic surgeons in the future.

3D printing; international student; orthopedics teaching

西安交通大学本科教学改革研究项目(15-02-Q)；2015年西安交通大学研究生教学研究与教学改革项目(精品课程：骨科研究生专业课程)

2016-08-15

姬文晨(1985-)，男，陕西榆林人，助理研究员，博士，主要研究方向：脊柱脊髓损伤。

马兴(1975-)，男，西安人，主任医师，博士，主要研究方向：骨创伤及关节外科。 电话：18991232491；E-mail：maxing2826@mail.xjtu.edu.cn

G434；G642.0

A

1004-5287(2016)06-0688-04