3D打印模型在小儿肿瘤外科情景教学中的应用

赵珍珍，王 珊，孔祥如，邓晓斌，杨 超

（重庆医科大学附属儿童医院，重庆 400014）

3D打印是近年来发展迅速的制造技术，它在数字模型文件的基础上，运用金属或塑料等可黏合材料，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，由于其有较强的三维直观性，越来越多的学者开始对其在医学教育领域的应用价值进行探索[1-3]。在教学过程中，可以通过选取所需典型疾病影像学资料，经过专业软件处理后，通过3D打印技术将其制成实体模型，能给学生更强的感官刺激，帮助学生更好地理解疾病的分型、分类及治疗。

小儿肿瘤外科在教学时间的安排上往往偏少，而教学内容繁多，教学难度很大。笔者前期对如何在有限的时间内开展适应现代小儿肿瘤外科发展的教学实践进行了改革探索[4]，取得了一定效果。但是由于儿童腹膜后肿瘤手术解剖结构的复杂性以及传统临床教学中视野显露的困难，使医学生很难迅速对该类手术产生较为直观的感性认识。肿瘤的边界、与周围脏器组织的关系以及手术切除范围的选择，对于刚进入临床实习的学生来说掌握困难，较难产生兴趣。如何能在有限的临床实践阶段充分调动学生的积极性、提高学生学习兴趣和效果是外科临床教学值得思考的问题。因此，我们将3D打印的腹膜后肿瘤模型应用于临床实习期间的情景教学中，以期提高教学效果，现介绍如下。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2015年3月至2017年3月在我院小儿肿瘤外科实习的学生共68名作为研究对象，其中女生38名，男生30名，所有学生均为第一次进入小儿肿瘤外科病房实习。将68名学生随机分成两组，每组34人。实验组采用3D打印模型结合CT及MRI介绍肿瘤相关信息；对照组仅采用传统教学方法介绍相关信息。两组均为同一教师授课。两组学生年龄、学制、以往所修课程成绩等比较，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

1.2 研究方法

实验组授课采用3D打印模型对患儿的肿瘤大小、肿瘤与血管的关系、肿瘤毗邻脏器、肿瘤边界等进行介绍。对照组采用传统教学法对患儿的临床资料进行介绍。教学结束后对两组学生采用自制试卷进行闭卷考核。

1.3 效果评价

1.3.1 评价方法 根据教学重难点，我们自行设计了试卷，检测学生对肿瘤大小、肿瘤与血管的关系、肿瘤毗邻脏器、肿瘤边界4个方面知识的掌握情况。评价标准：分为完全掌握、掌握良好以及掌握一般3个等级，计算每组掌握良好率：（完全掌握人数+掌握良好人数）/总人数×100%，并进行组间比较。同时，我们还自制了教学效果满意度评分量表（评价标准：不满意1分、不太满意2分、一般3分、较满意4分、非常满意5分），闭卷考核后立即向两组学生发放，采用不记名方式填写，填写后当场收回。

1.3.2 统计学方法 采用SPSS 22.0软件进行统计学分析，计量数据采用（x±s）表示，采用χ2检验，比较两组理论知识掌握情况，利用t检验比较两组教学效果评价得分，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学生考试成绩掌握良好率比较（见表1）

实验组学生在采用3D打印模型的情景教学后，对教学内容的掌握良好率明显优于对照组（P<0.05）。

表1 两组学生考试成绩掌握良好率比较[n（%）]

2.2 两组学生教学效果满意度比较（见表2）

实验组学生在学习积极性、学习效率、理论知识掌握情况、临床思维能力、语言沟通能力、综合能力和团队合作能力方面的评分均优于对照组（P<0.05）。

表2 两组学生教学效果满意度比较（±s，分）

表2 两组学生教学效果满意度比较（±s，分）

项目学习积极性学习效率理论知识掌握情况临床思维能力语言沟通能力综合能力团队合作能力实验组4.54±0.56 4.15±0.50 4.15±0.61 3.97±0.67 4.06±0.69 4.09±0.67 3.91±0.67对照组3.52±0.61 3.27±0.71 3.21±0.69 3.30±0.52 3.67±0.53 3.58±0.49 3.45±0.61 P<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05<0.05

3 讨论

3.1 小儿肿瘤外科临床教学现状及思考

小儿肿瘤外科属于小儿外科学的分支学科，所涉及的单纯肿瘤外科教学内容少，不少学校仅讲授较多见的儿童腹膜后三大肿瘤（神经母细胞瘤、肾母细胞瘤、畸胎瘤）及血管瘤/淋巴管瘤。从我科近两年的实习生抽样调查资料来看，医学生实习时对肿瘤手术的无瘤原则、肿瘤的综合治疗原则、手术要点等仍掌握不佳。既往采用传统教学方式，教师需要花费大量时间解释肿瘤边界、CT和MRI片上肿瘤的位置以及与周围的关系等，但由于这种教学模式对解剖学基础和空间想象能力要求较高，因此教学效果不满意。如何采用新颖的教学方式提高学生学习兴趣及掌握知识的能力是目前小儿肿瘤外科教学面临的重要问题。

3.2 3D打印在医学教育中的应用

在形态学方面，3D打印技术有着显著优势，正因如此，它被普遍应用于临床医学教育中。通过人体解剖结构的虚拟及3D打印成个体化模型，不但能够克服传统教学的缺陷，如实物结构异常、不清晰，易造成环境污染等问题，而且可应用于学生临床实习前的复习与预习，进而加强医学生模拟练习的真实性。在外科领域，术前3D打印能从不同视角对术中解剖做出预测，确定手术方式，进行手术演示，从而极大地降低术中并发症的发生概率。国外已有专家建议将3D打印模型纳入住院医师手术训练指南[5]。3D打印技术还可以用于医学操作训练[6]，进行个体化医学模拟操作[7]，建立个体化教学病例库平台[8]，这些均显示出其在医学教育方面广阔的应用前景。

3.3 3D打印模型应用于小儿肿瘤外科教学的优点

腹膜后肿瘤是小儿肿瘤外科教学的重点内容。由于肿瘤常累及腹膜后血管、神经及脏器，解剖关系复杂，需要学生具备良好的解剖基础和空间想象能力。相比传统的影像学阅片教学模式，3D打印技术结合计算机建模技术制作出的透明模型能让带教教师清楚地看到肿瘤内部穿行的血管及周围的脏器，能简单直观地将病变局部的解剖特点展示给学生，极大地简化了教学过程，有利于降低学习难度、提高教学质量。且带教教师可以在3D打印模型上进行模拟手术，医学生能最大限度掌握手术相关信息，这也是医学生在传统教学中无法实现的[9]。同时，3D打印技术的应用有利于培养学生的临床思维，通过3D打印建模，教师可以引导学生在感性认知的基础上进一步探讨肿瘤的临床分期、治疗方法、手术方案及并发症预防等，通过软件或模拟手术对比不同手术方案的利弊，使学生从被动接受转变为主动参与，极大地加强了理论知识和临床实践的结合，对培养学生的临床思维大有帮助。此外，3D模型的使用使术前与患儿家属的沟通变得容易，患儿家属对病情、手术方案的理解会更透彻，有利于培养医学生的语言沟通能力[10]。

3.4 3D打印的局限性及应用前景

目前3D打印费用仍然较高，且需要特殊打印设备，而设备的优劣决定了打印模型的质量。另外，计算机重建模拟软件价格不菲，熟练掌握软件也需要一定的培训及操作时间，因此尚不能广泛应用于临床教学。但是作为一种新的授课方式，带教教师可以仔细筛选典型病例，建立教学资源库，通过提高单个模型的使用率以降低教学成本。随着3D打印技术的日趋成熟、打印材料的丰富及相关专业人员的培训，3D打印技术必将在小儿肿瘤外科教学中显示出独特的优势，通过与其他教学方法的有机结合，将有助于学生临床技能的培养和胜任力的提升，具有广阔的应用前景。