3D打印模型在脊柱外科疾病教学中的应用效果

程晓非 徐 辰 干耀恺 杨二柱 黄泽楠 赵 杰

上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科，上海 200001

我国目前已逐步步入老龄化社会，各类脊柱疾患的病例逐年增多，在骨科主要疾病的教学过程中，脊柱外科也是授课重点之一。在脊柱外科学习中，熟悉脊柱结构的解剖是最基本的要求，但在当前医学教学过程中，解剖学通常安排在前期学习[1-4]，同时骨骼标本相对缺乏，使得进入临床专科学习阶段的学员对于脊柱解剖没有直观的感受，这直接影响了教学的效果[5]。在当前临床工作中，影像学检查是了解脊柱组织结构异常变化的主要手段，虽然目前的CT 重建可以较为直观地呈现脊柱的三维结构，但其本质仍是一种伪立体模型，需要在头脑中构建一个3D 结构模型，完全基于个人理解和经验学识。而对于没有基础的学员来说，需要的是全面和直观地观察脊柱结构。而3D打印是一种全新的快速成型技术，具有制作快、成本低、精度高等优势，目前在医学、工程、材料等领域得到广泛的应用[6]。特别是在骨科临床应用中，使用3D打印技术将病患的骨骼CT检查数据转化为实体模型，便于对病变部位的形象化观察，弥补临床教学中的不足[7]。本研究选取在我院进行住院医师规范化培训的32名学员作为研究对象，探讨3D打印模型在脊柱外科疾病教学中的应用效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2015年9月～2018年9月在我院进行住院医师规范化培训的32名学员作为研究对象，采取抽签法将其随机分为实验组和对照组，每组各16名。实验组中，男9名，女7名；年龄24～27岁，平均（25.94±1.48）岁；进入基地前理论考试成绩（78.54±5.12）分。对照组中，男8名，女8名，年龄24～28岁，平均（25.56±1.32）岁；进入基地前理论考试成绩（77.18±6.32）分。两组学员的性别、年龄、进入基地前理论考试成绩等一般资料比较，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

纳入标准：①上海交通大学医学院在上海第九人民医院规培的15级硕士研究生；②学员年龄24～28岁；③学员进入规培基地前理论考试成绩为70～85分。排除标准：①外校及八年制规培学员；②年龄<24岁或>28岁者；③进入规培基地前理论考试成绩<70分或>85分者。本研究经过我院医学伦理委员会的批准，本教学所涉及的典型病例的患者及其家属对本研究知情且签署知情同意书。

1.2 方法

两组学员均由我院同一名老师以小讲堂的方式进行授课，授课内容为住院医师规范化培训教学大纲要求的“腰椎椎管狭窄症的诊断与治疗”。该老师为已经获取住院医师规范化培训指导老师资格的高年资主治医师，具有多年丰富的临床经验，以及能够独立完成三级手术，能对教学过程中学员提出的相关问题给予准确、通俗的回答，并且可以最新的指南或者文献举一反三进行拓展。

1.2.1 实验组 实验组学员在传统教学的基础上，辅助以3D打印模型加深对腰椎解剖以及神经走行的印象，掌握腰椎椎管狭窄症的诊断和治疗方法。选取典型腰椎椎管狭窄病例，调取腰椎CT 薄层扫描的原始文件，数据录入Mimics 17.0 软件（Materialise公司，比利时）进行数字化模型建模，以3D打印设备三维重建影像转换为三维实体模型，同时使用正常腰椎模型进行对比参考。老师提前将授课内容“腰椎椎管狭窄症的诊断与治疗”告知学员，按要求先课前预习（阅读相关文献，对疾病的诊断，治疗及进展有初步的认识）。然后规培指导老师根据教学大纲，通过幻灯片讲述腰椎椎管狭窄症的发病原因、起病机制、临床表现、影像学检查、诊断及鉴别诊断、治疗及预后等重要知识点，在讲授幻灯片的过程中老师根据打印出来的脊柱模型讲解腰椎的正常和病理解剖、发病机制、影像学特点以及手术治疗要点，同时课后将模型交给学员，进一步加深其对腰椎解剖形态知识等内容的理解，便于课后复习。学员分组进行教学查房，对典型患者进行病史采集，体格检查，影像学资料分析，然后讨论治疗方案。老师予以点评并做相应演示及总结。最后进行考试。

1.2.2 对照组 对照组学员采取以幻灯片展现理论知识为主进行讲解的教学方法。授课前将授课内容“腰椎椎管狭窄症的诊断与治疗”告知学员，按要求进行预习。规培指导老师根据教学大纲，通过幻灯片讲述腰椎椎管狭窄症的发病原因、起病机制、临床表现、影像学检查、诊断及鉴别诊断、治疗及预后等重要知识点，然后进行教学查房，学员分组对典型患者进行病史采集，体格检查，影像学资料分析，讨论治疗方案。老师予以点评并做相应演示及总结。最后进行考试。

1.3 观察指标及评价标准

比较两组学员的理论考试成绩和教学总满意度。①理论考试成绩：学习2周后，对两组学员的教学掌握情况进行摸底考试。理论考试内容包括专业知识考核。专业知识考核为临床专业理论，考核内容根据大纲而定，包括腰椎管狭窄的定义，发病机制，解剖知识，症状及体征，影像学表现，诊断依据，治疗方法，研究进展等，满分100分。②教学总满意度：采取发放教学满意度自制量表的方式，量表内容包括学员的个人信息和教学满意度评测。教学满意度包括对教学形式及内容的满意度，总分100分，分为满意（≥90分）、较满意（60～89分）、不满意（≤59分），总满意度（%）=（满意+较满意）人数/总人数×100%。本研究共发放调查问卷32份，回收32份，回收率为100%。

1.4 统计学方法

采用SPSS 20.0 统计学软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（±s）表示，两组间比较采用t 检验；计数资料用率表示，两组间比较采用Fisher 精确检验，以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组学员理论考试成绩的比较

实验组学员的理论考试成绩为（85.69±8.15）分，高于对照组的（77.06±5.19）分，差异有统计学意义（t=2.909，P<0.05）。

2.2 两组学员教学总满意度的比较

实验组学员的教学总满意度高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05）（表1）。

表1 两组学员教学总满意度的比较[n（%）]

3 讨论

随着我国医学教育模式的不断发展，在全国范围内已经掀起了住院医师规范化培训的热潮。从长远的发展看，住院医师规范化培训能够有效培养一批又一批医学人才。但是，这同时对规培老师提出了更高的要求。对于接受住院医师规范化培训的医师不仅是毕业的医学生，更多的是在基层医院已经工作的医师，这对于培训的要求不仅仅是理论学习那么简单，更多的是需要对疾病的诊断及治疗有深刻的理解，尤其是对解剖要有充分的理解。特别是对脊柱外科而言，掌握脊柱的解剖结构是学习脊柱疾患的基础，在传统的临床教学中，通常是通过解剖图谱结合影像学检查来讲解。在既往教学过程中，学员普遍反映脊柱结构较为复杂，非常依赖于个人的三维空间想象能力，即使正常的脊柱解剖结构也不容易辨别，对于不熟悉解剖的学员来说，很难理解脊柱疾病的发病原理。学员很难在短时间内掌握复杂的脊柱结构，由于脊柱手术学习曲线较长，所以临床实际手术中很难上手，这就造成“教师讲不透，学生不理解”的被动局面。因此，为了培养出能够处理复杂临床工作的优秀医生，就必须克服这种现状。

当今医学教育方法已经从框架性知识结构记忆转变为基于临床问题、以学员为中心的教学，教师根据临床实际提出问题，通过具体病例进行教授。在此过程中，3D打印技术具有独特的优势[8]。随着3D打印技术的成熟和推广应用，已有大量报道证实了3D打印模型教具在医学教学领域的有效性。应用3D打印技术制作的高精度脊柱3D打印模型进行教学[9-11]，可以给学员提供立体的脊柱结构信息，较传统的二维影像更直观、生动有效地将脊柱解剖细节展现在学员面前，帮助学员建立更生动和客观的三维立体思维，有助于理解椎体、椎间盘和神经结构之间的毗邻关系，更好地理解疾病的病理基础。本研究结果显示，实验组学员的理论考试成绩和教学总满意度均高于对照组，差异有统计学意义（P<0.05），提示通过模型学习的学员对疾病的掌握程度更佳。对于解剖知识基础不强或空间想象力略有欠缺的学员，模型作为教学工具的价值可能更大，有助于他们对脊柱结构和脊柱疾病的理解。个体化的3D打印模型有助于整合脊柱手术、影像和病理解剖等不同学科，成为将抽象理论转译成具体形象的关键工具[12-13]。

CT 三维重建技术虽然也可以显示脊柱的立体结构，但这种屏幕上虚拟的三维结构无法通过触碰形成直接反馈。3D打印模型基于具体的病患制作，可以实现对脊柱骨结构的高度还原，通过模型不仅可以讲授疾病的疾病知识，还可以进行模拟操作，在技术探索中发挥更好的作用，有效提高学员的理论及实践能力[14-15]。另外，解剖标本存在保存困难、长期使用后形态学变化、具有刺激性气味等缺陷，对于较为少见的脊柱疾病如脊柱重度畸形，无法获得脊柱标本，3D打印模型则可以克服解剖标本的缺点，并可长期保存及重复利用[16]。同时，其制作相对方便快捷，易于按需要重复制作多个模型以提高教学效率，增加学员的实践机会。

3D打印技术作为学习教具也存在一定的局限性[17]，如3D打印的模型只能重建骨性结构，没有肌肉、韧带、神经等软组织，在打印精度和造价之间很难平衡等。随着临床教学需求增加和技术的发展，这些问题有待进一步解决。本研究由于研究样本有限，研究不够全面和深入，研究结论对其他课程的普遍适用性尚待进一步验证。

综上所述，采用3D打印技术对住院医师规范化培训学员进行临床教学，可以有效提高学员对于临床疾患的理解和认识，从而提高其理论考试成绩，同时能够激发学员的学习兴趣，学员教学满意度较高，因此具有积极的临床教学应用和推广价值。